太行山地区有机质及土壤水分的调查研究

万少欣

(河北小五台山国家级自然保护区管理中心,河北 蔚县 075700)

0 引言

有机质是土壤的重要组成部分,也是土壤有机碳的主要蓄积方式,它在土壤肥力、环境保护和农业可持续发展等方面都有着重要的作用和意义。一方面,它含有植物生长所需要的各种营养元素,是土壤微生物生命活动的能源,对土壤的物理、化学和生物性质都有着深刻的影响;另一方面,土壤有机质对重金属、农药等各种有机、无机污染物的行为都有显著的影响。同样土壤水也是土壤的重要组成部分之一,它对土壤的形成和发育以及土壤中物质和能量的运移都有重要的影响。土壤水是植物生存和生长的物质基础,是作物水分的最主要来源,它不仅影响林木、大田作物、蔬菜、果树和草类等的产量,还影响着陆地表面植物的分布［1］。此次主要是想通过调查实验研究来了解太行山地区某地段中有机物以及水分的含量状况,从实验的结果来分析该地段的有机质和水分的含量状况与所划分的3个区域之间的关系以及分布的规律。

1 调查区的概况

保定市地处太行山东麓,属于温带大陆性季风气候,冬冷夏热、春暖秋凉,四季分明且雨热同季。全年市区平均气温12℃;全年市区降水量历年平均值为550 mm［2］。调查的地区位于保定市唐县太行山沿线地段,该研究地区的东部为大片林地,中间为菜园种植区,其余为普通的草地,此次的调查将该区域分为3个部分。

2 材料与方法

2.1 材料来源

此次调查研究的土壤来源于保定市唐县北村的绿地,其中在调查的区域可以划分为三大部分:林地、菜地和普通的草地。为了保证此次的调查合理性与准确性,其中土壤有机质样本采集点在林地区设3个,菜地区设2个,普通草地区设4个,共9个样本,土壤水分样本采集点在林地区、菜地区和普通草地区各10个。样点的选择在各个区域的分布均匀可代表被调查区的土壤有机质与水分含量的状况。样本的采集按照此次实验调查的要求,取0～20 cm的地表土壤。

2.2 分析方法

土壤有机质的测定原理:在200～230 ℃电砂浴或在170～180 ℃油浴加热条件下,用过量的标准重铬酸钾—硫酸溶液氧化土壤有机碳,剩余的重铬酸钾以硫酸亚铁溶液滴定,从所消耗的重铬酸钾量计算有机质含量。

土壤水分含量的测定方法:TDR方法,依据电磁波理论,电磁脉冲在导电介质中传播时,通过测定电磁波在混合介质中沿波导棒传播的速度来确定土壤的混合介质的介电常数。建立土壤含水量与土壤介质常数的关系式,进而推断出土壤的含水量［3］。

2.3 数据处理

此数据是各个小组的有机质含量与土壤水分含量的均值。通过各个地区的均值以反映不同区域之间的差异,总的来说,区域之间的差异还是挺大的。具体数据(表1)。

表1 各小组有机质含量与土壤水分含量的相关数据

3 结果与分析

3.1 土壤水分含量的差异

林地、菜地和普通的草地3个区域的土壤样本含水量分布(图1)。

图1 绿地土壤含水量

由图1可以看出,该片绿地土壤水分的含量存在着区域分布的差异。其中普通草地的土壤含水量大致相当,基本上维持在3%左右［4］。而菜地与林地的含水量却明显存在着区域的空间分布特征,菜地的含水量在5%～10%之间,而林地的土壤含水量之间的差异性更大,其含水量在10%～21%之间。菜地与普通草地之间的含水量差异可能是由于平时的人为原因——管理灌溉。然而菜地之间的土壤水分含量的差异是由于菜地管理的每次灌溉水量与灌溉的频率不同,这些都会影响到菜地的土壤含水量的差异。而林地与普通草地的之间差异是由于林地具有较高的树木,起到了遮阳的作用,导致土壤表面的蒸发量相比于普通草地小,而林地之间的土壤水分含量差异是由于地形的原因。但是,相比之下另一块单一土壤水分含量区域差异也是相当大,最小值仅为7.51%,最大值为20.40%,相比于调查的区域来说,其水分的含量还是挺高的,说明该区域的植被保水性较好。与林地区域的含水量大致相当,相比于调查的草地与菜地,其水分的含量较高。

3.2 土壤水分含量的相关数据及分析

随着人类的长期耕作以及自然环境的变迁,比如,开垦使土壤的土质疏松,与空气的气体交换能力较强,在交换气体的同时会带走大量的土壤水分;土壤中的微生物活动强度的增加会导致消耗大量的土壤水分等,这些都会使土壤的水分含量得到极大的改变。通过对此次调查的30个样本点进行相关的数据分析,具体数据(表2)。

表2 土壤水分含量的相关数据

检验的结果表明:普通草地区和菜地区的差异不显著,而林地区的差异性较大。从表中的平方和数据可以看出,普通草地区所选的样本间差异性最小,说明该地区的土壤水分含量较为均衡;林地区所选的样本间差异性最大。说明该地区的土壤水分含量分布存在着地方的差异。与其相比较的小组数据(表3)。

