韶關(guān)市典型香芋產(chǎn)區(qū)土壤剖面特征及其養(yǎng)分變化研究

高 琳，陳曉遠，林昌華，王 衛(wèi)，張宇鵬

(韶關(guān)學(xué)院英東農(nóng)業(yè)科學(xué)與工程學(xué)院，廣東 韶關(guān) 512005)

【研究意義】土壤是在母巖、氣候、生物、地形和時間等五大因素共同作用下形成的能夠生長植物的疏松表層，在自然成土因素和人為生產(chǎn)活動綜合作用下長期形成的歷史自然體。而土壤剖面是在各成土因素作用下逐漸分異成的具有深度的性狀各異的土層，土壤剖面上的物質(zhì)交換使土壤從表層到母巖層各土層間的理化性質(zhì)呈現(xiàn)顯著差異[1]。土壤發(fā)生發(fā)育、土壤肥力演變、養(yǎng)分遷移轉(zhuǎn)化和土壤污染等信息[2]都會在土壤剖面上體現(xiàn)，研究土壤剖面特征可為了解土壤的各成土因素特征，土壤形成的地質(zhì)背景，土壤污染以及土地利用和管理方式的變化等提供基礎(chǔ)資料，因此研究土壤剖面特征及地球化學(xué)組成特征對于揭示養(yǎng)分元素的遷移、累積和生物地球化學(xué)循環(huán)、成土作用以及污染影響等方面具有重要意義。【前人研究進展】國內(nèi)學(xué)者對作物的土壤特征及養(yǎng)分條件進行了諸多的研究與分析，如王澤林[3]研究得出壤質(zhì)粘土、砂質(zhì)壤土和砂壤質(zhì)粘土能適當(dāng)提高桑樹生長量和樹容量等。李志等[4]研究表明砂壤質(zhì)土壤上生長的各部位煙葉的品質(zhì)指標含量相對較高，皖南煙區(qū)的土壤質(zhì)地對煙葉香味成分含量、感官品質(zhì)和焦甜香風(fēng)格有重要影響。王銳等[5]調(diào)查了葡萄耕作層土壤的理化性質(zhì)，得出土壤整體有機質(zhì)含量低，營養(yǎng)元素含量低，不利于作物的高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)。 總體來看，土壤的研究內(nèi)容越來越豐富，范圍也越來越大，取得了許多重要的研究成果，但是研究中也存在不足，目前研究的作物土壤，多數(shù)是耕層的土壤，而從土壤背景源頭和土壤發(fā)生發(fā)育角度的研究較少。韶關(guān)市位于廣東省的粵北地區(qū)，而粵北地區(qū)具有優(yōu)越的生態(tài)環(huán)境條件，這為韶關(guān)的農(nóng)業(yè)發(fā)展提供了得天獨厚的條件。近年來，韶關(guān)在穩(wěn)定糧食生產(chǎn)的同時，大力發(fā)展特色經(jīng)濟作物。其中，香芋是韶關(guān)重要的經(jīng)濟作物之一，更成為出口創(chuàng)匯的支柱產(chǎn)業(yè)，在全國也有一定的知名度。【本研究切入點】隨著近年來化肥生產(chǎn)和消費量持續(xù)增長，香芋的產(chǎn)量有所提升，但是根據(jù)田間試驗的統(tǒng)計結(jié)果，目前化肥利用效率低，這既浪費資源，又增加生產(chǎn)成本，而且不可避免地導(dǎo)致土壤中某些區(qū)域肥料用量過高或過低，造成土壤養(yǎng)分供應(yīng)與作物養(yǎng)分需求在空間上不同步，同時大部分未被利用的養(yǎng)分會通過滲漏和徑流直接進入環(huán)境造成污染[6]。【擬解決的關(guān)鍵問題】本文通過野外土壤剖面觀測和室內(nèi)試驗，研究韶關(guān)香芋典型產(chǎn)區(qū)的土壤剖面特征和土壤養(yǎng)分含量垂直分布規(guī)律，以期韶關(guān)市香芋產(chǎn)區(qū)種植區(qū)劃、科學(xué)施肥和產(chǎn)量品質(zhì)的提升提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)域位于廣東省北部韶關(guān)市乳源縣和樂昌市，地處113°03′ 18″～113°04′27″E，24°56′24″～24°57′29N，面積約為 2600 km2。研究區(qū)地勢由西北向東南傾斜，西北部、西部峰巒環(huán)峙，屬高山地帶，溶蝕高原地貌顯著，是韶關(guān)市主要石灰?guī)r地區(qū)之一；東北部屬丘陵地帶，河流兩岸地勢平緩，海拔區(qū)間54～1833 m。氣候?qū)僦衼啛釒Ъ撅L(fēng)氣候，區(qū)間氣候懸殊，全年平均氣溫16～20 ℃。降雨量東南部及西部山區(qū)偏多，全年平均有2000 mm以上；南部和北部降雨量偏少，全年降雨量平均1400～1500 mm。研究區(qū)母質(zhì)主要為含碳酸鹽河流沖積物，土地利用方式以旱田和水田為主，主要是香芋-水稻-蔥等輪作。

