湖南舂陵水流域不同土地利用類型的土壤養分特征

摘 要：以湖南舂陵水流域的耕地、園地、林地和草地4種不同土地利用類型為研究對象，測定分析了0～20 cm、20～40 cm（不包括20 cm）、40～60 cm（不包括40 cm）的土層土壤中有機碳（SOC）、全碳（TC）、全氮（TN）和全磷（TP）質量分數差異及其影響因素。結果表明：①不同土地利用類型0～60 cm土層土壤有機碳（SOC）質量分數由高到低排序為耕地（46.22 mg/kg）gt;林地（43.22 mg/kg）gt;草地（25.32 mg/kg）gt;園地（9.16 mg/kg），全碳（TC）質量分數由高到低排序為耕地（65.40 mg/kg）gt;林地（54.50 mg/kg）gt;園地（30.91 mg/kg）gt;草地（27.48 mg/kg），全磷（TP）質量分數由高到低排序為耕地（2.317 mg/kg）gt;林地（1.308 mg/kg）gt;園地（0.829 mg/kg）gt;草地（0.528 mg/kg），全氮（TN）質量分數由高到低排序為耕地（6.020 mg/kg）gt;林地（6.010 mg/kg）gt;草地（3.383 mg/kg）gt;園地（1.440 mg/kg），耕地土壤有機碳（SOC）、全碳（TC）、全氮（TN）和全磷（TP）質量分數均最高，土地利用類型對土壤養分具有顯著影響，因為種植經濟作物需要投入大量肥料，所以其養分質量分數最高；②表層土壤具有養分積聚性，不同土地利用類型的表層土壤養分質量分數均最高，養分質量分數隨著土層深度的增加呈現遞減趨勢；③土壤養分質量分數與pH值等理化性質具有顯著相關性。

關鍵詞：舂陵水流域；土地利用類型；土壤養分

中圖分類號：S158 文獻標志碼：A 文章編號：1674-7909（2024）15-126-7

DOI：10.19345/j.cnki.1674-7909.2024.15.026

0 引言

土壤養分是評價土壤健康水平的重要指標，為植物的健康生長提供各種養分，具有至關重要的作用［1-3］。碳、氮、磷等是各類植物生長所需的必要物質，在促進植物健康生長方面具有十分重要的作用［4-5］。土地利用類型是大自然健康發展和人類勞動智慧的綜合反映。大量研究結果表明，土地利用類型的改變可以引起許多自然要素和生態過程的變化（如pH值、含水率、溫濕度等），從而改變土壤養分循環過程和質量分數［6］。因此，研究不同土地利用類型的養分特征，有利于了解掌握土地類型變化對土壤養分的影響，可為科學系統地規劃土地用途和綠色循環發展提供有力的數據支撐。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

研究區位于湖南省舂陵水流域。舂陵水流域包含常寧市、耒陽市、桂陽縣、嘉禾縣大部分行政區域，以及衡南縣、臨武縣、寧遠縣、藍山縣、新田縣部分行政區域。舂陵水流域面積為6 623 km²，位于東經112°4′16″～112°52′2″、北緯25°10′17″～26°40′45″，處于南嶺山脈北側。流域內地質結構復雜，礦產資源豐富，屬亞熱帶季風濕潤氣候區，高溫多雨，年均降水量為1 700 mm，年均氣溫為17.9 ℃，土壤類型以黃壤和紅壤為主。

1.2 樣品采集

研究區在湖南省舂陵水流域內，以舂陵水流域內的耕地、園地、草地和林地為研究對象，在4種不同土地利用類型中分別選取3個有代表性的樣地開展野外調查工作，采集樣品送武漢地質調查中心分析化驗。經過實地調查，耕地主要種植的經濟作物為玉米、甘薯、花生、芝麻等；園地主要種植油茶；草地主要植被為絲茅、蕨，覆蓋度為85%以上；林地主要樹種為馬尾松、杉木、樟木等。

