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土默川平原鹽漬化土地不同利用方式的土壤質(zhì)量評價

2019-12-26 01:35景宇鵬樊明壽郜翻身鄭海春陳玉海
中國土壤與肥料 2019年6期
關(guān)鍵詞:荒地土地利用農(nóng)田

高 娃,景宇鵬,樊明壽,郜翻身,鄭海春,陳玉海

(1.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué),內(nèi)蒙古 呼和浩特 010019;2.內(nèi)蒙古農(nóng)牧業(yè)科學(xué)院資源環(huán)境與檢測技術(shù)研究所,內(nèi)蒙古 呼和浩特 010031;3.內(nèi)蒙古自治區(qū)土壤肥料和節(jié)水農(nóng)業(yè)工作站,內(nèi)蒙古 呼和浩特 010011)

土壤質(zhì)量是表征土壤條件動態(tài)變化最敏感的指標(biāo),對退化土地恢復(fù)、區(qū)域土地資源管理和持續(xù)利用具有重要意義[1-2]。而土地利用方式作為人類利用土地各種活動的綜合反映,是影響土壤質(zhì)量變化的最直接最深刻的因素[3-4]。土地利用方式的變化必然會導(dǎo)致土壤性質(zhì)和土地生產(chǎn)力的改變[5]。近年來,眾多學(xué)者針對不同土地利用方式下土壤物理特性[6-10]、化學(xué)特性[11-18]、微生物特性[19-20]變化和土壤質(zhì)量綜合評價[2-5,21-24]方面做了大量的研究,并取得了顯著成果。因地制宜的土地利用方式可以改善土壤理化性狀、土壤微生物及其群落結(jié)構(gòu),維持和提高土壤質(zhì)量。反之,不適宜的土地利用方式會對土壤產(chǎn)生不利影響,導(dǎo)致土壤質(zhì)量下降,加劇土壤退化[25]。

土默川平原是內(nèi)蒙古主要糧食生產(chǎn)基地之一[26],也是黃河上中游鹽堿區(qū)的重要組成部分,鹽漬土面積約15.3×104hm2。該地區(qū)土壤鹽漬化和次生鹽漬化嚴重,生態(tài)環(huán)境極其脆弱。隨著土壤退化和土地資源的緊缺,鹽漬化土壤作為后備土地資源,其開發(fā)與利用逐漸受到人們的重視。而在鹽漬化土地資源開發(fā)過程中必須尋求科學(xué)合理的方法進行改良利用[27-28],從而提高土地利用效率,降低二次退化風(fēng)險。因此,研究土地利用方式對鹽漬化土壤質(zhì)量的影響,對科學(xué)管理和開發(fā)利用鹽漬化土壤資源,提高土地生產(chǎn)力,改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境,促進農(nóng)牧業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義。目前我國在不同土地利用方式下鹽漬化土壤質(zhì)量評價方面的研究大多集中在西北鹽堿區(qū)[29-34]、東北鹽堿區(qū)[35]、濱海鹽堿區(qū)[36-38],而在黃河上中游鹽堿區(qū)的研究尚未有報道。為此,本文以土默川平原5 種典型的鹽漬化土地利用方式為研究對象,獲取不同土地利用方式下的土壤物理、化學(xué)、生物學(xué)指標(biāo),采用主成分分析方法確定土壤質(zhì)量評價指標(biāo),利用SMAF 模型綜合評價不同利用方式下的土壤質(zhì)量,以期為該地區(qū)建立可持續(xù)的土地利用模式及區(qū)域生態(tài)恢復(fù)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究地點位于土默特左旗內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)海流圖現(xiàn)代農(nóng)牧業(yè)科技園區(qū)(40°41′30″N,111°22′30″E),地處土默川平原中部,屬于典型的中溫帶大陸性半干旱氣候,年平均氣溫5.8℃,≥10℃年積溫1700~3200℃,無霜期90~132d[39];年平均降水量417.5mm,70%降水集中在7~9月,年平均蒸發(fā)量為1800~2000mm,蒸降比為4.69;常年以西北風(fēng)為主[40]。該園區(qū)建于2008 年,占地面積520hm2,園區(qū)自然植被以中旱生和濕生性植物為主,常見優(yōu)勢種有黃蒿、冰草、狗尾草等,非地帶性鹽生植被有鹽爪爪、堿蓬、鹽角草、芨芨草、馬藺、山苦荬、蘆葦?shù)?;土壤類型為蘇打鹽化潮土。園區(qū)內(nèi)土壤成土母質(zhì)、植被類型等環(huán)境條件基本一致。