1.2 研究方法

2016年5-6月在韶關(guān)市乳源縣的游溪鎮(zhèn)、一六鄉(xiāng)和樂昌市的樂城鎮(zhèn)、北鄉(xiāng)鎮(zhèn)、長來鎮(zhèn)、廊田鎮(zhèn)選取具有代表性的采樣點進行調(diào)查取樣。結(jié)合實際情況，用GPS定位。剖面采集均按《野外土壤描述與采樣手冊》中國科學(xué)院南京土壤研究所[7]的要求進行挖掘，描述，記錄土壤剖面情況和土壤環(huán)境情況，按發(fā)生學(xué)層次采集土樣供室內(nèi)分析，各剖面的土壤環(huán)境條件如(表1)所示。將6個剖面的21個土樣樣品在實驗室自然風(fēng)干后，研磨過1和0.25 mm的網(wǎng)篩，備用。根據(jù)《土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法》對樣品進行常規(guī)測定，在測試方法上，土壤有機質(zhì)采用重鉻酸鉀氧化-滴定法測定，土壤堿解氮采用堿解擴散法測定，有效磷采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法測定，速效鉀采用乙酸銨-火焰光度計發(fā)進行測定，土壤機械組成采用吸管法測定[8]。

表1 土壤剖面調(diào)查點的環(huán)境條件

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤剖面點的成土環(huán)境條件

剖面點主要選取于乳源縣一六鎮(zhèn)田心洞(YL-1)，乳源縣游溪鎮(zhèn)江背村(YX-2)，樂昌市長來鎮(zhèn)前溪村(CL-3)，樂昌市樂城張溪村(LC-4)，樂昌市廊田鎮(zhèn)泉塘村(LT-5)和樂昌市北鄉(xiāng)鎮(zhèn)黃坋村(BX-6)，均為韶關(guān)市典型的香芋產(chǎn)區(qū)。剖面點位于海拔主要在86～144 m之間的山間谷地和河間地，地勢起伏不大，坡度主要在1.0°～3.4°，母質(zhì)類型均以河流沖積物為主，土地利用方式以旱田和水田為主，YL-1剖面和LT-5剖面主要以香芋種植為主，YX-2剖面和BX-6剖面主要種植香芋和辣椒等，CL-3剖面主要種植香芋和水稻，LC-4剖面主要種植香芋和蔥。

2.2 土壤剖面特征

從表2可以看出，香芋產(chǎn)區(qū)6個土壤剖面土層厚度較深，其中表土層和心土層深度在65～101 cm，均為成熟土，土體構(gòu)型包括A、B、C 3層，主要為包括耕作層、犁底層、氧化還原淀積層和母質(zhì)層，表土層受到人為耕作的影響形成耕作層和犁底層，顏色主要為黑灰、黑棕和棕黃，心土層性質(zhì)相對穩(wěn)定，受成土因素綜合影響，土壤呈現(xiàn)橙黃、紅的顏色，結(jié)構(gòu)體面呈現(xiàn)明顯的鐵錳膠膜，部分出現(xiàn)結(jié)核。

