紫色土區(qū)土壤質(zhì)量敏感因子空間分異特征及其對(duì)土地利用方式變化的響應(yīng)研究

楊小林，花可可，李義玲*，李太魁

1. 河南理工大學(xué)，河南 焦作 454000；2. 安徽省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料研究所，安徽 合肥 230031；3. 河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物營(yíng)養(yǎng)與資源環(huán)境研究所，河南 鄭州 450002

土壤質(zhì)量狀況作為土壤肥力、環(huán)境質(zhì)量和健康質(zhì)量的綜合量度，是土壤維持生產(chǎn)力、環(huán)境凈化能力以及保障動(dòng)植物健康能力的集中體現(xiàn)（王華等，2017），也直接關(guān)系到農(nóng)作物生產(chǎn)及糧食安全（王琪琪等，2016），可見土壤質(zhì)量的維護(hù)和提高是全球生物圈可持續(xù)發(fā)展的重要因素之一（李靈等，2011）。在自然和人為因素的作用下，土壤質(zhì)量因子具有高度的時(shí)空變異性，其變異程度與區(qū)域氣候狀況、成土母質(zhì)、土壤類型、土地利用、水土流失狀況以及人為干擾強(qiáng)度密切相關(guān)（Al-kaisi et al.，2005）。其中，土地利用是人類干預(yù)土壤質(zhì)量最直接、最重要的活動(dòng)（李靈等，2011），通過影響土壤有機(jī)物輸入（郭焱培等，2017；Yu et al.，2014）、冠層結(jié)構(gòu)（Finzi et al.，1998）、土壤水分和養(yǎng)分遷移（Sakin，2014；Six et al.，2014），進(jìn)而改變土壤養(yǎng)分循環(huán)強(qiáng)度、總量和路徑，最終影響土壤性質(zhì)和質(zhì)量狀況（胡堯等，2018）。合理的土壤地利用方式可改善土壤結(jié)構(gòu)，提高土壤質(zhì)量、改善土壤環(huán)境和生產(chǎn)力，而不合理的土地利用方式則會(huì)導(dǎo)致土壤質(zhì)量下降，加速水土流失和土壤退化等（Lal et al.，1999；傅伯杰等，2014）。因此，開展區(qū)域土壤質(zhì)量因子與土地利用方式的響應(yīng)關(guān)系研究，可定量評(píng)估區(qū)域土地利用方式變化對(duì)土壤質(zhì)量因子的影響，也為區(qū)域土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化、維護(hù)及土壤質(zhì)量狀況改善提供科學(xué)依據(jù)。

目前，有關(guān)土壤質(zhì)量因子研究，對(duì)象多集中在林地、草地、灌叢、濕地、耕地等，研究?jī)?nèi)容多集中在土壤質(zhì)量因子的空間變異特征、影響因素以及土壤質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)等方面（楊文煥等，2018；王艷芳等，2018；王玉紅等，2017；楊建宇等，2018）。研究方法多采用野外調(diào)查、模型模擬、遙感技術(shù)、GIS空間分析技術(shù)與地統(tǒng)計(jì)學(xué)分析等（Kumhálová et al.，2011；鄧歐平等，2013；李啟權(quán)等，2013）。如江葉楓等（2018）利用地統(tǒng)計(jì)學(xué)方法對(duì)余干縣耕地土壤質(zhì)量因子的時(shí)空變異特征及其影響因素進(jìn)行分析；Gelaw et al.（2014）與 Wang et al.（2016）認(rèn)為土壤養(yǎng)分含量與儲(chǔ)量狀況的空間變異與土地利用類型密切相關(guān)。已有研究表明，土壤生態(tài)過程與植被類型、景觀類型、群落結(jié)構(gòu)之間存在顯著的相關(guān)關(guān)系（朱新玉，2015；童笑笑等，2018），且土壤質(zhì)量因子與自然景觀過程具有較好的耦合關(guān)系，土壤生態(tài)過程的改變是景觀過程演變的重要?jiǎng)恿?，同時(shí)景觀格局變化進(jìn)一步影響土壤生態(tài)要素的改變（張華兵，2013a）。張華兵（2013b）研究發(fā)現(xiàn)自然條件下濕地土壤的理化性質(zhì)與地表植被之間存在密切關(guān)系，而且水分和鹽度是濕地植被群落演替的關(guān)鍵控制因子。上述研究多從宏觀方面分析了不同區(qū)域不同對(duì)象的土壤質(zhì)量因子空間變異特征與影響因素，以及自然條件下植被類型、景觀類型、群落結(jié)構(gòu)等與土壤質(zhì)量因子（特別是濕地生態(tài)系統(tǒng)）的耦合關(guān)系，缺少土壤質(zhì)量因子與土地利用方式變化之間響應(yīng)關(guān)系研究，特別是紫色土區(qū)土壤質(zhì)量因子與土地利用方式之間的響應(yīng)關(guān)系鮮見報(bào)道，難以揭示該區(qū)域土地利用方式變化對(duì)土壤質(zhì)量的影響，也無法指導(dǎo)區(qū)域土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化、土壤質(zhì)量維護(hù)和提高以及水土流失控制等方面的研究。

