兴凯湖地区不同土地利用方式对土壤养分状况的影响

石兰英 田新红 田新民 母长鹏 董凤

摘要：为探明土地利用方式对土壤养分的影响，以沼泽和玉米田为研究对象，对比分析了兴凯湖地区典型土地利用方式下的土壤养分状况。结果表明，土壤养分的含量变化存在明显规律，其中土壤pH的均值分布特征是玉米田>沼泽;土壤有机质含量是沼泽>玉米田;碱解氮、速效磷和速效钾是沼泽>玉米田，其中速效钾含量，沼泽约为玉米田的1.9倍。土壤养分的含量具有较大空间分异，其中沼泽土壤碱解氮、速效磷和土壤有机质变异性较高;玉米田土壤不同土层间变异系数速效磷最高，其他较低。Person相关分析表明，沼泽土壤碱解氮与Ni间呈极显著负相关;玉米田有机质与Zn和Cr间呈显著负相关，碱解氮与Zn间呈极显著负相关，其他指标与重金属间无显著相关性。

关键词：兴凯湖;沼泽;玉米田;土壤养分;利用方式

中图分类号：X53        文献标识码：A

文章编号：0439-8114（2018）22-0036-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2018.22.011           开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Abstract： In order to explore the effects of land use on soil nutrients，the soil nutrient status of the typical land use mode in Xingkai Lake area was compared and analyzed in the swamps and corn fields. The results showed that the change of soil nutrient content was obvious. The mean distribution of soil pH was corn field>swamp; Soil organic matter was content swamp>corn field; Alkali hydrolysable nitrogen，available phosphorus and quick available potassium as swamp>corn field，of which the content of available potassium was about 1.9 times that of the corn field. The content of soil nutrients had large spatial differentiation，and the variation of alkali hydrolysable nitrogen，available phosphorus and soil organic matter were higher in the swamp soil，and the variation coefficient of different soil layers in the corn soil was the highest，and the other was lower. Person correlation analysis showed that there was a significant negative correlation between alkaline hydrolysable nitrogen and Ni in swamp soil，and there was a significant negative correlation between soil organic matter and Zn and Cr in corn field. There was a significant negative correlation between alkali hydrolysable nitrogen and Zn，and there was no significant correlation between other soil nutrient indicators and heavy metals.

Key words： Xingkai Lake; swamp; corn field; soil nutrients; use types

土壤有機质、氮、磷和钾的含量是土壤肥力的重要指标，是农产品产量和品质的重要限制性因子[1，2]。人类活动影响土地利用方式，进而影响土壤生态环境及养分状况[3]。不合理的土地利用加重土壤侵蚀，降低土壤对外界环境的抵抗力。尤其是农业生产中的施肥、灌溉及其他生产管理措施对土壤养分空间变异有较大影响[4]。因此，研究不同土地利用方式对土壤养分状况的影响，对区域土地资源的合理培肥和有效利用具有重要意义。

兴凯湖国家级自然保护区是黑龙江省最大的自然保护区，为三江平原典型的沼泽集中分布区[5]，同时也是中国重要的商品粮战略后备基地和黑龙江省绿色食品产业战略区域[6]。近60年来，由于沼泽大面积垦殖，农田已成为该区主要的景观类型[7]。不同土地利用方式导致土壤水文、结构及养分状况的剧烈变化。因而，有必要揭示兴凯湖地区不同土地利用方式下，沼泽及由沼泽垦殖而来的玉米田土壤养分特征，以期为土地资源的合理利用、地力提升及促进农业可持续发展提供科学依据。

1  研究地区与方法

1.1  研究地区概况

兴凯湖国家级自然保护区，位于黑龙江省东南部的密山市境内，由兴凯湖、沼泽、草甸、森林和农田组成。其中农田由60多年前沼泽开垦而来，主要为种植大豆、玉米和水稻的旱田和水田[8]。该区属温带大陆性季风气候，为湿润半湿润地区;年平均气温3.1 ℃、1月平均气温-19.2 ℃、7月平均气温21.2 ℃、无霜期150 d左右;年降水量约750 mm，集中于夏季，约占全年降水的70%;冬季多暴风雪天气，封冻期从11月至次年3月[7]。

取样区位于中国科学院兴凯湖湿地生态研究站（132°20′00″E，45°21′55″N）附近的天然沼泽和由沼泽垦殖而来的玉米田。沼泽地理位置为132°19′14″E，45°20′59″N，海拔高度为100 m，主要覆盖植物是狭叶甜茅，土壤类型为泥炭沼泽土;玉米田地理位置为132°22′4″E，45°20′41″N，海拔高度为110 m，隶属于佳木斯农垦总局8510农场，开垦60年以上，以前种植方式为混种，现为种植8年的玉米田[8]。

1.2  样品采集与处理

取样时间为2015年10月上旬，以天然沼泽和由其垦殖而来的玉米田样地为对象。取样时，每个样地随机设置3个重复，每个重复区面积为30 m2。沼泽样地取样层次为0～30 cm，玉米田为0～10、10～20和20～30 cm 3个层次，每个层次按“S”形样线采集5个点均匀混合为1个土样，留取约1 kg土壤样品[9]。因此，玉米田取土样9份，沼泽3份，共取土样12份。土样自然风干后磨碎，分别过2.000和0.149 mm筛，保存备测。

