李 進(jìn) 鄭 超 陳伯豪 段婷婷 張 宇 梁燕秋

(1 廣東海洋大學(xué)化學(xué)與環(huán)境學(xué)院 廣東湛江524088;2 廣東海洋大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院 廣東湛江524088;3 廣東海洋大學(xué)農(nóng)學(xué)院 廣東湛江524088)

土地是不可再生資源。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，大量?jī)?yōu)質(zhì)土地不斷被征用、土壤環(huán)境污染加劇，土地的數(shù)量和質(zhì)量均日趨下降［1］。人類(lèi)主要是通過(guò)不同的土地利用方式來(lái)干預(yù)土壤的質(zhì)量，土地利用方式在很大程度上決定著土壤質(zhì)量變化的程度和方向［2］。不同的土地利用方式會(huì)改變土壤的物理和化學(xué)性質(zhì)，以至于影響動(dòng)植物或人類(lèi)的生產(chǎn)活動(dòng)［3］。合理的土地利用方式可改善土壤的理化性質(zhì)，增強(qiáng)土壤對(duì)外界環(huán)境變化的抵抗力，提高土地生產(chǎn)力［4］；不合理的土地利用方式會(huì)導(dǎo)致土壤理化性質(zhì)惡化［5］，質(zhì)量下降［6］，增加土壤侵蝕［7］，降低生物多樣性［8］。目前，關(guān)于不同土地利用方式對(duì)土壤理化性質(zhì)影響及可持續(xù)利用的研究已被人們所重視［9］。

磚紅壤是我國(guó)最南端熱帶雨林或季雨林地區(qū)的地帶性土壤［10］。廣東省西部（粵西）地區(qū)是我國(guó)磚紅壤分布主要地區(qū)之一，也是我國(guó)熱帶經(jīng)濟(jì)作物的重要農(nóng)業(yè)生產(chǎn)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(duì)該地區(qū)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)生了嚴(yán)重的影響［12］。本文選取我國(guó)磚紅壤典型區(qū)域的林地、草地、耕地、荒地、綠化地5種土壤作為研究對(duì)象，探討不同土地利用方式下磚紅壤理化性質(zhì)的特征及差異，以期為磚紅壤地區(qū)土壤的合理開(kāi)發(fā)利用和高效管理提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

本文的土壤樣品采集區(qū)位于廣東省湛江市廣東海洋大學(xué)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(qū)，屬于熱帶北緣季風(fēng)氣候，終年受海洋氣候的調(diào)節(jié)，冬無(wú)嚴(yán)寒，夏無(wú)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(shí)數(shù)1 714.8～2 038.2 h。其土壤的代表類(lèi)型之一就是由玄武巖母質(zhì)發(fā)育而成的磚紅壤。

選取研究區(qū)地形、地貌和成土母質(zhì)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(diǎn)進(jìn)行研究。該區(qū)地貌類(lèi)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(shù)（Eucalyptus robustaSmith），該地塊為人工林地，每年施入1 次少量的常規(guī)化肥（尿素、過(guò)磷酸鈣、氯化鉀）和進(jìn)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(yǎng)牲畜使用的臺(tái)灣甜象草（Pennisetum purpureumSchum cv.Guiminyin），該地塊為人工牧草，根據(jù)當(dāng)?shù)胤N植經(jīng)驗(yàn)，該牧草是喜氮磷植物，因此當(dāng)?shù)孛磕晔┤? 次尿素和過(guò)磷酸鈣、1 次氯化鉀，并進(jìn)行常規(guī)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(nóng)肥和化肥（水稻專(zhuān)用肥，尿素，磷酸二銨），并進(jìn)行較為精細(xì)的耕作；荒地（110°29＇65＂E，21°11＇16＂N）是8年未被開(kāi)發(fā)利用過(guò)的宜農(nóng)土地，其上植被主要是自然條件下生長(zhǎng)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(jìn)行過(guò)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(lái)此地塊成為了建設(shè)用地，在其上陸續(xù)修建了大量的房舍，最后又將剩下未被占用的建設(shè)用地改造為綠化廣場(chǎng)（綠化地），因此該地塊也未進(jìn)行過(guò)人為農(nóng)業(yè)耕作。

