宜昌典型土壤養(yǎng)分含量及相關(guān)分析

張萍　黃永文等

摘要：分析了宜昌１３個(gè)典型土壤剖面土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷的含量及其與環(huán)境因子的相關(guān)關(guān)系。結(jié)果表明，宜昌土壤表層有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷含量表現(xiàn)出顯著的水平分異特征，并且在１０～２０ｃｍ土層變異性達(dá)到最大，變異系數(shù)分別為９４.２%、７２.６%、６３.１%。整體上各土層土壤養(yǎng)分變異系數(shù)隨剖面深度增加呈減小的趨勢。大部分土壤全氮與有機(jī)質(zhì)的消長趨勢基本一致，并表現(xiàn)出從表層往下減少的趨勢，尤其以黃棕壤與棕壤最為典型，全磷沿土壤剖面沒有明顯的變化規(guī)律。棕壤、黃棕壤和水稻土的有機(jī)質(zhì)、全氮含量較為豐富，主要與地表植被、氣候條件、土壤結(jié)構(gòu)、人工有機(jī)肥料投入等因素有關(guān)。土壤有機(jī)質(zhì)、全氮均與土壤含水量呈顯著正相關(guān)，與土壤容重呈顯著負(fù)相關(guān)，與土壤質(zhì)地沒有明顯相關(guān)性。土壤全磷含量與土壤有機(jī)質(zhì)、全氮含量沒有明顯相關(guān)性，主要與土壤母質(zhì)磷素礦物含量及土壤自身的發(fā)育過程有關(guān)。黃壤與紅壤的土壤養(yǎng)分含量較低，與土壤自身發(fā)育過程及不合理的開發(fā)利用活動(dòng)有關(guān)。

關(guān)鍵詞：土壤養(yǎng)分；有機(jī)質(zhì)；全氮；全磷；相關(guān)分析；宜昌

中圖分類號(hào)：Ｓ１５１．９＋５ 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：Ａ 文章編號(hào)：0439－８114（２０12）24－5628-05

土壤有機(jī)質(zhì)是表征土壤質(zhì)量的重要因子，在調(diào)節(jié)土壤理化性質(zhì)、改善土壤結(jié)構(gòu)、培育土壤肥力等方面有著重要作用［１，２］。作為土壤生態(tài)系統(tǒng)中重要的限制性元素，土壤氮素和磷素是土壤養(yǎng)分的重要指標(biāo)和作物生長發(fā)育所必需的營養(yǎng)元素，因此在生產(chǎn)實(shí)踐中也受到廣泛關(guān)注［３，４］。受母質(zhì)、氣候、地形、水文、植被、生物等多種因素影響，土壤養(yǎng)分在不同尺度上具有顯著的空間異質(zhì)性特征［５－７］，從區(qū)域尺度上研究土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷的空間分布特征對于開展土壤質(zhì)量管理、因地制宜進(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)布局是有必要的。

目前開展的相關(guān)研究多集中在小尺度上，一般針對某種土壤類型或特定生態(tài)系統(tǒng)［８－１２］，而區(qū)域性研究較少，并且研究結(jié)論也因研究區(qū)域和對象不同存在較大差異，使得研究成果在應(yīng)用上具有一定局限性。為此，以宜昌為研究區(qū)，選擇典型土壤剖面分析土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷的空間分布特征及與環(huán)境因子的相關(guān)關(guān)系，以期為開展土壤養(yǎng)分的分區(qū)管理及土地資源持續(xù)利用提供一定參考。

