胡雅+韓霽昌+高紅貝+馬增輝+張揚(yáng)

摘 要：通過(guò)對(duì)溝道區(qū)土地整治前后土壤養(yǎng)分垂直分布特征和水平分布均勻性的分析，評(píng)價(jià)了整治前后土壤養(yǎng)分分級(jí)。結(jié)果表明：土地整治過(guò)程對(duì)耕作層內(nèi)有機(jī)質(zhì)和有效磷含量影響較大，同一土層內(nèi)整治后較整治前含量減少，對(duì)全氮和速效鉀含量影響??；土壤養(yǎng)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(yǎng)分分布較為均勻，變異水平中等偏弱；有機(jī)質(zhì)、有效磷含量與全氮、速效鉀含量相比在水平方向波動(dòng)較大，整治后0～2 m土體中土壤養(yǎng)分含量中值增大；溝道地整治后土壤養(yǎng)分處于五級(jí)至三級(jí)水平，整治后農(nóng)田與優(yōu)質(zhì)農(nóng)田相比，土壤養(yǎng)分還有較大提升空間。針對(duì)整治后農(nóng)田有機(jī)質(zhì)含量低的狀況，建議通過(guò)增施有機(jī)肥、采用秸稈還田、定期監(jiān)測(cè)、測(cè)土配方施肥技術(shù)提高養(yǎng)分含量，在工程管理后期將長(zhǎng)效肥與短效肥結(jié)合起來(lái)，加強(qiáng)工程管理措施并及時(shí)耕作。

關(guān)鍵詞：土地整治；土壤養(yǎng)分；養(yǎng)分分級(jí)；管理措施

中圖分類號(hào)：S153.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)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(dāng)前黃土高原丘陵溝壑區(qū)有眾多溝道內(nèi)的耕地被撂荒或低效使用，延安市針對(duì)黃土高原丘陵溝壑區(qū)特殊地貌提出“治溝造地”提升耕地質(zhì)量的溝道治理新模式[1-2]，這對(duì)落實(shí)國(guó)家耕地保護(hù)和糧食安全保障戰(zhàn)略有重要意義。目前，有關(guān)治溝造地工程的工程現(xiàn)狀、工程管理以及未來(lái)農(nóng)業(yè)發(fā)展的研究工作陸續(xù)展開(kāi)[1， 3-4]，但是關(guān)于土地整治還田后溝道區(qū)土壤養(yǎng)分及其土壤改良的研究至今未見(jiàn)報(bào)道。有機(jī)質(zhì)是土壤供氮能力的重要指標(biāo)，土壤中豐富的氮素可以提高作物對(duì)磷、鉀、鈣的吸收[5]，而礦質(zhì)元素中以氮磷鉀對(duì)作物的生長(zhǎng)發(fā)育影響最為顯著[6]。土壤養(yǎng)分狀況制約著農(nóng)田生產(chǎn)力，只有充分了解養(yǎng)分分布特性，才能合理調(diào)控土壤肥力，才能采用針對(duì)性的施肥管理方式[7]。溝道整治過(guò)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(duì)表層土壤造成較大幅度的擾動(dòng)，而這必將對(duì)土壤質(zhì)量產(chǎn)生影響[8-9]，且土地利用方式的改變會(huì)引起土壤養(yǎng)分的重新分配，種植后土壤中有機(jī)質(zhì)、速效磷等養(yǎng)分指標(biāo)分布特性不明。以往研究土壤養(yǎng)分變異主要針對(duì)不同土地利用類型[10]，對(duì)土地整治后土壤養(yǎng)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(yáng)灣溝工程項(xiàng)目土壤樣品為材料，研究工程措施還田前后溝道區(qū)土壤養(yǎng)分特性，為土地整治后農(nóng)田土壤肥力提升提供參考依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于延安市寶塔區(qū)南泥灣鎮(zhèn)陽(yáng)灣溝，主要土壤類型是黃綿土，土壤屬于中粉質(zhì)壤土（表1），質(zhì)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(qū)域內(nèi)耕作土壤的80%以上，廣泛分布于梁、溝、坡及河谷臺(tái)地[10]。農(nóng)業(yè)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(fēng)氣候，年均無(wú)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(nèi)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(fā)量1 527.10 mm。南泥灣片區(qū)地下水埋深1～5 m，溝道區(qū)地下水位0～2 m。陽(yáng)灣溝地處東經(jīng)107°39'～110°33'，北緯35°20'～37°30'，北連榆林市，南與渭南、銅川、咸陽(yáng)市相接，東臨黃河、山西省呂梁地區(qū)。上游河谷較寬（300～700 m），一級(jí)階梯發(fā)育形成川、臺(tái)地。