2022年8—9月開展野外調查和樣品采集工作。其中，林地在2019—2021年開展的全國森林資源調查樣地中選擇，草地在2020—2021年開展的全國草資源調查樣地中選擇，園地、耕地均通過土地利用類型圖均勻布設樣地，選擇人為干擾少、有典型地域代表性的樣地，每種土地利用類型選取3個代表樣地；對每個樣地進行剖面挖掘，分別采集0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm的土壤樣品，每一層土壤樣品由上到下為1個土壤混合樣品，每層樣品不少于1.5 kg，每個樣地取3個土壤樣品，共取36個土壤樣品；土壤樣品先過孔徑為6 mm或4 mm的土壤篩，自然風干后再過孔徑為2 mm的土壤篩，以供分析測定。用100 cm3環刀分別取樣0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm土層土壤原狀樣品2個，取每層土壤的中間樣品。

1.3 樣品分析

樣品分析指標有土壤的pH值、有機碳質量分數、全碳質量分數、全氮質量分數、全磷質量分數。土壤pH值采用土水比（質量比）1.0∶2.5浸提后，使用pH測定儀（PHS-3C，武漢地質調查中心分析測試室）測定。采用環刀法測土壤容重，用100 cm3環刀采集0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm土層土壤樣品，環刀自上而下在每層土壤中部取樣，每層取樣2個，取完樣后，去掉環刀外面多余土壤，蓋上蓋子稱量計算。利用烘干法測土壤含水率：烘箱連續烘48 h以上，每隔4 h對樣品進行稱量，直至樣品的質量無變化，然后計算土壤含水率。pH值、有機碳質量分數、全碳質量分數、全氮質量分數、全磷質量分數由武漢地質調查中心分析測試室測定。

1.4 數據分析

研究利用Excel整理分析數據，通過數據對比，分析不同土地類型下的土壤養分質量分數之間的關聯性；4種不同土地利用的數據為該地類數據的平均值。

2 結果分析

2.1 不同土地利用類型各土層土壤pH值

通過測試數據可知，耕地pH值為7.82～8.29，土壤為堿性土；園地pH值為4.86～5.09，土壤為酸性土；草地pH值為6.10～6.57，土壤為微酸性土；耕地、草地、園地三者的土壤pH值均隨著土壤深度的增加而遞增。林地土壤pH值為7.06～7.24，為中性土，土壤pH值隨著土層深度的增加而降低。在這4種不同土地利用類型中，耕地40～60 cm土層土壤pH值最大，園地0～20 cm土層土壤pH值最小，各土層土壤的pH值之間差異不明顯（見表1至表4，以及圖1）。

2.2 不同土地利用類型各土層土壤SOC

在4種不同土地利用類型中，0～20 cm土層土壤SOC質量分數最高，且隨著土層深度的增加而降低，表明表層土壤存在一定的積聚性［7］。0～60 cm土層中，土壤SOC質量分數由高到低依次為耕地（46.22 mg/kg）gt;林地（43.22 mg/kg）gt;草地（25.32 mg/kg）gt;園地（9.16 mg/kg）。耕地、林地、草地土壤SOC質量分數差異不顯著；耕地土壤SOC質量分數是園地的5倍多。在0～20 cm土層中，土壤SOC質量分數最高的是林地（23.30 mg/kg），SOC質量分數最低的是園地（5.02 mg/kg），林地土壤SOC質量分數是園地的4.64倍，二者差異顯著；林地、耕地、草地土壤SOC質量分數差異不顯著。在20～40 cm土層中，土壤SOC質量分數最高的是耕地（14.70 mg/kg），SOC質量分數最低的是園地（2.22 mg/kg），耕地土壤SOC質量分數是園地的6.62倍，二者差異顯著；耕地、林地、草地土壤SOC質量分數差異不顯著。在40～60 cm土層中，土壤SOC質量分數最高的是耕地（8.92 mg/kg），SOC質量分數最低的是園地（1.92 mg/kg），耕地土壤SOC質量分數是園地的4.64倍，二者差異顯著；耕地、林地、草地土壤SOC質量分數差異不顯著（見表1至表4，以及圖2）。