１ 材料與方法

１．１ 研究區(qū)概況

宜昌市位于湖北省西部，地理坐標(biāo)為１１０°１５′－１１１°５２′Ｅ、２９°５６′－３１°３５′Ｎ，面積２１２５０．７９ｋｍ２。宜昌地處我國地勢第二階梯向第三階梯的過渡地帶，地勢西高東低，西部與中部分別以山地、丘陵為主，山地、丘陵占土地總面積的８９．３３％，東部平原占土地總面積的１０．６７％。宜昌屬于溫暖濕潤的季風(fēng)氣候區(qū)，多年平均氣溫１６～１８℃，多年平均降水量９８３～１４０６ｍｍ。境內(nèi)地貌類型多樣，地勢起伏大，水系發(fā)育充分。形成黃壤、黃棕壤和棕壤、紅壤４個(gè)地帶性土類以及紫色土、石灰（巖）土、潮土、（山地）草甸土和水稻土５個(gè)非地帶性土類，其中黃壤、黃棕壤和石灰?guī)r土的面積較大，共占宜昌市土壤面積的６１．３４％，紅壤和草甸土的面積很小，共占宜昌市土壤面積不到１％。植被以亞熱帶常綠闊葉林為主，并有落葉闊葉林、針葉混交林以及灌草叢分布［１３］。

１．２ 樣品采集與處理

試驗(yàn)分析數(shù)據(jù)來源于宜昌市境內(nèi)１３個(gè)典型土壤剖面，樣品采集完成于２０１０年８月。樣點(diǎn)涉及黃壤、紅壤、黃棕壤、棕壤４類地帶性土壤，以及非地帶性土壤中的石灰?guī)r土、潮土和水稻土。多數(shù)樣點(diǎn)為未受人工擾動(dòng)的原狀土，而農(nóng)田樣點(diǎn)避開道路與田埂（圖1）。樣點(diǎn)選好后，沿著垂直方向開挖１００ｃｍ的土壤剖面，然后分別對０～１０ｃｍ、１０～２０ｃｍ、２０～４０ｃｍ、４０～６０ｃｍ、６０～８０ｃｍ、８０～１００ｃｍ等不同深度土壤進(jìn)行分層采集，并從地表往下整層均勻地采集混合樣品。共獲取分層樣品９１個(gè)，混合樣品１３個(gè)，每個(gè)樣品重量約為３００ｇ。土壤樣品裝袋密封，貼上標(biāo)簽，并做好樣點(diǎn)信息記錄，樣點(diǎn)位置由ＧＰＳ定位。另外，每層用鋁盒采集土樣用于土壤含水量的測定，并用１００ｃｍ３環(huán)刀采集原狀土以測定土壤容重。

１．３ 樣品測定與分析方法

樣品帶回實(shí)驗(yàn)室后，先進(jìn)行預(yù)處理。在室內(nèi)陰涼通風(fēng)處自然干燥，然后手工去除石塊、殘根等雜物后用球磨機(jī)磨碎，過１００目篩后裝袋待測。按照相關(guān)土壤理化指標(biāo)分析標(biāo)準(zhǔn)［１４］，全氮的測定采用凱氏定氮法，全磷的測定采用鉬銻抗比色法，有機(jī)質(zhì)的測定采用重鉻酸鉀氧化－硫酸亞鐵滴定法。對每個(gè)測定項(xiàng)目測３個(gè)平行樣，以保證測定結(jié)果的準(zhǔn)確性。采用ＳＰＳＳ１８.0對樣本的空間分布特征進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)描述和分析，采用Ｅｘｃｅｌ２００７及Ｏｒｉｇｉｎ７．０進(jìn)行相關(guān)圖表繪制。