1.2 方法

1.2.1 土樣采集與樣品分析

根據(jù)研究區(qū)5 種土地利用方式地塊的實(shí)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(gè)地塊內(nèi)隨機(jī)選取10 m×10 m的正方形樣地，依據(jù)“對(duì)角線法”選取5點(diǎn)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(nèi)自然風(fēng)干，磨碎，分別過(guò)2.000和0.149 mm篩，密封保存，用于測(cè)定各項(xiàng)土壤理化指標(biāo)。

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

1.2.2 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Office Excel 2007 和SPSS（V20.0）等統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)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(zhì)差異，顯著性水平用p＜0.05表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同土地利用方式對(duì)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(biāo)，其與土壤的肥力密切相關(guān)，可直接影響植物的生長(zhǎng)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(biāo)的大小差異順序?yàn)榫G化地＞耕地＞草地、林地＞荒地，土壤孔隙度的指標(biāo)順序?yàn)榛牡兀玖值亍⒉莸兀靖兀揪G化地。綠化地的容重顯著大于其它土壤類(lèi)型，這是因?yàn)榻ㄖ玫厥苋藶橐蛩赜绊懨黠@，尤其是大型載重車(chē)等重物長(zhǎng)期的壓實(shí)作用，導(dǎo)致其土壤緊實(shí)，孔隙度較小，不利于開(kāi)發(fā)成綠化地或和農(nóng)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(guān)。本文中的耕地是長(zhǎng)期種植水稻的水田，由于水稻根系淺，經(jīng)長(zhǎng)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?。挥捎诨牡亻L(zhǎng)年沒(méi)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(cè)定結(jié)果

土壤容重和孔隙可反映土壤的通氣性、透水性、導(dǎo)熱性和緊實(shí)度，直接影響土壤的水、肥、氣、熱、微生物等肥力因素，關(guān)系著植物的生產(chǎn)狀況，因此改善土壤的容重及孔隙度對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)至關(guān)重要。一般土壤耕地的孔隙度在55%～65%比較適宜植物的生長(zhǎng)（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(shè)用地開(kāi)發(fā)成綠化廣場(chǎng)（綠化地）后，對(duì)其土壤孔隙度進(jìn)行改善，來(lái)減少或者消除孔隙度對(duì)其進(jìn)一步開(kāi)發(fā)利用的制約。同樣，也可通過(guò)增施有機(jī)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(jìn)而促進(jìn)植物健康生長(zhǎng)。

2.2 不同土地利用方式對(duì)土壤pH的影響

土壤pH 是土壤理化性質(zhì)的重要指標(biāo)之一，它能夠影響土壤微生物和土壤酶的活性，以及植株對(duì)礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素的吸收等相關(guān)因子［18］，因此研究不同土地利用方式對(duì)土壤pH 的影響對(duì)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(duì)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(lèi)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?yàn)榫G化地＞林地、草地、耕地＞荒地。綠化地的pH 最高，可能是因?yàn)樵谝酝ㄔO(shè)過(guò)程中，有大量的堿性石灰類(lèi)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(guò)程劇烈，強(qiáng)烈的淋溶作用導(dǎo)致了其發(fā)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(duì)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(kāi)發(fā)利用酸性磚紅壤區(qū)荒地之前，利用石灰質(zhì)等堿性物料或肥料對(duì)其土壤酸堿性進(jìn)行改良，提高其土壤pH 值，為植物生長(zhǎng)營(yíng)造較好的土壤酸堿環(huán)境。

圖1 土壤pH值測(cè)定結(jié)果

2.3 不同土地利用方式對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)的影響

土壤有機(jī)質(zhì)是土壤的重要組成成分，可改善土壤的理化性質(zhì)，增強(qiáng)土壤生物和微生物的活動(dòng)，促進(jìn)土壤營(yíng)養(yǎng)元素的分解轉(zhuǎn)化，提高土壤的保肥性和緩沖性，是植物營(yíng)養(yǎng)的主要來(lái)源之一，對(duì)植物生長(zhǎng)有促進(jìn)作用［19］。因此研究土壤有機(jī)質(zhì)在不同土地利用方式下的差異對(duì)合理開(kāi)發(fā)利用土地資源具有重要參考價(jià)值。如圖2所示，荒地和綠化地的土壤有機(jī)質(zhì)含量顯著低于耕地、草地和林地的，這是因?yàn)榛牡睾途G化地上的植被數(shù)量較少甚至沒(méi)有，土壤中有機(jī)質(zhì)重要的來(lái)源之一就是生長(zhǎng)其上的植物凋落物經(jīng)微生物等分解為有機(jī)質(zhì)，因此荒地和綠化地的土壤有機(jī)質(zhì)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(guò)耕地回到土壤中，提高了土壤中的有機(jī)質(zhì)，同時(shí)補(bǔ)充了帶走的養(yǎng)分元素，因此耕地、草地和林地中的土壤有機(jī)質(zhì)較高。其中種植水稻的耕地土壤有機(jī)質(zhì)最高，顯著大于其它土地利用方式土壤的，這可能是因?yàn)樗咎锝?jīng)常處在淹水狀態(tài)，土壤通氣性差，減緩了土壤中有機(jī)質(zhì)的礦化和分解，有利于其積累［21］。

