溝道區土地整治前后土壤養分特性研究

胡雅+韓霽昌+高紅貝+馬增輝+張揚

摘 要：通過對溝道區土地整治前后土壤養分垂直分布特征和水平分布均勻性的分析，評價了整治前后土壤養分分級。結果表明：土地整治過程對耕作層內有機質和有效磷含量影響較大，同一土層內整治后較整治前含量減少，對全氮和速效鉀含量影響??；土壤養分在0～2 m土體中沿土層深度方向逐漸降低；土地整治后溝底至溝口土壤養分分布較為均勻，變異水平中等偏弱；有機質、有效磷含量與全氮、速效鉀含量相比在水平方向波動較大，整治后0～2 m土體中土壤養分含量中值增大；溝道地整治后土壤養分處于五級至三級水平，整治后農田與優質農田相比，土壤養分還有較大提升空間。針對整治后農田有機質含量低的狀況，建議通過增施有機肥、采用秸稈還田、定期監測、測土配方施肥技術提高養分含量，在工程管理后期將長效肥與短效肥結合起來，加強工程管理措施并及時耕作。

關鍵詞：土地整治；土壤養分；養分分級；管理措施

中圖分類號：S153.6 文獻標識碼：A DOI 編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2016.09.005

Abstract： Soil nutrient in vertical and horizontal distribution uniformity was investigated and soil nutrient grading was evaluated between prior and after land reclamation in the channel region. The results showed that land reclamation process had a great influence on organic matter and available phosphorus， and after reclamation these two indicators were higher than before reclamation in the same layer， meanwhile there was little impact on total nitrogen and available potassium within the plough layer. In the whole profile （0～2 m）， soil nutrients were higher in upper layer than lower layer. Along gully outlet to table land， soil nutrient was uniform and in the moderate level of variation. Organic matter and available phosphorus had a larger fluctuation in horizontal distribution than total nitrogen and available potassium. Soil nutrient median value increased in the 0～2 m layer after reclamation. Soil nutrient was at the level of fifth to third nutrient grade after reclamation in the channel region. Compared with quality farmland， improvement is needed in the land after reclamation. For the low organic matter status， applying organic manure， straw returning， periodic monitoring and soil testing and fertilizer recommendation were necessary. Combination of long-acting fertilizer and short-acting fertilizer， monitoring regularly and engineering management were also important after reclamation project.

Key words： land reclamation； soil nutrient； nutrient grade； management

當前黃土高原丘陵溝壑區有眾多溝道內的耕地被撂荒或低效使用，延安市針對黃土高原丘陵溝壑區特殊地貌提出“治溝造地”提升耕地質量的溝道治理新模式[1-2]，這對落實國家耕地保護和糧食安全保障戰略有重要意義。目前，有關治溝造地工程的工程現狀、工程管理以及未來農業發展的研究工作陸續展開[1， 3-4]，但是關于土地整治還田后溝道區土壤養分及其土壤改良的研究至今未見報道。有機質是土壤供氮能力的重要指標，土壤中豐富的氮素可以提高作物對磷、鉀、鈣的吸收[5]，而礦質元素中以氮磷鉀對作物的生長發育影響最為顯著[6]。土壤養分狀況制約著農田生產力，只有充分了解養分分布特性，才能合理調控土壤肥力，才能采用針對性的施肥管理方式[7]。溝道整治過程中多采用挖高填低、表土剝離、田坎修筑等工程手段，這些措施對表層土壤造成較大幅度的擾動，而這必將對土壤質量產生影響[8-9]，且土地利用方式的改變會引起土壤養分的重新分配，種植后土壤中有機質、速效磷等養分指標分布特性不明。以往研究土壤養分變異主要針對不同土地利用類型[10]，對土地整治后土壤養分水平與垂直分布及其改良的研究則較少。筆者以“治溝造地”陽灣溝工程項目土壤樣品為材料，研究工程措施還田前后溝道區土壤養分特性，為土地整治后農田土壤肥力提升提供參考依據。

