达拉特旗四种土地利用方式对土壤养分的影响

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论文摘要

  土地利用方式是影响土壤质量最直接的因素。不同土地利用类型直接影响土壤养分含量分布和土壤理化性质,进而影响到土地的生产力。土地利用类型与土壤肥力的关系已经成为国内外科学家关注的热点之一。文中选择位于达拉特旗中部具有代表性的两个乡镇 - 树林召镇、展旦召苏木为研究区,研究传统农业区、现代农业区、天然牧草地、荒草地 4 种土地利用方式对土壤养分的影响,分析土壤养分变化规律,为合理调整土地利用结构、土壤改良和土地管理提供科学依据。

  1、 材料与方法

  1. 1 研究区概况

  研究区北与包头市隔河相望,南与东胜区接壤,东西分别与王爱召镇、昭君镇为邻。达拉特旗地理坐标东经 109°00' -110°45',北纬 40°00' -40°30'。属典型的温带大陆性气候,干燥少雨,冬寒夏热,昼夜温差大,年均日照时数约 3000 小时,年均气温 6. 1 -7. 1℃,无霜期 135 -150 天,太阳能、风能资源充足。年均降水量 240 -360mm,主要集中在 7 -9 月份。全旗地形南高北低,海拔高度在 1000 -1500m,地貌由南向北依次可分为黄土丘陵区、库布齐沙漠区、黄河南岸冲积平原区3 个带状分布的自然单元。南部黄土丘陵区属鄂尔多斯台地北端,占总面积的 24%,土壤属栗钙土类,地势起伏较大,水土流失严重; 中部库布齐沙漠,占总面积的 49%,土壤属沙壤土,宜林宜牧,水土流失、风沙危害严重; 北部黄河冲积平原区,占总面积的 27%,土壤属灌淤草甸土类,地势平坦,是国家商品粮基地和国家农业开发区。研究区树林召镇属黄河冲积平原区与梁外丘陵山区两大类,展旦召苏木属库布齐沙漠区。

  1. 2 研究样地选取

  选取传统农业区、现代农业区、天然牧草地、荒草地 4 种土地利用方式作为研究对象。确定农地(传统农业区、现代农业区) 采样地块后,选农地样地周边自然条件相近的天然牧草地、荒草地作为对照区。传统农业区农田在整个作物生长季施化肥和少量农家肥,没有灌溉措施; 残茬处理方式为低茬,还田比例为零。现代农业区农田在整个作物生长季施化肥,设有喷灌设施,耕作方式为机耕。

  1. 3 土样采集与分析方法

  文中于2012 年10 月,采用 GPS 定位,按照随机、等量和多点混合的原则采用 S 形布点采集土壤样品。

  为了防止地形等因素的干扰,取样依据集中不分散原则选择在平坦地区布置,每种土地利用方式选择 3 个样区,每个样区确定 3 个样点,每个样点分层取样,深度分别为 A 层 0 -10cm,B 层 10 -20cm,C 层 20 -30cm,共计 36 个样点、108 个土壤样品。将相同土地利用方式且同一样区相同土层的土样用四分法混合后取出一个土样,进行全量氮磷钾及有机质的测定。数据采用单因素方差分析(ANOVA) 来检验土壤化学性质在不同土地利用方式之间的差异,如果有显著性差异则进行多重比较。

  2、 结果与分析

  2. 1 土壤养分总体分析规律

  表 1 为 4 种土地利用方式在不同深度土壤养分、水分分布情况。从表中可以看出,不同土地利用方式下,土壤养分含量均有较大差异。不同剖面深度全氮、全磷、全钾含量变化规律相同,在 0 -10cm 土层中含量最高,随土层深度的增加含量逐渐降低。有机质、土壤水分含量在不同土壤层变化规律相同:0 -10cm与 10 -20cm 土层深度二者含量逐渐降低; 20- 30cm 土层深度,有机质和水分含量逐渐增加。

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  2. 2 不同土地利用方式对土壤有机质的影响

  土壤有机质在农田肥力、环境保护、农业可持续发展等方面具有重要意义。它不仅决定农作物产量,而且在碳素循环中起着重要作用。方差分析表明,深度 0 -30cm 内不同土地利用方式之间土壤有机质含量差异显著(F =3. 119,P =0. 040) 。在 0 -10cm(A) ,10 -20cm(B) ,20 -30cm(C) 不同土层深度之间有机质含量也有显著差异(F =9. 689,P =0. 000) 。0 -30cm 土层(0 -30cm 剖面内不同土地利用类型之间各土壤元素含量为后期计算所得平均值,下同) ,传统农业区土壤有机质含量最高,为 5. 0g/kg; 天然牧草地土壤有机质含量最低,为 2. 2g/kg。

