仝金輝　胡業(yè)翠　李英

摘要：研究選取廣西喀斯特異地安置點進行采樣，研究自然林地（NF）開墾后土壤養(yǎng)分分布及土壤質量的變化情況。選擇桉樹林地（UG）、甘蔗地（SF）、玉米地（CF）3種當?shù)刂饕淖匀涣值亻_墾后的利用類型，采用室外采樣與室內(nèi)試驗相結合方法，基于空間位置代替時間序列的理論，分析了自然林地開墾后土壤養(yǎng)分分布狀況；并運用土壤質量綜合評分和Markov方法研究了自然林地開墾后土壤質量的變化情況。研究結果，自然林地開墾后土壤有機碳及全養(yǎng)分含量在不同開墾類型及各個土層中均會出現(xiàn)明顯的下降趨勢；通過土壤質量綜合評分和Markov方法對土壤質量分析發(fā)現(xiàn)，土壤質量均出現(xiàn)退化趨勢，且退化主要集中在10～40 cm的土壤表層，隨土層深度增加，退化程度逐漸減弱。結果表明，林地開墾會造成土壤養(yǎng)分流失和土壤質量下降，在喀斯特地區(qū)異地安置過程中，要充分考慮異地安置點生態(tài)系統(tǒng)的人口承載力和農(nóng)業(yè)用地的供給能力，避免因大量開墾造成土壤退化、生態(tài)環(huán)境破壞使遷入?yún)^(qū)出現(xiàn)貧困化和石漠化的問題。

關鍵詞：喀斯特地區(qū)；開墾；土地利用類型；土壤養(yǎng)分；土壤質量

中圖分類號： S158文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2017）15-0243-05

土壤是人類賴以生存和發(fā)展的物質基礎，土壤養(yǎng)分是衡量土壤質量的量化指標[1]。土壤養(yǎng)分與土地利用方式具有密切的關系，土地利用方式的轉變可以通過影響有機質進入土壤，微生物的活動以及土壤團聚體的結構等影響土壤養(yǎng)分含量，進而影響土壤質量[2-3]。廣西喀斯特移民遷入?yún)^(qū)人口數(shù)量增加，不斷挑戰(zhàn)生態(tài)系統(tǒng)承載力閾值，再加上土地產(chǎn)能低，糧食產(chǎn)量遠遠不能滿足正常生活需求，從而迫使當?shù)刈匀涣值夭粩啾婚_墾。眾多研究表明，在我國喀斯特地區(qū)土地利用變化，尤其是自然林地退化后土壤容重增加，土壤養(yǎng)分含量大大降低，土壤質量不斷退化，增加了土壤侵蝕的危害[4-10]。由于針對廣西喀斯特移民遷入?yún)^(qū)自然林地開墾后土壤養(yǎng)分及土壤質量變化的研究仍顯不足，本研究采集了桉樹林地、甘蔗地、玉米地3種當?shù)刂饕拈_墾類型土壤樣本，基于空間位置代替時間序列的理論，分析土壤養(yǎng)分的分布狀況，并運用土壤質量綜合評分和Markov方法研究了土壤質量的變化情況，以期為進一步研究喀斯特地區(qū)不同土地利用方式下土地質量變化及生態(tài)移民工程的規(guī)劃實施提供一定的借鑒與參考。

1材料與方法

1.1樣地的選取與樣品采集

采樣地點位于廣西壯族自治區(qū)環(huán)江縣（107°51′～108°43′E，24°44′～25°33′N），地處黔中高原南部邊緣的斜坡地帶，地勢北高南低；屬于亞熱帶季風氣候，雨水充沛，日照充足，無霜期長，年均降水量北部為1 750 mm；包含紅壤、黃紅壤、黃壤、棕色石灰土、黑色石灰土5個土壤亞類。成土母巖以砂頁巖、石灰?guī)r為主。玉米、桉樹、甘蔗是主要的種植作物。該地區(qū)作為生態(tài)移民工程遷入?yún)^(qū)，原始林地被大幅度開墾為其他用地，本研究以玉米地、甘蔗地、桉樹林地為自然林地開墾后主要的土地利用方式。