1 材料和方法

1.1 研究區概況

研究區位于延安市寶塔區南泥灣鎮陽灣溝，主要土壤類型是黃綿土，土壤屬于中粉質壤土（表1），質地疏松，抗蝕性差，水土易流失[11]，且土層剖面差異不明顯。黃綿土約占區域內耕作土壤的80%以上，廣泛分布于梁、溝、坡及河谷臺地[10]。農業用地主要種植玉米、小麥。延安市在氣候上屬于高原大陸性季風氣候，年均無霜期170 d，年均氣溫9.2 ℃，多年平均降水量573 mm，降水的年變化率大，年內分配不均，多集中在7—9月份，降水量約占年降水量的75%左右，年平均蒸發量1 527.10 mm。南泥灣片區地下水埋深1～5 m，溝道區地下水位0～2 m。陽灣溝地處東經107°39'～110°33'，北緯35°20'～37°30'，北連榆林市，南與渭南、銅川、咸陽市相接，東臨黃河、山西省呂梁地區。上游河谷較寬（300～700 m），一級階梯發育形成川、臺地。

1.2 研究方法

1.2.1 采樣方案 土地整治前采樣時間為2013年4月，工程竣工時間為2014年11月，整治后種植玉米一季，并于2015年7月進行整治后土壤樣品采集。沿溝道從溝底至溝口方向“一”字型布設9個樣點，每個樣點用土鉆取土2 m深，其中0～100 cm每10 cm取樣1次，100～200 cm每20 cm取樣1次，獲得135個土壤原狀土樣，置于塑封袋中，帶回實驗室進行分析。

1.2.2 測定方法 有機質采用重鉻酸鉀法測定，全氮采用凱氏定氮法測定，速效鉀采用中性乙酸銨溶液浸提、火焰光度計法測定，有效磷使用紫外分光光度計測定。

1.2.3 數據處理 測量數據采用SPSS統計分析軟件進行顯著性分析，采用Anova進行單因素方差分析，在α=0.05顯著水平上檢驗各土層間差異，如差異顯著，采用LSD法在α=0.05顯著水平上進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 土壤養分分布特征

2.1.1 土壤養分垂直分布規律 土壤肥力高低取決于土壤養分狀況，研究養分垂直分布可以了解土壤形成過程中自然因素、成土母質、氣候、土地利用和管理方法的變化過程，這些因素影響著養分遷移、累積以及生物地球化學循環。

表2給出了研究區整治前后不同深度土壤養分含量分布情況。

由數據分析可知，0～40 cm土層，整治后較整治前有機質含量大幅度下降，其中0～10 cm土層中有機質減少2.32 g·kg-1，隨著土層加深，有機質減小幅度變小，整治前與整治后80 cm以下土層中有機質含量變化幅度不大，且無明顯差異。這說明，土地整治減少了土壤表層有機質含量，垂直方向上整治前與整治后有機質含量均隨土層深度的增加逐漸減小。

整治前土壤中全氮含量沿土層深度方向呈現出逐漸降低的趨勢，逐層向下各土層深度間全氮含量差異縮小。整治后沿深度方向全氮呈現出“S”型變化規律，0～40 cm土層全氮逐漸降低，40～140 cm土層出現累積，140 cm以下土層中全氮含量與整治前差異很小，受作物吸收與機械翻動的雙重影響，耕作層全氮含量低。耕層以下氮素累積可能是因為溝道區地下水位較低，在管理農田時采用的截水溝降低地下水位技術，硝態氮隨水分向土體下層淋溶并累積，導致全氮含量增大。整治前后全氮含量無顯著性差異，說明土地整治過程對全氮含量影響不大。

整治前土壤中有效磷含量隨著土層深度的增加呈現逐漸降低的趨勢，各土層之間含量差異顯著，整治后較整治前0～40 cm土層有效磷降低幅度較大，有效磷總量降低5.04 mg·kg-1，這可能是由于根系在0～40 cm土層大面積分布，第一季作物生長中對土壤速效養分吸收量大，且有效磷含量與有機質含量具有很大的相關關系，有機質在耕作層含量的減少直接導致有效磷降低。整治后整個土層內有效磷含量隨土層深度變化無明顯規律。土地整治對耕作層有效磷含量影響較大。