  由图 1 可知,同一土地利用方式在不同土壤剖面深度上土壤有机质含量变化规律相同,即在 A - B 层之间呈逐渐下降的趋势,在 B - C 层之间呈逐渐上升的趋势。0 -30cm 土层,四种不同土地利用类型下土壤有机质含量变化总体表现为传统农业区 > 荒草地 > 现代农业区 > 天然牧草地。其中 A、B、C 3 种不同土层深度之间土壤有机质含量变化规律一致,均为传统农业区 >荒草地 > 现代农业区 > 天然牧草地。

  分析结果表明,与传统农业区土壤有机质含量相比,0 -30cm 土层中现代农业区与天然牧草地土壤有机质含量显著下降,分别降低了 0. 24%,0. 28%; 荒草地土壤有机质含量与传统农业区土壤有机质含量相比没有显著差异。4 种土地利用类型中表层土壤有机质含量最高,与其相比,B 层和 C 层土壤有机质含量分别下降了 3. 0%,2. 8%。B 层和 C 层相比土壤有机质含量没有显著差异。

  2. 3 不同土地利用方式对土壤全氮的影响

  氮是植物生长发育不可缺少的营养元素,农业生产中氮素往往成为限制作物产量的主导因素,并且对作物品质也有重要影响。方差分析表明,0 -30cm 剖面内不同土地利用方式之间土壤全氮含量差异显著(F =5. 460,P =0. 004) 。在 A、B、C 三层不同土层深度之间全氮含量也有显著差异(F = 8. 583,P = 0.001) 。0 - 30cm 土层,传统农业区土壤全氮含量最高,为 0. 22g / kg; 现代农业区土壤全氮含量最低,为 0.09g / kg。

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  由图 2 可知,同一土地利用类型在不同土壤剖面上土壤全氮含量变化一致,即自上而下呈逐渐下降的趋势。0 -30cm 土层,四种不同土地利用方式下土壤全氮含量变化表现为传统农业区 > 荒草地 > 天然牧草地> 现代农业区。其中 A 层土壤全氮含量变化为传统农业区 > 荒草地 > 天然牧草地 > 现代农业区; B 层土壤全氮含量变化为传统农业区 > 天然牧草地 > 荒草地 > 现代农业区; C 层土壤全氮含量变化为传统农业区 > 荒草地 = 天然牧草地 > 现代农业区。

  数据分析结果表明,与传统农业区的土壤全氮含量相比,0 -30cm 土层中现代农业区与天然牧草地土壤全氮含量分别降低了 0. 014% 和 0. 0072%; 荒草地土壤全氮含量与其他 3 种土地利用类型相比没有显著差异。4 种土地利用方式中表层土壤全氮含量最高,与其相比,B 层和 C 层土层土壤全氮含量有显著下降,分别为 0. 0089%,0. 0111%。B 层与 C 层相比土壤全氮含量没有显著差异。

  2. 4 不同土地利用方式对土壤全磷的影响

  土壤磷是植物磷素的唯一来源,也是作物吸收磷素主要来源,全磷含量是土壤肥力的重要指标。方差分析表明:0 -30cm 剖面内不同土地利用方式之间土壤全磷含量没有显著差异(F =1. 755,P = 0. 176) 。在A、B、C 不同土层深度之间全磷含量差异显著(F = 4.000,P = 0. 028) 。0 - 30cm 土层,传统农业区土壤全磷含量最高,为 0. 47g/kg; 天然牧草地土壤全磷含量最低,为 0. 38g/kg。

  由图 3 可以看出,同一土地利用类型在不同土壤剖面上土壤全磷含量变化一致,即自上而下呈逐渐减少的趋势。0 -30cm 土层,4 种不同土地利用类型下土壤全磷含量变化总体表现为传统农业区 > 现代农业区> 荒草地 > 天然牧草地。4 种土地利用类型不同土层间土壤全磷含量变化表现为: A 层土壤全磷含量为传统农业区 > 现代农业区 > 荒草地 > 天然牧草地; B 层土壤全磷含量为现代农业区 > 传统农业区 > 天然牧草地> 荒草地; C 层土壤全磷含量为传统农业区 > 现代农业区 > 天然牧草地 > 荒草地。

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  分析结果显示,与表层土壤全磷含量相比,C 层土壤全磷含量有显著下降。B 层土壤全磷含量与 A、C层土壤全磷含量相比没有显著差异。

  2. 5 不同土地利用方式对土壤全钾的影响

  钾是土壤中常因供应不足而限制作物生长和造成减产及品质下降的主要营养元素之一。方差分析表明,0 -30cm 剖面内不同土地利用方式之间土壤全钾含量没有显著差异(F =0. 343,P =0. 794) 。在A、B、C 不同土层深度之间土壤全钾含量也没有显著差异(F = 2. 210,P = 0. 126) 。0 - 30cm 土层,天然牧草地土壤全钾含量最高,为 22. 2g/kg; 现代农业区土壤全钾含量最低,为 21. 5g/kg。