紫色土區(qū)是長(zhǎng)江上游最重要的土地資源之一，20世紀(jì)50年代起毀林、開荒對(duì)天然林破壞嚴(yán)重。地勢(shì)較低處的林地、灌叢等多被開墾為坡耕地和水田，隨著灌溉設(shè)施逐漸完善，地勢(shì)低洼地帶的坡耕地又逐漸改造成水旱輪作田；地勢(shì)較高的區(qū)域，70－80年代人工恢復(fù)種植柏木（Cupressus funebri）林?，F(xiàn)今該區(qū)域土地利用類型以人工林、坡耕地、水旱輪作田以及水田等為主。由于人類不合理的干擾活動(dòng)，該區(qū)域土地利用方式變化顯著，自然植被破壞嚴(yán)重，加之區(qū)域地形地貌復(fù)雜多變，土地利用方式多樣化、碎片化特征顯著，土地利用不合理導(dǎo)致土地退化、水土流失、水環(huán)境惡化等成為困擾該區(qū)的主要環(huán)境問題。為此，針對(duì)紫色土區(qū)開展了很多土壤理化性質(zhì)及空間變異、生物特性、水土流失風(fēng)險(xiǎn)等方面的研究，但紫色土區(qū)復(fù)雜的土地利用方式變化與土壤質(zhì)量因子之間的響應(yīng)關(guān)系還不清楚。本研究從地學(xué)角度出發(fā)，采用主成分分析與典范對(duì)應(yīng)分析等方法，結(jié)合GIS技術(shù)，建立紫色土區(qū)流域尺度的土壤質(zhì)量主要敏感因子與土地利用方式的響應(yīng)關(guān)系，探討該區(qū)域土地利用方式變化對(duì)土壤質(zhì)量因子的影響，旨在為紫色土區(qū)土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化，土壤生產(chǎn)力和生態(tài)功能的維護(hù)和提高提供參考。

圖1 萬安小流域土地利用方式和采樣點(diǎn)分布圖Fig.1 Land use map of the study area and soil sampling sites