整治前后同一土層中速效鉀含量沒有較大變化，速效鉀與有效磷0～200 cm土層深度中含量變化趨勢一致，含量從上至下逐漸降低，原因在于土壤中的鉀元素主要來源于黃土母質，性質穩定。整治前后土壤速效鉀含量無顯著性差異，說明土地整治對速效鉀含量影響不大。

2.1.2 土壤養分含量水平分布均勻性 評價土地整治工程措施優劣的一個方面是土壤養分分布的均勻性，變異系數可以評價分布均勻狀況。將沿溝底至溝口所得的耕作層內土壤養分數據進行平均，通過對養分特征值進行描述性統計（表3）得出：土壤養分在各采樣點之間最大變異系數為28.03%，屬于中度變異程度，整治后較整治前變異系數變小，說明整治工程使溝底至溝口土壤養分分布總體趨向均勻。整治后有機質和全氮變異系數增大，有效磷和速效鉀變異系數減小。整治后有機質和有效磷變異系數在20%以上，全氮和速效鉀變異系數在10%～15%之間，說明有機質、有效磷沿溝底至溝口方向與全氮、速效鉀相比在土壤中分布較不均勻，波動較大。整治后較整治前全氮和速效鉀中值增大，這主要是因為整治后農田適時耕作施肥，作物改善土壤養分性狀，說明土地整治使土壤養分含量提升。

2.2 整治還田土壤養分分級

通過土壤養分分級來診斷土壤肥力，實現整治還田農田養分精準管理。根據全國第二次土壤普查養分分級標準，將土壤養分的豐缺程度劃分成極高、高、中高、中低、低、極低6個等級。表4給出了土壤養分分級標準和溝道區整治還田前后作物種植一年耕作層內土壤養分平均含量。

從數據對比可以看出：土地整治后土壤耕層內有機質平均9.10 g·kg-1，含量較低，在養分分級中屬五級水平；全氮平均1.10 g·kg-1，整治后含量雖有所提升但仍處于中高水平，在養分分級中屬三級水平；有效磷平均7.69 mg·kg-1，速效鉀60.69 mg·kg-1，含量均在養分分級中屬四級水平。整治前和整治后土壤養分含量處于同一級別且耕作層內養分含量降低，這是因為一方面工程施工對表層土壤擾動強烈，養分流失；另一方面，土地利用形式從荒草地轉變為農用地后作物對土壤養分有一定量吸收，施肥等養分管理措施不能滿足作物養分需求。整治后農田與優質農田相比，土壤養分還具有較大提升空間。

2.3 養分管理措施

從目前整治還田土壤養分供應狀況來看，土壤有機質含量亟待提高，適量施入有機肥有助于土壤質量提升。由于有機肥的施用可以增加土壤的透氣性，使水分及養分不易流失，增加土壤保水保肥能力，故播種前施用有機肥并翻耕均勻，有利于提高產量。追肥時，采用適當的根施、溝施、穴施技術。另外采用秸桿還田技術可以提高土壤中有機質含量。小麥收獲時，秸稈在表層覆蓋，能夠起到保墑節水的作用；玉米收獲時，秸稈粉碎還田后旋耕，秸稈腐解能增加土壤微生物活力，營造適宜的土壤環境。有研究表明，秸稈直接還田比施用等量漚肥效果好[12]。

土壤中的氮含量一直是土壤養分關注的核心，然而，硝態氮存在易隨水分遷移淋溶的特點，淋溶出根系層的氮提高了地下水污染風險，造成氮素損失，氮肥施用效率降低。溝道區在降雨匯流與兩側山體承壓的作用下，地下水位比較淺，進一步增加了氮素淋溶風險，因此，在施肥管理時應把握高產作物養分需求生理期，實現時間與空間上的耦合。土壤鉀和磷的遷移性小，有效性高，持續被作物吸收利用，不容易累積，只有超出速效養分淋溶臨界點時才會隨水分運移至地下水中。隨著科技的發展，土壤養分監測與速測技術逐步推廣，推行氮磷鉀長期定位監測，氮素1年測1次，磷和鉀兩至三年測1次，結合精準施肥技術，獲得土壤養分含量后即可給出施肥方案，有針對性地投施肥料。

