不同土地利用方式對粵西磚紅壤理化性質的影響①

李 進 鄭 超 陳伯豪 段婷婷 張 宇 梁燕秋

(1 廣東海洋大學化學與環境學院 廣東湛江524088;2 廣東海洋大學機械與動力工程學院 廣東湛江524088;3 廣東海洋大學農學院 廣東湛江524088)

土地是不可再生資源。隨著我國經濟的快速發展，大量優質土地不斷被征用、土壤環境污染加劇，土地的數量和質量均日趨下降［1］。人類主要是通過不同的土地利用方式來干預土壤的質量，土地利用方式在很大程度上決定著土壤質量變化的程度和方向［2］。不同的土地利用方式會改變土壤的物理和化學性質，以至于影響動植物或人類的生產活動［3］。合理的土地利用方式可改善土壤的理化性質，增強土壤對外界環境變化的抵抗力，提高土地生產力［4］；不合理的土地利用方式會導致土壤理化性質惡化［5］，質量下降［6］，增加土壤侵蝕［7］，降低生物多樣性［8］。目前，關于不同土地利用方式對土壤理化性質影響及可持續利用的研究已被人們所重視［9］。

磚紅壤是我國最南端熱帶雨林或季雨林地區的地帶性土壤［10］。廣東省西部（粵西）地區是我國磚紅壤分布主要地區之一，也是我國熱帶經濟作物的重要農業生產基地。目前不合理的土地利用方式加劇了土壤的退化［11］，這對該地區農業可持續發展產生了嚴重的影響［12］。本文選取我國磚紅壤典型區域的林地、草地、耕地、荒地、綠化地5種土壤作為研究對象，探討不同土地利用方式下磚紅壤理化性質的特征及差異，以期為磚紅壤地區土壤的合理開發利用和高效管理提供依據。

1 材料與方法

1.1 材料

本文的土壤樣品采集區位于廣東省湛江市廣東海洋大學及其周邊（21°8＇～21°15＇N，110°17＇～110°24＇ E）。湛江地處北回歸線以南的低緯地區，屬于熱帶北緣季風氣候，終年受海洋氣候的調節，冬無嚴寒，夏無酷暑，年平均氣溫在22.7～23.5℃，由北向南遞增，南北相差1.5℃。年平均雨量1 395.5～1 723.1 mm，年平均日照時數1 714.8～2 038.2 h。其土壤的代表類型之一就是由玄武巖母質發育而成的磚紅壤。

選取研究區地形、地貌和成土母質基本一致的林地、草地、耕地、荒地、綠化地5種不同土地利用方式的地塊作為土壤樣品采集點進行研究。該區地貌類型為平原，地形均為平地。林地（110°20＇32＂E，21°15＇14＂N）主要是種植20年以上的桉樹（Eucalyptus robustaSmith），該地塊為人工林地，每年施入1 次少量的常規化肥（尿素、過磷酸鈣、氯化鉀）和進行少量耕作；草地（110°20＇32＂ E，21°15＇14＂ N）主要是種植6 年以上供飼養牲畜使用的臺灣甜象草（Pennisetum purpureumSchum cv.Guiminyin），該地塊為人工牧草，根據當地種植經驗，該牧草是喜氮磷植物，因此當地每年施入2 次尿素和過磷酸鈣、1 次氯化鉀，并進行常規耕作；耕地（110°17＇53＂ E，21°8＇50＂ N）主要是種植10 年以上的水稻地，一年兩熟，其年均分4次施入農肥和化肥（水稻專用肥，尿素，磷酸二銨），并進行較為精細的耕作；荒地（110°29＇65＂E，21°11＇16＂N）是8年未被開發利用過的宜農土地，其上植被主要是自然條件下生長的一些灌木和雜草，主要包括野牡丹（Melastoma malabathricum）、芒萁（Dicranopteris dichotoma）、 谷 木 （Memecylon ligustrifolium）、桃金娘（Rhodamrtus tomentosa）等，該地塊從未進行過任何人為耕作；綠化用地，即綠化地（110°24＇53＂E，21°11＇14＂N）在5年前為荒地，后來此地塊成為了建設用地，在其上陸續修建了大量的房舍，最后又將剩下未被占用的建設用地改造為綠化廣場（綠化地），因此該地塊也未進行過人為農業耕作。