1 研究區(qū)域與方法

1.1 研究區(qū)域

本研究選擇四川省鹽亭縣林山鄉(xiāng)的萬安小流域?yàn)檠芯繉?duì)象（圖1），該區(qū)屬于中亞熱帶季風(fēng)氣候，年均氣溫17.3 ℃，多年平均降水量為826 mm。土壤類型以石灰性紫色土和水稻土為主，成土速度快，土層較薄，水土流失十分嚴(yán)重。研究區(qū)海拔介于380－680 m，總面積為12.10 km2，其中林地占44.5%，果園占0.2%，旱地占38.3%，水旱輪作田與水田共占12.0%，居民點(diǎn)占3.3%，道路和坑塘等其他用地占 1.7%（圖 1）。流域土地利用類型分布與地形密切相關(guān)，其中，水旱輪作田與水田主要分布于流域低洼處，旱地主要集中于丘陵中部，而林地主要分布于丘陵中上部，果園零星分布于居民點(diǎn)周邊（均為家庭小面積果園，并無特殊人工管理）。林地為上世紀(jì) 70－80年代人工恢復(fù)的柏木林（Cupressus funebri），林下灌木主要有黃荊（Vitex negundo）、馬桑（Coriaria sinica）、刺梨（Rosa roxburghii）等，草本多為禾本科（Gramineae）、莎草科（Cyperaceae）、菊科（Compositae）、唇形科（Labiatae）和豆科（Leguminosae）等植物。水旱輪作田和旱地5－9月分別種植水稻（Oryza sativa L.）和玉米（Zea mays L.），10月至次年4月分別種植油菜（Brassica campestris L.）和小麥（Triticum aestivum L.）。研究區(qū)大多農(nóng)戶分別于5月底和10月底對(duì)作物進(jìn)行一次性集中施肥，少數(shù)農(nóng)戶會(huì)在作物種植后45 d左右對(duì)其進(jìn)行追肥，氮肥、磷肥和鉀肥年施用量大約分別為 330 kg·hm-2N、180 kg·hm-2P2O5和 72 kg·hm-2K2O。

1.2 研究方法

1.2.1 樣品采集與分析

結(jié)合萬安小流域土地利用圖，依據(jù)土地利用類型變化確定林地、果園、旱地、水旱輪作田、水田共計(jì)276個(gè)采樣點(diǎn)，其中小流域3個(gè)典型支溝小流域（亞流域）按照大約10 m的間距布置樣點(diǎn)，其他區(qū)域按照土地利用方式的變化隨機(jī)布置樣點(diǎn)（圖1）。為減少人為施肥對(duì)研究結(jié)果的干擾，提高土壤樣品的代表性，故在冬季作物收獲季（4月）采集土壤樣品。由于紫色土區(qū)土層較淺，特別是林地土壤深度大多在10－20 cm之間，為保持不同土地利用類型土壤樣品采集深度一致，采樣過程中按照“蛇形”法采集各樣點(diǎn)0－15 cm的表層土壤，裝入自封袋中制成混合樣品帶回實(shí)驗(yàn)室，并分成2份。1份揀出土樣中石塊、動(dòng)植物殘?bào)w等雜物，風(fēng)干、碾磨，過0.149 mm篩后，裝入自封袋備用，用于測(cè)定土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷等指標(biāo)；一份鮮樣冷凍保存，用于測(cè)定土壤銨態(tài)氮、硝態(tài)氮等指標(biāo)，測(cè)定前解凍并過2 mm篩。此外，利用4.8 cm直徑的環(huán)刀采集樣品，并裝于鋁盒中帶回實(shí)驗(yàn)室于105 ℃烘箱中干燥48 h并稱重，獲得土壤容重（SBD）和含水量（WC）數(shù)據(jù)。

1.2.2 土壤質(zhì)量敏感因子描述性統(tǒng)計(jì)分析

運(yùn)用SPSS 13.0分析土壤質(zhì)量敏感因子數(shù)據(jù)的均值、標(biāo)準(zhǔn)差和變異系數(shù)，并采用單因素方差分析檢驗(yàn)不同土地利用方式條件下土壤質(zhì)量敏感因子的差異性。

1.2.3 土壤質(zhì)量敏感因子地統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

采用地統(tǒng)計(jì)分析方法分析土壤質(zhì)量因子的空間變異特征。首先，運(yùn)用 GS+7.0對(duì)采樣點(diǎn)的土壤質(zhì)量因子數(shù)據(jù)進(jìn)行半方差分析，利用不同的半方差模型進(jìn)行擬合，選取最合適的擬合模型。然后，運(yùn)用ArcGIS 10.0的Geostatistical Analyst模塊，選擇Ordinary Kriging空間插值法生成土壤質(zhì)量敏感因子空間分布圖。

