土地整理对土壤环境影响的评价

谢昊廷，冉瑞平，冯秀智

（1.四川农业大学管理学院，四川成都611130；2.浙江农林大学环境与资源学院，浙江临安311300）

土地整理是国家为保障粮食、生态安全而提出的以提高土地资源有效利用为目的的重要举措［1］。根据国土资源部制定公布的《全国土地整治规划》，十二五期间，全国通过土地整治补充的耕地将达160万hm2［2］。土地整理已成为实现国土资源集约利用的主要手段。

随着土地整理的开展，人们已开展了较多的土地整理对土壤质量的影响评价。土地整理后，土壤有效磷含量、速效钾含量、有效态铁、锰、铜、锌、硼的含量和活性有机碳含量明显降低［3－4］，pH值、土壤容重和紧实度增高明显［3，5］；另有研究则表明，通过土地整理增加了土层厚度，降低了土壤容重［6］，土壤有机碳显著提高［7］；随着土地整理年限的推移，土壤质量有一定的提高［8－9］。由于不同项目区自然社会经济条件、土地整理措施和管理方式不同，因此所得结果存在较大的差异或相反。本研究以土壤活性有机碳含量、土壤酶活性、土壤微生物磷脂脂肪酸（phospholipid fatty acid，PLFA）含量及基本理化性质为指标，开展低山丘陵区疏林地改造为耕地后土壤环境影响的评价，为区域土地管理提供基础。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究区位于浙江省余姚市四明山镇，29°38′～29°48′N，121°13′～121°58′E，属于中亚热带湿润季风气候，四季分明，光照充足，雨量充沛。冬夏季风交替明显，夏季凉爽，最高气温不超过31℃，最热月平均气温为23.9℃；冬季寒冷，最低气温达－14℃，年平均气温11.8℃，年降水量约2 000 mm，年平均相对湿度为83%。区内母岩为砂砾岩，土壤以黄壤为主［10］。

1.2 样品采集与测定

1.2.1 样品采集 2016年10月，根据四明山镇土地整理项目区的地形地貌、土壤类型、土地利用方式和整理项目的现状，采用空间代替时间的方法，选择土地整理后1年（TZ1）、4年（TZ4）、7年（TZ7）的代表性样地各 4个，面积分别为0.1 hm2左右，以未整理区（CK）为对照。CK为黄山松疏林地，平均胸径12.4 cm，平均树高 8.5 m，密度 200株／hm2，郁闭度0.15，主要灌木有木、映山红、微毛柃等，盖度70%；不同整理年限的耕地均种植了苗木，种类有南方红豆杉、日本扁柏、青枫、樱花、三角枫等，密度为30 000株／hm2，每年施用复合肥（N∶P2O5∶K2O＝15∶15∶15）1 200 kg／hm2。

在各样地中，按“S”型采集5个0～20 cm深土壤样品，除去动植物残体和石块等杂质，用四分法分取1 kg左右样品，带回实验室进行分析。采集的新鲜土样在实验室内一分为二，其中一份过2 mm土壤筛后，直接用于土壤水溶性有机碳氮、微生物量碳氮、土壤酶活性、微生物磷脂脂肪酸含量的测定；另一份自然风干后用于土壤基本理化性质的测定。

1.2.2 分析方法 土壤有机碳用重铬酸钾－外加热法测定；pH值用酸度计法（水土比为2.5∶1）测定；碱解氮用碱解扩散法测定；有效磷用盐酸－氟化铵浸提－钼锑抗比色法测定；速效钾用乙酸铵浸提－火焰光度法测定；土壤微生物量碳氮采用氯仿熏蒸浸提法测定；脲酶活性用苯酚钠－次氯酸钠显色法测定；过氧化氢酶活性用KMnO4滴定法测定；酸性磷酸酶活性用磷酸苯二钠比色法测定；蔗糖酶用3，5－二硝基水杨酸显色法测定［11］。土壤微生物群落磷脂脂肪酸生物标记采用Bossio等的方法［12］进行。

1.2.3 数据统计与分析 采用 SPSS（SPSS公司 13.0）对数据进行描述统计，然后进行单因素方差分析，并用LSD法进行多重比较。利用灰色关联度法对土壤理化性质、活性有机碳、活性有机氮、土壤酶、土壤微生物磷脂脂肪酸等指标进行评价，以确定不同土地整理年限土壤质量的优劣次序［13］。