2.3 不同土地利用類型各土層土壤TC、TN、TP

全碳（TC）、全氮（TN）、全磷（TN）是評價土壤質量的重要指標［8-10］。在0～60 cm土層中，土壤TC質量分數由高到低排序為耕地（65.40 mg/kg）gt;林地（54.50 mg/kg）gt;園地（30.91 mg/kg）gt;草地（27.48 mg/kg）。在0～20 cm土層中，土壤TC質量分數最高的是林地（28.60 mg/kg），TC質量分數最低的是草地（15.30 mg/kg），不同土地利用類型的TC質量分數差異不明顯。在20～40 cm土層中，土壤TC質量分數最高的是耕地（23.90 mg/kg），TC質量分數最低的是園地（是3.08 mg/kg），耕地、林地、草地土壤TC質量分數差異不顯著；耕地和園地土壤TC質量分數差異顯著，耕地土壤TC質量分數是園地的7.76倍。在40～60 cm土層中，土壤TC質量分數最高的是耕地（16.80 mg/kg），TC質量分數最低的是園地（2.63 mg/kg）。園地表層（0～20 cm）土壤TC質量分數高，說明園地表層土壤TC積聚性明顯（見表1至表4，以及圖3）。

在4種不同土地利用類型中，0～60 cm土層土壤TN質量分數由高到低的順序為耕地（6.020 mg/kg）gt;林地（6.010 mg/kg）gt;草地（3.383 mg/kg）gt;園地（1.440 mg/kg），耕地、林地、草地土壤TN質量分數差異不顯著；耕地土壤TN質量分數是園地的4.18倍，二者差異顯著。在0～20 cm土層中，土壤TN質量分數最高的是耕地（2.950 mg/kg），TN質量分數最低的是園地（0.617 mg/kg）；耕地、林地、草地TN質量分數差異不顯著，耕地與園地土壤TN質量分數差異顯著，耕地土壤TN質量分數是園地的4.78倍。在20～40 cm土層中，土壤TN質量分數最高的是耕地（1.840 mg/kg），TN質量分數最低的是園地（0.415 mg/kg），耕地土壤TN質量分數是園地的4.43倍，二者差異明顯；耕地、林地、草地土壤TN質量分數差異不顯著。在40～60 cm土層中，土壤TN質量分數最高的是林地（1.470 mg/kg），TN質量分數最低的是園地（0.408 mg/kg），二者差異顯著；林地、耕地、草地土壤TN質量分數差異不顯著（見表1至表4，以及圖4）。

在4種不同土地利用類型中，0～60 cm土層土壤TP質量分數由高到低的順序為耕地（2.317 mg/kg）gt;林地（1.308 mg/kg）gt;園地（0.829 mg/kg）gt;草地（0.528 mg/kg），耕地、林地、園地土壤TP質量分數差異不顯著；耕地土壤TP質量分數是草地的4.39倍，二者差異顯著。在0～20 cm土層中，土壤TP質量分數最高的是耕地（1.070 mg/kg），TP質量分數最低的是草地（0.243 mg/kg），耕地、林地土壤TP質量分數差異不顯著，草地、園地土壤TP質量分數差異不顯著。在20～40 cm土層中，土壤TP質量分數最高的是耕地（0.676 mg/kg），TP質量分數最低的是草地（0.147 mg/kg）。在40～60 cm土層中，土壤TP質量分數最高的是耕地（0.571 mg/kg），TP質量分數最低的是草地（0.138 mg/kg）（見表1至表4，以及圖5）。