1.2.4 土壤質(zhì)量敏感因子與土地利用方式相關(guān)關(guān)系分析

由于土壤質(zhì)量因子變量較多，傳統(tǒng)線性相關(guān)分析受到限制，本研究采用能夠結(jié)合多個(gè)土壤質(zhì)量因子的主成分分析法（PCA）和典范對(duì)應(yīng)分析法（CCA）分析流域土壤質(zhì)量因子與土地利用方式變化之間的響應(yīng)關(guān)系。但在土壤質(zhì)量因子與土地利用方式之間關(guān)系的分析過程中，由于土地利用方式屬于定性變量，需要進(jìn)行合理賦值方能進(jìn)行定量分析，故在定量分析時(shí)，將旱地、水旱輪作田、水田、林地、果園5種土地利用方式分別設(shè)置成5個(gè)虛擬變量，并進(jìn)行0和1啞變量賦值，將土地利用方式由定性變量轉(zhuǎn)化為能進(jìn)行CCA分析的定量變量。

在進(jìn)行土地利用方式與土壤質(zhì)量因子關(guān)系排序時(shí)（CCA排序分析），首先采用主成分分析法建立新的主成分變量作為土壤質(zhì)量因子解釋變量，土地利用方式作為響應(yīng)變量，運(yùn)用典范對(duì)應(yīng)分析法分析它們之間的關(guān)系和空間分布規(guī)律。本研究運(yùn)用Excel 2010進(jìn)行描述性統(tǒng)計(jì)分析，SPSS 19.0軟件進(jìn)行主成分分析、方差分析和LSD（P＜0.05）多重比較分析；運(yùn)用Canoco for Windows 5進(jìn)行CCA排序分析和作圖，具體方法參照文獻(xiàn)（Lep? et al.，2003）。

森林旅游資源一直處于待開發(fā)狀態(tài)，黎苗文化的挖掘和傳承工作也不盡如人意，沒有找到一條可行的文化創(chuàng)新之路，將森林、生態(tài)、黎苗文化等瓊中最具競(jìng)爭(zhēng)力的旅游資源整合展示及塑造，使之成為海南特有的旅游產(chǎn)品；同時(shí)，將一些保存完好和具有開發(fā)價(jià)值的傳統(tǒng)手工藝品及其技術(shù)、民間藝術(shù)以及傳統(tǒng)節(jié)日等加以保護(hù)和利用，使它們能傳承下去，為今后海南旅游的持續(xù)發(fā)展增添活力和魅力。以此激發(fā)游客發(fā)現(xiàn)海南本土文化美的熱情。人文資源的保護(hù)首先要提高居民的保護(hù)意識(shí)，主要依賴當(dāng)?shù)鼐用褡杂X地做好人文資源的保護(hù)工作，否則難以取得實(shí)效。

2 結(jié)果與分析

2.1 流域土壤質(zhì)量敏感因子空間分異特征

由表1可知，水田的STN、AN、SOM和WC的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為(1.30±0.22) g·kg-1、(10.07±6.31)mg·kg-1、(19.73±3.45) g·kg-1和 40.82%±4.86%，均普遍高于其他土地利用類型（P＜0.05）；水旱輪作田和旱地的 NN 質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為(41.22±21.69)、(24.22±10.61) mg·kg-1，亦顯著高于林地(12.58±8.40)mg·kg-1、 水 田 (11.21±13.42) mg·kg-1和 果 園(6.24±2.80) mg·kg-1（P＜0.05）；水田(0.78±0.11)g·kg-1、 水 旱 輪 作 田 (0.71±0.13) g·kg-1、 旱 地(0.71±0.14) g·kg-1土壤 STP 含量明顯高于林地(0.48±0.15) g·kg-1和果園(0.51±0.11) g·kg-1；林地和果園SBD顯著高于其他土地利用類型（P＜0.05），在土地利用方式上表現(xiàn)為果園＞林地＞水旱田＞旱地＞水田。其中，由于長(zhǎng)期處于淹水環(huán)境同時(shí)受人為耕作熟化的影響（張文菊等，2005），水田表層土壤容重最小，僅為1.00 g·cm-2?？傮w上，水田、水旱輪作田以及旱地等土壤養(yǎng)分水平相對(duì)較高，林地和果園相對(duì)較低。

