不同土地利用方式对粤西砖红壤理化性质的影响①

李 进 郑 超 陈伯豪 段婷婷 张 宇 梁燕秋

(1 广东海洋大学化学与环境学院 广东湛江524088;2 广东海洋大学机械与动力工程学院 广东湛江524088;3 广东海洋大学农学院 广东湛江524088)

土地是不可再生资源。随着我国经济的快速发展，大量优质土地不断被征用、土壤环境污染加剧，土地的数量和质量均日趋下降［1］。人类主要是通过不同的土地利用方式来干预土壤的质量，土地利用方式在很大程度上决定着土壤质量变化的程度和方向［2］。不同的土地利用方式会改变土壤的物理和化学性质，以至于影响动植物或人类的生产活动［3］。合理的土地利用方式可改善土壤的理化性质，增强土壤对外界环境变化的抵抗力，提高土地生产力［4］；不合理的土地利用方式会导致土壤理化性质恶化［5］，质量下降［6］，增加土壤侵蚀［7］，降低生物多样性［8］。目前，关于不同土地利用方式对土壤理化性质影响及可持续利用的研究已被人们所重视［9］。

砖红壤是我国最南端热带雨林或季雨林地区的地带性土壤［10］。广东省西部（粤西）地区是我国砖红壤分布主要地区之一，也是我国热带经济作物的重要农业生产基地。目前不合理的土地利用方式加剧了土壤的退化［11］，这对该地区农业可持续发展产生了严重的影响［12］。本文选取我国砖红壤典型区域的林地、草地、耕地、荒地、绿化地5种土壤作为研究对象，探讨不同土地利用方式下砖红壤理化性质的特征及差异，以期为砖红壤地区土壤的合理开发利用和高效管理提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料

本文的土壤样品采集区位于广东省湛江市广东海洋大学及其周边（21°8＇～21°15＇N，110°17＇～110°24＇ E）。湛江地处北回归线以南的低纬地区，属于热带北缘季风气候，终年受海洋气候的调节，冬无严寒，夏无酷暑，年平均气温在22.7～23.5℃，由北向南递增，南北相差1.5℃。年平均雨量1 395.5～1 723.1 mm，年平均日照时数1 714.8～2 038.2 h。其土壤的代表类型之一就是由玄武岩母质发育而成的砖红壤。

选取研究区地形、地貌和成土母质基本一致的林地、草地、耕地、荒地、绿化地5种不同土地利用方式的地块作为土壤样品采集点进行研究。该区地貌类型为平原，地形均为平地。林地（110°20＇32＂E，21°15＇14＂N）主要是种植20年以上的桉树（Eucalyptus robustaSmith），该地块为人工林地，每年施入1 次少量的常规化肥（尿素、过磷酸钙、氯化钾）和进行少量耕作；草地（110°20＇32＂ E，21°15＇14＂ N）主要是种植6 年以上供饲养牲畜使用的台湾甜象草（Pennisetum purpureumSchum cv.Guiminyin），该地块为人工牧草，根据当地种植经验，该牧草是喜氮磷植物，因此当地每年施入2 次尿素和过磷酸钙、1 次氯化钾，并进行常规耕作；耕地（110°17＇53＂ E，21°8＇50＂ N）主要是种植10 年以上的水稻地，一年两熟，其年均分4次施入农肥和化肥（水稻专用肥，尿素，磷酸二铵），并进行较为精细的耕作；荒地（110°29＇65＂E，21°11＇16＂N）是8年未被开发利用过的宜农土地，其上植被主要是自然条件下生长的一些灌木和杂草，主要包括野牡丹（Melastoma malabathricum）、芒萁（Dicranopteris dichotoma）、 谷 木 （Memecylon ligustrifolium）、桃金娘（Rhodamrtus tomentosa）等，该地块从未进行过任何人为耕作；绿化用地，即绿化地（110°24＇53＂E，21°11＇14＂N）在5年前为荒地，后来此地块成为了建设用地，在其上陆续修建了大量的房舍，最后又将剩下未被占用的建设用地改造为绿化广场（绿化地），因此该地块也未进行过人为农业耕作。

1.2 方法

1.2.1 土样采集与样品分析

根据研究区5 种土地利用方式地块的实际面积，每种土地利用方式分别选取5块具有代表性的地块采集土壤样品并GPS定位。每个地块内随机选取10 m×10 m的正方形样地，依据“对角线法”选取5点采集0～15 cm深的表层土壤，将其混匀、用四分法分取备用。土样在室内自然风干，磨碎，分别过2.000和0.149 mm筛，密封保存，用于测定各项土壤理化指标。

采用环刀法测定容重，孔隙度由容重和比重（2.65 g/cm3）计算得出；pH 计电位法测定土壤pH值（按2.5∶1的水土体积质量比）；采用重铬酸钾容量法测定土壤有机质含量；采用凯氏消煮法测定土壤中全氮含量；采用HCIO4-H2SO4消煮－钼锑抗比色法测定土壤中全磷含量；采用氢氧化钠熔融－火焰光度计读数法测定土壤中全钾含量；采用碱解扩散法测定土壤中碱解氮的含量；用Olsen法测定土壤中速效磷的含量；采用NH4AOC 浸提－火焰光度计法测定土壤中的速效钾含量［13］。