1.2 研究方法

1.2.1 采樣方案 土地整治前采樣時(shí)間為2013年4月，工程竣工時(shí)間為2014年11月，整治后種植玉米一季，并于2015年7月進(jìn)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(shè)9個(gè)樣點(diǎn)，每個(gè)樣點(diǎn)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(gè)土壤原狀土樣，置于塑封袋中，帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分析。

1.2.2 測(cè)定方法 有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀法測(cè)定，全氮采用凱氏定氮法測(cè)定，速效鉀采用中性乙酸銨溶液浸提、火焰光度計(jì)法測(cè)定，有效磷使用紫外分光光度計(jì)測(cè)定。

1.2.3 數(shù)據(jù)處理 測(cè)量數(shù)據(jù)采用SPSS統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行顯著性分析，采用Anova進(jìn)行單因素方差分析，在α=0.05顯著水平上檢驗(yàn)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(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤養(yǎng)分分布特征

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

表2給出了研究區(qū)整治前后不同深度土壤養(yǎng)分含量分布情況。

由數(shù)據(jù)分析可知，0～40 cm土層，整治后較整治前有機(jī)質(zhì)含量大幅度下降，其中0～10 cm土層中有機(jī)質(zhì)減少2.32 g·kg-1，隨著土層加深，有機(jī)質(zhì)減小幅度變小，整治前與整治后80 cm以下土層中有機(jī)質(zhì)含量變化幅度不大，且無(wú)明顯差異。這說(shuō)明，土地整治減少了土壤表層有機(jī)質(zhì)含量，垂直方向上整治前與整治后有機(jī)質(zhì)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(xiàn)出逐漸降低的趨勢(shì)，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(xiàn)出“S”型變化規(guī)律，0～40 cm土層全氮逐漸降低，40～140 cm土層出現(xiàn)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(jī)械翻動(dòng)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?yàn)闇系绤^(qū)地下水位較低，在管理農(nóng)田時(shí)采用的截水溝降低地下水位技術(shù)，硝態(tài)氮隨水分向土體下層淋溶并累積，導(dǎo)致全氮含量增大。整治前后全氮含量無(wú)顯著性差異，說(shuō)明土地整治過(guò)程對(duì)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(xiàn)逐漸降低的趨勢(shì)，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(zhǎng)中對(duì)土壤速效養(yǎng)分吸收量大，且有效磷含量與有機(jī)質(zhì)含量具有很大的相關(guān)關(guān)系，有機(jī)質(zhì)在耕作層含量的減少直接導(dǎo)致有效磷降低。整治后整個(gè)土層內(nèi)有效磷含量隨土層深度變化無(wú)明顯規(guī)律。土地整治對(duì)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(méi)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(shì)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(lái)源于黃土母質(zhì)，性質(zhì)穩(wěn)定。整治前后土壤速效鉀含量無(wú)顯著性差異，說(shuō)明土地整治對(duì)速效鉀含量影響不大。

2.1.2 土壤養(yǎng)分含量水平分布均勻性 評(píng)價(jià)土地整治工程措施優(yōu)劣的一個(gè)方面是土壤養(yǎng)分分布的均勻性，變異系數(shù)可以評(píng)價(jià)分布均勻狀況。將沿溝底至溝口所得的耕作層內(nèi)土壤養(yǎng)分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行平均，通過(guò)對(duì)養(yǎng)分特征值進(jìn)行描述性統(tǒng)計(jì)（表3）得出：土壤養(yǎng)分在各采樣點(diǎn)之間最大變異系數(shù)為28.03%，屬于中度變異程度，整治后較整治前變異系數(shù)變小，說(shuō)明整治工程使溝底至溝口土壤養(yǎng)分分布總體趨向均勻。整治后有機(jī)質(zhì)和全氮變異系數(shù)增大，有效磷和速效鉀變異系數(shù)減小。整治后有機(jī)質(zhì)和有效磷變異系數(shù)在20%以上，全氮和速效鉀變異系數(shù)在10%～15%之間，說(shuō)明有機(jī)質(zhì)、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(dòng)較大。整治后較整治前全氮和速效鉀中值增大，這主要是因?yàn)檎魏筠r(nóng)田適時(shí)耕作施肥，作物改善土壤養(yǎng)分性狀，說(shuō)明土地整治使土壤養(yǎng)分含量提升。

