土地整理對土壤環境影響的評價

謝昊廷，冉瑞平，馮秀智

（1.四川農業大學管理學院，四川成都611130；2.浙江農林大學環境與資源學院，浙江臨安311300）

土地整理是國家為保障糧食、生態安全而提出的以提高土地資源有效利用為目的的重要舉措［1］。根據國土資源部制定公布的《全國土地整治規劃》，十二五期間，全國通過土地整治補充的耕地將達160萬hm2［2］。土地整理已成為實現國土資源集約利用的主要手段。

隨著土地整理的開展，人們已開展了較多的土地整理對土壤質量的影響評價。土地整理后，土壤有效磷含量、速效鉀含量、有效態鐵、錳、銅、鋅、硼的含量和活性有機碳含量明顯降低［3－4］，pH值、土壤容重和緊實度增高明顯［3，5］；另有研究則表明，通過土地整理增加了土層厚度，降低了土壤容重［6］，土壤有機碳顯著提高［7］；隨著土地整理年限的推移，土壤質量有一定的提高［8－9］。由于不同項目區自然社會經濟條件、土地整理措施和管理方式不同，因此所得結果存在較大的差異或相反。本研究以土壤活性有機碳含量、土壤酶活性、土壤微生物磷脂脂肪酸（phospholipid fatty acid，PLFA）含量及基本理化性質為指標，開展低山丘陵區疏林地改造為耕地后土壤環境影響的評價，為區域土地管理提供基礎。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

研究區位于浙江省余姚市四明山鎮，29°38′～29°48′N，121°13′～121°58′E，屬于中亞熱帶濕潤季風氣候，四季分明，光照充足，雨量充沛。冬夏季風交替明顯，夏季涼爽，最高氣溫不超過31℃，最熱月平均氣溫為23.9℃；冬季寒冷，最低氣溫達－14℃，年平均氣溫11.8℃，年降水量約2 000 mm，年平均相對濕度為83%。區內母巖為砂礫巖，土壤以黃壤為主［10］。

1.2 樣品采集與測定

1.2.1 樣品采集 2016年10月，根據四明山鎮土地整理項目區的地形地貌、土壤類型、土地利用方式和整理項目的現狀，采用空間代替時間的方法，選擇土地整理后1年（TZ1）、4年（TZ4）、7年（TZ7）的代表性樣地各 4個，面積分別為0.1 hm2左右，以未整理區（CK）為對照。CK為黃山松疏林地，平均胸徑12.4 cm，平均樹高 8.5 m，密度 200株／hm2，郁閉度0.15，主要灌木有木、映山紅、微毛柃等，蓋度70%；不同整理年限的耕地均種植了苗木，種類有南方紅豆杉、日本扁柏、青楓、櫻花、三角楓等，密度為30 000株／hm2，每年施用復合肥（N∶P2O5∶K2O＝15∶15∶15）1 200 kg／hm2。

在各樣地中，按“S”型采集5個0～20 cm深土壤樣品，除去動植物殘體和石塊等雜質，用四分法分取1 kg左右樣品，帶回實驗室進行分析。采集的新鮮土樣在實驗室內一分為二，其中一份過2 mm土壤篩后，直接用于土壤水溶性有機碳氮、微生物量碳氮、土壤酶活性、微生物磷脂脂肪酸含量的測定；另一份自然風干后用于土壤基本理化性質的測定。

1.2.2 分析方法 土壤有機碳用重鉻酸鉀－外加熱法測定；pH值用酸度計法（水土比為2.5∶1）測定；堿解氮用堿解擴散法測定；有效磷用鹽酸－氟化銨浸提－鉬銻抗比色法測定；速效鉀用乙酸銨浸提－火焰光度法測定；土壤微生物量碳氮采用氯仿熏蒸浸提法測定；脲酶活性用苯酚鈉－次氯酸鈉顯色法測定；過氧化氫酶活性用KMnO4滴定法測定；酸性磷酸酶活性用磷酸苯二鈉比色法測定；蔗糖酶用3，5－二硝基水楊酸顯色法測定［11］。土壤微生物群落磷脂脂肪酸生物標記采用Bossio等的方法［12］進行。

1.2.3 數據統計與分析 采用 SPSS（SPSS公司 13.0）對數據進行描述統計，然后進行單因素方差分析，并用LSD法進行多重比較。利用灰色關聯度法對土壤理化性質、活性有機碳、活性有機氮、土壤酶、土壤微生物磷脂脂肪酸等指標進行評價，以確定不同土地整理年限土壤質量的優劣次序［13］。