采樣于2013年1月對自然林地開墾15年以上的玉米地、10年以上的甘蔗地、5年以上的桉樹林地以及未開墾的自然林地進行，每種土地利用方式選擇5塊樣地，各樣地直線距離在 250～300 m，樣地大小在0.067～0.100 0 hm2。每塊樣地采集5個樣點，并且采用蛇形布點、多點取樣的方法分層取[LM]樣（共分6層：分別為0～10 cm、>10～20 cm、>20～40 cm、>40～60 cm、>60～80 cm、>80～100 cm）。將全部樣點對應土層的樣品充分混合后，四分法取500 g土樣帶回實驗室，風干，去除動植物殘體等非土壤物質，粉碎，過80目篩，保存?zhèn)溆谩?/p>

1.2土壤質量指標的選取與測定

土壤物理、化學和生物學性質綜合體現(xiàn)在土壤質量的高低，而影響土壤質量的因子眾多，目前還沒有形成完備統(tǒng)一的土壤質量指標評價體系。本研究主要選取對土壤質量、作物產(chǎn)量影響較大的土壤容重、土壤有機碳（SOC）、土壤全氮（TN）、氨態(tài)氮、硝態(tài)氮、土壤微生物碳、土壤微生物氮作為指標，對土壤質量變化進行分析。土壤有機碳測定采用重鉻酸鉀氧化外加熱法[11]，土壤全氮測定采用凱氏定氮法[12]，土壤全磷測定用硫酸-高氯酸消煮-流動分析儀法[13]，土壤氨態(tài)氮和硝態(tài)氮測定采用氯化鉀提取-流動分析儀法[14]，土壤微生物碳測定用氯仿熏蒸浸提-TOC測定法[15]，土壤微生物氮測定采用氯仿熏蒸浸提法[16]，試驗重復3次取其平均值。

1.3評價因子隸屬度及權重的確定

由于各評價因子之間沒有明確的外延，也沒有統(tǒng)一的量綱，測算結果無法直接進行比較，采用隸屬度函數(shù)對各因子進行歸一化處理。主要運用兩類隸屬函數(shù)：

（1）上界型函數(shù)。這類因子在一定范圍內(nèi)，指標值與土壤質量呈正相關，超出這一范圍對土壤質量的影響較小。

土層中4種土地利用方式SOC濃度在8.8～12.5 g/kg。天然林地SOC濃度最高，為12.5 g/kg，玉米地SOC濃度最低，為8.8 g/kg，桉樹林、甘蔗地分別為 10.3、9.5 g/kg。天然林地與開墾后其他3種土地利用類型之間SOC濃度均存在顯著性差異。天然林地轉變?yōu)殍駱淞值?、甘蔗地、玉米地SOC濃度分別下降了 17.6%、24.0%、29.6%。原因一方面可能是由于天然林地開墾后大大減少了有機物進入土壤，導致有機碳的輸入遠低于天然林地；另一方面，甘蔗地和玉米地秸稈移除以及頻繁翻耕也加快了土壤有機質分解，雙重作用下導致開墾后SOC含量遠低于天然林地。

2.1.2土壤有機碳的垂直分布特征

SOC濃度在不同土層深度是變化的。從表2可以看出，未開墾的自然林地以及開墾后的桉樹林地、甘蔗地、玉米地SOC濃度均呈現(xiàn)明顯的下降趨勢，>80～100 cm土層相比0～10 cm土層，SOC濃度分別下降了70.07%、68.83%、66.54%、68.26%。這可能是由于SOC的輸入主要集中在土壤表層，隨著土層深度增加，SOC的輸入量減少，導致底層SOC濃度遠低于表層土壤。計算分析結果，4種土地利用類型SOC濃度的差異主要集中在0～40 cm 的土層，在0～40 cm土層范圍內(nèi)，SOC濃度分別下降了58.70%、58.11%、45.94%、37.14%，而>40～100 cm土層減少的SOC濃度僅相當于0～10 cm SOC濃度的0.37%、7.58%、3.04%、20.44%。表明SOC濃度下降主要集中在土壤表層0～40 cm，底層>40～100 cm SOC濃度變化較小。endprint

