澄江尖山河小流域不同土地利用类型下土壤肥力分析

江 红，王克勤

(西南林业大学环境科学与工程学院，云南昆明 650224)

土壤肥力是土壤的基本属性，是土壤供应植物生理所需物质时所处环境条件的有机结合［1］，是土地评价的主要因素之一［2］。土地利用作为人类利用土地各种活动的综合反映，是影响土壤肥力变化最普遍、最直接、最深刻的因素［3］。合理的土地利用方式可以改善土壤结构，提高周围空气和水分的质量，增强土壤对外界环境变化的抵抗力，提高土壤肥力［4］;而不合理的土地利用方式则会导致土壤质量下降，最终使土地严重退化［5］。本研究以澄江县尖山河小流域内4种典型土地利用类型(坡耕地、次生林、人工林、灌草地)的土壤为研究对象，对比分析不同土地利用方式下的土壤肥力状况，旨在为深入了解该区域土壤肥力状况提供资料，同时为合理制定该区域的土地利用方式提供科学依据。

1 研究地区与研究方法

1.1 研究区概况

云南澄江县尖山河小流域位于北纬24°32'00″—24°37'38″、东经 102°47'21″—102°52'02″之间，地处澄江西南部，为抚仙湖一级支流，海拔1 722.0—2 347.4 m，流域总面积35.42 km2。研究区多年平均降水量为1 050 mm，干湿季分明，雨季为5月下旬至10月下旬，期间降水量占全年总降水量的75%，暴雨基本出现在雨季，年均径流深300 mm，年均蒸发量900 mm。流域土壤主要是红紫泥土和红壤，主要的土地利用类型有次生林、人工林、灌草地及坡耕地。主要的乔木树种有云南松(Pinus yunnanensis)、华山松(P.armandii)、蓝桉(Eucalyptus globulus)等。

1.2 研究方法

1.2.1 土样采集与测定

2010年5 —9 月，每月17日分别在各地类径流小区内四角及中心点共5处采集0—20 cm表层土样(取前除去表层杂物)，然后将5处取得的土样充分混匀，用四分法取样约500 g，共采集土样20个。将土样带回室内，风干、过筛后测定土壤有机质、全氮、全磷、碱解氮、速效磷。其中，有机质采用重铬酸钾容量法;全氮和碱解氮采用凯式蒸馏法;全磷采用浓硫酸-高氯酸消化，抗坏血酸还原比色法;速效磷采用盐酸-氟化铵提取剂提取土壤中的速效磷，然后用氯化亚锡还原比色测定。

1.2.2 土壤肥力评价

选择修正的内梅罗公式［6］计算各地类的土壤综合肥力系数。根据该研究区的土壤特性，选择有机质、全氮、全磷、碱解氮、速效磷5个指标作为综合评价参数。因为各参数对土壤整体肥力水平的影响不同且各参数实测值的量纲各异，所以土壤的各参数不能直接相加，而是要通过数学方法对各参数先进行标准化以消除各参数之间的量纲差别。标准化处理的方法［7］如下:

当指标的测定值属于“极差”级时，即Ci≤Xa，则

当指标的测定值属于“差”级时，即Xa＜Ci≤Xc，则

当指标的测定值属于“中等”级时，即Xc＜Ci≤Xp，则

指标的测定值属于“良好”级时，即Ci＞Xp，则

式中:Pi为分肥力系数;Ci为指标的测定值;X为指标分级标准(见表1)，其中Xa、Xc和Xp分别为“差”级、“中等”级和“良好”级分级标准。

表1 土壤各属性分级标准值

最后，用修正的内梅罗综合指数法对不同土地利用类型的土壤肥力做综合评价。修正的内梅罗计算公式为

式中:P为土壤综合肥力系数;Pi平均为各分肥力系数的平均值;Pi最小为各分肥力系数中最小值;n为参评指标数。

最终，根据P值定量评价土壤肥力。如P≥2.7为土壤很肥沃，2.7～1.8为肥沃，1.8～0.9为一般，＜0.9为土壤贫瘠。

1.3 数据处理分析

所有数据采用Excel2003和SPSS13.0软件进行处理分析，采用单因素方差分析和最小显著差异法比较不同数据间的差异，显著性水平设定为α=0.05。图中误差线为标准误差。