本研究采用 Kriging空間插值法對(duì)土壤質(zhì)量主要敏感因子進(jìn)行空間插值，以便更直觀地顯示土壤質(zhì)量敏感因子的空間變化趨勢(shì)。如圖2所示，STN和SOM的空間變異規(guī)律相似，流域低洼處和中上部含量較高，而流域中部區(qū)域含量相對(duì)較低；土壤STP和NN的高值區(qū)主要集中在流域低洼處和中部區(qū)域；AN和WC的高值區(qū)主要位于流域低洼處；而 SBD的高值區(qū)和低值區(qū)都集中在流域低洼處，這與水旱輪作田和水田都集中在低洼處有關(guān)。

表1 流域土壤性質(zhì)指標(biāo)Table1 Statistical characteristic of soil properties

表2 土壤質(zhì)量敏感因子主成分載荷矩陣Table2 Component matrix loading of soil quality sensitive factor

2.2 土壤質(zhì)量敏感因子主成分分析

采用SPSS軟件中的Zscore方法對(duì)土壤質(zhì)量敏感因子數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，然后進(jìn)行主成分分析，在特征值大于1的情況下抽取3個(gè)主成分（表2）。前 3個(gè)主成分的方差貢獻(xiàn)率分別為 36.455%（P1）、30.202%（P2）和 18.691%（P3），累積貢獻(xiàn)率為85.347%，且公因子方差均超過了0.6，說明抽取的3個(gè)新的公因子對(duì)土壤質(zhì)量因子的變量解釋程度超過了85%。以x1－x7分別表示各土壤質(zhì)量因子指標(biāo)，根據(jù)因子主成分分析得分系數(shù)，可得到如下3個(gè)主成分表達(dá)式：

根據(jù)以上各主成分的構(gòu)成和各土壤質(zhì)量因子主成分分析載荷可知，對(duì)于主成分P1，AN和WC的貢獻(xiàn)率最高，分別為0.871和0.859，其他因子貢獻(xiàn)率較小。因此，可以將主成分P1作為AN、WC、SBD的代表，但是SBD與WC和AN的相關(guān)方向是相反的。STN和SOM在主成分P2中的貢獻(xiàn)率顯著高于其他因子指標(biāo)，分別為0.926和0.940，說明主成分P2主要代表SOM和STN；STP和NN在主成分P3的載荷顯著大于其他質(zhì)量因子，因此P3主要代表土壤總磷和硝態(tài)氮。

2.3 基于CCA的土壤質(zhì)量敏感因子與土地利用方式的響應(yīng)關(guān)系

圖2 萬安小流域土壤質(zhì)量主要敏感因子空間分布（a－g）與流域地形圖（h）Fig.2 Spatial distribution of soil quality sensitive factors (a-g) and digital elevation model (h) of studied catchment

主成分與土地利用方式的CCA排序結(jié)果顯示，土地利用方式解釋了總變量的85.35%，蒙特卡洛檢驗(yàn) P=0.002（Monte Carlo test 499，F(xiàn)=72.334），表明排序軸在統(tǒng)計(jì)學(xué)上是具有顯著性的。由于主成分與土地利用方式CCA排序圖（圖3）和土壤質(zhì)量敏感因子與采樣點(diǎn)CCA排序圖（圖4）具有高度的一致性，說明主成分能夠很好地反映土壤質(zhì)量敏感因子與土地利用方式之間的響應(yīng)關(guān)系。主成分與土地利用方式之間對(duì)應(yīng)分析特征值總和為 4，第一主軸特征值為0.853，占總特征值的比例為31.33%，第二主軸特征值為0.750，占總特征值的28.75%。第一、第二主軸能夠累積解釋主成分與土地利用方式關(guān)系總變異的 60.08%。在主成分與土地利用方式CCA排序圖上，對(duì)主成分射線延長(zhǎng)，將土地利用方式點(diǎn)投影于射線上，沿著主成分箭頭方向因子變量值增大，也反映了主成分與土地利用方式之間相關(guān)性增強(qiáng)。圖 3表明，主成分 P1（代表 AN、WC、SBD）與水田的相關(guān)性最大，其次依次為水旱輪作田、旱地、林地和果園。代表STN和SOM的主成分P2與水田的相關(guān)性最強(qiáng)，與旱地的相關(guān)性最弱。代表STP和NN的主成分P3與水旱輪作田的相關(guān)性最強(qiáng)，其次依次是旱地、水田、果園和林地。