1.2 樣地選擇

2016 年8 月在園區(qū)的5 種土地利用方式(鹽荒地、改良地、牧草地、林地、農(nóng)田地)地塊中進行取樣。除鹽荒地外,其余4 種土地利用類型均統(tǒng)一施用脫硫石膏和有機肥后進行自然植被恢復(fù)、牧草種植(紫花苜蓿)、林木育苗(楊樹)和農(nóng)田開發(fā)(種植玉米)(表1)。文中以沒有開發(fā)利用的鹽荒地為對照,分析不同土地利用方式下土壤質(zhì)量。

表1 取樣點基本情況

1.3 樣品采集

在每種土地利用方式下分別按照隨機設(shè)點方式挖取4 個土壤剖面,每個剖面點距離約200~300m。按照0~10、10~20、20~40cm 土層進行分層土壤取樣。將采集的土壤樣品分為4 份,一份置于鋁盒內(nèi)用于土壤含水量測定;一份置于4℃冰箱,用于土壤微生物數(shù)量測定;一份取原狀土置于硬質(zhì)保鮮盒,帶回實驗室,掰成10mm 的小土塊自然風(fēng)干,用于土壤結(jié)構(gòu)分析;一份裝入自封袋帶回實驗室自然風(fēng)干,用于土壤化學(xué)指標(biāo)的測定;同時在挖掘剖面時用環(huán)刀采集原狀土壤用于土壤物理指標(biāo)的測定。

1.4 土壤樣品及數(shù)據(jù)分析

1.4.1 樣品測定

參照土壤農(nóng)化分析標(biāo)準(zhǔn)測定土壤物理、化學(xué)指標(biāo)。土壤容重、毛管孔隙度及土壤水分物理性質(zhì)用環(huán)刀法測定,土壤團聚體用干篩法測定;土壤pH 值用土水比(1∶5)pH 計法測定;土壤鹽分離子采用土水比為1∶5 浸提,Cl-用AgNO3滴定法、和用雙指示劑中和滴定法、用EDTA 容量法、Ca2+和Mg2+用EDTA 絡(luò)合滴定法測定,Na+和K+用差減法計算,土壤陽離子交換量用乙酸鈉-火焰光度法測定;土壤交換性鈉含量用乙酸銨-氫氧化銨交換-火焰光度法測定;土壤有機質(zhì)用重鉻酸鉀外加熱法,全氮用凱氏定氮法,堿解氮用堿解擴散法[41],銨態(tài)氮用2mol·L-1KCl 浸提-靛酚藍比色法,硝態(tài)氮用雙波長紫外分光光度法[42],有效磷用碳酸氫鈉浸提-比色法,土壤速效鉀用乙酸銨浸提-火焰光度法[41];細菌用牛肉膏蛋白胨瓊脂培養(yǎng)基-平板培養(yǎng)計數(shù)法,放線菌基礎(chǔ)培養(yǎng)基用高氏1 號培養(yǎng)基-平板培養(yǎng)計數(shù)法,真菌基礎(chǔ)培養(yǎng)基用馬丁氏培養(yǎng)基-平板培養(yǎng)計數(shù)法[43]。

土壤堿化度=(交換性鈉含量/陽離子交換量)×100%。

土壤全鹽(g·kg-1)=8 種鹽分離子質(zhì)量分數(shù)(g·kg-1)之和。

0~40cm 土層的土壤物理、化學(xué)、微生物指標(biāo)值為0~10、10~20、20~40cm3 個土層土壤測試數(shù)據(jù)平均值。

1.4.2 土壤質(zhì)量評價方法

利用土壤管理評價框架工具SMAF 模型,對不同土地利用方式下的土壤質(zhì)量進行評價[44]。

(1)評價指標(biāo)確定:利用主成分分析和相關(guān)性分析方法確定土壤質(zhì)量評價的指標(biāo)。

(2)評價指標(biāo)賦分值確定:分別利用線性和非線性賦分函數(shù)法對評價指標(biāo)進行賦分[45]計算得出的賦分值范圍為0~1。其中計算線性土壤質(zhì)量指數(shù)(SQI-1 和SQI-3)時采用線性賦分函數(shù)法,計算非線性土壤質(zhì)量指數(shù)(SQI-2 和SQI-4)時采用非線性賦分函數(shù)法。具體公式如下:

線性賦分函數(shù):

應(yīng)用公式(1)確定指標(biāo)含量越多越好型的土壤指標(biāo),如:土壤有機質(zhì)、田間持水量等;應(yīng)用公式(2)確定指標(biāo)含量越少越好型的土壤指標(biāo),如土壤全鹽量、堿化度等。式中,SL為線性賦分值;X 為每個評價指標(biāo)的含量,Xmax為最大值,Xmin為最小值。

非線性賦分函數(shù):

式中,SNL為非線性賦分值;X 為每個評價指標(biāo)的含量,Xm為該評價指標(biāo)含量的平均值;a 為評價指標(biāo)所能得到的最大值,本文中確定a 為1;b 為斜率,根據(jù)每個指標(biāo)特性來分別確定,將指標(biāo)含量越少越好型的土壤指標(biāo)的b 值設(shè)定為+2.5,指標(biāo)含量越多越好型的設(shè)定為-2.5。

(3)評價指標(biāo)權(quán)重確定:采用主成分分析方法確定。即評價指標(biāo)的主成分的特征根與所有評價指標(biāo)的特征根加和的比值。

(4)土壤質(zhì)量指數(shù):對所有的評價指標(biāo)完成賦分后,應(yīng)用公式(4)計算得出的土壤質(zhì)量指數(shù)為土壤評價指標(biāo)賦分值的平均值,應(yīng)用公式(5)計算得出的土壤質(zhì)量指數(shù)是土壤質(zhì)量評價指標(biāo)賦分值與相應(yīng)權(quán)重相乘的加和值[44,46]。

式中,SQIA為無權(quán)重土壤質(zhì)量指數(shù),SQIw為有權(quán)重土壤質(zhì)量指數(shù),Si為i 指標(biāo)的賦分值;Wi為i指標(biāo)的權(quán)重值;n 為評價指標(biāo)的個數(shù)。

進一步結(jié)合線性賦分和非線性賦分值分別計算線性無權(quán)重土壤質(zhì)量指數(shù)SQI-1、非線性無權(quán)重土壤質(zhì)量指數(shù)SQI-2、線性有權(quán)重土壤質(zhì)量指數(shù)SQI-3、非線性有權(quán)重土壤質(zhì)量指數(shù)SQI-4。通過分析這4 種土壤質(zhì)量指數(shù)的差異,判斷這4 種土壤質(zhì)量指數(shù)在鹽漬化土壤質(zhì)量評價中的可行性及準(zhǔn)確度,為更準(zhǔn)確地判斷鹽漬化土地利用方式變化對土壤質(zhì)量的影響提供科學(xué)信息。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同土地利用方式下土壤物理性質(zhì)比較

不同土地利用方式下0~40cm 土壤物理性質(zhì)見表2。土壤含水量表現(xiàn)為農(nóng)田地和改良地土壤含水量明顯高于其他3 種利用方式,這與該地區(qū)灌溉有很大關(guān)系。土壤飽和持水量以林地最高,為(29.73±0.56)%,鹽荒地最小,為(22.74±0.43)%。土壤毛管持水量表現(xiàn)為牧草地、林地和農(nóng)田地較高,均大于23.0%,鹽荒地和改良地較小,小于21.0%。土壤田間持水量表現(xiàn)為牧草地最大,農(nóng)田地次之,改良地最小。

土壤容重而言,與鹽荒地比,其他4 種土地利用類型下降了11.2%~15.9%??偪紫抖扰c容重相反,其他4 種利用類型較鹽荒地提高了21.0%~26.1%。

2.2 不同土地利用方式下土壤化學(xué)性質(zhì)比較

不同土地利用方式下0~40cm 土壤化學(xué)性質(zhì)見表2。不同土地利用方式下土壤有機質(zhì)最高為林地,含量為(18.20±0.52)g·kg-1,最小為鹽荒地,含量為(5.39±0.54)g·kg-1。