2 结果与分析

2.1 土地整理对土壤基本理化性质的影响

pH值对土壤养分存在的形态和有效性有很大影响［14］。不同土地整理年限土壤pH的差异见表1。与未整理土地相比，土壤pH值提高了0.4～0.6，差异达显著水平，不同整理年限之间的差异并不显著。

土壤有机碳是土壤养分的源与库，能改善土壤的理化性状，促进土壤生物活性［15］。从表1可以看出，土地整理1年后，土壤有机碳含量下降13.98 g／kg，降低了57.6%，而后随整理年限的增加略有上升，均显著低于未整理土壤。

土壤中的速效氮、磷、钾是能够被作物直接吸收和利用的有效养分，速效养分的高低体现了土壤对植物所需营养供给能力的大小。由表1结果可知，随着整理年限增加，土壤速效氮磷钾含量呈先下降而后上升的趋势。土地整理1年后，土壤碱解氮、有效磷、速效钾含量显著下降，分别降低了27.3%、27.8%、20.3%，而经过较长时间（7年）的自然修复和人工经营后，土壤速效氮、磷、钾含量与土地整理前持平。

表1 不同土地整理年限土壤理化性质的差异

2.2 土地整理对活性有机碳、氮的影响

2.2.1 土地整理对水溶性有机碳、氮的影响 土壤水溶性有机碳、氮参与土壤的生物化学转化过程，是土壤微生物生命活动的能源，对土壤养分的转化起着十分重要的作用［16］。土地整理1年后，土壤水溶性有机碳、氮含量显著下降，与未整理土地相比，分别降低了61.2%、52.3%（图1）；随着整理年限的延长，土壤水溶性有机碳、氮略有上升，其含量介于180.2～231.3、35～5.1mg／kg之间，不同整理年限之间没有显著性差异。

2.2.2 土地整理对土壤微生物量碳、氮的影响 土壤微生物量是土壤有机质和土壤养分转化和循环的动力，是植物养分的储备库，土壤微生物量碳、氮可以作为评价土壤肥力的生物指标［17］。土地整理1年后，土壤微生物量碳、氮含量显著下降，与未整理区相比，分别降低了 58.4%、61.0%（图 2）；随着整理年限的延长，土壤微生物量碳、氮有了一定程度的提高，其含量在不同整理年限之间的差异并不显著，介于188.2～260.4、31.2～55.6 mg／kg之间。

2.3 土地整理对土壤酶活性的影响

脲酶参与土壤中含氮有机化合物的转化，可以将有机化合物尿素水解为氨态氮，使植物所需的养分转化为有效态，它的强弱与土壤中氮素转化强弱关系密切［18］。从图3－A可以看出，随着整理年限的增加，土壤脲酶活性先降低而后提高。土地整理后，土壤脲酶活性显著下降，其活性介于1.8～2.7 mg／（g·d）之间，仅为未整理区的 41.9% ～63.6%。

过氧化氢酶可以酶促水解过氧化氢，有利于防止过氧化氢对植物的毒害作用，可以用来表征土壤的生物化学活性［19］。土地整理1年后，土壤过氧化氢酶活性显著下降，与未整理区相比，降低了56.9%（图3－B）。随着整理年限的延长，土壤过氧化氢酶活性有所提高，整理7年后，其活性为0.4 mL／（g·d），与未整理区相比，没有显著性差异。

酸性磷酸酶反映土壤有效磷转化方向和强度，能加速土壤有机体的脱磷速度，从而提高磷的活性［20］。随着整理年限的增加，土壤酸性磷酸酶活性先降低而后提高（图3－C），整理1年后，土壤酸性磷酸酶活性显著下降，与未整理区相比，降低了23.9%。随着整理年限的延长，土壤酸性磷酸酶活性提高较高，整理 4年后，土壤酶活性介于 4.2～4.7 mg／（g·d）之间，与未整理区相比，其差异并不显著。

蔗糖酶反映了土壤有机碳的积累与分解转化［21］，不同土地整理年限土壤蔗糖酶的活性见图3－D。土地整理后，土壤蔗糖酶活性显著下降，其活性介于6.2～8.0 mg／（g·d）之间，仅为未整理区的44.8%～57.4%。

