不同土地利用方式對土壤含水量、pH值及電導率的影響

楊 紅，徐唱唱，賽 曼，曹艦艇，曹麗花，張愛琴，劉合滿，*

(1.西藏大學農牧學院 西藏高原氣候變化與土壤圈物質循環研究中心，西藏 林芝 860000； 2.林芝市農牧局 農業技術推廣中心，西藏 林芝 860000)

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不同土地利用方式對土壤含水量、pH值及電導率的影響

楊 紅1，徐唱唱1，賽 曼1，曹艦艇1，曹麗花1，張愛琴2，劉合滿1，*

(1.西藏大學農牧學院 西藏高原氣候變化與土壤圈物質循環研究中心，西藏 林芝 860000； 2.林芝市農牧局 農業技術推廣中心，西藏 林芝 860000)

以林芝地區八一鎮5種植被類型下土壤為研究對象，研究其土壤剖面(0—50cm)的含水量、pH值及電導率分布特征。結果表明，土地利用方式影響了土壤含水量、pH值和電導率在垂直剖面上的空間分布，尤其以表層(0—20cm)土壤含水量和電導率受影響最為明顯。草地土壤含水量表現出明顯的“表聚”效應，即隨著土層加深，含水量呈降低趨勢。在區域空間上，土壤含水量和電導率具有較強的空間變異性，而土壤pH值的空間變異性較小。隨著土層加深，各層土壤含水量和電導率之間的變異性逐漸減小。

土地利用方式；土壤pH值；含水量；電導率

土壤水分、pH值和電導率是土壤質量的重要屬性[1]，影響著土壤的生產性能和土壤環境質量。土地利用方式[2-3]和植被類型[4]均會影響土壤含水量、pH值及電導率等。Fu等[5]、蔡躍臺[6]研究發現，土地利用方式對黃土高原大南溝流域土壤含水量在土壤垂直剖面上的分布有重要影響，且以對根層的影響最為明顯；趙凱麗等[7]對不同植被類型下紅壤pH值和交換性酸的剖面特征進行研究，認為植物地上部分和根系分泌的致酸物質可通過淋洗和離子交換等作用促進表層土壤酸化；郭全恩等[8]研究表明，植被類型能夠影響土壤鹽分離子的運動狀態。然而，針對西藏高原不同土地利用方式下土壤含水量、pH值及電導率變化特征的研究至今還較少。以西藏林芝地區八一鎮不同植被類型下土壤為研究對象，研究其水源涵養能力、酸化狀況以及鹽離子動態，旨在闡明不同植被類型下土壤的水分涵養能力及土壤pH值與電導率之間的相互關系，以期為該地區土地合理利用和生態環境保護提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

供試土樣均采于林芝地區八一鎮，位于西藏自治區東南部，念青唐古拉山脈與喜馬拉雅山脈之間，與昌都、那曲、拉薩和山南等地相鄰，94.3028°—94.3458° E，29.6687°—29.6788° N，平均海拔3040m，日照充足，為高原溫帶半濕潤性季風氣候，分為明顯的干季和雨季，雨季一般為4—10月，干季一般為11—次年3月。農業生產模式為一年一熟制。

1.2 土壤樣品采集與指標測定

2015年10月31日，選擇林芝地區八一鎮高山櫟杜鵑混交林、10a以上休耕地、草地以及農田和大棚進行土壤樣本采集。休耕地主要植被類型為禾本科植物和蒿草，草地以禾本科植物為主，農田作物以青稞(Avenachinensis)和玉米(Zeamays)為主，大棚主要種植青椒、番茄和大白菜。在每個樣地隨機選擇3個樣點，作為重復，并分別采集土壤剖面0—5、5—10、10—20、20—30、30—40、40—50cm各層樣品，共采集土壤樣品90個，裝入自封袋并帶回實驗室。室內去除可見的石塊、植物殘體等非土壤部分后，自然風干，磨碎。土壤pH值按5∶1水土體積質量比混合，pH計(Model IQ150，銘奧國際有限公司)測定；土壤電導率按5∶1水土體積質量比混合，便攜式電導率儀(DDN-303型，上海今邁公司)測定。將約20g新鮮土樣在105℃條件下烘烤12h，至質量恒定時所減少的質量，即為土樣所含水分質量。

1.3 數據處理

所有數據用Excel 2007進行整理，用Origin 9.0作圖。

2 結果與分析

2.1 土壤含水量分布特征

由圖1可知，隨土層加深，高山櫟杜鵑混交林、休耕地、玉米田及大棚的含水量均呈增加趨勢，而草地呈降低趨勢，即草地土壤水分表現出明顯的“表聚”效應，土壤水分主要集中在表層(0—20cm)，而下層土壤含水量相對較低，這與曹麗花等[9]的研究結果一致。植物根系是影響土壤水分入滲和再分布的重要因素[10]，草地根系主要集中在表層，對降雨具有顯著的截留和保蓄效應，同時在根系作用下，下層土壤水分向上層遷移，故本研究中草地土壤水分具有明顯的表聚效應。

