不同土地利用方式對(duì)土壤養(yǎng)分及肥力的影響

劉占仁，王立志

（山東省水土保持與環(huán)境保育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，臨沂大學(xué)，山東 臨沂276000）

土地利用是自然和人類活動(dòng)相互作用的綜合過程，土地利用的變化可以引起許多自然要素和生態(tài)過程的變化［1－3］。國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者對(duì)土地利用及其變化與土壤質(zhì)量的關(guān)系進(jìn)行了大量的研究，結(jié)果表明土壤理化性狀的變化與土地利用方式有密切關(guān)系［2，4－7］。土地利用方式影響土壤養(yǎng)分的流動(dòng)，并影響不同的土地單元中N，P等重要營(yíng)養(yǎng)成分的滯留和轉(zhuǎn)化［8］。合理的土地利用方式可以改善土壤結(jié)構(gòu)，提高周圍空氣和水的質(zhì)量，增強(qiáng)土壤對(duì)外界環(huán)境變化的抵抗力；不合理的土地利用方式會(huì)導(dǎo)致土壤質(zhì)量下降，增加土壤侵蝕［9］，降低生物多樣性、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能和土地生產(chǎn)力等［10－11］。因此，研究不同土地利用方式下土壤養(yǎng)分的狀況及對(duì)土壤質(zhì)量的影響，有助于了解土壤的生態(tài)過程、養(yǎng)分的動(dòng)態(tài)變化［12］，并最終為制定合理的土地管理措施提供科學(xué)的依據(jù)。

沂蒙山地丘陵區(qū)地質(zhì)地貌類型復(fù)雜，水土流失嚴(yán)重，人地矛盾非常突出，深入探討不同土地利用方式對(duì)土壤養(yǎng)分的影響具有重要意義。本文以山東省臨沂市為例，深入分析不同土地利用對(duì)土壤養(yǎng)分的影響，并探討土壤養(yǎng)分之間的相互作用。

1 研究方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)臨沂市地處山東省魯中南山地區(qū)的東南部，土地總面積達(dá)171.84萬hm2，占山東省土地總面積的11.01%。全市地勢(shì)西北高東南低，山地丘陵面積約占全市土地總面積的2／3；山間谷地、沖積平原、洼地僅占全市土地總面積的1／3。臨沂市地處沂蒙山區(qū)腹地，地貌形態(tài)深受區(qū)域構(gòu)造斷裂的控制。全區(qū)從西南向東北分為4條西北—東南向延伸的斷塊帶，形成本區(qū)山地、丘陵、山間平原、盆地或谷地等相間分布的地貌格局，地勢(shì)由西北向東南逐漸降低。總的特點(diǎn)是：山區(qū)面積廣大，山勢(shì)高峻、地表崎嶇、土層瘠?。?3］。全市耕地79.37萬 hm2，占土地總面積的46.20%，林 地 31.54 萬 hm2，占 土 地 總 面 積 的18.36%，未利用地20萬hm2，占土地總面積的11.62%。耕地中旱地面積較大為50.48萬hm2，水田面積相對(duì)較小為26.05萬hm2。

1.2 樣品采集與分析

根據(jù)研究區(qū)主要土地利用類型選取旱地、水田、林地和未利用地4種主要的土地利用方式作為研究對(duì)象。在研究區(qū)布設(shè)采樣點(diǎn)253個(gè)，涵蓋了不同土地利用類型，并滿足統(tǒng)計(jì)學(xué)需要。樣點(diǎn)布設(shè)如圖1所示。

圖1 研究區(qū)采樣點(diǎn)的分布

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤養(yǎng)分及顆粒組成總體特征

對(duì)采樣區(qū)所有數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析（表1）表明，土壤養(yǎng)分OM、TN、TP和TK在整個(gè)研究區(qū)域全距均較大且波動(dòng)偏高。OM、TN、TP和TK在研究區(qū)平均值分別為1.37%，0.04%，0.07%和0.45%，總體相對(duì)偏低。土壤養(yǎng)分的Kurtosis值和Skewness值表明，OM、TN、TP和TK均未呈正態(tài)分布。土壤pH值分析表明，土壤pH值呈近似正態(tài)分布。土壤的砂粒、粉粒和黏粒分析表明，研究區(qū)域土壤的顆粒組成存在較大的差異。