2.4 土地整理对土壤微生物群落PLFA的影响

磷脂脂肪酸是微生物细胞膜的重要组分，不同土壤微生物具有不同的磷脂，通过分析土壤微生物PLFA，可以反映不同类群微生物生物量、总生物量和微生物群落结构［22］。

不同土地整理年限各菌群PLFA发生了显著的变化（表2）。土地整理后，细菌、真菌、放线菌、丛枝菌根真菌和原生动物的PLFA量均显著下降，与未整理相比，整理1年后下降幅度分别达 43.6%、64.7%、52.3%、62.5%和 58.5%。土地整理4～7年后，各菌群PLFA含量有所回升，但仍显著低于未整理区。

不同土地整理年限土壤微生物的群落结构发生了显著的变化（表3）。从表3可以看出，与未整理区相比，土地整理1年后，不同菌群 PLFA的相对丰度均显著下降，降幅为31.4%～55.3%，其中革兰氏阴性菌降幅最大，而革兰氏阳性菌降幅最小。土地整理4～7年后，各菌群PLFA的相对丰度略有升高，但与整理1年后的水平没有显著性差异。

表2 不同土地整理年限土壤微生物群落PLFA含量

表3 不同土地整理年限土壤微生物群落PLFA相对丰度

2.5 不同土地整理年限土壤质量评价

灰色关联度法可以定量考虑多个因子的作用，得出具有可比性的综合指标，提高综合评估的准确性和有效性，其关联度的大小反映了不同评价指标对参考对象的接近次序，即评价对象的优劣次序。不同土地整理年限的18个土壤指标的灰色关联度系数值见表4。从表4可知，土壤质量的优劣排序表现为：CK＞TZ7＞TZ4＞TZ1。

表4 不同土壤质量指标的关联度

3 讨论

土地整理改变了土地的利用方式和利用结构，同时也对土壤生态环境产生重要影响。土地整理过程中采取的深挖、搬运、回填等工程措施都会影响到土壤的理化性质及环境［23］。本研究中，土地整理项目是将低山丘陵区的疏林地改造为耕地，土地整理过程中富含有机碳的表土层被剥离，露出心土层，土地整理1年后，土壤有机碳、速效氮磷钾含量显著下降，而pH值提高明显（表1），土壤水溶性有机碳氮、微生物量碳氮含量明显降低（图1、图2），土壤脲酶、酸性磷酸酶、过氧化氢酶和蔗糖酶的活性显著减弱（图3）。现有研究也表明，土地整理工程实施后的短期内（1年左右），土壤有效磷、速效钾含量明显降低，pH值明显升高［3］，而有机质含量也显著下降［23］，土壤脲酶、酸性磷酸酶和过氧化氢酶活性均显著降低［24］，土壤活性有机碳和微生物量碳氮含量也显著下降［24］。随着土壤可利用性养分含量的降低，土壤细菌、真菌、放线菌、丛枝菌根真菌和原生动物的PLFA含量显著降低（表2），不同菌群PLFA的相对丰度也显著下降（表3）。相关研究表明，不同土壤微生物的PLFA含量与养分的可利用性呈现正相关［25－26］，特别是土壤中有机碳的差异往往导致了微生物群落组成的变异［27］。

随着土地整理年限延长（3～5年），土壤经营和管理逐年趋于科学化［24］，土壤有机质增加［9］，土壤质量逐渐恢复并提高［28］。薛?等研究发现，土壤微生物量碳氮在土地整理8年后能恢复到土地整理前水平，而土壤脲酶、蔗糖酶活性则需经过20年的培育才能与土地整理前持平［24］。本研究表明，土壤有机碳、微生物量碳氮、水溶性有机碳氮含量和脲酶、蔗糖酶活性均随着整理年限的延长略有升高，但土地整理7年后，其含量仍然显著低于未整理区；土壤速效氮磷钾含量和酸性磷酸酶活性则在土地整理4年后即与未整理区的差异不显著，主要是因为每年大量复合肥料的施用。

4 结论

低山丘陵区疏林改造为耕地后，土壤性质变化显著，主要表现为：（1）通过工程措施改造为耕地当年，土壤碳氮含量、磷钾含量、酶活性及土壤微生物PLFA含量均显著下降。（2）随着土地整理年限的延长，土壤速效氮、磷、钾含量和酸性磷酸酶、过氧化氢酶活性显著提高，而土壤有机碳、活性有机碳氮含量和脲酶、蔗糖酶活性及土壤微生物PLFA含量略有上升，但还远未达到土地整理前水平。（3）灰色关联度法评价的土壤质量优劣排序为未整理区＞整理后7年＞整理后4年＞整理后1年。

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