2 结果与分析

2.1 不同土地利用类型土壤养分状况

不同土地利用方式因地表植被覆盖和人为干扰程度不同，直接影响土壤养分的输入和输出，进而影响到土壤的养分贮存和有效性等肥力状况。因此，不同土地利用方式导致各地类的土壤养分状况也不尽相同。

2.1.1 全氮和碱解氮

土壤中的全氮含量表示了氮素的供应容量，是土壤中无机态氮和有机态氮的总和。灌草地全氮含量最高，坡耕地最低，二者相差0.28g/kg。经方差分析，不同土地利用方式对土壤全氮含量的影响未达到显著水平，即不同土地利用方式下土壤全氮含量差异不大。不同土地利用方式全氮含量大小依次为:灌草地＞次生林＞人工林＞坡耕地(图1)。灌草地与次生林的全氮含量相差不大，仅比次生林高4.6%，但比人工林高17.2%，比坡耕地高70%。

4种土地利用类型中碱解氮含量最高的是次生林，最低的是坡耕地，二者相差39.2mg/kg。经方差分析，不同土地利用方式对碱解氮的影响未达到显著水平。碱解氮含量大小依次为:次生林＞人工林＞灌草地＞坡耕地。次生林土壤的碱解氮含量比人工林高54.04%，比灌草地高55.02%，比坡耕地高90.14%。

图1 不同土地利用类型下土壤全氮和碱解氮含量

2.1.2 全磷和速效磷

4种地类中，灌草地的全磷含量最高，人工林的含量最低，二者相差0.27g/kg。全磷含量大小依次为:灌草地＞次生林＞坡耕地＞人工林(图2)。灌草地全磷含量比次生林高6.45%，比坡耕地高46.67%，比人工林高69.23%。坡耕地的速效磷含量最高，次生林最低，相差138.75mg/kg。速效磷含量大小依次为:坡耕地＞灌草地＞人工林＞次生林。坡耕地的速效磷含量比灌草地高11.46%，比人工林高108.31%，比次生林高147.29%。经方差分析，不同土地利用方式对土壤全磷的影响未达到显著水平，但对速效磷的影响达到显著水平。烤烟坡耕地速效磷含量较高，主要与长期施用大量磷肥有关。

图2 不同土地利用类型下土壤全磷和速效磷含量

2.1.3 有机质

土壤有机质含量与土壤肥力水平密切相关，虽然在大多数土壤中有机质含量仅占土壤质量的一小部分，但它在土壤肥力方面却起着至关重要的作用。4种土地利用方式中，次生林有机质含量最高，坡耕地最低，后者比前者少2.04百分点。经方差分析，不同土地利用方式对有机质的影响达到极显著水平。有机质含量大小依次为:次生林＞灌草地＞人工林＞坡耕地(图3)。次生林有机质含量比灌草地高16.55%，比人工林高41.45%，比坡耕地高160.63%。

图3 不同土地利用类型下土壤有机质含量

2.2 不同土地利用类型土壤肥力评价

2.2.1 单项指标的评价

根据全国第二次土壤养分含量分级表［8］，研究区4种土地利用类型中，次生林有机质含量处于全国二级水平，人工林和灌草地处于全国三级水平，坡耕地仅处于全国四级水平;研究区各土地利用类型的全氮含量都偏低，次生林、灌草地、人工林的含量仅处于全国五级水平，坡耕地的含量处于全国六级水平;次生林、灌草地、坡耕地的全磷含量处于五级水平，人工林的含量仅处于六级水平;碱解氮方面，次生林处于四级水平，灌草地、人工林、坡耕地处于五级水平;速效磷方面，次生林、灌丛地、人工林、坡耕地的含量均较高，均处于全国一级水平。