YL-1號、YX-2號、LT-5號和BX-6號剖面的土體構(gòu)型均為Ap1-Ap2-Br1-Br2-C，整個土體均有結(jié)構(gòu)的發(fā)育，其中耕作層和犁底層呈現(xiàn)中等發(fā)育結(jié)構(gòu)，未見明顯的鐵錳膠膜和黏粒淀積，而氧化還原層呈現(xiàn)強發(fā)育的塊狀結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)體面上有少量鐵錳膠膜，呈現(xiàn)輕度氟化鈉反應(yīng)。其中LT-5號剖面的犁底層呈現(xiàn)明顯的鐵錳膠膜。CL-3號剖面的土體構(gòu)型為Ap1-Ap2-Br(g)-C，整個土體均有結(jié)構(gòu)的發(fā)育，其中耕作層和犁底層呈現(xiàn)中等發(fā)育結(jié)構(gòu)，未見明顯的鐵錳膠膜和黏粒淀積，而氧化還原層呈現(xiàn)強發(fā)育的塊狀結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)體面上有少量鐵錳膠膜，呈現(xiàn)輕度氟化鈉反應(yīng)，并呈現(xiàn)潛育特征，這可能收到局部小地形和地下水的影響。LC-4號剖面的土體構(gòu)型為Ap1-Ap2-Bs1-Bs2-C，整個土體均有結(jié)構(gòu)的發(fā)育，其中耕作層和犁底層呈現(xiàn)中等發(fā)育結(jié)構(gòu)，未見明顯的鐵錳膠膜和黏粒淀積，而氧化還原層呈現(xiàn)強發(fā)育的塊狀結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)體面上有大量鐵錳膠膜，呈現(xiàn)輕度氟化鈉反應(yīng)。

表2 供試土壤剖面特征

表3 供試土壤剖面顆粒組成

2.3 土壤剖面的顆粒組成特征

由表3可知，6個代表剖面土壤的顆粒組成均以粉粒為主，粉粒含量基本處于40 %～67 %，質(zhì)地以粘壤土、粉質(zhì)壤土和壤土為主，剖面中除了TL-1號剖面的犁底層土壤，其他剖面的粉/黏比均>1，并隨剖面深度的增加，各剖面粉黏比有增大的趨勢，這說明香芋產(chǎn)區(qū)土壤剖面的風(fēng)化程度均不高，且隨剖面深度增加風(fēng)化程度降低。

2.4 土壤剖面的養(yǎng)分遷移變化特征

總體來看(圖1)，研究區(qū)6個土壤剖面的營養(yǎng)元素總體呈現(xiàn)隨著深度增加含量降低的趨勢。YL-1土壤剖面pH主要在4.85～5.85，A層(耕作層和犁底層)的營養(yǎng)元素含量較高，有機質(zhì)的含量為2.23 %、1.95 %，速效氮的含量為175.32、105.23 mg/kg，有效磷的含量172.24、120.46 mg/kg，速效鉀的含量為155.26、152.35 mg/kg，B層(心土層)的營養(yǎng)元素含量較低有機質(zhì)的含量在0.52 mg/kg左右、速效氮的含量為17.53、7.08 mg/kg，有效磷的含量7.13 mg/kg左右，但速效鉀的含量為179.07 mg/kg，高于A層，這可能與農(nóng)民施肥和鐵錳沉積有關(guān)。YX-2號土壤剖面pH主要在4.8～6.9之間，A層(耕作層和犁底層)的營養(yǎng)元素含量較高，有機質(zhì)的含量為2.07 %、1.04 %，有效氮的含量為120.75、85.75 mg/kg，有效磷的含量81.90、7.68 mg/kg，速效鉀的含量為270.18 、51.75 mg/kg，B層(心土層)的營養(yǎng)元素含量較低有機質(zhì)的含量為0.56 %、0.53 %，速效氮的含量為17.50、15.75 mg/kg，有效磷的含量4.03 mg/kg左右，但速效鉀的含量25.03 mg/kg左右。

CL-3號土壤剖面pH主要在5.0～6.4之間，A層(耕作層和犁底層)的營養(yǎng)元素含量較高，有機質(zhì)的含量為2.15 %、1.56 %，有效氮的含量為120.75、85.75 mg/k，有效磷的含量62.09 mg/kg，速效鉀的含量為65.60、69.30 mg/kg，B層(心土層)的營養(yǎng)元素含量較低有機質(zhì)的含量為0.62、0.40 mg/kg，有效氮的含量為31.50、21.50 mg/kg，有效磷的含量7.02 mg/kg左右，但速效鉀的含量35.14 mg/kg左右。