2.2 整治還田土壤養(yǎng)分分級(jí)

通過(guò)土壤養(yǎng)分分級(jí)來(lái)診斷土壤肥力，實(shí)現(xiàn)整治還田農(nóng)田養(yǎng)分精準(zhǔn)管理。根據(jù)全國(guó)第二次土壤普查養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，將土壤養(yǎng)分的豐缺程度劃分成極高、高、中高、中低、低、極低6個(gè)等級(jí)。表4給出了土壤養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)和溝道區(qū)整治還田前后作物種植一年耕作層內(nèi)土壤養(yǎng)分平均含量。

從數(shù)據(jù)對(duì)比可以看出：土地整治后土壤耕層內(nèi)有機(jī)質(zhì)平均9.10 g·kg-1，含量較低，在養(yǎng)分分級(jí)中屬五級(jí)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(yǎng)分分級(jí)中屬三級(jí)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(yǎng)分分級(jí)中屬四級(jí)水平。整治前和整治后土壤養(yǎng)分含量處于同一級(jí)別且耕作層內(nèi)養(yǎng)分含量降低，這是因?yàn)橐环矫婀こ淌┕?duì)表層土壤擾動(dòng)強(qiáng)烈，養(yǎng)分流失；另一方面，土地利用形式從荒草地轉(zhuǎn)變?yōu)檗r(nóng)用地后作物對(duì)土壤養(yǎng)分有一定量吸收，施肥等養(yǎng)分管理措施不能滿足作物養(yǎng)分需求。整治后農(nóng)田與優(yōu)質(zhì)農(nóng)田相比，土壤養(yǎng)分還具有較大提升空間。

2.3 養(yǎng)分管理措施

從目前整治還田土壤養(yǎng)分供應(yīng)狀況來(lái)看，土壤有機(jī)質(zhì)含量亟待提高，適量施入有機(jī)肥有助于土壤質(zhì)量提升。由于有機(jī)肥的施用可以增加土壤的透氣性，使水分及養(yǎng)分不易流失，增加土壤保水保肥能力，故播種前施用有機(jī)肥并翻耕均勻，有利于提高產(chǎn)量。追肥時(shí)，采用適當(dāng)?shù)母?、溝施、穴施技術(shù)。另外采用秸桿還田技術(shù)可以提高土壤中有機(jī)質(zhì)含量。小麥?zhǔn)斋@時(shí)，秸稈在表層覆蓋，能夠起到保墑節(jié)水的作用；玉米收獲時(shí)，秸稈粉碎還田后旋耕，秸稈腐解能增加土壤微生物活力，營(yíng)造適宜的土壤環(huán)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(yǎng)分關(guān)注的核心，然而，硝態(tài)氮存在易隨水分遷移淋溶的特點(diǎn)，淋溶出根系層的氮提高了地下水污染風(fēng)險(xiǎn)，造成氮素?fù)p失，氮肥施用效率降低。溝道區(qū)在降雨匯流與兩側(cè)山體承壓的作用下，地下水位比較淺，進(jìn)一步增加了氮素淋溶風(fēng)險(xiǎn)，因此，在施肥管理時(shí)應(yīng)把握高產(chǎn)作物養(yǎng)分需求生理期，實(shí)現(xiàn)時(shí)間與空間上的耦合。土壤鉀和磷的遷移性小，有效性高，持續(xù)被作物吸收利用，不容易累積，只有超出速效養(yǎng)分淋溶臨界點(diǎn)時(shí)才會(huì)隨水分運(yùn)移至地下水中。隨著科技的發(fā)展，土壤養(yǎng)分監(jiān)測(cè)與速測(cè)技術(shù)逐步推廣，推行氮磷鉀長(zhǎng)期定位監(jiān)測(cè)，氮素1年測(cè)1次，磷和鉀兩至三年測(cè)1次，結(jié)合精準(zhǔn)施肥技術(shù)，獲得土壤養(yǎng)分含量后即可給出施肥方案，有針對(duì)性地投施肥料。

提高土壤養(yǎng)分含量還需加強(qiáng)工程管理，部分地區(qū)土地整治項(xiàng)目結(jié)束后，受人力物力的限制，耕作農(nóng)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(shí)現(xiàn)農(nóng)民增收，應(yīng)當(dāng)適時(shí)耕作，輪作與間作方式同步進(jìn)行，改良貧瘠土壤。