1.2 方法

1.2.1 土樣采集與樣品分析

根據研究區5 種土地利用方式地塊的實際面積，每種土地利用方式分別選取5塊具有代表性的地塊采集土壤樣品并GPS定位。每個地塊內隨機選取10 m×10 m的正方形樣地，依據“對角線法”選取5點采集0～15 cm深的表層土壤，將其混勻、用四分法分取備用。土樣在室內自然風干，磨碎，分別過2.000和0.149 mm篩，密封保存，用于測定各項土壤理化指標。

采用環刀法測定容重，孔隙度由容重和比重（2.65 g/cm3）計算得出；pH 計電位法測定土壤pH值（按2.5∶1的水土體積質量比）；采用重鉻酸鉀容量法測定土壤有機質含量；采用凱氏消煮法測定土壤中全氮含量；采用HCIO4-H2SO4消煮－鉬銻抗比色法測定土壤中全磷含量；采用氫氧化鈉熔融－火焰光度計讀數法測定土壤中全鉀含量；采用堿解擴散法測定土壤中堿解氮的含量；用Olsen法測定土壤中速效磷的含量；采用NH4AOC 浸提－火焰光度計法測定土壤中的速效鉀含量［13］。

1.2.2 數據分析

采用Microsoft Office Excel 2007 和SPSS（V20.0）等統計軟件進行數據處理。方差分析和多重比較（DMRT）用于比較不同土地利用方式地塊土壤的理化性質差異，顯著性水平用p＜0.05表示。

2 結果與分析

2.1 不同土地利用方式對土壤容重和孔隙度的影響

土壤容重和孔隙度是土壤的重要物理性狀指標，其與土壤的肥力密切相關，可直接影響植物的生長狀況［14］。如表1 所示，5 種不同土地利用方式土壤間的容重和孔隙度差異顯著，其中土壤容重指標的大小差異順序為綠化地＞耕地＞草地、林地＞荒地，土壤孔隙度的指標順序為荒地＞林地、草地＞耕地＞綠化地。綠化地的容重顯著大于其它土壤類型，這是因為建筑用地受人為因素影響明顯，尤其是大型載重車等重物長期的壓實作用，導致其土壤緊實，孔隙度較小，不利于開發成綠化地或和農田［14］；耕地的容重僅次于綠化地，顯著大于草地、林地和荒地，這與人為因素的影響也密切相關。本文中的耕地是長期種植水稻的水田，由于水稻根系淺，經長期耕作，漬水土粒高度分散，所以耕作層淺，在耕作層下沉積一層不滲透的犁底層，犁底層比較緊密，透水性差，有利于水稻田下層保水［16］；人工草地和林地每年耕作較少，因此受人為因素的影響較少，所以土壤容重較綠化地和耕地??；由于荒地長年沒有耕作，受人為作用最小，所以土壤容重最小，孔隙度最大。

表1 土壤容重和孔隙度測定結果

土壤容重和孔隙可反映土壤的通氣性、透水性、導熱性和緊實度，直接影響土壤的水、肥、氣、熱、微生物等肥力因素，關系著植物的生產狀況，因此改善土壤的容重及孔隙度對農業生產至關重要。一般土壤耕地的孔隙度在55%～65%比較適宜植物的生長（水田除外）［14］。從表1 可以看出，孔隙度（39.25%）是綠化地的限制因子，因此建議將建設用地開發成綠化廣場（綠化地）后，對其土壤孔隙度進行改善，來減少或者消除孔隙度對其進一步開發利用的制約。同樣，也可通過增施有機肥、中耕松土、深耕等種植措施提高人工林地和草地的孔隙度［17］，進而促進植物健康生長。

