韶关市典型香芋产区土壤剖面特征及其养分变化研究

高 琳，陈晓远，林昌华，王 卫，张宇鹏

(韶关学院英东农业科学与工程学院，广东 韶关 512005)

【研究意义】土壤是在母岩、气候、生物、地形和时间等五大因素共同作用下形成的能够生长植物的疏松表层，在自然成土因素和人为生产活动综合作用下长期形成的历史自然体。而土壤剖面是在各成土因素作用下逐渐分异成的具有深度的性状各异的土层，土壤剖面上的物质交换使土壤从表层到母岩层各土层间的理化性质呈现显著差异[1]。土壤发生发育、土壤肥力演变、养分迁移转化和土壤污染等信息[2]都会在土壤剖面上体现，研究土壤剖面特征可为了解土壤的各成土因素特征，土壤形成的地质背景，土壤污染以及土地利用和管理方式的变化等提供基础资料，因此研究土壤剖面特征及地球化学组成特征对于揭示养分元素的迁移、累积和生物地球化学循环、成土作用以及污染影响等方面具有重要意义。【前人研究进展】国内学者对作物的土壤特征及养分条件进行了诸多的研究与分析，如王泽林[3]研究得出壤质粘土、砂质壤土和砂壤质粘土能适当提高桑树生长量和树容量等。李志等[4]研究表明砂壤质土壤上生长的各部位烟叶的品质指标含量相对较高，皖南烟区的土壤质地对烟叶香味成分含量、感官品质和焦甜香风格有重要影响。王锐等[5]调查了葡萄耕作层土壤的理化性质，得出土壤整体有机质含量低，营养元素含量低，不利于作物的高产、稳产。 总体来看，土壤的研究内容越来越丰富，范围也越来越大，取得了许多重要的研究成果，但是研究中也存在不足，目前研究的作物土壤，多数是耕层的土壤，而从土壤背景源头和土壤发生发育角度的研究较少。韶关市位于广东省的粤北地区，而粤北地区具有优越的生态环境条件，这为韶关的农业发展提供了得天独厚的条件。近年来，韶关在稳定粮食生产的同时，大力发展特色经济作物。其中，香芋是韶关重要的经济作物之一，更成为出口创汇的支柱产业，在全国也有一定的知名度。【本研究切入点】随着近年来化肥生产和消费量持续增长，香芋的产量有所提升，但是根据田间试验的统计结果，目前化肥利用效率低，这既浪费资源，又增加生产成本，而且不可避免地导致土壤中某些区域肥料用量过高或过低，造成土壤养分供应与作物养分需求在空间上不同步，同时大部分未被利用的养分会通过渗漏和径流直接进入环境造成污染[6]。【拟解决的关键问题】本文通过野外土壤剖面观测和室内试验，研究韶关香芋典型产区的土壤剖面特征和土壤养分含量垂直分布规律，以期韶关市香芋产区种植区划、科学施肥和产量品质的提升提供依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究区域位于广东省北部韶关市乳源县和乐昌市，地处113°03′ 18″～113°04′27″E，24°56′24″～24°57′29N，面积约为 2600 km2。研究区地势由西北向东南倾斜，西北部、西部峰峦环峙，属高山地带，溶蚀高原地貌显著，是韶关市主要石灰岩地区之一；东北部属丘陵地带，河流两岸地势平缓，海拔区间54～1833 m。气候属中亚热带季风气候，区间气候悬殊，全年平均气温16～20 ℃。降雨量东南部及西部山区偏多，全年平均有2000 mm以上；南部和北部降雨量偏少，全年降雨量平均1400～1500 mm。研究区母质主要为含碳酸盐河流冲积物，土地利用方式以旱田和水田为主，主要是香芋-水稻-葱等轮作。