  由图 4 可知,除荒草地外,其它土地利用类型在不同土层之间土壤全钾含量变化一致,自上而下呈逐渐减少的趋势。荒草地在 A - B 层土壤全钾含量逐渐降低,B - C 层土壤全钾含量逐渐上升。0 -30cm 土层,四种不同土地利用方式下土壤全钾含量变化总体表现为天然牧草地 > 荒草地 > 传统农业区 > 现代农业区。4 种土地利用方式不同土层间土壤全钾含量变化为: A 层土壤全钾含量为天然牧草地 > 荒草地 >传统农业区 > 现代农业区; B 层土壤全钾含量变化与 A 层相同; C 层土壤全钾含量为荒草地 > 传统农业区> 现代农业区 > 天然牧草地。

  2. 6 不同土地利用方式对土壤水分的影响

  土壤水分是监控土地退化和干旱的重要指标,同时也是气候、水文、生态和农业系统的关键组成要素。方差分析表明,0 -30cm 剖面内不同土地利用方式之间土壤水分含量差异显著(F =4. 476,P =0.010) 。在 A、B、C 三层不同土层深度之间土壤水分含量没有显著差异(F = 0. 676,P = 0. 515) 。0 - 30cm土层,传统农业区土壤水分含量最高,为 33. 18%; 现代农业区土壤水分含量最低,为 21. 86%。

  由图 5 可知,同一土地利用类型不同深度土层之间土壤水分含量变化存在差异。传统农业区与天然牧草地的土壤水分含量自上而下呈逐渐下降的趋势,而荒草地与现代农业区在 A - B 层土壤水分含量逐渐下降,B - C 层土层之间呈逐渐上升的趋势。0 -30cm 土层,4 种不同土地利用类型下土壤水分含量变化总体表现为传统农业区 > 天然牧草地 > 荒草地 > 现代农业区。4 种土地利用类型不同土层间土壤水分含量变化表现为: A 层传统农业区 > 天然牧草地 > 荒草地 > 现代农业区; B 层传统农业区 > 天然牧草地 > 现代农业区> 荒草地; C 层传统农业区 > 荒草地 > 天然牧草地 > 现代农业区。

  数据分析结果表明,与传统农业区的土壤水分含量相比,0 -30cm 土层中现代农业区与荒草地土壤水分含量有显著下降,分别降低了 1. 13%,0. 89%; 天然牧草地土壤水分含量与其他 3 种土地利用类型相比没有显著差异。

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  2. 7 土地利用方式与土壤养分影响分析

  传统农业区有机质含量高是由于多年有机、无机投入,耕作措施等人工管理导致有机质含量提高,此外草本类植物及农作物可降低土壤风蚀作用并通过发达的根系和残枝落叶将养分积聚在地表,所以传统农业区与荒草地有机质含量较高。现代农业区以施用化肥为主,机耕破坏了土壤结构的稳定性,加速了有机质的分解,研究区风蚀严重,直接导致有机质的流失; 收获作物时带走大量的养分得不到及时补充,导致土壤有机质含量较低。天然牧草地常年进行放牧,地上部分多被割走或被动物啃食,使补充土壤养分的枯枝落叶和根系不足,另一方面大量动物踩踏也会不同程度破坏土壤结构导致有机质流失。土壤中氮素绝大部分以有机态存在,有机质中含有多种元素,其中包括有机氮,也就是说氮素大部分为土壤有机质组分,有机质中氮素含量相对固定,所以有机质与全氮含量有一定的相关性。土壤有机质和土壤全氮含量在这 4 种土地利用类型中的变化趋势的相关性可用相关系数表示,计算结果显示二者的相关系数为0. 859,表明二者之间存在显著的正相关关系。

  农业用地通过耕地、施肥等农业生产措施,改善了土壤环境,特别是施用含磷素较多的肥料,有效提高了土壤中磷素的含量,使农田表层和亚表层土壤中磷的含量较没有外界补充磷素的其他地类土壤中的含量要高。传统农业区因施含磷化肥和农家肥,土壤质量也较好,因此土壤中全磷含量要高于现代农业区。

  全钾含量在不同土层之间变化不大,总体上农业用地全钾含量略低于天然牧草地和荒草地,这可能与这一地区耕作过程中长期施用氮肥和磷肥,而很少施钾肥有关。另外,天然牧草地和荒草地的枯枝落叶及丰富的根系,土壤质地较为黏重,也是土壤全钾含量较高的原因。