2.2 不同土地利用方式對土壤pH的影響

土壤pH 是土壤理化性質的重要指標之一，它能夠影響土壤微生物和土壤酶的活性，以及植株對礦質營養元素的吸收等相關因子［18］，因此研究不同土地利用方式對土壤pH 的影響對合理利用土地資源具有重要意義。如圖1所示，不同土地利用方式對土壤pH 值的影響差異顯著，綠化地的土壤pH 值顯著大于其它土地利用類型的，而林地、草地和耕地的土壤pH 值間差異不顯著，且均顯著大于荒地的土壤pH，大小順序為綠化地＞林地、草地、耕地＞荒地。綠化地的pH 最高，可能是因為在以往建設過程中，有大量的堿性石灰類建筑物料積累在土壤中，比如主要成分為碳酸鈣（CaCO3）的建筑材料水泥；荒地的土壤pH 值顯著小于其它土地利用方式土壤的原因可能是南方磚紅壤因氣候等因素脫硅富鋁過程劇烈，強烈的淋溶作用導致了其發育為典型的酸性土壤［19］。由于荒地上的植被密度相比林地、草地、耕地較少，植物的根系對土壤的固持和保水能力較少，土壤的淋溶作用較劇烈，大量的鹽基離子被淋溶損失，引起了土壤pH 值的下降，所以荒地的土壤pH 值顯著小于其它土壤的。因此建議在開發利用酸性磚紅壤區荒地之前，利用石灰質等堿性物料或肥料對其土壤酸堿性進行改良，提高其土壤pH 值，為植物生長營造較好的土壤酸堿環境。

圖1 土壤pH值測定結果

2.3 不同土地利用方式對土壤有機質的影響

土壤有機質是土壤的重要組成成分，可改善土壤的理化性質，增強土壤生物和微生物的活動，促進土壤營養元素的分解轉化，提高土壤的保肥性和緩沖性，是植物營養的主要來源之一，對植物生長有促進作用［19］。因此研究土壤有機質在不同土地利用方式下的差異對合理開發利用土地資源具有重要參考價值。如圖2所示，荒地和綠化地的土壤有機質含量顯著低于耕地、草地和林地的，這是因為荒地和綠化地上的植被數量較少甚至沒有，土壤中有機質重要的來源之一就是生長其上的植物凋落物經微生物等分解為有機質，因此荒地和綠化地的土壤有機質含量很低。而耕地、草地和林地每年都有大量的凋落物或作物殘茬通過耕地回到土壤中，提高了土壤中的有機質，同時補充了帶走的養分元素，因此耕地、草地和林地中的土壤有機質較高。其中種植水稻的耕地土壤有機質最高，顯著大于其它土地利用方式土壤的，這可能是因為水稻田經常處在淹水狀態，土壤通氣性差，減緩了土壤中有機質的礦化和分解，有利于其積累［21］。

圖2 土壤有機質測定結果

2.4 不同土地利用方式對土壤氮磷鉀養分的影響

土壤中氮磷鉀養分的含量可直接反應土壤肥力的大小，也是植物生長所需量最大的3種必須營養元素，直接影響著植物的生長發育過程［21］。如表2所示，耕地土壤中的全量氮磷鉀是大于草地和林地的，而草地和林地土壤中的全量氮磷鉀顯著大于荒地和綠化地的，這與各土地利用方式土壤中有機質的結果基本一致（圖2）。研究表明，土壤中有機質和氮磷鉀養分的含量成正相關關系［23］，主要是因為有機質中含有大量的氮磷鉀元素，可以作為養分庫儲存氮磷鉀養分，并在植物需要時分解礦化成有效氮磷鉀養分，供植物吸收利用［23］。