2.4 土壤理化性質和土壤養分之間的關聯性

土壤養分和理化性質分析結果（見表1至表4）表明，土壤養分和土壤理化性質之間有一定的關聯性。隨著林地土層深度的增加，土壤養分呈遞減趨勢，土壤pH值、含水率遞減，土壤養分與土壤pH值、含水率呈正相關［11-13］；土壤容重呈遞增趨勢，土壤養分與土壤容重呈負相關［14-15］。隨著草地、耕地、園地土層深度的增加，土壤養分呈遞減趨勢，土壤pH值、含水率呈遞增趨勢，土壤養分與土壤pH值、含水率呈負相關；隨著耕地、園地土層深度的增加，土壤容重呈遞增趨勢，土壤養分呈遞減趨勢，土壤養分與土壤容重呈負相關。

3 討論

3.1 不同土地利用類型對土壤SOC、TC、TN、TP質量分數的影響

研究表明，不同土地利用類型對土壤養分的轉化、分布、循環利用有著較大的影響。研究對舂陵水流域4 種土地利用類型的土壤養分進行了測定分析，結果表明：0～60 cm土層中，耕地土壤SOC、TC、TN、TP質量分數最高，分別為46.22 mg/kg、65.40 mg/kg、6.020 mg/kg、2.317 mg/kg；林地次之，SOC、TC、TN、TP質量分數分別為43.22 mg/kg、54.50 mg/kg、6.010 mg/kg、1.308 mg/kg；草地土壤TC、TP質量分數最低，分別為27.48 mg/kg、0.528 mg/kg，園地土壤SOC、TN質量分數最低，分別為9.16 mg/kg、1.440 mg/kg。耕地土壤養分質量分數最高，主要是因為在耕種過程中長期投入大量有機肥和無機肥；林地次之，主要是因為林地枯落物多且植物根系發達，人為因素影響少，通過大自然的分解作用，部分養分儲存在土壤中。

種植戶為提高經濟作物產量，在耕地中使用有機肥、無機肥等肥料，導致耕地中養分質量分數最高。舂陵水流域內的草地和園地土壤有機碳質量分數較低，這主要是因為舂陵水流域草地是草山草坡，開發利用較少，對草地投入的成本少；園地由以前的草山草坡或者灌木林演變而來，變成園地后，土壤的營養物質被油茶樹大量吸收，而且茶農對園地施肥較少，導致園地中各類營養成分較少［16］。

在研究區4種不同土地利用類型中，0～20 cm土層土壤養分質量分數均高于20～40 cm、40～60 cm土層土壤養分質量分數，呈現明顯的表聚性，這與前人的研究結果一致［17］。土壤理化性質、SOC等因子對土壤中氮、磷養分貯存和轉化有重要影響，舂陵水流域內土壤SOC與TC、TN、TP呈極顯著正相關關系［18］。

3.2 土地利用類型對土壤養分質量分數的影響

舂陵水流域內的耕地養分質量分數高于其他3種土地利用類型，一方面，因為種植戶為提高經濟作物產量，在耕地中使用有機肥、無機肥等［19］；另一方面，耕地土壤pH值相對較高，有利于土壤養分的活化，從而使耕地中的養分質量分數較高［20］。表層土壤養分質量分數最高，表現出一定的表聚性，可能與該地區的淋溶作用和生物小循環有關［21］?？葜β淙~經過分解和淋溶作用，林地、草地土壤養分分解比耕地需要的時間更長，短期內不能顯著改善土壤的養分狀況。

4 結論

筆者以湖南舂陵水流域4 種不同土地利用類型為研究對象，結果表明：①0～60 cm土層土壤有機碳、全氮質量分數由高到低依次為耕地、林地、草地、園地，全碳、全磷質量分數由高到低依次為耕地、林地、園地、草地，耕地在4種不同土地利用類型中養分質量分數最高；②土壤表層具有養分積聚性，不同的土地利用類型表層土壤養分質量分數最高；③土壤養分與土壤理化性質有一定的關聯性。

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