1.2 研究方法

2016年5-6月在韶关市乳源县的游溪镇、一六乡和乐昌市的乐城镇、北乡镇、长来镇、廊田镇选取具有代表性的采样点进行调查取样。结合实际情况，用GPS定位。剖面采集均按《野外土壤描述与采样手册》中国科学院南京土壤研究所[7]的要求进行挖掘，描述，记录土壤剖面情况和土壤环境情况，按发生学层次采集土样供室内分析，各剖面的土壤环境条件如(表1)所示。将6个剖面的21个土样样品在实验室自然风干后，研磨过1和0.25 mm的网筛，备用。根据《土壤农业化学分析方法》对样品进行常规测定，在测试方法上，土壤有机质采用重铬酸钾氧化-滴定法测定，土壤碱解氮采用碱解扩散法测定，有效磷采用碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法测定，速效钾采用乙酸铵-火焰光度计发进行测定，土壤机械组成采用吸管法测定[8]。

表1 土壤剖面调查点的环境条件

2 结果与分析

2.1 土壤剖面点的成土环境条件

剖面点主要选取于乳源县一六镇田心洞(YL-1)，乳源县游溪镇江背村(YX-2)，乐昌市长来镇前溪村(CL-3)，乐昌市乐城张溪村(LC-4)，乐昌市廊田镇泉塘村(LT-5)和乐昌市北乡镇黄坋村(BX-6)，均为韶关市典型的香芋产区。剖面点位于海拔主要在86～144 m之间的山间谷地和河间地，地势起伏不大，坡度主要在1.0°～3.4°，母质类型均以河流冲积物为主，土地利用方式以旱田和水田为主，YL-1剖面和LT-5剖面主要以香芋种植为主，YX-2剖面和BX-6剖面主要种植香芋和辣椒等，CL-3剖面主要种植香芋和水稻，LC-4剖面主要种植香芋和葱。

2.2 土壤剖面特征

从表2可以看出，香芋产区6个土壤剖面土层厚度较深，其中表土层和心土层深度在65～101 cm，均为成熟土，土体构型包括A、B、C 3层，主要为包括耕作层、犁底层、氧化还原淀积层和母质层，表土层受到人为耕作的影响形成耕作层和犁底层，颜色主要为黑灰、黑棕和棕黄，心土层性质相对稳定，受成土因素综合影响，土壤呈现橙黄、红的颜色，结构体面呈现明显的铁锰胶膜，部分出现结核。

YL-1号、YX-2号、LT-5号和BX-6号剖面的土体构型均为Ap1-Ap2-Br1-Br2-C，整个土体均有结构的发育，其中耕作层和犁底层呈现中等发育结构，未见明显的铁锰胶膜和黏粒淀积，而氧化还原层呈现强发育的块状结构，结构体面上有少量铁锰胶膜，呈现轻度氟化钠反应。其中LT-5号剖面的犁底层呈现明显的铁锰胶膜。CL-3号剖面的土体构型为Ap1-Ap2-Br(g)-C，整个土体均有结构的发育，其中耕作层和犁底层呈现中等发育结构，未见明显的铁锰胶膜和黏粒淀积，而氧化还原层呈现强发育的块状结构，结构体面上有少量铁锰胶膜，呈现轻度氟化钠反应，并呈现潜育特征，这可能收到局部小地形和地下水的影响。LC-4号剖面的土体构型为Ap1-Ap2-Bs1-Bs2-C，整个土体均有结构的发育，其中耕作层和犁底层呈现中等发育结构，未见明显的铁锰胶膜和黏粒淀积，而氧化还原层呈现强发育的块状结构，结构体面上有大量铁锰胶膜，呈现轻度氟化钠反应。

表2 供试土壤剖面特征

表3 供试土壤剖面颗粒组成

2.3 土壤剖面的颗粒组成特征

由表3可知，6个代表剖面土壤的颗粒组成均以粉粒为主，粉粒含量基本处于40 %～67 %，质地以粘壤土、粉质壤土和壤土为主，剖面中除了TL-1号剖面的犁底层土壤，其他剖面的粉/黏比均>1，并随剖面深度的增加，各剖面粉黏比有增大的趋势，这说明香芋产区土壤剖面的风化程度均不高，且随剖面深度增加风化程度降低。