3 討 論

土壤養(yǎng)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(guò)程與土壤養(yǎng)分變化有著密不可分的關(guān)系，人為擾動(dòng)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?zhàn)B分分布均勻性，整治管理措施影響?zhàn)B分再分配。

有機(jī)質(zhì)含量的高低與土壤成土條件、利用現(xiàn)狀、熟化程度密切相關(guān)。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(dòng)旺盛，有機(jī)質(zhì)礦化程度高，分解作用強(qiáng)，表土層有機(jī)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(zhǎng)期沒(méi)有陽(yáng)光直射的條件下，土壤中微生物活動(dòng)較為遲緩，僅有的枯枝落葉難以充分分解轉(zhuǎn)化，土層深處有機(jī)物分解總量少，因此，整個(gè)溝道區(qū)土壤中有機(jī)質(zhì)基礎(chǔ)含量低。

土地整治后土壤耕作層內(nèi)有機(jī)質(zhì)和有效磷含量降低幅度較大，而整治過(guò)程對(duì)全氮和速效鉀含量影響不大。一是因?yàn)橥恋卣吻巴恋亓袒?，植被覆蓋度較低，延安地區(qū)暴雨歷時(shí)短且集中，表土層中細(xì)顆粒隨地表徑流流失，留下粗顆粒，難以形成土壤黏粒，有機(jī)質(zhì)吸附困難；二是整治前土壤養(yǎng)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(zhì)充分混合，回填土壤有機(jī)質(zhì)含量降低；三是土壤中磷元素主要來(lái)自黃土母質(zhì)和部分有機(jī)質(zhì)的礦化，有機(jī)質(zhì)能夠促進(jìn)土壤團(tuán)粒狀結(jié)構(gòu)生成，改良土壤結(jié)構(gòu)，保留土壤養(yǎng)分[14-15]，有機(jī)質(zhì)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(lái)源于黃土母質(zhì)，性質(zhì)穩(wěn)定，土壤擾動(dòng)對(duì)其沒(méi)有太大影響。土壤全氮、速效磷、速效鉀沿土層深度方向呈現(xiàn)出逐漸降低的趨勢(shì)，這與張曉霞等[17-18]研究結(jié)果一致，土體深處養(yǎng)分含量低意味著土壤供養(yǎng)潛力較差。

土地整治的過(guò)程中歸并零散田塊，修筑梯田，使土壤養(yǎng)分分布趨于均勻，然而整治后土壤養(yǎng)分仍處于五級(jí)至三級(jí)水平，達(dá)不到高標(biāo)準(zhǔn)的農(nóng)田養(yǎng)分等級(jí)，因此，需要有針對(duì)性地對(duì)養(yǎng)分進(jìn)行管理，采用秸稈還田、定位監(jiān)測(cè)、精準(zhǔn)施肥技術(shù)，同時(shí)加強(qiáng)工程管理。

這次研究沒(méi)有對(duì)土壤pH值、團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)等理化性質(zhì)進(jìn)行測(cè)定，只分析了土壤養(yǎng)分和質(zhì)地，在后續(xù)研究中可逐步完善研究系統(tǒng)，對(duì)整治工程平整度、種植形式對(duì)土壤養(yǎng)分的影響加以研究，以完整認(rèn)識(shí)治溝造地工程措施的生態(tài)效益、經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié) 論

（1）土地整治對(duì)土壤耕作層內(nèi)有機(jī)質(zhì)和有效磷含量影響大，對(duì)全氮和速效鉀含量影響較小，土壤養(yǎng)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(yǎng)分分布較為均勻，中等偏弱變異水平，有機(jī)質(zhì)、有效磷與全氮、速效鉀含量相比波動(dòng)較大；整治后土壤養(yǎng)分含量中值增大，土地整治工程能夠提升土壤養(yǎng)分含量。

（3）溝道地土壤養(yǎng)分處于五級(jí)至三級(jí)水平，整治后農(nóng)田與優(yōu)質(zhì)農(nóng)田相比，土壤養(yǎng)分還具有較大提升空間。

（4）針對(duì)整治后農(nóng)田養(yǎng)分狀況，可以通過(guò)增施有機(jī)肥、使用秸稈還田技術(shù)，運(yùn)用定期監(jiān)測(cè)方法，測(cè)土配方施肥，在工程管理后期做到長(zhǎng)效肥與短效肥結(jié)合來(lái)提升耕地質(zhì)量，滿足作物養(yǎng)分需求。

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