2 結果與分析

2.1 土地整理對土壤基本理化性質的影響

pH值對土壤養分存在的形態和有效性有很大影響［14］。不同土地整理年限土壤pH的差異見表1。與未整理土地相比，土壤pH值提高了0.4～0.6，差異達顯著水平，不同整理年限之間的差異并不顯著。

土壤有機碳是土壤養分的源與庫，能改善土壤的理化性狀，促進土壤生物活性［15］。從表1可以看出，土地整理1年后，土壤有機碳含量下降13.98 g／kg，降低了57.6%，而后隨整理年限的增加略有上升，均顯著低于未整理土壤。

土壤中的速效氮、磷、鉀是能夠被作物直接吸收和利用的有效養分，速效養分的高低體現了土壤對植物所需營養供給能力的大小。由表1結果可知，隨著整理年限增加，土壤速效氮磷鉀含量呈先下降而后上升的趨勢。土地整理1年后，土壤堿解氮、有效磷、速效鉀含量顯著下降，分別降低了27.3%、27.8%、20.3%，而經過較長時間（7年）的自然修復和人工經營后，土壤速效氮、磷、鉀含量與土地整理前持平。

表1 不同土地整理年限土壤理化性質的差異

2.2 土地整理對活性有機碳、氮的影響

2.2.1 土地整理對水溶性有機碳、氮的影響 土壤水溶性有機碳、氮參與土壤的生物化學轉化過程，是土壤微生物生命活動的能源，對土壤養分的轉化起著十分重要的作用［16］。土地整理1年后，土壤水溶性有機碳、氮含量顯著下降，與未整理土地相比，分別降低了61.2%、52.3%（圖1）；隨著整理年限的延長，土壤水溶性有機碳、氮略有上升，其含量介于180.2～231.3、35～5.1mg／kg之間，不同整理年限之間沒有顯著性差異。

2.2.2 土地整理對土壤微生物量碳、氮的影響 土壤微生物量是土壤有機質和土壤養分轉化和循環的動力，是植物養分的儲備庫，土壤微生物量碳、氮可以作為評價土壤肥力的生物指標［17］。土地整理1年后，土壤微生物量碳、氮含量顯著下降，與未整理區相比，分別降低了 58.4%、61.0%（圖 2）；隨著整理年限的延長，土壤微生物量碳、氮有了一定程度的提高，其含量在不同整理年限之間的差異并不顯著，介于188.2～260.4、31.2～55.6 mg／kg之間。

2.3 土地整理對土壤酶活性的影響

脲酶參與土壤中含氮有機化合物的轉化，可以將有機化合物尿素水解為氨態氮，使植物所需的養分轉化為有效態，它的強弱與土壤中氮素轉化強弱關系密切［18］。從圖3－A可以看出，隨著整理年限的增加，土壤脲酶活性先降低而后提高。土地整理后，土壤脲酶活性顯著下降，其活性介于1.8～2.7 mg／（g·d）之間，僅為未整理區的 41.9% ～63.6%。

過氧化氫酶可以酶促水解過氧化氫，有利于防止過氧化氫對植物的毒害作用，可以用來表征土壤的生物化學活性［19］。土地整理1年后，土壤過氧化氫酶活性顯著下降，與未整理區相比，降低了56.9%（圖3－B）。隨著整理年限的延長，土壤過氧化氫酶活性有所提高，整理7年后，其活性為0.4 mL／（g·d），與未整理區相比，沒有顯著性差異。

酸性磷酸酶反映土壤有效磷轉化方向和強度，能加速土壤有機體的脫磷速度，從而提高磷的活性［20］。隨著整理年限的增加，土壤酸性磷酸酶活性先降低而后提高（圖3－C），整理1年后，土壤酸性磷酸酶活性顯著下降，與未整理區相比，降低了23.9%。隨著整理年限的延長，土壤酸性磷酸酶活性提高較高，整理 4年后，土壤酶活性介于 4.2～4.7 mg／（g·d）之間，與未整理區相比，其差異并不顯著。

蔗糖酶反映了土壤有機碳的積累與分解轉化［21］，不同土地整理年限土壤蔗糖酶的活性見圖3－D。土地整理后，土壤蔗糖酶活性顯著下降，其活性介于6.2～8.0 mg／（g·d）之間，僅為未整理區的44.8%～57.4%。