土地利用方式點(diǎn)之間的距離代表了它們之間相似度的強(qiáng)弱，從圖3可以看出，旱地與水旱輪作田、林地與果園之間的距離均較小，而水田與其他土地利用方式距離較遠(yuǎn)，說明了水旱輪作田與旱地以及林地與果園土壤質(zhì)量敏感因子相似度較高，而水田的表層土壤質(zhì)量敏感因子與其他土地利用方式相似度較低。從主成分與土地利用方式 CCA排序圖（圖3）可看出，5種土地利用方式分別位于4個(gè)不同象限，也說明不同土地利用方式具有不同的土壤物理化學(xué)性質(zhì)組合特征。水田位于第四象限，與代表 AN和土壤物理性質(zhì)的 P1和代表 STN和SOM的P2呈正相關(guān)，與代表STP和NN的P3呈負(fù)相關(guān)，說明AN和土壤有機(jī)質(zhì)含量較高是水田的重要特征。位于第三象限的果園和林地與 P2呈正相關(guān)，與P1和P3呈負(fù)相關(guān)，說明林地和果園土壤具有較高有機(jī)質(zhì)、低氮磷養(yǎng)分含量的特征。水旱輪作田與旱地分別位于第一和第二象限邊界處，且與P3呈正相關(guān)，與 P2呈負(fù)相關(guān)，P1呈弱負(fù)相關(guān)，說明STP、NN含量較高是水旱輪作田與旱地的重要特征。由土壤質(zhì)量因子與土地利用方式的 CCA排序圖（圖 5）可知，不同土地利用方式與土壤質(zhì)量因子間存在著不同的相關(guān)關(guān)系，也說明土地利用方式的變化將導(dǎo)致各土壤質(zhì)量因子水平發(fā)生響應(yīng)變化。

圖3 主成分與土地利用方式CCA排序圖Fig.3 Ordination diagram for CCA of the relationship between principal components and land uses

圖4 土壤質(zhì)量敏感因子與采樣點(diǎn)CCA排序圖Fig.4 Ordination diagram for CCA of the relationship between the soil quality sensitive factors and sampling points

圖5 土壤質(zhì)量敏感因子與土地利用方式CCA排序圖Fig.5 Ordination diagram for CCA of the relationship between the soil quality sensitive factors and land uses

3 討論

通過對(duì)川中紫色土區(qū)不同土地利用方式的土壤質(zhì)量主要敏感因子狀況的調(diào)查分析發(fā)現(xiàn)，土地利用方式對(duì)土壤質(zhì)量敏感因子水平的空間變異影響顯著（P＜0.05）。依據(jù)第二次全國(guó)土壤普查分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（全國(guó)土壤普查辦公室，1992），如表1和表3所示，本研究區(qū)域的水田、水旱輪作田、林地和果園的土壤STN的平均值處于中等水平（1.0－1.5 g·kg-1），旱地的土壤STN處于缺乏水平（0.75－1.0 g·kg-1）；水田、水旱輪作田和旱地的土壤STP處于中等水平（0.6－0.8 g·kg-1），而林地和果園的土壤STP水平處于缺乏水平（0.4－0.6 g·kg-1）；對(duì)于土壤有機(jī)質(zhì)而言，水田、水旱輪作田、林地和果園處于缺乏水平（10.0－20.0 g·kg-1），旱地處于很缺乏水平（6.0－10.0 g·kg-1）。由于川中丘陵區(qū)以中、淺切割的丘陵地貌為主，且紫色土屬典型的幼齡土，土層淺薄，顆粒粗，保水肥能力差，加之區(qū)域內(nèi)年降雨量分布不均，水土流失十分嚴(yán)重（鄧歐平等，2013），導(dǎo)致紫色土區(qū)土壤養(yǎng)分狀況總體不佳。

表3 第二次全國(guó)土壤普查分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)Table3 Grading standard of the second national soil survey