2.4 土壤剖面的养分迁移变化特征

总体来看(图1)，研究区6个土壤剖面的营养元素总体呈现随着深度增加含量降低的趋势。YL-1土壤剖面pH主要在4.85～5.85，A层(耕作层和犁底层)的营养元素含量较高，有机质的含量为2.23 %、1.95 %，速效氮的含量为175.32、105.23 mg/kg，有效磷的含量172.24、120.46 mg/kg，速效钾的含量为155.26、152.35 mg/kg，B层(心土层)的营养元素含量较低有机质的含量在0.52 mg/kg左右、速效氮的含量为17.53、7.08 mg/kg，有效磷的含量7.13 mg/kg左右，但速效钾的含量为179.07 mg/kg，高于A层，这可能与农民施肥和铁锰沉积有关。YX-2号土壤剖面pH主要在4.8～6.9之间，A层(耕作层和犁底层)的营养元素含量较高，有机质的含量为2.07 %、1.04 %，有效氮的含量为120.75、85.75 mg/kg，有效磷的含量81.90、7.68 mg/kg，速效钾的含量为270.18 、51.75 mg/kg，B层(心土层)的营养元素含量较低有机质的含量为0.56 %、0.53 %，速效氮的含量为17.50、15.75 mg/kg，有效磷的含量4.03 mg/kg左右，但速效钾的含量25.03 mg/kg左右。

CL-3号土壤剖面pH主要在5.0～6.4之间，A层(耕作层和犁底层)的营养元素含量较高，有机质的含量为2.15 %、1.56 %，有效氮的含量为120.75、85.75 mg/k，有效磷的含量62.09 mg/kg，速效钾的含量为65.60、69.30 mg/kg，B层(心土层)的营养元素含量较低有机质的含量为0.62、0.40 mg/kg，有效氮的含量为31.50、21.50 mg/kg，有效磷的含量7.02 mg/kg左右，但速效钾的含量35.14 mg/kg左右。

LC-4号土壤剖面pH主要在6.0左右，A层(耕作层和犁底层)的营养元素含量较高，有机质的含量为1.79 %、1.57 %，有效氮的含量为105.03、101.50 mg/kg，有效磷的含量102.70、55.66，B层(心土层)的营养元素含量较低有机质的含量为0.50 mg/kg左右，有效氮的含量为26.25、29.75 mg/kg，有效磷的含量7.01 mg/kg左右，整个土体速效钾的含量较高，在68.93～148.52 mg/kg。LT-5号土壤剖面pH主要在6.0左右，仅耕作层的营养元素含量高，而犁底层和心土层的养分含量极低。BX-6号土壤剖面pH主要在6.0左右，土体仅有耕作层和心土层，其中耕作层的营养元素含量高，心土层的养分含量低。

图1 供试土壤剖面养分含量垂直变化特征 Fig.1 Vertical change characteristics of nutrient contents of the studied soil profiles

有效氮含量在6个土壤剖面中总体显现随着深度的增加而降低，呈现表层集聚型分布，变化范围在16～175 mg/kg，变异系数较大，其中在0～20 cm内，有效氮含量主要在90 mg/kg以上，20～30 cm内有效氮含量在30～60 mg/kg，而30 cm以下，含量主要在30 mg/kg以下。有效磷含量在6个土壤剖面中总体显现随着深度的增加而降低，呈现表层集聚型分布，变化范围在4～236 mg/kg，变异系数较大，其中在0～5 cm内，有效磷含量主要在90以上，15～25 cm内有效磷含量在60～90 mg/kg，而25cm以下，含量主要在30 mg/kg以下。速效钾含量在6个土壤剖面呈现一定的差异，YX-2号土壤剖面表层的速效钾含量较大，高达250 mg/kg，随着深度的增加含量骤减，呈现表层集聚型分布，而其他5个剖面的速效钾含量随着深度的增加呈现舌状分布。有机质含量在6个土壤剖面中总体显现随着深度的增加而降低，呈现表层集聚型分布，变化范围在0.30～2.23 mg/kg，变异系数较大，其中在0～25 cm内，有机质含量主要在1.50 %以上，25～30 cm内有机质含量在1.00 %，而30 cm以下，含量主要在1.00 %以下。