對供試各土地利用方式0—50cm土壤平均含水量進行分析，結果表明，土壤含水量以草地最高，0—50cm土層平均含水量為(30.46±3.86)%，休耕地、混交林地和農田土壤平均含水量之間差異較小，分別為(12.04±2.21)%、(12.73±1.71)%和(12.75±1.18)%，大棚土壤平均含水量最小，僅(8.86±2.66)%。總體來看，自然草地對土壤水分具有良好的保蓄效應，這主要與其較高的地表植被覆蓋和緊實的土壤結構降低了土壤水分蒸發有關。

土壤含水量的垂直空間變異主要受土地利用方式、植被根系分布等因素的影響。由圖1可知，各類土壤含水量均具有較小的空間變異性，這可能是因為供試各土壤均具有相對較好的結構，有利于水分向下層的遷移，從而使各層含水量之間具有較小的差異。除混交林地之外，其他幾種利用方式下各剖面土壤含水量空間變異性主要表現在表層(0—20cm)，而20—50cm各層次變異性較小，即隨著土壤層次的加深，各層土壤含水量之間差異逐漸減小。0—20cm層次土壤含水量變異性以大棚最大，以混交林地最小。0—20和20—50cm土層含水量空間變異系數差異以大棚最大，0—20cm土壤含水量垂直空間變異系數為31.79%，20—50cm各層之間變異系數為12.32%，相差近20個百分點。這可能是因為大棚受棚內高溫的影響，表層水分蒸發快，含水量較低，增加了表層水分與下層之間的差異。

圖1 不同植被類型下的土壤剖面含水量Fig.1 Distribution of soil water under different land use types

2.2 土壤pH值分布特征

pH值是土壤的重要屬性之一，影響和決定了土壤的形成、土壤中生物的作用和植被生長過程。由圖2可知，隨著土壤深度的增加，高山櫟杜鵑混交林和大棚的土壤pH值呈逐漸增大的趨勢，玉米田、草地及休耕地則表現為5—10cm<0—5cm，這可能是由于玉米田、草地及休耕地植物根系主要集中在5—10cm，受根系生長過程分泌有機酸的影響[11-12]，導致5—10cm土壤酸化，之后隨著土層加深，pH值呈增加趨勢。在0—5cm土層，農田、林地和大棚土壤pH值較低，分別為5.21，5.57和5.89，呈現酸性和微酸性，而兩類草地生態系統(包括自然草地和休耕草地)0—5cm土層pH值則相對較大，分別為6.18和6.27。

圖2 不同植被類型下的土壤剖面pH值Fig.2 Distribution of soil pH under different land use types

土壤pH值主要受成土母質、氣候條件、植被及土壤管理[13]等因素的綜合影響。不同土地利用方式下土壤pH值有較小的垂直空間變異性，變異系數均在7%以下，即土壤pH值在垂直剖面上保持相對的穩定性。玉米田土壤pH值垂直變異性最大，變異系數為6.38%，這可能是由于玉米田大量施用化肥以及使用塑料地膜所致，休耕地和草地變異性最小，變異系數分別為1.53%和1.63%。將土壤劃分為表層(0—20cm)和下層(20—50cm)2個層次進行分析，大棚和林地土壤pH值剖面變化主要表現在表層，而休耕地、農田和草地則主要表現在下層。這可能是因為大棚土壤的耕作管理主要在表層，人為擾動增加了這一層次土壤pH值的變異性，林地表層土壤pH值主要受制于植被枯落物分解過程的影響，植被枯落物在分解過程中往往會釋放有機酸類物質[14]，從而對表層土壤酸化產生一定的貢獻[15]，但下層受影響較小，因而下層土壤pH值空間變異較小。

2.3 土壤電導率

一般地，土壤鹽是地質變化時期積累的鹽和因氣候干旱、降水稀少和大量使用化肥所積累的鹽[16]，可由土壤電導率值來評價。由圖3可知，隨著土壤深度的增加，幾種供試土地利用類型土壤電導率均呈降低趨勢，即表層電導率值高，而越向下層電導率值越低，這反映出表層土壤水溶性鹽含量高，而下層土壤水溶性鹽含量低。各土地利用方式下，土壤電導率最大值均在0—5cm土層，與5—10cm土層之間差異達顯著水平，其中，大棚和農田0—5cm土層電導率值分別較5—10cm土層高1.18和1.27倍。

圖3 不同植被類型下的土壤剖面電導率Fig.3 Soil electrical conductivity under different land use types

在各供試土地利用類型的土壤中，土壤電導率在各層次的變異性表現為農田和大棚最高，變異系數分別為99.44%和97.38%，其次是草地，變異系數為59.31%，而以林地和休耕地最小。通過對表層(0—20cm)和下層(20—50cm)2個層次空間變異性的分析可知，土壤電導率垂直變異性主要發生在表層，尤其是農田、大棚和草地。這可能是因為農田和大棚受施肥的影響，增加了表層土壤可溶性鹽含量，從而提高了表層土壤電導性能。

