农田与林地土壤性质的对比分析

武雯梅

（山西师范大学生命科学学院，山西 临汾 041000）

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验选在山西省临汾市尧都区，中部盆地海拔为420～509 m，该地属暖温带亚干旱第一气候区，暖温带大陆半干旱季风气候，年平均气温9～13℃，无霜期197 d，年平均降水约494.19 mm。土壤类型为嵝土。

1.2 样品采集

采样时间为2017年10月中旬，选择了农田和林地2个研究对象。农田为小麦玉米轮作田，林地为桃树和杏树间隔种植。每种土地选取3个样点作为试验重复，在两种土地中随机选取3个点设置采样点，按0～10 cm、10～20 cm逐层采集原状土样约400 g。

1.3 测定项目和方法

土壤质量含水量的测定采用烘干法，土壤容重的测定采用取土器法，饱和导水率的测定采用定水头法，团聚体结构的测定采用干筛法、湿筛法，有机质的测定的测定采用重铬酸钾外加热法［1］。

2 结果与分析

2.1 土壤质量含水量

如图1所示，农地的土壤质量含水量明显高于林地，原因可能是农田被翻耕，但林地未被翻耕；农田土壤疏松，水分容易下渗。纵向来看，表层土壤含水量高于深层土壤含水量，原因是表层土壤比深层疏松。

总体而言，不同利用方式会影响土壤质量含水量。农地土壤含水量显著高于林地土壤质量含水量，这与农作物耗水量小、土壤蒸散量相对较小有关。林地土壤质量含水量总体较小，但差距不大，说明植物耗水特征对土壤水分虽然有影响，但作用较小［2］。

图1 农田和林田土壤质量含水量

2.2 土壤容重

土壤容重是反映土壤结构和持水能力的重要指标。由图2可以看出，随着土层深度的增加，土壤容重显著增大，且不同土层差异显著，差值范围为0.12～0.47 g/cm。

图2 农田和林地的土壤容重

表层土壤容重低于深层土壤，主要是因为人工混交林枯落物及腐殖质较厚，加上微生物活动频繁，使其容重降低。而农地表层虽然枯落物和腐殖质极少，但受人为耕作的影响，表层土壤疏松，容重也降低，深层土壤存在犁底层，土壤容重显著增大，可见人为耕作对土壤理化性质有显著影响［1］。

2.3 土壤团聚体评价

土壤团粒结构的测定方法分为干筛和湿筛两种。干筛时称取约200 g风干后土样，用孔径分别为5、2、1、0.5、0.25 mm及0.053 mm的套筛，用电动筛分机进行筛分，时长10 min，称量每级筛子上残留的团粒质量，并计算出各级团粒残留量占土样总量的百分数。之后配一份相同比例的50 g的土样，进行湿筛。湿筛时需充分润湿团聚体，再用相同的套筛，用湿筛筒上下震动30余次。结束后，将残留在各级筛孔上的团聚体用水冲入铝盒，烘干，称质量，计算水稳性团粒含量组成。

团聚体平均质量直径（MWD）采用公式（1）计算。

式（1）中为某一级别团粒的直径平均值，Wi为此级别的团粒百分量。一般来说，MWD值大，土壤结构好，相反，则较差。

试验结果如图3所示，农地的机械稳定性以及水稳定性均大于林地。这说明农地土壤经人工翻动及经营，土壤结构从各方面来说均优于林地土壤。

图3 林地与农地的机械稳定性与水稳定性

在试验中，由于湿筛操作失误，导致无法获得粒径大于2 mm及小于0.053 mm2个级别团聚体的含量和百分比，因此水稳定性的试验结果不能做定量分析，只能定性比较农地与林地的水稳定性。

2.4 毛管持水量和饱和含水量的测定

毛管持水量及饱和含水量如图4、5所示。通常而，土壤的持水量、毛管持水量、吸湿量以及最大吸湿量随团聚体粒径的减小而增加，而土壤通气和透水的速度、孔隙度会随着团粒粒径的减小而下降。土壤的水分性质受土壤结构的影响，如孔隙的物理性质、不同土壤颗粒（包括单粒、复粒、团粒）的稳定性及排列方式等，毛管含水量和饱和含水量受土壤的结构、质地、有机质占比以及土壤的利用性质的影响，而土壤水分性质受土壤质地的影响，究其原因是土壤的离子交换能力、表面吸附力等物理性质会随着土壤颗粒的粗细变化和比表面积的增减而变化。

图4 林地及农地的毛管持水量

图5 林地及农地的饱和含水量

2.5 饱和导水率的测定

饱和导水率受土壤质地、孔隙分布、容重以及有机质含量等的影响，其中孔隙分布特征对土壤饱和导水率的影响最大。土壤空隙度越大，土壤容重越小，饱和导水率（Ks）值越大。Ks值综合反映了多孔介质对某种流体的阻碍作用。因此，Ks值取决于多孔介质的基质特征和在多孔介质中流动的流体的某些物理性质，如密度和黏度。但绝大多数情况下，不考虑水的物理性质的变化，将水的物理性质看作恒量。

图6 农地与林地的土壤容重

测量结果显示（见图6），农地0～10 cm深土层的土壤Ks值大于10～20 cm深土层的土壤Ks值；林地0～10 cm深土层的土壤Ks值小于10～20 cm深土层的土壤Ks值；林地10～20 cm深土层的土壤Ks值小于农地10～20 cm深土层的土壤Ks值。这可能是因为农地浅层土壤经人工翻耕，土壤空隙度增大、容重减小、饱和导水率增大，林地深层土壤虽遭受人为因素干扰较小，但深层土壤中树木根系发达，微生物活动频繁，孔隙度高，Ks值较高。

2.6 有机质的测定

用重铬酸钾容量法—外加热法测定土壤有机质含量的原理：在外加热法的条件下（170～180℃油浴，沸腾5～6 min），首先用过量重铬酸钾·硫酸标准溶液氧化土壤中有机质（碳），并以FeSO4滴定，利用所消耗的K2Cr2O7量计算有机质含量。故公式为：

土壤有机质含量/（g/kg）=

式（2）中：V0为滴定空白所用的FeSO4含量，V为滴定土样时所用的FeSO4含量，5为所加K2Cr2O7体积，c为1/6 K2Cr2O7标准溶液浓度，3为1/4碳原子的摩尔质量（g/mol），1.742为将测定的土壤有机碳换算成有机质的平均换算系数，1.1为有机碳氧化矫正指数，m为风干土壤质量（g），k为水分系数。

研究发现不同深度的有机质含量都很丰富，农田的有机质含量更高些。主要原因是该地轮作种植季节性植物——玉米和小麦，每年有部分枯落物回归农地，导致农地土壤中根系种类及数量较多，于地表下大范围分布。林地种植为多年生木本——果树，其年枯枝落叶量较少，有机质回归土壤较少，导致林地有机碳含量比农地低（见表1）。综上，不同的土地利用方式影响了农地和林地的有机质含量。

表1 农地与林地的土壤有机质含量