1.2.2 数据分析

采用Microsoft Office Excel 2007 和SPSS（V20.0）等统计软件进行数据处理。方差分析和多重比较（DMRT）用于比较不同土地利用方式地块土壤的理化性质差异，显著性水平用p＜0.05表示。

2 结果与分析

2.1 不同土地利用方式对土壤容重和孔隙度的影响

土壤容重和孔隙度是土壤的重要物理性状指标，其与土壤的肥力密切相关，可直接影响植物的生长状况［14］。如表1 所示，5 种不同土地利用方式土壤间的容重和孔隙度差异显著，其中土壤容重指标的大小差异顺序为绿化地＞耕地＞草地、林地＞荒地，土壤孔隙度的指标顺序为荒地＞林地、草地＞耕地＞绿化地。绿化地的容重显著大于其它土壤类型，这是因为建筑用地受人为因素影响明显，尤其是大型载重车等重物长期的压实作用，导致其土壤紧实，孔隙度较小，不利于开发成绿化地或和农田［14］；耕地的容重仅次于绿化地，显著大于草地、林地和荒地，这与人为因素的影响也密切相关。本文中的耕地是长期种植水稻的水田，由于水稻根系浅，经长期耕作，渍水土粒高度分散，所以耕作层浅，在耕作层下沉积一层不渗透的犁底层，犁底层比较紧密，透水性差，有利于水稻田下层保水［16］；人工草地和林地每年耕作较少，因此受人为因素的影响较少，所以土壤容重较绿化地和耕地小；由于荒地长年没有耕作，受人为作用最小，所以土壤容重最小，孔隙度最大。

表1 土壤容重和孔隙度测定结果

土壤容重和孔隙可反映土壤的通气性、透水性、导热性和紧实度，直接影响土壤的水、肥、气、热、微生物等肥力因素，关系着植物的生产状况，因此改善土壤的容重及孔隙度对农业生产至关重要。一般土壤耕地的孔隙度在55%～65%比较适宜植物的生长（水田除外）［14］。从表1 可以看出，孔隙度（39.25%）是绿化地的限制因子，因此建议将建设用地开发成绿化广场（绿化地）后，对其土壤孔隙度进行改善，来减少或者消除孔隙度对其进一步开发利用的制约。同样，也可通过增施有机肥、中耕松土、深耕等种植措施提高人工林地和草地的孔隙度［17］，进而促进植物健康生长。

2.2 不同土地利用方式对土壤pH的影响

土壤pH 是土壤理化性质的重要指标之一，它能够影响土壤微生物和土壤酶的活性，以及植株对矿质营养元素的吸收等相关因子［18］，因此研究不同土地利用方式对土壤pH 的影响对合理利用土地资源具有重要意义。如图1所示，不同土地利用方式对土壤pH 值的影响差异显著，绿化地的土壤pH 值显著大于其它土地利用类型的，而林地、草地和耕地的土壤pH 值间差异不显著，且均显著大于荒地的土壤pH，大小顺序为绿化地＞林地、草地、耕地＞荒地。绿化地的pH 最高，可能是因为在以往建设过程中，有大量的碱性石灰类建筑物料积累在土壤中，比如主要成分为碳酸钙（CaCO3）的建筑材料水泥；荒地的土壤pH 值显著小于其它土地利用方式土壤的原因可能是南方砖红壤因气候等因素脱硅富铝过程剧烈，强烈的淋溶作用导致了其发育为典型的酸性土壤［19］。由于荒地上的植被密度相比林地、草地、耕地较少，植物的根系对土壤的固持和保水能力较少，土壤的淋溶作用较剧烈，大量的盐基离子被淋溶损失，引起了土壤pH 值的下降，所以荒地的土壤pH 值显著小于其它土壤的。因此建议在开发利用酸性砖红壤区荒地之前，利用石灰质等碱性物料或肥料对其土壤酸碱性进行改良，提高其土壤pH 值，为植物生长营造较好的土壤酸碱环境。

图1 土壤pH值测定结果

2.3 不同土地利用方式对土壤有机质的影响

土壤有机质是土壤的重要组成成分，可改善土壤的理化性质，增强土壤生物和微生物的活动，促进土壤营养元素的分解转化，提高土壤的保肥性和缓冲性，是植物营养的主要来源之一，对植物生长有促进作用［19］。因此研究土壤有机质在不同土地利用方式下的差异对合理开发利用土地资源具有重要参考价值。如图2所示，荒地和绿化地的土壤有机质含量显著低于耕地、草地和林地的，这是因为荒地和绿化地上的植被数量较少甚至没有，土壤中有机质重要的来源之一就是生长其上的植物凋落物经微生物等分解为有机质，因此荒地和绿化地的土壤有机质含量很低。而耕地、草地和林地每年都有大量的凋落物或作物残茬通过耕地回到土壤中，提高了土壤中的有机质，同时补充了带走的养分元素，因此耕地、草地和林地中的土壤有机质较高。其中种植水稻的耕地土壤有机质最高，显著大于其它土地利用方式土壤的，这可能是因为水稻田经常处在淹水状态，土壤通气性差，减缓了土壤中有机质的矿化和分解，有利于其积累［21］。