2.2不同土地利用類型的全量養(yǎng)分分布

2.2.1不同土地利用類型全氮、全磷的水平分布

從圖2可以看出，不同土地利用類型全氮含量集中在0.6～1.0 g/kg。在0～100 cm土層中，天然林地全氮含量最高，為1.03 g/kg；桉樹林含量最低，為0.63 g/kg；甘蔗地、玉米地全氮含量分別為0.83 g/kg、0.76 g/kg。天然林地退化為桉樹林、甘蔗地、玉米地后全氮含量分別下降38.8%、19.4%、26.2%。多重分析結果，不同土地利用方式全氮含量差異顯著；不同土地利用方式全磷含量沒有顯著差異，甘蔗地最高，為0.085 g/kg；桉樹林最低，為0.073 g/kg；天然林地、玉米地均為0.084 g/kg。

2.2.2不同土地利用類型土壤全氮、全磷的垂直分布

全量養(yǎng)[CM（25]分含量變化情況見圖3，在整個采樣土層中不同土地利用類型全氮含量隨土層深度逐漸減少。自然林地全氮含量在6個土壤分層中均表現(xiàn)為最高水平。因此，在天然林開墾后，全氮含量會呈現(xiàn)不同程度的下降趨勢，在0～10 cm土層下降趨勢最大，隨著土層深度增加，下降趨勢逐漸減弱。土壤全磷剖面分布特征與土壤有機碳和全氮剖面特征相似，隨著土壤深度增加含量呈下降趨勢。在0～10 cm土層，天然林地全磷含量最高，且下降趨勢也是最劇烈的。在20 cm以下土層，不同土地利用類型土壤全磷含量極為接近，且變化較?。▓D4）。

3結論與討論

喀斯特移民遷入?yún)^(qū)土地利用變化對土壤養(yǎng)分具有深刻的影響。試驗結果表明，自然林地開墾后土壤有機碳及全養(yǎng)分含量在不同的利用類型及同一利用類型的各個土層中均會出現(xiàn)明顯的下降趨勢。當自然林地開墾為玉米地時有機碳濃度下降最多，甘蔗地次之。主要原因可能是頻繁的翻耕以及不合理的管理方式加速了微生物的活動，破壞了土壤團聚體的結構，導致有機碳排放大大增加，土壤有機碳濃度下降；自然林地開墾后有機碳在剖面上的下降趨勢主要集中在>10～40 cm 的土壤表層，隨著土壤深度的增加，受人類活動影響較小，下降趨勢逐漸減緩。0～10 cm的表層土壤養(yǎng)分含量下降趨勢較小主要得益于施肥等農(nóng)業(yè)管理措施。

通過土壤質量綜合分值法和Markov方法分析土壤質量變化發(fā)現(xiàn)，自然林地開墾為桉樹林、玉米地及甘蔗地后土壤質量進步度在各個土層均為負值，說明自然林地開墾后土壤質量在不同利用類型的各個土層中均表現(xiàn)為下降趨勢；土壤質量進步度的最小值通常出現(xiàn)在>10～40 cm的土壤層，表明土壤質量與土壤有機碳及全養(yǎng)分含量的變化趨勢是一致的。

自然林地開墾可以帶來暫時的經(jīng)濟利益，但大量自然林地破壞后造成的土壤質量損失是不可估量的，并且林地破壞后的恢復過程極其緩慢[17]。因此，在喀斯特地區(qū)異地安置實施過程中，要充分考慮異地安置點生態(tài)系統(tǒng)的人口承載力和農(nóng)業(yè)用地的供給能力，避免因大量開墾造成土壤退化、生態(tài)環(huán)境破壞使遷入?yún)^(qū)出現(xiàn)貧困化和石漠化的問題。

土壤質量受土地利用方式、土壤母質、氣候及人為管理方式等因素的綜合影響[4，18-21]，本研究基于空間位置代替時間序列，且僅限于一次采樣和有限的土壤性狀進行分析。因此，以后研究應側重于從多時空尺度和多因子綜合分析角度開展。

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