提高土壤養分含量還需加強工程管理，部分地區土地整治項目結束后，受人力物力的限制，耕作農田往往是第一年還在耕種，第二年就被撂荒[13]，為了防止耕地退化，實現農民增收，應當適時耕作，輪作與間作方式同步進行，改良貧瘠土壤。

3 討 論

土壤養分受人為因素和自然因素的共同影響。土地整治人為干擾的過程與土壤養分變化有著密不可分的關系，人為擾動影響植物的凋落物和土壤微生物的活性，整治工程的平整程度影響養分分布均勻性，整治管理措施影響養分再分配。

有機質含量的高低與土壤成土條件、利用現狀、熟化程度密切相關。土地整治前土壤植被覆蓋度低的地塊，枯落物少，表土層溫度又高，微生物活動旺盛，有機質礦化程度高，分解作用強，表土層有機物積累少；溝道中地塊地下水位較高，耕層以下土壤濕度大，在長期沒有陽光直射的條件下，土壤中微生物活動較為遲緩，僅有的枯枝落葉難以充分分解轉化，土層深處有機物分解總量少，因此，整個溝道區土壤中有機質基礎含量低。

土地整治后土壤耕作層內有機質和有效磷含量降低幅度較大，而整治過程對全氮和速效鉀含量影響不大。一是因為土地整治前土地撂荒，植被覆蓋度較低，延安地區暴雨歷時短且集中，表土層中細顆粒隨地表徑流流失，留下粗顆粒，難以形成土壤黏粒，有機質吸附困難；二是整治前土壤養分在表土層含量較大，土地整治中采取的深挖、深翻、回填等措施，使得表土層和心土層甚至表層土壤與土壤母質充分混合，回填土壤有機質含量降低；三是土壤中磷元素主要來自黃土母質和部分有機質的礦化，有機質能夠促進土壤團粒狀結構生成，改良土壤結構，保留土壤養分[14-15]，有機質含量減少直接影響能夠礦化出的有效磷含量[16]，而鉀元素主要來源于黃土母質，性質穩定，土壤擾動對其沒有太大影響。土壤全氮、速效磷、速效鉀沿土層深度方向呈現出逐漸降低的趨勢，這與張曉霞等[17-18]研究結果一致，土體深處養分含量低意味著土壤供養潛力較差。

土地整治的過程中歸并零散田塊，修筑梯田，使土壤養分分布趨于均勻，然而整治后土壤養分仍處于五級至三級水平，達不到高標準的農田養分等級，因此，需要有針對性地對養分進行管理，采用秸稈還田、定位監測、精準施肥技術，同時加強工程管理。

這次研究沒有對土壤pH值、團聚體結構等理化性質進行測定，只分析了土壤養分和質地，在后續研究中可逐步完善研究系統，對整治工程平整度、種植形式對土壤養分的影響加以研究，以完整認識治溝造地工程措施的生態效益、經濟效益。

4 結 論

（1）土地整治對土壤耕作層內有機質和有效磷含量影響大，對全氮和速效鉀含量影響較小，土壤養分沿土層深度方向逐漸降低。

（2）土地整治后溝底至溝口土壤養分分布較為均勻，中等偏弱變異水平，有機質、有效磷與全氮、速效鉀含量相比波動較大；整治后土壤養分含量中值增大，土地整治工程能夠提升土壤養分含量。

（3）溝道地土壤養分處于五級至三級水平，整治后農田與優質農田相比，土壤養分還具有較大提升空間。

（4）針對整治后農田養分狀況，可以通過增施有機肥、使用秸稈還田技術，運用定期監測方法，測土配方施肥，在工程管理后期做到長效肥與短效肥結合來提升耕地質量，滿足作物養分需求。

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