土壤全氮也表現(xiàn)為林地最高,鹽荒地最小。從土壤速效養(yǎng)分看,土壤堿解氮、速效鉀變化規(guī)律一致,均以林地最高,牧草地次之,鹽荒地最小,而土壤有效磷表現(xiàn)為林地最高,農(nóng)田地次之,鹽荒地最小。林地的速效養(yǎng)分含量高于其他利用類型,這與林地凋落物增加了土壤腐殖質(zhì)含量,從而提高了土壤速效養(yǎng)分的含量[47]有關(guān)。土壤硝態(tài)氮變化規(guī)律與堿解氮一致,土壤銨態(tài)氮則以牧草地最高,林地次之,鹽荒地最小。不同土地利用方式下的土壤不同粒徑團聚體有機碳含量變化規(guī)律基本一致,林地、農(nóng)田地、牧草地、改良地均顯著高于鹽荒地。

土壤pH 值而言,鹽荒地土壤pH 值最大,達(10.29±0.17),改良地次之,為(9.12±0.36),農(nóng)田地最小,為(7.78±0.16)。不同土地利用方式的土壤全鹽量和土壤堿化度的變化規(guī)律與pH 值一致。說明林地、農(nóng)田地、牧草地和改良地4 種土地利用方式均能有效地降低土壤鹽漬化程度,以林地、農(nóng)田地和牧草地的效果更為顯著。

2.3 不同土地利用方式下土壤微生物性質(zhì)比較

從微生物數(shù)量來看(表2),細菌數(shù)量以農(nóng)田地最高,達(83.55±5.02)×104cfu·g-1,林地次之,為(69.67±13.57)×104cfu·g-1,其余依次為牧草地、鹽荒地、改良地,分別為(64.33±11.55)×104、(48.89±8.50)×104、(42.44±4.30)×104cfu·g-1。真菌和放線菌數(shù)量均以林地最高。從微生物總量來看,林地、農(nóng)田地、牧草地顯著高于鹽荒地和改良地。

表2 不同土地利用方式下0~40cm 土層土壤指標(biāo)值

2.4 土壤質(zhì)量指標(biāo)主成分分析

采用主成分分析對32 項土壤質(zhì)量指標(biāo)進行分析,有6 個主成分的特征根值大于1,且其累積貢獻率達到92.10%(表3),因此,用這6 個主成分來構(gòu)建土壤質(zhì)量評價指標(biāo)體系。主成分1 中具有高載荷的土壤指標(biāo)為9 個,分別為土壤有機質(zhì)、全氮、有效磷、<0.25mm 團聚體有機碳、0.25~0.5mm 團聚體有機碳、0.5~1mm 團聚體有機碳、1~2mm 團聚體有機碳、2~5mm 團聚體有機碳和>5mm 團聚體有機碳,主要反映了土壤養(yǎng)分特征;主成分2 中具有高載荷的土壤指標(biāo)為3 個,分別為鈣離子、硫酸根離子、全鹽量,主要反映了土壤鹽漬化特征;主成分3 中具有高載荷的土壤指標(biāo)為4 個,分別為土壤含水量、飽和含水量、毛管持水量和田間持水量,主要反映了土壤水分物理特征;主成分4 中具有高載荷的土壤指標(biāo)為碳酸根離子和細菌,主要反映土壤鹽漬化特征和生物特征;主成分5 和6 中具有高載荷的土壤指標(biāo)均有一個,分別為銨態(tài)氮和氯離子,分別反映了土壤養(yǎng)分特征和鹽漬化特征。最終,選擇上述20 個高載荷的土壤指標(biāo)來構(gòu)建土壤質(zhì)量評價指標(biāo)體系。

