興凱湖地區不同土地利用方式對土壤養分狀況的影響

石蘭英 田新紅 田新民 母長鵬 董鳳

摘要：為探明土地利用方式對土壤養分的影響，以沼澤和玉米田為研究對象，對比分析了興凱湖地區典型土地利用方式下的土壤養分狀況。結果表明，土壤養分的含量變化存在明顯規律，其中土壤pH的均值分布特征是玉米田>沼澤;土壤有機質含量是沼澤>玉米田;堿解氮、速效磷和速效鉀是沼澤>玉米田，其中速效鉀含量，沼澤約為玉米田的1.9倍。土壤養分的含量具有較大空間分異，其中沼澤土壤堿解氮、速效磷和土壤有機質變異性較高;玉米田土壤不同土層間變異系數速效磷最高，其他較低。Person相關分析表明，沼澤土壤堿解氮與Ni間呈極顯著負相關;玉米田有機質與Zn和Cr間呈顯著負相關，堿解氮與Zn間呈極顯著負相關，其他指標與重金屬間無顯著相關性。

關鍵詞：興凱湖;沼澤;玉米田;土壤養分;利用方式

中圖分類號：X53? ? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：0439-8114（2018）22-0036-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2018.22.011? ? ? ? ? ?開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Abstract： In order to explore the effects of land use on soil nutrients，the soil nutrient status of the typical land use mode in Xingkai Lake area was compared and analyzed in the swamps and corn fields. The results showed that the change of soil nutrient content was obvious. The mean distribution of soil pH was corn field>swamp; Soil organic matter was content swamp>corn field; Alkali hydrolysable nitrogen，available phosphorus and quick available potassium as swamp>corn field，of which the content of available potassium was about 1.9 times that of the corn field. The content of soil nutrients had large spatial differentiation，and the variation of alkali hydrolysable nitrogen，available phosphorus and soil organic matter were higher in the swamp soil，and the variation coefficient of different soil layers in the corn soil was the highest，and the other was lower. Person correlation analysis showed that there was a significant negative correlation between alkaline hydrolysable nitrogen and Ni in swamp soil，and there was a significant negative correlation between soil organic matter and Zn and Cr in corn field. There was a significant negative correlation between alkali hydrolysable nitrogen and Zn，and there was no significant correlation between other soil nutrient indicators and heavy metals.

Key words： Xingkai Lake; swamp; corn field; soil nutrients; use types

土壤有機質、氮、磷和鉀的含量是土壤肥力的重要指標，是農產品產量和品質的重要限制性因子[1，2]。人類活動影響土地利用方式，進而影響土壤生態環境及養分狀況[3]。不合理的土地利用加重土壤侵蝕，降低土壤對外界環境的抵抗力。尤其是農業生產中的施肥、灌溉及其他生產管理措施對土壤養分空間變異有較大影響[4]。因此，研究不同土地利用方式對土壤養分狀況的影響，對區域土地資源的合理培肥和有效利用具有重要意義。

興凱湖國家級自然保護區是黑龍江省最大的自然保護區，為三江平原典型的沼澤集中分布區[5]，同時也是中國重要的商品糧戰略后備基地和黑龍江省綠色食品產業戰略區域[6]。近60年來，由于沼澤大面積墾殖，農田已成為該區主要的景觀類型[7]。不同土地利用方式導致土壤水文、結構及養分狀況的劇烈變化。因而，有必要揭示興凱湖地區不同土地利用方式下，沼澤及由沼澤墾殖而來的玉米田土壤養分特征，以期為土地資源的合理利用、地力提升及促進農業可持續發展提供科學依據。

1? 研究地區與方法

1.1? 研究地區概況

興凱湖國家級自然保護區，位于黑龍江省東南部的密山市境內，由興凱湖、沼澤、草甸、森林和農田組成。其中農田由60多年前沼澤開墾而來，主要為種植大豆、玉米和水稻的旱田和水田[8]。該區屬溫帶大陸性季風氣候，為濕潤半濕潤地區;年平均氣溫3.1 ℃、1月平均氣溫-19.2 ℃、7月平均氣溫21.2 ℃、無霜期150 d左右;年降水量約750 mm，集中于夏季，約占全年降水的70%;冬季多暴風雪天氣，封凍期從11月至次年3月[7]。

取樣區位于中國科學院興凱湖濕地生態研究站（132°20′00″E，45°21′55″N）附近的天然沼澤和由沼澤墾殖而來的玉米田。沼澤地理位置為132°19′14″E，45°20′59″N，海拔高度為100 m，主要覆蓋植物是狹葉甜茅，土壤類型為泥炭沼澤土;玉米田地理位置為132°22′4″E，45°20′41″N，海拔高度為110 m，隸屬于佳木斯農墾總局8510農場，開墾60年以上，以前種植方式為混種，現為種植8年的玉米田[8]。

1.2? 樣品采集與處理

取樣時間為2015年10月上旬，以天然沼澤和由其墾殖而來的玉米田樣地為對象。取樣時，每個樣地隨機設置3個重復，每個重復區面積為30 m2。沼澤樣地取樣層次為0～30 cm，玉米田為0～10、10～20和20～30 cm 3個層次，每個層次按“S”形樣線采集5個點均勻混合為1個土樣，留取約1 kg土壤樣品[9]。因此，玉米田取土樣9份，沼澤3份，共取土樣12份。土樣自然風干后磨碎，分別過2.000和0.149 mm篩，保存備測。