LC-4號土壤剖面pH主要在6.0左右，A層(耕作層和犁底層)的營養(yǎng)元素含量較高，有機質(zhì)的含量為1.79 %、1.57 %，有效氮的含量為105.03、101.50 mg/kg，有效磷的含量102.70、55.66，B層(心土層)的營養(yǎng)元素含量較低有機質(zhì)的含量為0.50 mg/kg左右，有效氮的含量為26.25、29.75 mg/kg，有效磷的含量7.01 mg/kg左右，整個土體速效鉀的含量較高，在68.93～148.52 mg/kg。LT-5號土壤剖面pH主要在6.0左右，僅耕作層的營養(yǎng)元素含量高，而犁底層和心土層的養(yǎng)分含量極低。BX-6號土壤剖面pH主要在6.0左右，土體僅有耕作層和心土層，其中耕作層的營養(yǎng)元素含量高，心土層的養(yǎng)分含量低。

圖1 供試土壤剖面養(yǎng)分含量垂直變化特征 Fig.1 Vertical change characteristics of nutrient contents of the studied soil profiles

有效氮含量在6個土壤剖面中總體顯現(xiàn)隨著深度的增加而降低，呈現(xiàn)表層集聚型分布，變化范圍在16～175 mg/kg，變異系數(shù)較大，其中在0～20 cm內(nèi)，有效氮含量主要在90 mg/kg以上，20～30 cm內(nèi)有效氮含量在30～60 mg/kg，而30 cm以下，含量主要在30 mg/kg以下。有效磷含量在6個土壤剖面中總體顯現(xiàn)隨著深度的增加而降低，呈現(xiàn)表層集聚型分布，變化范圍在4～236 mg/kg，變異系數(shù)較大，其中在0～5 cm內(nèi)，有效磷含量主要在90以上，15～25 cm內(nèi)有效磷含量在60～90 mg/kg，而25cm以下，含量主要在30 mg/kg以下。速效鉀含量在6個土壤剖面呈現(xiàn)一定的差異，YX-2號土壤剖面表層的速效鉀含量較大，高達250 mg/kg，隨著深度的增加含量驟減，呈現(xiàn)表層集聚型分布，而其他5個剖面的速效鉀含量隨著深度的增加呈現(xiàn)舌狀分布。有機質(zhì)含量在6個土壤剖面中總體顯現(xiàn)隨著深度的增加而降低，呈現(xiàn)表層集聚型分布，變化范圍在0.30～2.23 mg/kg，變異系數(shù)較大，其中在0～25 cm內(nèi)，有機質(zhì)含量主要在1.50 %以上，25～30 cm內(nèi)有機質(zhì)含量在1.00 %，而30 cm以下，含量主要在1.00 %以下。

3 討 論

近些年隨著土壤科學(xué)和信息技術(shù)的快速發(fā)展，許多學(xué)者運用各種信息系統(tǒng)和方法從不同的角度對不同作物產(chǎn)區(qū)的土壤進行了諸多研究，但是目前對香芋產(chǎn)區(qū)的土壤養(yǎng)分特征方面研究甚少，目前主要是在香芋的栽培技術(shù)、加工工藝和品種等方面進行研究，僅有楊飛等對韶關(guān)香芋產(chǎn)區(qū)的土壤條件進行了研究[9]，而對香芋作物產(chǎn)區(qū)的土壤剖面等地質(zhì)背景方面和地球化學(xué)元素循環(huán)等鮮有報道。因此，立足于廣東韶關(guān)市典型香芋產(chǎn)區(qū)，通過野外土壤剖面觀測和室內(nèi)試驗，研究韶關(guān)香芋典型產(chǎn)區(qū)的土壤剖面特征和土壤養(yǎng)分含量垂直分布規(guī)律，從土壤發(fā)育發(fā)生的角度，揭示香芋產(chǎn)區(qū)的地質(zhì)背景，并為香芋的科學(xué)施肥和環(huán)境污染等方面提供基礎(chǔ)材料。