2.5 土壤質(zhì)量評價指標(biāo)及權(quán)重確定

根據(jù)土壤質(zhì)量評價因子代表性和相對獨立性原則,對主成分分析得出的20 個高載荷土壤質(zhì)量評價指標(biāo)做進一步的相關(guān)性分析(表4)。結(jié)果表明:第1 主成分的9 個土壤指標(biāo)間均極顯著正相關(guān),且2~5mm 團聚體有機碳與其它指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)的加和(13.47)高于有機質(zhì)(12.03)、全氮(12.15)、 有 效 磷(11.58)、<0.25mm 團 聚體 有 機 碳(12.67)、0.25~0.5mm 團 聚 體 有 機碳(12.43)、0.5~1mm 團聚體有機碳(13.29)、1~2mm 團聚體有機碳(13.02)和>5mm 團聚體有機碳(12.48),因此選擇2~5mm 團聚體有機碳代表主成分1 作為評價指標(biāo);第2 主成分的3 個土壤指標(biāo)間均極顯著正相關(guān),且全鹽量與其它指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)的加和(10.62)高于鈣離子(7.93)、硫酸根離子(5.15),因此選擇全鹽量代表主成分2 作為評價指標(biāo);第3 主成分的4 個土壤指標(biāo)間均呈顯著相關(guān),且飽和含水量與其它指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)的加和(11.75)高于毛管持水量(10.49)、田間持水量(8.60)、含水量(7.14),因此選擇飽和含水量代表主成分3 作為評價指標(biāo);第4 主成分的2 個土壤指標(biāo)間極顯著負相關(guān),且細菌與其它指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)的加和(10.69)高于碳酸根(5.15),因此選擇細菌代表主成分4 作為評價指標(biāo);主成分5 和6 中均僅有1 個具有高載荷的土壤指標(biāo),因此選擇銨態(tài)氮和氯離子分別代表主成分5 和6 作為評價指標(biāo)。

表3 土壤質(zhì)量指標(biāo)的主成分分析結(jié)果

表4 土壤指標(biāo)的相關(guān)性統(tǒng)計分析

最終,確定2~5mm 團聚體有機碳、全鹽量、飽和含水量、細菌、銨態(tài)氮和氯離子6 個土壤指標(biāo)構(gòu)成本研究中土壤質(zhì)量指數(shù)評價指標(biāo),其分別代表了鹽漬化特征(全鹽量、氯離子)、土壤水分物理特征(飽和含水量)、養(yǎng)分特征(2~5mm 團聚體有機碳、銨態(tài)氮)和微生物特征(細菌)4 個方面。

根據(jù)表3 中給出的6 個主成分的特征根,計算2~5mm 團聚體有機碳、全鹽量、飽和含水量、細菌、銨態(tài)氮和氯離子6 個土壤質(zhì)量評價指標(biāo)的權(quán)重。其分別為0.35、0.23、0.17、0.10、0.08 和0.06??梢?,2~5mm 團聚體有機碳和全鹽量的權(quán)重較大,說明對土壤質(zhì)量指數(shù)貢獻較大,細菌、銨態(tài)氮和氯離子的權(quán)重均小于0.1,其貢獻較小。

另外,根據(jù)線性和非線性賦分函數(shù)確定各指標(biāo)的賦分值。6 個土壤質(zhì)量評價指標(biāo)中,2~5mm 團聚體有機碳、飽和含水量、細菌、銨態(tài)氮屬于越多越好型,而全鹽量和氯離子屬于越少越好型?;谏鲜龇治?,建立土壤質(zhì)量指數(shù)方程為:

2.6 不同土地利用方式下土壤質(zhì)量評價

不 同 土 地 利 用 方 式 下0~10、10~20、20~40cm 土層4 種土壤質(zhì)量指數(shù)見圖1。0~10cm 土層4 個土壤質(zhì)量指數(shù)中林地、牧草地和農(nóng)田地土壤質(zhì)量指數(shù)顯著高于鹽荒地。其中SQI-1 和SQI-2 的分析結(jié)果表明,牧草地的土壤質(zhì)量指數(shù)顯著高于鹽荒地,而牧草地與農(nóng)田地、林地?zé)o顯著差異,鹽荒地和改良地?zé)o顯著差異;SQI-3 和SQI-4分析結(jié)果表明,牧草地的土壤質(zhì)量指數(shù)顯著高于鹽荒地,而牧草地與農(nóng)田地、林地?zé)o顯著差異,改良地的土壤質(zhì)量指數(shù)顯著高于鹽荒地。10~20cm 土層不同土地利用方式4 個土壤質(zhì)量指數(shù)規(guī)律一致,均表現(xiàn)為農(nóng)田地>林地>牧草地>改良地>鹽荒地。其中SQI-1 分析結(jié)果表明,農(nóng)田地的土壤質(zhì)量指數(shù)顯著高于鹽荒地,改良地顯著高于鹽荒地,農(nóng)田地和林地?zé)o顯著差異,牧草地與改良地?zé)o顯著差異;SQI-2 的分析結(jié)果表明,農(nóng)田地的土壤質(zhì)量指數(shù)顯著高于鹽荒地,改良地顯著高于鹽荒地,農(nóng)田地與林地、牧草地?zé)o顯著差異;SQI-3 和SQI-4 的分析結(jié)果表明,農(nóng)田地的土壤質(zhì)量指數(shù)顯著高于林地、改良地和鹽荒地,林地顯著高于改良地和鹽荒地,改良地顯著高于鹽荒地,而林地和牧草地之間無顯著差異。20~40cm 土層4 個土壤質(zhì)量指數(shù)中林地和農(nóng)田地的土壤質(zhì)量指數(shù)最大,鹽荒地最小,但不同耕地質(zhì)量指數(shù)有差異。其中SQI-1 分析結(jié)果表明,林地土壤質(zhì)量指數(shù)顯著高于牧草地、改良地和鹽荒地,但與農(nóng)田地?zé)o顯著差異,牧草地和改良地的土壤質(zhì)量指數(shù)則顯著高于鹽荒地。SQI-3 分析結(jié)果表明,農(nóng)田地的土壤質(zhì)量指數(shù)顯著高于改良地和鹽荒地,改良地顯著高于鹽荒地,農(nóng)田地與林地和牧草地?zé)o顯著差異。SQI-2 和SQI-4 分析結(jié)果表明,農(nóng)田地、林地、牧草地、改良地的土壤質(zhì)量指數(shù)均顯著高于鹽荒地。

圖1 不同土地利用方式的4 種土壤質(zhì)量指數(shù)

不同土地利用方式下0~40cm 土層4 個土壤質(zhì)量指數(shù)間均有一定程度的變異。其中SQI-4 的變異系數(shù)(0.26)最大,其余依次為SQI-3(0.20)、SQI-2(0.17)、SQI-1(0.14)。SQI-1、SQI-2 和SQI-4 分析結(jié)果均表明,農(nóng)田地、林地、牧草地的土壤質(zhì)量指數(shù)顯著高于改良地和鹽荒地,改良地的顯著高于鹽荒地;SQI-3 分析結(jié)果表明,農(nóng)田地的土壤質(zhì)量指數(shù)為最高,顯著高于其它土地利用類型,林地的土壤質(zhì)量指數(shù)顯著高于改良地和鹽荒地,而與牧草地?zé)o顯著差異。改良地的土壤質(zhì)量指數(shù)顯著高于鹽荒地。