土壤電導率受施肥和植物根系分布等因素的綜合影響。由各土地利用方式下0—50cm土層土壤電導率平均值可知，以人為耕作土壤(農田和大棚)最大，平均值分別為96.73和84.93μS·cm-1，而以自然生態系統(林地和休耕地)最小，電導率值分別為27.97和28.60μS·cm-1，這反映了施肥對土壤水溶性鹽的貢獻。

2.4 土壤性質的空間變異性

在一定空間尺度上，土壤性質的空間變異性反映了植被、地形、土壤等條件的變化。一般地，區域植被、地形、土壤等條件越一致，土壤特征因子的空間變異性越小，反之則越大。研究區域內不同土地利用方式下各樣點土壤含水量、pH值及電導率空間變異性如表1所示，隨著土壤深度的增加而呈降低趨勢，這與岳宏昌等[17]在黃土高原不同土地利用方式下對土壤水分垂直變異性的研究結果一致。在0—10cm土層，土壤電導率的空間變異性最大，其次是土壤含水量，土壤pH值的空間變異性最小；在10—50cm土層，土壤含水量變異性最大，電導率次之，pH值最小。在供試區域內，土壤含水量、電導率的空間變異性在0—30cm表現出高度空間變異性(CV>35%)，這也表明不同土地利用方式對土壤含水量和電導率的影響主要體現在上層，隨著土層加深，空間變異系數逐漸縮小。在各土層土壤pH值空間變異性均較小，在4%～10%之間，且隨著土層加深，空間變異系數亦呈減小趨勢。

表1 各土層土壤性質的空間變異性
Table 1 Spatial variability of soil moisture，pH and EC %

層次Layer/cm土壤含水量Moisturecon-tentpH電導率Electricalconductivity0—588.427.5491.175—1070.059.3276.8710—2052.997.0842.4220—3035.756.5454.5330—4043.374.2927.0540—5033.554.0912.25

3 結論

土地利用方式顯著影響土壤含水量及垂直空間變化，草地對水分具有良好的保蓄效應，且表現出顯著的水分“表聚”效應。土壤pH值是相對穩定的化學指標，具有非常小的空間變異性，各土地利用方式下0—5和5—10cm層次土壤pH值空間變異系數僅為7.54%和9.32%。農田和林地表現出一定的酸化現象，而且農田在整個剖面上土壤pH均明顯低于其他幾種土地利用方式，這可能與農田化肥的大量施用有關。農田和大棚土壤電導率極顯著地高于其他幾種自然土地利用方式，與這兩種土地利用方式大量施用化肥，增加了土壤無機鹽含量有關。各層次土壤含水量、pH值和電導率的垂直空間變異均主要表現在0—20cm土層，以下各層的變異性較小。

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(責任編輯 高 峻)

Effects of land use on soil moisture，pH and electrical conductivity

YANG Hong1，XU Chang-chang1，SAI Man1，CAO Jian-ting1, CAO Li-hua1, ZHANG Ai-qin2，LIU He-man1，*

(1.ResearchCenterofClimateChangeandMaterialCycleofPedosphereofTibetPlateau，AgriculturalandAnimalHusbandryCollegeofTibetUniversity，Linzhi860000，China;2.AgriculturalTechnologyExtensionCenter，LinzhiBureauofAgricultureandAnimalHusbandry，Linzhi860000，China)

In order to clarify the soil moisture content，pH value and variation characteristics of electrical conductivity in 0-50cm soil layer under different vegetation types，soil samples collected under 5vegetation types in Bayi Town，Linzhi were adopted as the study object.It was shown that land use type did influence the vertical distribution of soil moisture content，pH value and electrical conductivity in soil profile，especially the moisture content and electrical conductivity in the surface layer (0-20cm).Moisture content of grassland exhibited aggregation as the moisture content was decreased with the deepening of soil layer.Soil moisture content and electrical conductivity showed stronger spatial variability，while the variation of pH value was smaller.With the deepening of soil layer，the variation of soil moisture content and electrical conductivity in different soil layers gradually decreased.

land use pattern; soil pH value; soil moisture content; electrical conductivity

10.3969/j.issn.1004-1524.2016.11.18

2016-04-27

國家自然科學基金(41161052)；西藏大學農牧學院雪域英才支持項目

楊紅(1991—)，男，藏族，甘肅甘南人，碩士研究生，研究方向為高原(高山)生態系統。E-mail: hyang2016@163.com

*通信作者，劉合滿，E-mail: liuh-m@163.com

S153

A

1004-1524(2016)11-1922-06

浙江農業學報ActaAgriculturaeZhejiangensis，2016，28(11): 1922-1927

http://www.zjnyxb.cn

楊紅，徐唱唱，賽曼，等.不同土地利用方式對土壤含水量、pH值及電導率的影響[J].浙江農業學報，2016，28(11)： 1922-1927.