  传统农业区、草地的土壤水分含量均高于现代农业区,这主要是因为采样时间在 10 月份,农田灌溉已结束,灌溉因子对土壤水分的影响较小,蒸发对土壤水分分布起着决定性作用。现代农业区耕种时间较短,土壤结构受机械破坏严重,还未形成稳定的土壤结构,保水持水能力差,10 月份农作物已收割,地表裸露,在半干旱气候的影响下,蒸发强烈,造成土壤水分含量低。

  3、 讨论

  (1) 根据文中的分析结果,传统农业区有机质含量高于草地,这与内蒙古地区一般耕种土壤有机质含量低于非耕种土壤有机质含量的观点不完全相符,我们分析这可能与当地耕作特点和自然条件有关,研究区属半农半牧区,耕作强度相对较弱,又有较为充足的有机肥源,化肥、有机肥配合施用使土壤中有机质含量偏高。此外,土壤中有机质含量还与土壤的类型、土壤含水量、温湿度、植被种类、微生物活性等有密切关系,需要进一步深入研究。

  (2) 此次研究中土壤水分含量分析结果是草地含水量处于两种农用地之间,总体表现为传统农业区> 天然牧草地 > 荒草地 > 现代农业区。土壤水分含量受降水、蒸发、温度,土壤结构、质地,地下水埋深等自然因素和灌溉、排水等人为因素影响,一年中变化较大,而本次采样只在 10 月份进行了一次,使这一结果具有一定局限性。今后需要常年多次采样,才能掌握土壤水分的动态变化规律。

  4、 结论

  (1) 不同土地利用方式对土壤养分和水分含量影响明显。不同土地利用方式下,0 -10cm 土层深度,土壤有机质、全氮、全磷及水分含量在传统农业区最高; 土壤全钾在天然牧草地最高。10 -20cm 土层,土壤有机质、全氮、水分在传统农业区含量最高; 土壤全磷在现代农业区含量最高; 土壤全钾在天然牧草地含量最高。20 -30cm 土层,土壤有机质、全氮、全磷及水分在传统农业区含量最高; 土壤全钾在荒草地含量最高。

  (2) 此次关分析表明,同一土地利用类型不同土层深度之间,土壤有机质、全氮、全磷含量具有显著差异; 土壤全钾、水分含量差异不大。在 0 -30cm 土层深度之间,土壤养分的垂直分布规律显著,4 种土地利用方式下的土壤有机质、全氮、磷、钾及水分含量的变化规律各不相同。

  (3) 研究结果表明传统农业区土壤养分含量保持能力最好,是比较健康的土壤环境。现代农业区由于耕作措施及施肥管理不合理等原因,造成土壤养分流失较严重,需要采取措施调控土壤养分、改善土壤结构。天然牧草地由于长期过度放牧,没有人工保护和培肥措施,造成土壤养分含量较低,需要采取措施控制载畜量及人为不合理的干扰,防止进一步退化。荒草地相对于现代农业区和天然牧草地土壤养分保持能力较好,采取适当措施进行人工改良及封禁治理,可有效改善土壤质量,提高养分含量。

  参考文献:
  [1]王芳,肖洪浪,苏永中. 黑河中游边缘绿洲区不同土地利用方式对土壤质量的影响[J]. 干旱区资源与环境,2010,24(7) : 165 -170.
  [2]张心昱,陈利顶,李琪,等. 不同农业土地利用类型对北方传统农耕区土壤养分含量及垂直分布的影响[J]. 农业环境科学学报,2006,25(2) : 377 -381.
  [3]刘彦随,陈百明. 中国可持续发展问题与土地利用/覆被变化研究[J]. 地理研究,2002,21(3) : 324 -330.
  [4]郭旭东,傅伯杰,陈利顶. 低山丘陵区土地利用方式对土壤质量的影响 - 以河北省遵化市为例[J]. 地理学报,2001,56(4) : 447 -455.
  [5]姬宝霖,吕忠义,申向东,等. 内蒙古达拉特旗十大孔兑综合治理方案研究[J]. 人民黄河,2004,26(1) : 31 -32.
  [6]GB/T 21010 -2007,土地利用现状分类[s].
  [7]李新宇,唐海萍,赵云龙. 怀来盆地不同土地利用方式对土壤质量的影响分析[J]. 水土保持学报,2004,19(6) : 103 -107.
  [8]杨景成,韩兴国,黄建辉,等. 土壤有机质对农田管理措施的动态响应[J]. 生态学报,2003,23(4) : 787 -796.
  [9]王月玲,蔡进军,张源润,等. 半干旱退化山区不同生态恢复与重建措施下土壤理化性质的特征分析[J]. 水土保持研究,2007,14(1) : 11- 14.
  [10]曲均峰,李菊梅,徐明岗,等. 长期不施肥条件下几种典型土壤全磷和 Olsen - p 的变化[J]. 植物营养与肥料学报,2008,14(1) : 90 -98.

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