本研究通過 Kriging空間插值法對(duì)土壤質(zhì)量主要敏感因子進(jìn)行空間插值，直觀顯示了土壤質(zhì)量敏感因子的空間變化特征（圖2）。其中，流域低洼處和中上部土壤STN和SOM含量較高，而流域中部區(qū)域含量相對(duì)較低。土壤STP、AN、NN等的高值區(qū)主要集中在流域低洼處和中部區(qū)域?？傮w上，流域土壤質(zhì)量主要敏感因子水平呈現(xiàn)低洼處＞中部區(qū)域＞頂部區(qū)域的趨勢(shì)。這種分布趨勢(shì)與研究區(qū)的土地利用方式密切相關(guān)，即水旱輪作田與水田主要分布于流域低洼處，旱地主要集中于丘陵中部，而林地主要分布于丘陵中上部，故應(yīng)將流域中上部區(qū)域作為土壤質(zhì)量維護(hù)和改善的重點(diǎn)區(qū)域，即將旱地和林地列為流域土壤質(zhì)量管理的重點(diǎn)對(duì)象。

20世紀(jì)50－70年代末，研究區(qū)域天然林被大規(guī)模采伐，涵養(yǎng)水源能力降低，水土流失加劇，造成土壤養(yǎng)分流失嚴(yán)重，土層變薄，養(yǎng)分來源減少（程歡等，2018）。封育造林后植被有了較好恢復(fù)，但人工林多為柏木林，針葉凋落物纖維素、半纖維素含量高，凋落物分解緩慢（李靈等，2011），且林齡較短，也限制了土壤有機(jī)物的輸入總量。此外，林地土壤磷主要來源于長(zhǎng)期巖石風(fēng)化形成的礦物質(zhì)，研究區(qū)土壤母質(zhì)以砂巖、碳酸鹽巖、殘坡積物及第四系更新統(tǒng)沉積物等為主，造成土壤磷素來源有限（程歡等，2018），加之林地多位于流域中上部，坡度較陡，水土流失嚴(yán)重，導(dǎo)致林地的STN、SOM、STP等土壤養(yǎng)分含量較低，這將不利于林地植被群落的更新和演替，也限制了其土壤生產(chǎn)力的自我恢復(fù)，未來可加強(qiáng)林地落葉闊葉樹種的種植和更新，提高土壤有機(jī)物輸入量和土壤涵養(yǎng)能力，維護(hù)和改善林地土壤質(zhì)量狀況；研究區(qū)水田和水旱輪作田由于秸稈還田量較高，有機(jī)質(zhì)輸入量較大，且長(zhǎng)期處于淹水和干濕交替環(huán)境中，耕作層的有機(jī)質(zhì)易于累積（羅由林等，2016）。此外，人為磷肥施用量大，且水田和水旱輪作田地勢(shì)低平，土壤養(yǎng)分不易遷移，致使水田和水旱輪作田的STN、STP和SOM等養(yǎng)分含量較高。由于秸稈的收割與焚燒降低了旱地土壤有機(jī)質(zhì)輸入，而且人為耕作改變了土壤通透性和孔隙度，促進(jìn)了表層土壤有機(jī)物的分解和礦化，加速氮素的流失，導(dǎo)致旱地土壤STN和SOM含量較低，而區(qū)域人為磷肥的大量施用使得其土壤磷素水平高于林地。