1.3  分析方法

pH采用电位计法测定（水土比为2.5∶1）;土壤有机质（SOM）采用重铬酸钾-外加热法测定;土壤碱解氮（AN）采用碱解扩散法测定;土壤速效磷（AP）采用碳酸氢钠浸提-铝锑抗比色法;土壤速效钾（AK）采用连续流动法（主要仪器为德国布朗卢比连续流动分析仪）[9]。重金属浓度采用美国Perkin Elmer公司的ICP-OES（Optima 8300型全谱直读电感耦合等离子体原子发射光谱仪）测定。

1.4  数据处理

采用Pearson相關分析土壤养分与重金属间的相关性。统计过程由软件SPSS 19.0完成。

2  结果与分析

2.1  不同土地利用方式下土壤养分分布特征

研究区不同土地利用方式下土壤pH均值的分布特征如图1所示。酸碱性直接影响土壤中各种养分元素的存在形态及对植物的有效性[10]，土壤pH表现为玉米田>沼泽，且表现为酸性。这可能主要受施肥的影响，玉米田长期施用无机氮磷钾肥，主要由过磷酸钾、氯化钾、硫酸铵等生理酸性肥料配制而成，当N、P、K等主要营养元素被作物吸收后，在土壤中残留下SO42-、Cl-等酸根，增加了土壤的酸化程度。而沼泽土壤在淹水条件下，土壤还原性物质增加，可降低磷的固定，提高磷的有效性，亦使土壤pH有所下降[4]。因此，2种土壤均表现为酸性。

土壤有机质均值的分布特征是沼泽>玉米田（图1）。分析原因，可能由于沼泽地势较玉米田低，且有丰富的地表凋落物和地下根系残体，并处于长期淹水条件下，有机物质不易分解，导致有机质含量较高;而玉米田管理相对粗放、农田栽培作物地上部分在收获季节被移除生态系统，归还土壤的有机物质不足以补偿作物从土壤中吸收和分解掉的，此外，频繁耕作导致团聚体物理分散破坏，水改旱后，有机物暴露促进微生物分解，加速土壤有机质流失[11]，因此含量较低。

大量元素中碱解氮、速效磷和速效钾均值的分布特征均是沼泽>玉米田，其中速效钾含量，沼泽约为玉米田的1.9倍（图1）。这主要是玉米田较沼泽受到较多的人为扰动及不合理的耕作方式、较少的肥料投入、灌溉条件差和自身土壤肥力低[4]等原因，使玉米田大量元素速效氮、速效磷、速效钾含量较低。

土壤养分的变异系数能反映土地利用方式对各养分含量变化的影响。一般变异系数大于36%的为高度变异，在16%～35%的为中等变异，小于15%的为小变异[4]。沼泽土壤采样点间碱解氮、速效磷、速效钾、土壤有机质和pH变异系数分别为29.90%～47.20%、51.99%～87.97%、11.40%～21.11%、48.70%～50.19%和1.42%～1.77%。其中，碱解氮、速效磷和土壤有机质变异性均较高，速效钾中等，pH最小。玉米田土壤不同土层间变异系数范围分别为7.14%～7.96%、45.83%～49.19%、10.13%～10.85%、14.35%～16.88%和2.69%～3.87%。其中速效磷为高度变异元素，其他均为小或中等变异。这在其他农区土壤研究中也得到了相似的结论[4]。

2.2  土壤养分与重金属之间的相关性

对沼泽和玉米田土壤碱解氮、速效钾、速效磷、有机质和pH的平均含量和土壤重金属累积量的相关性进行分析。Person相关分析结果表明，沼泽土壤碱解氮与Ni间呈极显著负相关;玉米田土壤有机质与Zn和Cr之间呈显著负相关，碱解氮与Zn之间呈极显著负相关，其他土壤养分指标与重金属之间无显著相关性（表1）。沼泽和玉米田土壤有机质和碱解氮与重金属积累量之间存在大量的负相关，分析其原因，可能是随着植物生长和营养物质的吸收，伴随着重金属的转移，从而使土壤中有机质及碱解氮等养分含量与重金属积累量之间呈现出显著负相关性。有资料显示土壤中有机质的增加改变土壤中重金属元素的化学形态分布，从而增加了重金属的移动性[12]。尤其是Cr元素为该区的高生态风险元素[13]，因此，本地区作物-食物间重金属迁移与人类食物安全风险问题应引起高度关注。

3  小结

通过对兴凯湖地区沼泽及由其垦殖而来的玉米田进行养分状况及其与重金属积累的相关性分析，得出以下结论。

1）研究区不同土地利用方式下土壤养分的含量变化存在明显规律性，其中土壤pH的均值分布特征是玉米田>沼泽;土壤有机质含量是沼泽>玉米田;碱解氮、速效磷和速效钾均值的分布特征均是沼泽>玉米田，其中速效钾含量，沼泽约为玉米田的1.9倍。

2）碱解氮、速效磷、速效钾、有机质和pH具有较大的空间分异性。沼泽土壤碱解氮、速效磷和土壤有机质变异系数均较高，速效钾中等，pH最小。玉米田土壤不同土层间变异系数速效磷最高。

3）Person相关分析结果表明，沼泽土壤碱解氮与Ni间呈极显著负相关;玉米田土壤有机质与Zn和Cr之间呈显著负相关，碱解氮与Zn间呈极显著负相关，其他土壤养分指标与重金属之间无显著相关性。

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