图2 土壤有机质测定结果

2.4 不同土地利用方式对土壤氮磷钾养分的影响

土壤中氮磷钾养分的含量可直接反应土壤肥力的大小，也是植物生长所需量最大的3种必须营养元素，直接影响着植物的生长发育过程［21］。如表2所示，耕地土壤中的全量氮磷钾是大于草地和林地的，而草地和林地土壤中的全量氮磷钾显著大于荒地和绿化地的，这与各土地利用方式土壤中有机质的结果基本一致（图2）。研究表明，土壤中有机质和氮磷钾养分的含量成正相关关系［23］，主要是因为有机质中含有大量的氮磷钾元素，可以作为养分库储存氮磷钾养分，并在植物需要时分解矿化成有效氮磷钾养分，供植物吸收利用［23］。

从表2还可以看出：耕地的速效氮磷含量显著大于其它土地的；林地和草地的速效氮磷显著大于荒地的；荒地的又显著大于绿化地的。耕地中的氮磷最多，主要和其耕作过程中施肥量有关，耕地种植的水稻，一年中要施用4 次农肥和化肥，其中水稻专用肥，尿素，磷酸二铵都是速效肥料，这可以有效提高耕地中的速效氮磷。林地每年施用1 次速效肥料，而草地每年需要施用2 次氮磷速效肥料，但是每年草地种植的牧草都会被收获，土壤中大量的养分元素被带走，所以草地的速效氮显著大于林地的，但其土壤中的速效磷含量和林地相当。荒地和绿化地的速效氮磷较少，绿化地最低，这主要是因为这两种土地利用方式均没有施用过速效肥料，再加上长期的淋溶损失，导致其养分含量较低。但由于荒地上常年生长着灌木和杂草，这些植物的根系可以减少荒地中氮磷的淋溶损失，再加上有少量养分随凋落物回归土壤中，因此荒地的氮磷含量显著大于绿化地的；表2也显示了不同土地利用方式土壤中速效钾含量的差异关系，为耕地＞林地、荒地＞草地＞绿化地。耕地中速效钾含量最高可能还是因为其含有较高的有机质，且每年施用较多的速效肥料造成的。而荒地中的速效钾和林地相当，并显著大于草地中的，这可能是因为荒地上的某些灌木或杂草根系较发达，以及林地上的桉树林根系扎根较深，它们的根系压力和根系分泌物加剧了土壤中矿物岩石的风化，这个过程中释放出了一定量的速效钾［23］。再者，按当地传统经验，草地上种植的台湾甜象草是喜氮磷植物，每年只施用1次速效钾肥（氯化钾），但每年收获牧草后可能会带走大量的钾元素。因此这些原因综合可能导致了草地中的速效钾显著低于林地和荒地的。

表2 土壤氮磷钾养分测定结果

通过分析表2的结果，建议可以通过施用有机肥（农家肥）、速效化肥来改善荒地和绿化地的土壤物理性质及氮磷钾养分状况，以利于将其开发成绿地或耕地等。并建议为种植牧草的草地施用更多的速效钾肥，来补充每年收获牧草带走的钾元素。

3 讨论与结论

本研究结果表明，不同土地利用方式对土壤容重、孔隙度、pH 值、有机质、全量氮磷钾、速效氮磷钾的含量影响显著。主要结论如下：

⑴土壤容重大小为绿化地＞耕地＞草地、林地＞荒地；土壤孔隙度大小为荒地＞草地、林地＞耕地＞绿化地。建议通过增施有机肥、中耕松土、深耕等种植措施对绿化地、林地和草地的土壤容重及孔隙度进行改良，以利于作物的生长，尤其将建设用地改造成绿化地后需进行改良。

⑵土壤pH 大小为绿化地＞耕地、草地、林地＞荒地；土壤有机质大小为耕地、草地和林地＞荒地和绿化地。建议开垦利用荒地前，通过施用有机肥或农家肥提高其有机质含量和pH 值，也可通过施用石灰来提高其土壤pH 值，以利于植物的生长。

⑶土壤全量氮磷钾大小为耕地、草地和林地＞荒地和绿化地；土壤速效氮磷含量大小为耕地＞草地、林地＞荒地＞绿化地；土壤速效钾含量大小为耕地＞荒地、林地＞草地＞绿化地。建议通过施用有机肥、农家肥、速效化肥等来改善荒地和绿化地的土壤物理性质及氮磷钾养分状况，以利于将其开发成绿地或耕地等。并建议为种植牧草的草地施用更多的速效钾肥，来补偿每年收获带走的钾元素。