表1 土壤養(yǎng)分及顆粒組成描述性統(tǒng)計(jì)分析

對(duì)土壤pH和各土壤養(yǎng)分進(jìn)行頻率分析表明，研究區(qū)土壤pH值大部分小于7，土壤pH頻率主要分布于5～7，即研究區(qū)土壤偏酸性；研究區(qū)OM含量小于2%的頻率較大，僅有個(gè)別樣點(diǎn)土壤OM含量大于4%；TN的頻率分析表明，TN含量主要分布在0.025%～0.050%，僅有少部分區(qū)域TN含量大于0.10%；TP的頻率分析表明，TP含量大部分小于0.10%，僅有個(gè)別樣點(diǎn)TP含量大于0.20%；TK頻率分析表明，TK的含量在研究區(qū)大部分小于0.60%，有部分樣點(diǎn)TK含量大于1.00%。土壤養(yǎng)分OM、TN、TP和TK頻率分析表明，研究區(qū)土壤養(yǎng)分呈降低的趨勢(shì)，因此土壤養(yǎng)分總體呈不同程度的下降。

2.2 土地利用方式對(duì)土壤養(yǎng)分及物理結(jié)構(gòu)影響

方差分析表明（表2），不同土地利用方式對(duì)OM含量具有顯著影響（P＜0.05），而對(duì)pH、TP、TN、TK和土壤顆粒組成無顯著影響（P＞0.05）。土壤pH值在不同土地利用方式下由高到低順序?yàn)椋核铮玖值兀竞档兀疚蠢玫?，與未利用地相比，無論旱地還是水田均能使土壤的pH值升高，而水田對(duì)pH的提升能力大于旱地。水田中OM含量顯著高于其它土地利用方式且與旱地、林地和未利用地之間差異顯著（P＜0.05），可能是與水田長(zhǎng)期種植水稻處于淹水狀態(tài)及收割方式有關(guān)。由于機(jī)械化的收割方式使得秸稈還田率有了較大的提高，長(zhǎng)期淹水使得微生物活性等有了較大的提高，從而使得水田中OM含量相對(duì)較高［14－15］。

不同土地利用方式TN含量由高到低順序?yàn)椋何蠢玫兀玖值兀舅铮竞档兀籘P含量由高到低順序?yàn)椋何蠢玫兀竞档兀玖值兀舅?；TK含量由高到低順序?yàn)椋毫值兀舅铮竞档兀疚蠢玫兀籓M的含量由高到低順序?yàn)椋核铮疚蠢玫兀玖值兀竞档亍?/p>

表2 不同土地利用土壤養(yǎng)分和顆粒組成均值比較

表3 不同土地利用方式下土壤養(yǎng)分之間的相關(guān)系數(shù)

2.3 土地利用方式對(duì)土壤養(yǎng)分之間相關(guān)系數(shù)的影響

相關(guān)分析表明（表3），不同土地利用方式影響了土壤養(yǎng)分之間的相關(guān)系數(shù)。在旱地中土壤OM、TN、TP、TK兩兩之間均呈顯著正相關(guān)，土壤pH與OM、TN、TK呈顯著正相關(guān)，但是與TP呈負(fù)相關(guān)，且相關(guān)系數(shù)未達(dá)到顯著性水平。在旱地中OM、TN、TP、TK與土壤顆粒組成砂粒、粉粒和黏粒含量之間均呈不同程度的相關(guān)，OM、TN、TK與砂粒含量呈顯著負(fù)相關(guān)，與粉粒和黏粒含量呈顯著正相關(guān)。TP與砂粒含量呈顯著正相關(guān)，與粉粒和黏粒含量呈顯著負(fù)相關(guān)。在水田各養(yǎng)分元素中只有TN和TP之間相關(guān)系數(shù)達(dá)到顯著性水平；pH與OM、TN、TP呈負(fù)相關(guān)，與TK呈正相關(guān)；OM、TN、TP與土壤顆粒組成砂粒含量呈正相關(guān)，與粉粒和黏粒含量呈負(fù)相關(guān)，但是相關(guān)系數(shù)均未達(dá)到顯著性水平。TK與砂粒含量呈顯著負(fù)相關(guān)，與粉粒和黏粒含量呈顯著正相關(guān)。因此在耕地利用方式中，旱地和水田對(duì)土壤營(yíng)養(yǎng)鹽之間的相關(guān)系數(shù)有較大影響，不同的耕地利用方式改變了土壤養(yǎng)分之間的相關(guān)系數(shù)。