表3 比较组的土壤水分含量的相关数据

与小组的数据相比较,该地的土壤水分含量的方差竟然达到30.61,说明该区域的土壤水分区域的分布差异性极大,而调查的林地区域的水分含量的方差仅为14.704 1。

3.3 土壤有机质含量的差异

为了保证此次的调查合理性与准确性,依据3个地区的面积大小,将所要采集的9个样本点平均到3个地区。其中土壤有机质样本采集点在林地区设3个,菜地区设2个,普通草地区设4个,共9个样本。经过试验得出的土壤有机质含量的数据(图2)。

图2 调查区土壤有机质含量

由图2的结果来看,菜地相比于普通草地及林地来说,其有机质的含量要高许多,其含量维持在3.2%左右。普通草地和林地的有机质含量大致相当,其含量维持在1.5%左右。菜地的有机质含量高的根本原因在于及时管理。从外界取大量的有机肥施入到土壤当中,以保持蔬菜生长的养分需求。而普通草地和林地的植物生长基本是基于土壤本身所固有的有机质,其中的有机质来源基本不含人工的施肥,所以两者的有机质大体相当,并且含量明显低于人工施肥的菜地。由此可见,人工的介入对于土壤有机质的含量提高有巨大的作用。分析完小组的数据之后,进而与其他小组比较,比较的小组有机质含量最小的仅为0.54%,最大的为2.19%。其有机质的含量大致与调查的草地与林地的有机质含量相当,说明同处于一大片区域的有机质含量基本保持一致。然而该地区的有机质含量差异性大,其原因与调查组的差不多,基本来源与人工的干预性较大。

3.4 土壤有机质含量的丰缺程度

土壤有机质含量的丰缺程度:①≤1.5 极低;②1.5～2.5低;③2.5～3.5中;④3.5～5.0高;⑤≥5.0极高。

该地区的土壤有机质含量的丰缺程度基本处于中等偏下。其中丰缺程度为低的标准占被调查区的54.5%,由此可见,该地区的土壤土质均处于较为贫瘠的状态,这样的结果是基于本地土壤自身的土质,很大的原因还在于人类的活动干预。土壤的有机质含量高低对于不同种类植物的生长起着决定性的作用。因为突然有机质具有提供作物生长所需要的养分,增强土壤的保肥性和缓冲性,改善土壤的理化性质,促进土壤微生物的活动,改善作物品质等作用［5］。因此,要根据土壤自身的有机质含量高低来确定植物的种植种类,进而使得现有的土地达到最优的使用目的。同一比较组的土壤有机质含量的丰缺程度(图3)。

图3 土壤有机质含量的丰缺程度

由图3的结果可以看出,该地区的土壤有机质含量的丰缺程度基本处于偏下水平。其中丰缺程度为极低的标准占被调查区的55%,其余的45%处于较低的水平,可见该草地的有机质含量基本不高,相比于人工菜地来说,有机质的含量极低,与调查的结果大致相当,说明该区域需要进行人工的养分管理,进而以提高该地区的有机质含量,以保证植被生长所需要的养分。

4 结论与建议

(1)土壤水分含量存在着区域的差异,普通草地区域的土壤水分含量偏低,其中最大的含量才达到4.14%,而林地区域的土壤水分含量较大,其最小值也为8.85%。

(2)在林地区域内,其水分含量也存在着较大的差异性,其平方和达到132.336 8,方差达到14.704 1,由这两个结果可以显示出该地区的水分含量差异性很大。当然,在普通草地的土壤取样组中,其平方和为2.797 2,方差为0.310 8,两地相比可以得出普通草地的内部的空间差异性较小,而林地区的内部空间差异性最大的结论。

(3)土壤有机质含量小于1.5%的占54.5%,土壤的有机质丰缺程度较低,土壤的质地相对较差,相比于菜地,菜地有机质含量丰缺度为中等。其结果与焦作市的平均土壤丰缺度相比,已经算是较为肥沃的土地。

(4)土地的有机质含量与人类的农业活动有关,其中菜地区的土壤有机质含量明显高于同一地区的林地及普通草地的含量。因此,在土地利用的过程中应该更加注重人在其中参与的作用,及时地填补植物生长所需要的有机质,已到达人、地和谐的目的。

(5)从菜地到普通菜地的土壤含水量以及有机质的检测发现其中各有各的优势,比如,菜地的土壤有机质的含量相对较高,林地区的土壤水分含量相对较高,那就可以利用地势之间的优势。将菜地放在林地的阳光处,让菜地及时地获取来自于林地的土壤水分,同时林地也可以在为菜地提供水分的同时获取来自于菜地的部分养分,最终达到林地与菜地的双重收益。

(6)及时利用那些没有开垦的普通草地,针对被调查的区域发现存在着大量的荒草,该地的实际价值并没有进行有效的利用,那可以根据它与菜地的水分含量大致相当的特点,加以人工投入,改善相应土地的有机质含量,改造成新的菜地,以让更多的老百姓在其中获取相应的经济效益。