3 讨 论

近些年随着土壤科学和信息技术的快速发展，许多学者运用各种信息系统和方法从不同的角度对不同作物产区的土壤进行了诸多研究，但是目前对香芋产区的土壤养分特征方面研究甚少，目前主要是在香芋的栽培技术、加工工艺和品种等方面进行研究，仅有杨飞等对韶关香芋产区的土壤条件进行了研究[9]，而对香芋作物产区的土壤剖面等地质背景方面和地球化学元素循环等鲜有报道。因此，立足于广东韶关市典型香芋产区，通过野外土壤剖面观测和室内试验，研究韶关香芋典型产区的土壤剖面特征和土壤养分含量垂直分布规律，从土壤发育发生的角度，揭示香芋产区的地质背景，并为香芋的科学施肥和环境污染等方面提供基础材料。

土壤是在漫长的地质年代里，在物理化学和生物活动作用下由基岩风化产物、各种松散沉积物(成土母质)发育形成的地表自然介质，在无污染叠加的情况下，土壤元素含量及剖面(分层)分布特征取决于成土母质组成和成壤作用的改造程度[10-11]。香芋产区土壤在漫长的成土过程中，成土母质在物理化学和生物作用下，随着原生矿物的分解和新生矿物的形成，化学元素经过活化迁移，分散富集、吸附沉淀等作用，得到了再分配和分异而发育而成香芋产区的土壤是珠江冲洪积物发育的自然红壤，后经过水耕形成的水稻土，一类典型的成熟土壤，具有良好的分层特征。在成土时间长，气候温湿，植被发育，地形平缓的有利条件下，形成成熟度高，土层深厚，均有A，B，C层的发育成熟的土壤，剖面通体均呈现中强的结构发育。但风化成壤的改造作用随着深度的增加而减小，土壤剖面的营养元素元素在土壤剖面上呈现规律性的变化趋势，即由地表向深处含量急速降低，这主要是土壤表层长期是受到人为耕作施肥的影响的原因。同时土壤的形成也是一个复杂的生物化学过程，除了极端的热带高温气候和干旱荒漠气候，多数情况下表层土壤相对富含有机质并成粘土化，这也是多种微量元素在表土富集的主要原因[12]。总体来看，养分元素在6个土壤剖面中总体显现随着深度的增加而降低，呈现表层集聚型分布，在土壤剖面耕层的含量较高，随着深度增加，含量呈现骤减趋势。产区土壤受到人为长期施用化肥的影响，但在施用肥料同时，要注意合理适量施肥，以免造成土壤养分供应与作物养分需求在空间上不同步，导致大部分未被利用的养分会通过渗漏和径流直接进入环境造成污染。

4 结 论

(1)香芋产区6个土壤剖面土层厚度较深，其中表土层和心土层深度在65～101 cm，均为成熟土，土体构型包括A、B、C 3层，主要为包括耕作层、犁底层、氧化还原淀积层和母质层，表土层受到人为耕作的影响形成耕作层和犁底层，颜色主要为黑灰、黑棕和棕黄，心土层性质相对稳定，受成土因素综合影响，土壤呈现橙黄、红的颜色，结构体面呈现明显的铁锰胶膜，部分出现结核。

(2)6个代表剖面土壤的颗粒组成均以粉粒为主，粉粒含量基本处于40 %～67 %，质地以粘壤土、粉质壤土和壤土为主，剖面中除了TL-1号剖面的犁底层土壤，其他剖面的粉/黏比均>1，并随剖面深度的增加，各剖面粉黏比有增大的趋势，这说明香芋产区土壤剖面的风化程度均不高，且随剖面深度增加风化程度降低。

(3)研究区6个土壤剖面的营养元素总体呈现随着深度增加含量降低的趋势。有效氮、有效磷和有机质含量在6个土壤剖面中总体显现随着深度的增加而降低，呈现表层集聚型分布。速效钾含量在6个土壤剖面呈现一定的差异，YX-2号土壤剖面表层的速效钾含量较大，高达250，随着深度的增加含量骤减，呈现表层集聚型分布，而其他5个剖面的速效钾含量随着深度的增加呈现舌状分布。