林地中TN與TP、OM呈顯著性正相關(guān)，其它養(yǎng)分之間相關(guān)系數(shù)未達(dá)到顯著性水平。未利用地僅有TN和TP之間相關(guān)系數(shù)達(dá)到顯著性水平，其它養(yǎng)分之間相關(guān)系數(shù)不顯著。

綜上所述，不同土地利用方式對(duì)TP和TN之間的相關(guān)系數(shù)無影響，旱地各養(yǎng)分之間的相關(guān)系數(shù)要大于水田、林地和未利用地。

2.4 土地利用方式對(duì)土壤性狀指標(biāo)的公因子分析

影響土壤肥力的因子較多，主成分分析是一種較為可行的評(píng)價(jià)方法。對(duì)土壤性狀指標(biāo)進(jìn)行公因子分析（采用Z－Score法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，主成分分析提取因子，方差極大法，正交旋轉(zhuǎn)）結(jié)果表明（表4），旱地、水田和林地均提取了3個(gè)公因子（F1，F(xiàn)2，F(xiàn)3），而未利用地只提取了兩個(gè)公因子（F1，F(xiàn)2）。旱地、水田和林地公因子F1，F(xiàn)2和F3方差貢獻(xiàn)率分別為44.95%，21.85%和13.30%；52.84%，24.96%和15.07%；38.47%，25.51%和15.48%。林地提取的兩個(gè)公因子F1和F2方差貢獻(xiàn)率分別為56.94%和43.06%。

旱地砂粒、粉粒、黏粒和pH在公因子F1上載荷較高，TN、TP和OM在公因子F2上載荷較高，TK在公因子F3上載荷較高。水田各指標(biāo)在公因子上載荷與旱地有所不同，砂粒、粉粒、黏粒、TK和TP在公因子F1上載荷較高，TN和OM在公因子F2上載荷較高，pH在公因子F3上載荷較高。林地砂粒、粉粒和黏粒在公因子F1上載荷較高，TN和OM在公因子F2上載荷較高，pH、TK和TP在公因子F3上載荷較高。未利用地僅有兩個(gè)公因子，砂粒、粉粒、黏粒、TK和OM在公因子F1上載荷較高，TN、TP和pH在公因子F2上載荷較高。將9個(gè)指標(biāo)分別在公因子上的得分，根據(jù)F＝∑bjFj，F(xiàn)j＝∑AjIj（bj，方差貢獻(xiàn)率；Fj，公因子；Aj，公因子載荷系數(shù)；Ij，標(biāo)準(zhǔn)化后指標(biāo)數(shù)據(jù)），計(jì)算綜合因子F得分，F(xiàn)的大小反映土壤綜合肥力的高低［16］。計(jì)算結(jié)果表明，旱地、水田、林地和未利用地 F 值大小分別為0.51，0.86，0.78，0.43。因此不同土地利用方式下土壤肥力由大到小順序?yàn)椋核铮玖值兀竞档兀疚蠢玫亍?/p>

表4 不同土地利用類型因子載荷矩陣

3 結(jié)論

（1）臨沂市不同土地利用方式對(duì)OM含量具有顯著影響，而對(duì)pH、TP、TN、TK和土壤顆粒組成無顯著影響。

（2）不同土地利用方式對(duì)TP和TN之間的相關(guān)系數(shù)無影響，對(duì)其它養(yǎng)分之間的相關(guān)系數(shù)影響較大，旱地各養(yǎng)分之間的相關(guān)系數(shù)要大于水田、林地和未利用地。

（3）不同土地利用方式下土壤肥力由大到小順序?yàn)椋核铮玖值兀竞档兀疚蠢玫亍?/p>

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