综上所述，研究区除了有机质和速效磷的含量较丰富外，全氮、全磷、碱解氮都较缺乏。

2.2.2 土壤肥力综合评价

根据各土地类型的土壤综合肥力系数，次生林最大，坡耕地最小。与坡耕地相比，人工林、灌草地、次生林的P值分别高出18.4%、43.4%、48.7%。各地类土壤综合肥力大小依次为:次生林＞灌草地＞人工林＞坡耕地(表3)。根据土壤综合肥力系数P值，次生林、灌草地、人工林土壤肥力均表现为一般，而坡耕地土壤肥力表现为贫瘠。

表3 不同土地利用类型土壤肥力综合评价

3 讨论

在次生林、灌草地、人工林3种土地类型下，土壤全氮、全磷和碱解氮含量均高于坡耕地。这是因为在不同的土地利用方式下，土壤养分会随着人为干扰程度的增加而降低［9］，坡耕地因人为耕作频繁，对土壤养分的输入大，输出也大，其人为干扰程度远远强于自然、半自然状态利用方式下的次生林地、灌草地和人工林。

在次生林、人工林、灌草地和坡耕地4种土地利用类型下，次生林有机质含量最高，主要是因为次生林的植被覆盖度较大、林下植被结构比较复杂，枯落物量大，从而使土壤的有机质含量较高;灌草地的植被覆盖度虽然大于次生林，但是灌草地单位面积上的生物量远小于次生林，有机质大多来源于草本层腐殖质，因此灌草地的有机质含量低于次生林地;人工林因植被结构单一、林下植被较少导致地上部分枯落物少，因此有机质含量相对较低;烤烟坡耕地因经常施氮肥和磷肥，很少施有机肥，加上烤烟收获后基本没有枯落物还回耕地，所以坡耕地的有机质含量最低。

前人对研究区的研究大多集中在水土流失状况、水体面源污染及其控制措施上，而对该区域的土壤养分状况，对主要土地利用下的土壤肥力研究较少。本研究重点研究了该区域主要土地类型的土壤养分状况，并对各地类的土壤肥力做了综合评价，一定程度上为了解该区域的土壤肥力状况提供了参考资料。但土壤肥力是涉及土壤物理、化学、生物等多个方面指标的综合性系数，本研究因受实验条件的限制，仅选取了土壤化学性质方面几个重要的指标作为评价参数。为了能够更全面、更准确地评价该区域各地类的土壤肥力状况，在日后的研究中，应全面选取物理、化学、生物方面的多个指标来进行综合评价。

4 结论

(1)该区域4种土地类型中，全氮含量大小依次为灌草地＞次生林＞人工林＞坡耕地;碱解氮含量大小依次为次生林＞人工林＞灌草地＞坡耕地;全磷含量大小依次为灌草地＞次生林＞坡耕地＞人工林;速效磷含量大小依次为坡耕地＞灌草地＞人工林＞次生林;有机质含量大小依次为次生林＞灌草地＞人工林＞坡耕地。

(2)各地类土壤速效磷、有机质含量差异达到显著水平，而全氮、碱解氮、全磷主要受养分来源影响，各地类差异未达到显著水平。

(3)就全国土壤养分分级来看，研究区的土壤肥力各指标仅有机质和速效磷的含量处于中上水平，而全氮、全磷、碱解氮的含量均较低，处于偏下水平。

(4)利用内梅罗指数计算各地类的土壤综合肥力系数(P)，从大到小依次表现为:次生林(1.13)＞灌草地(1.09)＞人工林(0.90)＞坡耕地(0.76)。坡耕地土壤肥力较差，比次生林、灌草地、人工林分别低32.74%、30.28%、15.56%。次生林因植被覆盖度较大，拥有较为复杂的植被结构，枯落物较多且受人为干扰较少，所以土壤肥力较高。而坡耕地因耕作，植被覆盖较低，人为干扰较大，重用轻养导致土壤肥力较低。

(5)植被覆盖和人为干扰是使土壤养分变化的主要因素，坡耕地因缺乏植被覆盖以及翻耕、播种等农事活动频繁，重用轻养，从而导致土壤肥力较差。因此，应合理规划该区域的土地利用类型，实施植被恢复、封禁治理等减少人为干扰活动的措施以改善该区域的土壤肥力状况。

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