1.3? 分析方法

pH采用電位計法測定（水土比為2.5∶1）;土壤有機質（SOM）采用重鉻酸鉀-外加熱法測定;土壤堿解氮（AN）采用堿解擴散法測定;土壤速效磷（AP）采用碳酸氫鈉浸提-鋁銻抗比色法;土壤速效鉀（AK）采用連續流動法（主要儀器為德國布朗盧比連續流動分析儀）[9]。重金屬濃度采用美國Perkin Elmer公司的ICP-OES（Optima 8300型全譜直讀電感耦合等離子體原子發射光譜儀）測定。

1.4? 數據處理

采用Pearson相關分析土壤養分與重金屬間的相關性。統計過程由軟件SPSS 19.0完成。

2? 結果與分析

2.1? 不同土地利用方式下土壤養分分布特征

研究區不同土地利用方式下土壤pH均值的分布特征如圖1所示。酸堿性直接影響土壤中各種養分元素的存在形態及對植物的有效性[10]，土壤pH表現為玉米田>沼澤，且表現為酸性。這可能主要受施肥的影響，玉米田長期施用無機氮磷鉀肥，主要由過磷酸鉀、氯化鉀、硫酸銨等生理酸性肥料配制而成，當N、P、K等主要營養元素被作物吸收后，在土壤中殘留下SO42-、Cl-等酸根，增加了土壤的酸化程度。而沼澤土壤在淹水條件下，土壤還原性物質增加，可降低磷的固定，提高磷的有效性，亦使土壤pH有所下降[4]。因此，2種土壤均表現為酸性。

土壤有機質均值的分布特征是沼澤>玉米田（圖1）。分析原因，可能由于沼澤地勢較玉米田低，且有豐富的地表凋落物和地下根系殘體，并處于長期淹水條件下，有機物質不易分解，導致有機質含量較高;而玉米田管理相對粗放、農田栽培作物地上部分在收獲季節被移除生態系統，歸還土壤的有機物質不足以補償作物從土壤中吸收和分解掉的，此外，頻繁耕作導致團聚體物理分散破壞，水改旱后，有機物暴露促進微生物分解，加速土壤有機質流失[11]，因此含量較低。

大量元素中堿解氮、速效磷和速效鉀均值的分布特征均是沼澤>玉米田，其中速效鉀含量，沼澤約為玉米田的1.9倍（圖1）。這主要是玉米田較沼澤受到較多的人為擾動及不合理的耕作方式、較少的肥料投入、灌溉條件差和自身土壤肥力低[4]等原因，使玉米田大量元素速效氮、速效磷、速效鉀含量較低。

土壤養分的變異系數能反映土地利用方式對各養分含量變化的影響。一般變異系數大于36%的為高度變異，在16%～35%的為中等變異，小于15%的為小變異[4]。沼澤土壤采樣點間堿解氮、速效磷、速效鉀、土壤有機質和pH變異系數分別為29.90%～47.20%、51.99%～87.97%、11.40%～21.11%、48.70%～50.19%和1.42%～1.77%。其中，堿解氮、速效磷和土壤有機質變異性均較高，速效鉀中等，pH最小。玉米田土壤不同土層間變異系數范圍分別為7.14%～7.96%、45.83%～49.19%、10.13%～10.85%、14.35%～16.88%和2.69%～3.87%。其中速效磷為高度變異元素，其他均為小或中等變異。這在其他農區土壤研究中也得到了相似的結論[4]。

2.2? 土壤養分與重金屬之間的相關性

對沼澤和玉米田土壤堿解氮、速效鉀、速效磷、有機質和pH的平均含量和土壤重金屬累積量的相關性進行分析。Person相關分析結果表明，沼澤土壤堿解氮與Ni間呈極顯著負相關;玉米田土壤有機質與Zn和Cr之間呈顯著負相關，堿解氮與Zn之間呈極顯著負相關，其他土壤養分指標與重金屬之間無顯著相關性（表1）。沼澤和玉米田土壤有機質和堿解氮與重金屬積累量之間存在大量的負相關，分析其原因，可能是隨著植物生長和營養物質的吸收，伴隨著重金屬的轉移，從而使土壤中有機質及堿解氮等養分含量與重金屬積累量之間呈現出顯著負相關性。有資料顯示土壤中有機質的增加改變土壤中重金屬元素的化學形態分布，從而增加了重金屬的移動性[12]。尤其是Cr元素為該區的高生態風險元素[13]，因此，本地區作物-食物間重金屬遷移與人類食物安全風險問題應引起高度關注。

3? 小結

通過對興凱湖地區沼澤及由其墾殖而來的玉米田進行養分狀況及其與重金屬積累的相關性分析，得出以下結論。

1）研究區不同土地利用方式下土壤養分的含量變化存在明顯規律性，其中土壤pH的均值分布特征是玉米田>沼澤;土壤有機質含量是沼澤>玉米田;堿解氮、速效磷和速效鉀均值的分布特征均是沼澤>玉米田，其中速效鉀含量，沼澤約為玉米田的1.9倍。

2）堿解氮、速效磷、速效鉀、有機質和pH具有較大的空間分異性。沼澤土壤堿解氮、速效磷和土壤有機質變異系數均較高，速效鉀中等，pH最小。玉米田土壤不同土層間變異系數速效磷最高。

3）Person相關分析結果表明，沼澤土壤堿解氮與Ni間呈極顯著負相關;玉米田土壤有機質與Zn和Cr之間呈顯著負相關，堿解氮與Zn間呈極顯著負相關，其他土壤養分指標與重金屬之間無顯著相關性。

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