土壤是在漫長的地質(zhì)年代里，在物理化學(xué)和生物活動作用下由基巖風(fēng)化產(chǎn)物、各種松散沉積物(成土母質(zhì))發(fā)育形成的地表自然介質(zhì)，在無污染疊加的情況下，土壤元素含量及剖面(分層)分布特征取決于成土母質(zhì)組成和成壤作用的改造程度[10-11]。香芋產(chǎn)區(qū)土壤在漫長的成土過程中，成土母質(zhì)在物理化學(xué)和生物作用下，隨著原生礦物的分解和新生礦物的形成，化學(xué)元素經(jīng)過活化遷移，分散富集、吸附沉淀等作用，得到了再分配和分異而發(fā)育而成香芋產(chǎn)區(qū)的土壤是珠江沖洪積物發(fā)育的自然紅壤，后經(jīng)過水耕形成的水稻土，一類典型的成熟土壤，具有良好的分層特征。在成土?xí)r間長，氣候溫濕，植被發(fā)育，地形平緩的有利條件下，形成成熟度高，土層深厚，均有A，B，C層的發(fā)育成熟的土壤，剖面通體均呈現(xiàn)中強的結(jié)構(gòu)發(fā)育。但風(fēng)化成壤的改造作用隨著深度的增加而減小，土壤剖面的營養(yǎng)元素元素在土壤剖面上呈現(xiàn)規(guī)律性的變化趨勢，即由地表向深處含量急速降低，這主要是土壤表層長期是受到人為耕作施肥的影響的原因。同時土壤的形成也是一個復(fù)雜的生物化學(xué)過程，除了極端的熱帶高溫氣候和干旱荒漠氣候，多數(shù)情況下表層土壤相對富含有機質(zhì)并成粘土化，這也是多種微量元素在表土富集的主要原因[12]。總體來看，養(yǎng)分元素在6個土壤剖面中總體顯現(xiàn)隨著深度的增加而降低，呈現(xiàn)表層集聚型分布，在土壤剖面耕層的含量較高，隨著深度增加，含量呈現(xiàn)驟減趨勢。產(chǎn)區(qū)土壤受到人為長期施用化肥的影響，但在施用肥料同時，要注意合理適量施肥，以免造成土壤養(yǎng)分供應(yīng)與作物養(yǎng)分需求在空間上不同步，導(dǎo)致大部分未被利用的養(yǎng)分會通過滲漏和徑流直接進入環(huán)境造成污染。

4 結(jié) 論

(1)香芋產(chǎn)區(qū)6個土壤剖面土層厚度較深，其中表土層和心土層深度在65～101 cm，均為成熟土，土體構(gòu)型包括A、B、C 3層，主要為包括耕作層、犁底層、氧化還原淀積層和母質(zhì)層，表土層受到人為耕作的影響形成耕作層和犁底層，顏色主要為黑灰、黑棕和棕黃，心土層性質(zhì)相對穩(wěn)定，受成土因素綜合影響，土壤呈現(xiàn)橙黃、紅的顏色，結(jié)構(gòu)體面呈現(xiàn)明顯的鐵錳膠膜，部分出現(xiàn)結(jié)核。

(2)6個代表剖面土壤的顆粒組成均以粉粒為主，粉粒含量基本處于40 %～67 %，質(zhì)地以粘壤土、粉質(zhì)壤土和壤土為主，剖面中除了TL-1號剖面的犁底層土壤，其他剖面的粉/黏比均>1，并隨剖面深度的增加，各剖面粉黏比有增大的趨勢，這說明香芋產(chǎn)區(qū)土壤剖面的風(fēng)化程度均不高，且隨剖面深度增加風(fēng)化程度降低。

(3)研究區(qū)6個土壤剖面的營養(yǎng)元素總體呈現(xiàn)隨著深度增加含量降低的趨勢。有效氮、有效磷和有機質(zhì)含量在6個土壤剖面中總體顯現(xiàn)隨著深度的增加而降低，呈現(xiàn)表層集聚型分布。速效鉀含量在6個土壤剖面呈現(xiàn)一定的差異，YX-2號土壤剖面表層的速效鉀含量較大，高達250，隨著深度的增加含量驟減，呈現(xiàn)表層集聚型分布，而其他5個剖面的速效鉀含量隨著深度的增加呈現(xiàn)舌狀分布。