前人研究多發(fā)現(xiàn)林地由于植被覆蓋率較高，枯枝落葉量大，同時(shí)人為干擾小，因此有機(jī)質(zhì)易于積累，土壤有機(jī)質(zhì)和STN含量較高，而耕地受人為耕作、施肥、澆水等因素干擾強(qiáng)烈，土壤酶活性以及微生物活動(dòng)活躍，枯枝落葉少且易分解、易消耗導(dǎo)致土壤有機(jī)質(zhì)、全氮等含量較低（Xu et al.，2016；胡堯等，2018）。土地利用變化可引起陸地生態(tài)以及生物地球化學(xué)循環(huán)過程的變化，導(dǎo)致土壤性質(zhì)和土地生產(chǎn)力變化，影響土壤質(zhì)量和土壤環(huán)境變遷（Ngo-Mbogba et al.，2015）。如天然林地轉(zhuǎn)變?yōu)榇紊趾蠼档土送寥烙袡C(jī)質(zhì)（Van Straaten et al.，2015），土壤氮、速效磷（Guillame et al.，2016），提高了土壤容重（Nurulita et al.，2015），導(dǎo)致土壤質(zhì)量嚴(yán)重退化；天然林變?yōu)榇紊?、灌叢、耕地后土壤有機(jī)碳、全氮、容重等多表現(xiàn)為天然林＞次生林＞人工林＞灌叢＞耕地（董云中等，2014；Gelaw et al.，2014；張忠啟等，2015）。本研究通過主成分分析和典范對(duì)應(yīng)分析，發(fā)現(xiàn)土壤質(zhì)量主要敏感因子變量與土地利用方式之間存在著有序關(guān)系，說明土地利用方式的改變也將會(huì)導(dǎo)致土壤質(zhì)量敏感因子的變化。由于主成分 P1（代表 AN、SBD、WC）與土地利用方式之間相關(guān)性排序?yàn)椋核铮舅递喿魈铮竞档兀玖值兀竟麍@；主成分P2（STN和SOM）與土地利用方式之間相關(guān)性排序?yàn)椋核铮舅递喿魈铮玖值兀竟麍@＞旱地；主成分 P3（STP和 NN）與土地利用方式之間相關(guān)性排序?yàn)椋核递喿魈铮竞档兀舅铮玖值兀竟麍@。結(jié)果表明，研究區(qū)域天然林被毀林、開荒成旱地降低了 SOM、STN含量，而水旱輪作田和水田對(duì)保持土壤質(zhì)量狀況具有積極作用。同時(shí)，人為耕作、施肥導(dǎo)致耕地的STP、AN、NN等養(yǎng)分含量升高?，F(xiàn)有各土地利用類型土壤主要敏感因子狀況的差異，說明土壤質(zhì)量因子很好地響應(yīng)了研究區(qū)域過去土地利用方式的變化，這也為區(qū)域土地資源的合理利用、土地利用結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，提高紫色土區(qū)土壤生產(chǎn)力和生態(tài)功能，特別是減輕區(qū)域水土流失狀況提供依據(jù)。

本文采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)、因子分析和典范對(duì)應(yīng)分析等方法分析了土壤質(zhì)量主要敏感因子與土地利用方式的響應(yīng)關(guān)系，分析得出土地利用方式變化是紫色土區(qū)土壤質(zhì)量因子空間變異的重要驅(qū)動(dòng)力。然而，區(qū)域土壤質(zhì)量因子的空間變異受眾多要素影響，如地形地貌條件、降水及水文條件、成土母質(zhì)條件及人為干擾等，如何更加全面綜合評(píng)估不同要素條件對(duì)土壤質(zhì)量因子空間變異的影響，仍需進(jìn)一步深入研究。

4 結(jié)論

通過對(duì)紫色土丘陵區(qū)不同土地利用方式下土壤質(zhì)量主要敏感因子狀況調(diào)查分析發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)內(nèi)土地利用方式深刻影響著土壤質(zhì)量狀況：

（1）依據(jù)第二次全國(guó)土壤普查分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，研究區(qū)土壤養(yǎng)分總體狀況不佳。而且，研究區(qū)域土地利用類型的空間分布特征與土壤質(zhì)量主要敏感因子的空間分布特征一致。總體上，流域土壤質(zhì)量主要敏感因子水平呈現(xiàn)低洼處＞中部區(qū)域＞頂部區(qū)域的趨勢(shì)，可將流域中上部區(qū)域的旱地和林地作為土壤質(zhì)量改善和提高的重點(diǎn)對(duì)象。

（2）主成分分析和典范對(duì)應(yīng)分析表明土壤質(zhì)量主要敏感因子能較好地響應(yīng)土地利用方式的變化，說明通過區(qū)域土地資源的合理利用、土地利用結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，可改善土壤質(zhì)量因子狀況，進(jìn)而恢復(fù)和提高紫色土區(qū)土壤生產(chǎn)力和生態(tài)功能。