２ 結(jié)果與分析

２．１ 不同土類土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷的分異特征

一般認(rèn)為，土壤有機(jī)質(zhì)的含量大小取決于有機(jī)物的輸入與輸出量。自然土壤的有機(jī)質(zhì)來源主要是土壤母質(zhì)中的有機(jī)礦物和植物凋落物及其殘?bào)w。棕壤、黃棕壤的分布區(qū)與針綠闊葉混交林或常綠闊葉和落葉混交林重合，土壤發(fā)育的生物氣候條件既有利于自然植被的生長，又會(huì)產(chǎn)生大量的有機(jī)物質(zhì)輸入。尤其是山地棕壤分布區(qū)，年均氣溫為７．４～７．８℃，≥１０℃積溫只有２０００～２２９８℃，熱量偏低，雨量豐富，濕冷的環(huán)境對于土壤有機(jī)質(zhì)的積累更為有利。水稻土是經(jīng)人工定性培育、熟化形成的非地帶性土壤，由于較高水平的有機(jī)肥料投入和高茬禾稈還田以及良好的水分條件，水稻土表層土壤有機(jī)質(zhì)含量也較豐富，僅次于棕壤和黃棕壤。石灰?guī)r土一般分布于低山丘陵區(qū)，濕潤的氣候條件、灌叢草被以及鈣的凝聚作用使得土壤有機(jī)質(zhì)累積量較高。紅壤、黃壤分布于山地向平原的過渡區(qū)，一般具有熱量高、雨量多的特點(diǎn)，年均氣溫１６．７℃，年均降水量在１２００ｍｍ以上，≥１０℃積溫可達(dá)５３００℃。傳統(tǒng)的溝谷農(nóng)業(yè)對紅壤、黃壤的土壤系統(tǒng)破壞較為嚴(yán)重，造成其土壤有機(jī)質(zhì)含量偏低。土壤中的氮素主要來源于動(dòng)植物的殘?bào)w和生物固氮，與有機(jī)質(zhì)有著相似的來源，因此全氮含量的分異特征與有機(jī)質(zhì)的分布相似，并且隨著植被根系分泌物以及殘?bào)w輸入的多少而表現(xiàn)出明顯的差異。土壤中的磷素主要來自土壤母質(zhì)中的含磷礦物、土壤有機(jī)質(zhì)及人工施用的含磷肥料。在此次采樣中，長江沖積物形成的潮土全磷含量最高，石灰?guī)r發(fā)育形成的石灰?guī)r土全磷含量次之，有機(jī)質(zhì)含量最高的棕壤全磷含量排第三位。

2.2 不同層次土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷含量及其變異性

２．3 土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷的垂直分布特征

２．4 土壤理化性質(zhì)間的相關(guān)性

３ 小結(jié)

１）宜昌地區(qū)土壤表層有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷含量表現(xiàn)出顯著的分異特征。按照不同土壤類型，０～２０ｃｍ土層土壤有機(jī)質(zhì)的排序結(jié)果為棕壤＞黃棕壤＞水稻土＞石灰?guī)r土＞紅壤＞潮土＞黃壤，土壤全氮與有機(jī)質(zhì)的排序結(jié)果基本一致，土壤全磷的排序結(jié)果為潮土＞石灰?guī)r土＞棕壤＞水稻土＞黃壤＞紅壤＞黃棕壤。

２）土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷均在１０～２０ｃｍ土層的變異程度最大，變異系數(shù)分別為９４.２％、７２.６％、６３.１％，并且各土層土壤養(yǎng)分變異系數(shù)隨剖面深度增加呈減小的趨勢。

３）根據(jù)各采樣點(diǎn)的環(huán)境特征及相關(guān)分析，宜昌地區(qū)不同類型土壤的有機(jī)質(zhì)、全氮含量差異主要與地表植被、氣候條件、土壤結(jié)構(gòu)、人工有機(jī)肥料投入等因素有關(guān)，與土壤質(zhì)地關(guān)系不大。土壤全磷含量與土壤有機(jī)質(zhì)、全氮含量沒有明顯相關(guān)性，主要與土壤母質(zhì)磷素礦物含量及土壤自身的發(fā)育過程有關(guān)。

４）不同類型土壤養(yǎng)分的垂直分布特征各異。除潮土外，其他類型土壤全氮與有機(jī)質(zhì)的消長趨勢基本一致。大部分土壤全氮與有機(jī)質(zhì)均表現(xiàn)出從表層往下減少的趨勢，以黃棕壤與棕壤較為典型，但各類型土壤養(yǎng)分含量變化的轉(zhuǎn)折點(diǎn)不同。土壤全磷沿剖面沒有明顯的變化規(guī)律。

５）較差的自然條件以及人類不合理的利用活動(dòng)，導(dǎo)致紅壤與黃壤各土壤養(yǎng)分含量均較低。應(yīng)因地制宜地安排農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)，并通過分區(qū)治理和相關(guān)水保措施，遏制土壤退化趨勢，提高紅壤與黃壤分布區(qū)土壤的生產(chǎn)性能。

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