2.4 土地整理對土壤微生物群落PLFA的影響

磷脂脂肪酸是微生物細胞膜的重要組分，不同土壤微生物具有不同的磷脂，通過分析土壤微生物PLFA，可以反映不同類群微生物生物量、總生物量和微生物群落結構［22］。

不同土地整理年限各菌群PLFA發生了顯著的變化（表2）。土地整理后，細菌、真菌、放線菌、叢枝菌根真菌和原生動物的PLFA量均顯著下降，與未整理相比，整理1年后下降幅度分別達 43.6%、64.7%、52.3%、62.5%和 58.5%。土地整理4～7年后，各菌群PLFA含量有所回升，但仍顯著低于未整理區。

不同土地整理年限土壤微生物的群落結構發生了顯著的變化（表3）。從表3可以看出，與未整理區相比，土地整理1年后，不同菌群 PLFA的相對豐度均顯著下降，降幅為31.4%～55.3%，其中革蘭氏陰性菌降幅最大，而革蘭氏陽性菌降幅最小。土地整理4～7年后，各菌群PLFA的相對豐度略有升高，但與整理1年后的水平沒有顯著性差異。

表2 不同土地整理年限土壤微生物群落PLFA含量

表3 不同土地整理年限土壤微生物群落PLFA相對豐度

2.5 不同土地整理年限土壤質量評價

灰色關聯度法可以定量考慮多個因子的作用，得出具有可比性的綜合指標，提高綜合評估的準確性和有效性，其關聯度的大小反映了不同評價指標對參考對象的接近次序，即評價對象的優劣次序。不同土地整理年限的18個土壤指標的灰色關聯度系數值見表4。從表4可知，土壤質量的優劣排序表現為：CK＞TZ7＞TZ4＞TZ1。

表4 不同土壤質量指標的關聯度

3 討論

土地整理改變了土地的利用方式和利用結構，同時也對土壤生態環境產生重要影響。土地整理過程中采取的深挖、搬運、回填等工程措施都會影響到土壤的理化性質及環境［23］。本研究中，土地整理項目是將低山丘陵區的疏林地改造為耕地，土地整理過程中富含有機碳的表土層被剝離，露出心土層，土地整理1年后，土壤有機碳、速效氮磷鉀含量顯著下降，而pH值提高明顯（表1），土壤水溶性有機碳氮、微生物量碳氮含量明顯降低（圖1、圖2），土壤脲酶、酸性磷酸酶、過氧化氫酶和蔗糖酶的活性顯著減弱（圖3）。現有研究也表明，土地整理工程實施后的短期內（1年左右），土壤有效磷、速效鉀含量明顯降低，pH值明顯升高［3］，而有機質含量也顯著下降［23］，土壤脲酶、酸性磷酸酶和過氧化氫酶活性均顯著降低［24］，土壤活性有機碳和微生物量碳氮含量也顯著下降［24］。隨著土壤可利用性養分含量的降低，土壤細菌、真菌、放線菌、叢枝菌根真菌和原生動物的PLFA含量顯著降低（表2），不同菌群PLFA的相對豐度也顯著下降（表3）。相關研究表明，不同土壤微生物的PLFA含量與養分的可利用性呈現正相關［25－26］，特別是土壤中有機碳的差異往往導致了微生物群落組成的變異［27］。

隨著土地整理年限延長（3～5年），土壤經營和管理逐年趨于科學化［24］，土壤有機質增加［9］，土壤質量逐漸恢復并提高［28］。薛?等研究發現，土壤微生物量碳氮在土地整理8年后能恢復到土地整理前水平，而土壤脲酶、蔗糖酶活性則需經過20年的培育才能與土地整理前持平［24］。本研究表明，土壤有機碳、微生物量碳氮、水溶性有機碳氮含量和脲酶、蔗糖酶活性均隨著整理年限的延長略有升高，但土地整理7年后，其含量仍然顯著低于未整理區；土壤速效氮磷鉀含量和酸性磷酸酶活性則在土地整理4年后即與未整理區的差異不顯著，主要是因為每年大量復合肥料的施用。

4 結論

低山丘陵區疏林改造為耕地后，土壤性質變化顯著，主要表現為：（1）通過工程措施改造為耕地當年，土壤碳氮含量、磷鉀含量、酶活性及土壤微生物PLFA含量均顯著下降。（2）隨著土地整理年限的延長，土壤速效氮、磷、鉀含量和酸性磷酸酶、過氧化氫酶活性顯著提高，而土壤有機碳、活性有機碳氮含量和脲酶、蔗糖酶活性及土壤微生物PLFA含量略有上升，但還遠未達到土地整理前水平。（3）灰色關聯度法評價的土壤質量優劣排序為未整理區＞整理后7年＞整理后4年＞整理后1年。

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