圖2 土壤有機(jī)質(zhì)測(cè)定結(jié)果

2.4 不同土地利用方式對(duì)土壤氮磷鉀養(yǎng)分的影響

土壤中氮磷鉀養(yǎng)分的含量可直接反應(yīng)土壤肥力的大小，也是植物生長(zhǎng)所需量最大的3種必須營(yíng)養(yǎng)元素，直接影響著植物的生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)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(jī)質(zhì)的結(jié)果基本一致（圖2）。研究表明，土壤中有機(jī)質(zhì)和氮磷鉀養(yǎng)分的含量成正相關(guān)關(guān)系［23］，主要是因?yàn)橛袡C(jī)質(zhì)中含有大量的氮磷鉀元素，可以作為養(yǎng)分庫(kù)儲(chǔ)存氮磷鉀養(yǎng)分，并在植物需要時(shí)分解礦化成有效氮磷鉀養(yǎng)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(guò)程中施肥量有關(guān)，耕地種植的水稻，一年中要施用4 次農(nóng)肥和化肥，其中水稻專(zhuān)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(huì)被收獲，土壤中大量的養(yǎng)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(dāng)。荒地和綠化地的速效氮磷較少，綠化地最低，這主要是因?yàn)檫@兩種土地利用方式均沒(méi)有施用過(guò)速效肥料，再加上長(zhǎng)期的淋溶損失，導(dǎo)致其養(yǎng)分含量較低。但由于荒地上常年生長(zhǎng)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(yǎng)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(guān)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?yàn)槠浜休^高的有機(jī)質(zhì)，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(dāng)，并顯著大于草地中的，這可能是因?yàn)榛牡厣系哪承┕嗄净螂s草根系較發(fā)達(dá)，以及林地上的桉樹(shù)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(fēng)化，這個(gè)過(guò)程中釋放出了一定量的速效鉀［23］。再者，按當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)經(jīng)驗(yàn)，草地上種植的臺(tái)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(huì)帶走大量的鉀元素。因此這些原因綜合可能導(dǎo)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(yǎng)分測(cè)定結(jié)果

通過(guò)分析表2的結(jié)果，建議可以通過(guò)施用有機(jī)肥（農(nóng)家肥）、速效化肥來(lái)改善荒地和綠化地的土壤物理性質(zhì)及氮磷鉀養(yǎng)分狀況，以利于將其開(kāi)發(fā)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(lái)補(bǔ)充每年收獲牧草帶走的鉀元素。

3 討論與結(jié)論

本研究結(jié)果表明，不同土地利用方式對(duì)土壤容重、孔隙度、pH 值、有機(jī)質(zhì)、全量氮磷鉀、速效氮磷鉀的含量影響顯著。主要結(jié)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(guò)增施有機(jī)肥、中耕松土、深耕等種植措施對(duì)綠化地、林地和草地的土壤容重及孔隙度進(jìn)行改良，以利于作物的生長(zhǎng)，尤其將建設(shè)用地改造成綠化地后需進(jìn)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(jī)質(zhì)大小為耕地、草地和林地＞荒地和綠化地。建議開(kāi)墾利用荒地前，通過(guò)施用有機(jī)肥或農(nóng)家肥提高其有機(jī)質(zhì)含量和pH 值，也可通過(guò)施用石灰來(lái)提高其土壤pH 值，以利于植物的生長(zhǎng)。

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(guò)施用有機(jī)肥、農(nóng)家肥、速效化肥等來(lái)改善荒地和綠化地的土壤物理性質(zhì)及氮磷鉀養(yǎng)分狀況，以利于將其開(kāi)發(fā)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(lái)補(bǔ)償每年收獲帶走的鉀元素。