不同土地利用方式对土壤养分及肥力的影响

刘占仁，王立志

（山东省水土保持与环境保育重点实验室，临沂大学，山东 临沂276000）

土地利用是自然和人类活动相互作用的综合过程，土地利用的变化可以引起许多自然要素和生态过程的变化［1－3］。国内外许多学者对土地利用及其变化与土壤质量的关系进行了大量的研究，结果表明土壤理化性状的变化与土地利用方式有密切关系［2，4－7］。土地利用方式影响土壤养分的流动，并影响不同的土地单元中N，P等重要营养成分的滞留和转化［8］。合理的土地利用方式可以改善土壤结构，提高周围空气和水的质量，增强土壤对外界环境变化的抵抗力；不合理的土地利用方式会导致土壤质量下降，增加土壤侵蚀［9］，降低生物多样性、生态系统服务功能和土地生产力等［10－11］。因此，研究不同土地利用方式下土壤养分的状况及对土壤质量的影响，有助于了解土壤的生态过程、养分的动态变化［12］，并最终为制定合理的土地管理措施提供科学的依据。

沂蒙山地丘陵区地质地貌类型复杂，水土流失严重，人地矛盾非常突出，深入探讨不同土地利用方式对土壤养分的影响具有重要意义。本文以山东省临沂市为例，深入分析不同土地利用对土壤养分的影响，并探讨土壤养分之间的相互作用。

1 研究方法

1.1 研究区概况

研究区临沂市地处山东省鲁中南山地区的东南部，土地总面积达171.84万hm2，占山东省土地总面积的11.01%。全市地势西北高东南低，山地丘陵面积约占全市土地总面积的2／3；山间谷地、冲积平原、洼地仅占全市土地总面积的1／3。临沂市地处沂蒙山区腹地，地貌形态深受区域构造断裂的控制。全区从西南向东北分为4条西北—东南向延伸的断块带，形成本区山地、丘陵、山间平原、盆地或谷地等相间分布的地貌格局，地势由西北向东南逐渐降低。总的特点是：山区面积广大，山势高峻、地表崎岖、土层瘠薄［13］。全市耕地79.37万 hm2，占土地总面积的46.20%，林 地 31.54 万 hm2，占 土 地 总 面 积 的18.36%，未利用地20万hm2，占土地总面积的11.62%。耕地中旱地面积较大为50.48万hm2，水田面积相对较小为26.05万hm2。

1.2 样品采集与分析

根据研究区主要土地利用类型选取旱地、水田、林地和未利用地4种主要的土地利用方式作为研究对象。在研究区布设采样点253个，涵盖了不同土地利用类型，并满足统计学需要。样点布设如图1所示。

图1 研究区采样点的分布

2 结果与分析

2.1 土壤养分及颗粒组成总体特征

对采样区所有数据统计分析（表1）表明，土壤养分OM、TN、TP和TK在整个研究区域全距均较大且波动偏高。OM、TN、TP和TK在研究区平均值分别为1.37%，0.04%，0.07%和0.45%，总体相对偏低。土壤养分的Kurtosis值和Skewness值表明，OM、TN、TP和TK均未呈正态分布。土壤pH值分析表明，土壤pH值呈近似正态分布。土壤的砂粒、粉粒和黏粒分析表明，研究区域土壤的颗粒组成存在较大的差异。

表1 土壤养分及颗粒组成描述性统计分析

对土壤pH和各土壤养分进行频率分析表明，研究区土壤pH值大部分小于7，土壤pH频率主要分布于5～7，即研究区土壤偏酸性；研究区OM含量小于2%的频率较大，仅有个别样点土壤OM含量大于4%；TN的频率分析表明，TN含量主要分布在0.025%～0.050%，仅有少部分区域TN含量大于0.10%；TP的频率分析表明，TP含量大部分小于0.10%，仅有个别样点TP含量大于0.20%；TK频率分析表明，TK的含量在研究区大部分小于0.60%，有部分样点TK含量大于1.00%。土壤养分OM、TN、TP和TK频率分析表明，研究区土壤养分呈降低的趋势，因此土壤养分总体呈不同程度的下降。

2.2 土地利用方式对土壤养分及物理结构影响

方差分析表明（表2），不同土地利用方式对OM含量具有显著影响（P＜0.05），而对pH、TP、TN、TK和土壤颗粒组成无显著影响（P＞0.05）。土壤pH值在不同土地利用方式下由高到低顺序为：水田＞林地＞旱地＞未利用地，与未利用地相比，无论旱地还是水田均能使土壤的pH值升高，而水田对pH的提升能力大于旱地。水田中OM含量显著高于其它土地利用方式且与旱地、林地和未利用地之间差异显著（P＜0.05），可能是与水田长期种植水稻处于淹水状态及收割方式有关。由于机械化的收割方式使得秸秆还田率有了较大的提高，长期淹水使得微生物活性等有了较大的提高，从而使得水田中OM含量相对较高［14－15］。