3 討論

不同土地利用方式,由于地面覆被差異和人為干擾使得土壤養(yǎng)分富集和再分配作用不同。本研究表明,土壤理化及微生物指標(biāo)對土地利用方式響應(yīng)不同,存在一定差異。將鹽荒地開發(fā)為林地、牧草地、農(nóng)田地和改良地后可降低全鹽量50.3%~83.5%,增加土壤有機質(zhì)49.75%~237.7%。較多研究表明,鹽堿地上種植人工林[36-37]、牧草[35]、農(nóng)作物[34]后可有效降低土壤容重、含鹽量,增加有機質(zhì)及速效養(yǎng)分含量,提高土壤質(zhì)量。從測定的32 項土壤指標(biāo)選取了2~5mm 團聚體有機碳、全鹽量、飽和含水量、細菌、銨態(tài)氮和氯離子作為土壤質(zhì)量評價指標(biāo),分別代表了鹽堿特征(全鹽量、氯離子)、土壤水分物理特征(飽和含水量)、養(yǎng)分特征(2~5mm 團聚體有機碳、銨態(tài)氮)、微生物特征(細菌)4 個方面。鑒于目前土默川平原鹽漬化土壤質(zhì)量評價方面的研究較少,本研究確定的鹽漬化土壤質(zhì)量評價指標(biāo)體系對于今后該區(qū)域的土壤質(zhì)量研究和實踐具有參考意義。土壤質(zhì)量評價指標(biāo)中,2~5mm 團聚體有機碳和全鹽量對土壤質(zhì)量指數(shù)的貢獻較大,分別為35%和23%,這與研究區(qū)的基礎(chǔ)情況有直接關(guān)系。由于研究區(qū)內(nèi)的基礎(chǔ)土壤有機碳含量較低[2~5mm 團聚體有機碳平均為(2.12±0.11)g·kg-1],且鹽漬化程度較重[鹽荒地全鹽含量為(4.96±0.20)g·kg-1],因此土壤質(zhì)量對2~5mm 團聚體有機碳含量和全鹽量的變化非常敏感,是該區(qū)域土壤質(zhì)量最主要的限制因子。4 個土壤質(zhì)量指數(shù)均能反應(yīng)研究區(qū)內(nèi)不同土地利用方式下土壤質(zhì)量的變化情況,但也存在一定的差異性。從4 個土壤質(zhì)量指數(shù)在不同土地利用方式間的變異系數(shù)看,大小依次為SQI-4(0.26)>SQI-3(0.20)>SQI-2(0.17)>SQI-1(0.14),說明增加評價指標(biāo)的權(quán)重計算土壤質(zhì)量指數(shù)方法(SQI-4 和SQI-3)可提高各評價指標(biāo)對土地利用方式變化的敏感性,更好地區(qū)分不同土地利用方式下的土壤質(zhì)量差異。這與禹樸家[35]在松嫩堿化草地上的研究結(jié)果一致;較線性賦值方法(SQI-3、SQI-1)而言,非線性賦值方法(SQI-4、SQI-2)對土壤質(zhì)量變化更為敏感。但有研究認為,線性賦分函數(shù)法優(yōu)于非線性賦分函數(shù)法[46],這可能與不同區(qū)域選取的土壤質(zhì)量敏感性指標(biāo)不一樣有關(guān)。4 個土壤質(zhì)量指數(shù)的分析結(jié)果均表明,鹽荒地的土壤質(zhì)量指數(shù)顯著低于其他土地利用類型。說明將鹽荒地開發(fā)為農(nóng)田地、林地、牧草地和改良地均有利于鹽荒地土壤可持續(xù)利用。其中農(nóng)田地、林地和牧草地的土壤質(zhì)量指數(shù)較高,改良地次之。農(nóng)田地土壤質(zhì)量指數(shù)高可能與每年大量使用有機肥以及頻繁的耕作制度有關(guān)。從0~40cm 土層的綜合結(jié)果來看,農(nóng)田地、林地和牧草地的土壤質(zhì)量指數(shù)均較高,且差異很小,表明農(nóng)田地、林地和牧草地均屬于研究區(qū)內(nèi)合理的土地利用方式。

4 結(jié)論

(1)不同土地利用方式的土壤物理、化學(xué)、生物性狀存在一定差異。綜合來看,林地、牧草地、農(nóng)田地和改良地均能有效降低土壤鹽漬化程度,改善土壤物理性狀,增加土壤養(yǎng)分和微生物數(shù)量。

(2)結(jié)合主成分分析和相關(guān)性分析確定的土壤質(zhì)量評價指標(biāo)為2~5mm 團聚體有機碳、全鹽量、飽和含水量、細菌、銨態(tài)氮和氯離子,分別代表鹽堿特征(全鹽量、氯離子)、土壤水分物理特征(飽和含水量)、養(yǎng)分特征(2~5mm 團聚體有機碳、銨態(tài)氮)、微生物特征(細菌)4 個方面,對該區(qū)域鹽漬化土壤質(zhì)量評價研究具有重要參考意義。

(3)4 個土壤質(zhì)量指數(shù)均能反應(yīng)研究區(qū)內(nèi)不同土地利用方式下土壤質(zhì)量的變化情況,均表現(xiàn)為農(nóng)田地、林地和牧草地的土壤質(zhì)量指數(shù)較高,改良地次之,鹽荒地最小。

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