從表2還可以看出：耕地的速效氮磷含量顯著大于其它土地的；林地和草地的速效氮磷顯著大于荒地的；荒地的又顯著大于綠化地的。耕地中的氮磷最多，主要和其耕作過程中施肥量有關，耕地種植的水稻，一年中要施用4 次農肥和化肥，其中水稻專用肥，尿素，磷酸二銨都是速效肥料，這可以有效提高耕地中的速效氮磷。林地每年施用1 次速效肥料，而草地每年需要施用2 次氮磷速效肥料，但是每年草地種植的牧草都會被收獲，土壤中大量的養分元素被帶走，所以草地的速效氮顯著大于林地的，但其土壤中的速效磷含量和林地相當?；牡睾途G化地的速效氮磷較少，綠化地最低，這主要是因為這兩種土地利用方式均沒有施用過速效肥料，再加上長期的淋溶損失，導致其養分含量較低。但由于荒地上常年生長著灌木和雜草，這些植物的根系可以減少荒地中氮磷的淋溶損失，再加上有少量養分隨凋落物回歸土壤中，因此荒地的氮磷含量顯著大于綠化地的；表2也顯示了不同土地利用方式土壤中速效鉀含量的差異關系，為耕地＞林地、荒地＞草地＞綠化地。耕地中速效鉀含量最高可能還是因為其含有較高的有機質，且每年施用較多的速效肥料造成的。而荒地中的速效鉀和林地相當，并顯著大于草地中的，這可能是因為荒地上的某些灌木或雜草根系較發達，以及林地上的桉樹林根系扎根較深，它們的根系壓力和根系分泌物加劇了土壤中礦物巖石的風化，這個過程中釋放出了一定量的速效鉀［23］。再者，按當地傳統經驗，草地上種植的臺灣甜象草是喜氮磷植物，每年只施用1次速效鉀肥（氯化鉀），但每年收獲牧草后可能會帶走大量的鉀元素。因此這些原因綜合可能導致了草地中的速效鉀顯著低于林地和荒地的。

表2 土壤氮磷鉀養分測定結果

通過分析表2的結果，建議可以通過施用有機肥（農家肥）、速效化肥來改善荒地和綠化地的土壤物理性質及氮磷鉀養分狀況，以利于將其開發成綠地或耕地等。并建議為種植牧草的草地施用更多的速效鉀肥，來補充每年收獲牧草帶走的鉀元素。

3 討論與結論

本研究結果表明，不同土地利用方式對土壤容重、孔隙度、pH 值、有機質、全量氮磷鉀、速效氮磷鉀的含量影響顯著。主要結論如下：

⑴土壤容重大小為綠化地＞耕地＞草地、林地＞荒地；土壤孔隙度大小為荒地＞草地、林地＞耕地＞綠化地。建議通過增施有機肥、中耕松土、深耕等種植措施對綠化地、林地和草地的土壤容重及孔隙度進行改良，以利于作物的生長，尤其將建設用地改造成綠化地后需進行改良。

⑵土壤pH 大小為綠化地＞耕地、草地、林地＞荒地；土壤有機質大小為耕地、草地和林地＞荒地和綠化地。建議開墾利用荒地前，通過施用有機肥或農家肥提高其有機質含量和pH 值，也可通過施用石灰來提高其土壤pH 值，以利于植物的生長。

⑶土壤全量氮磷鉀大小為耕地、草地和林地＞荒地和綠化地；土壤速效氮磷含量大小為耕地＞草地、林地＞荒地＞綠化地；土壤速效鉀含量大小為耕地＞荒地、林地＞草地＞綠化地。建議通過施用有機肥、農家肥、速效化肥等來改善荒地和綠化地的土壤物理性質及氮磷鉀養分狀況，以利于將其開發成綠地或耕地等。并建議為種植牧草的草地施用更多的速效鉀肥，來補償每年收獲帶走的鉀元素。