不同土地利用方式TN含量由高到低顺序为：未利用地＞林地＞水田＞旱地；TP含量由高到低顺序为：未利用地＞旱地＞林地＞水田；TK含量由高到低顺序为：林地＞水田＞旱地＞未利用地；OM的含量由高到低顺序为：水田＞未利用地＞林地＞旱地。

表2 不同土地利用土壤养分和颗粒组成均值比较

表3 不同土地利用方式下土壤养分之间的相关系数

2.3 土地利用方式对土壤养分之间相关系数的影响

相关分析表明（表3），不同土地利用方式影响了土壤养分之间的相关系数。在旱地中土壤OM、TN、TP、TK两两之间均呈显著正相关，土壤pH与OM、TN、TK呈显著正相关，但是与TP呈负相关，且相关系数未达到显著性水平。在旱地中OM、TN、TP、TK与土壤颗粒组成砂粒、粉粒和黏粒含量之间均呈不同程度的相关，OM、TN、TK与砂粒含量呈显著负相关，与粉粒和黏粒含量呈显著正相关。TP与砂粒含量呈显著正相关，与粉粒和黏粒含量呈显著负相关。在水田各养分元素中只有TN和TP之间相关系数达到显著性水平；pH与OM、TN、TP呈负相关，与TK呈正相关；OM、TN、TP与土壤颗粒组成砂粒含量呈正相关，与粉粒和黏粒含量呈负相关，但是相关系数均未达到显著性水平。TK与砂粒含量呈显著负相关，与粉粒和黏粒含量呈显著正相关。因此在耕地利用方式中，旱地和水田对土壤营养盐之间的相关系数有较大影响，不同的耕地利用方式改变了土壤养分之间的相关系数。

林地中TN与TP、OM呈显著性正相关，其它养分之间相关系数未达到显著性水平。未利用地仅有TN和TP之间相关系数达到显著性水平，其它养分之间相关系数不显著。

综上所述，不同土地利用方式对TP和TN之间的相关系数无影响，旱地各养分之间的相关系数要大于水田、林地和未利用地。

2.4 土地利用方式对土壤性状指标的公因子分析

影响土壤肥力的因子较多，主成分分析是一种较为可行的评价方法。对土壤性状指标进行公因子分析（采用Z－Score法对数据进行标准化处理，主成分分析提取因子，方差极大法，正交旋转）结果表明（表4），旱地、水田和林地均提取了3个公因子（F1，F2，F3），而未利用地只提取了两个公因子（F1，F2）。旱地、水田和林地公因子F1，F2和F3方差贡献率分别为44.95%，21.85%和13.30%；52.84%，24.96%和15.07%；38.47%，25.51%和15.48%。林地提取的两个公因子F1和F2方差贡献率分别为56.94%和43.06%。

旱地砂粒、粉粒、黏粒和pH在公因子F1上载荷较高，TN、TP和OM在公因子F2上载荷较高，TK在公因子F3上载荷较高。水田各指标在公因子上载荷与旱地有所不同，砂粒、粉粒、黏粒、TK和TP在公因子F1上载荷较高，TN和OM在公因子F2上载荷较高，pH在公因子F3上载荷较高。林地砂粒、粉粒和黏粒在公因子F1上载荷较高，TN和OM在公因子F2上载荷较高，pH、TK和TP在公因子F3上载荷较高。未利用地仅有两个公因子，砂粒、粉粒、黏粒、TK和OM在公因子F1上载荷较高，TN、TP和pH在公因子F2上载荷较高。将9个指标分别在公因子上的得分，根据F＝∑bjFj，Fj＝∑AjIj（bj，方差贡献率；Fj，公因子；Aj，公因子载荷系数；Ij，标准化后指标数据），计算综合因子F得分，F的大小反映土壤综合肥力的高低［16］。计算结果表明，旱地、水田、林地和未利用地 F 值大小分别为0.51，0.86，0.78，0.43。因此不同土地利用方式下土壤肥力由大到小顺序为：水田＞林地＞旱地＞未利用地。

表4 不同土地利用类型因子载荷矩阵

3 结论

（1）临沂市不同土地利用方式对OM含量具有显著影响，而对pH、TP、TN、TK和土壤颗粒组成无显著影响。

（2）不同土地利用方式对TP和TN之间的相关系数无影响，对其它养分之间的相关系数影响较大，旱地各养分之间的相关系数要大于水田、林地和未利用地。

（3）不同土地利用方式下土壤肥力由大到小顺序为：水田＞林地＞旱地＞未利用地。

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