宜昌典型土壤养分含量及相关分析

宜昌典型土壤养分含量及相关分析

摘要:分析了宜昌13个典型土壤剖面土壤有机质､全氮､全磷的含量及其与环境因子的相关关系｡结果表明,宜昌土壤表层有机质､全氮､全磷含量表现出显著的水平分异特征,并且在10~20 cm土层变异性达到最大,变异系数分别为94.2%､72.6%､63.1%｡整体上各土层土壤养分变异系数随剖面深度增加呈减小的趋势｡大部分土壤全氮与有机质的消长趋势基本一致,并表现出从表层往下减少的趋势,尤其以黄棕壤与棕壤最为典型,全磷沿土壤剖面没有明显的变化规律｡棕壤､黄棕壤和水稻土的有机质､全氮含量较为丰富,主要与地表植被､气候条件､土壤结构､人工有机肥料投入等因素有关｡土壤有机质､全氮均与土壤含水量呈显著正相关,与土壤容重呈显著负相关,与土壤质地没有明显相关性｡土壤全磷含量与土壤有机质､全氮含量没有明显相关性,主要与土壤母质磷素矿物含量及土壤自身的发育过程有关｡黄壤与红壤的土壤养分含量较低,与土壤自身发育过程及不合理的开发利用活动有关｡

关键词:土壤养分;有机质;全氮;全磷;相关分析;宜昌

土壤有机质是表征土壤质量的重要因子,在调节土壤理化性质､改善土壤结构､培育土壤肥力等方面有着重要作用[1,2]｡作为土壤生态系统中重要的限制性元素,土壤氮素和磷素是土壤养分的重要指标和作物生长发育所必需的营养元素,因此在生产实践中也受到广泛关注[3,4]｡受母质､气候､地形､水文､植被､生物等多种因素影响,土壤养分在不同尺度上具有显著的空间异质性特征[5-7],从区域尺度上研究土壤有机质､全氮､全磷的空间分布特征对于开展土壤质量管理､因地制宜进行农业生产布局是有必要的｡

目前开展的相关研究多集中在小尺度上,一般针对某种土壤类型或特定生态系统[8-12],而区域性研究较少,并且研究结论也因研究区域和对象不同存在较大差异,使得研究成果在应用上具有一定局限性｡为此,以宜昌为研究区,选择典型土壤剖面分析土壤有机质､全氮､全磷的空间分布特征及与环境因子的相关关系,以期为开展土壤养分的分区管理及土地资源持续利用提供一定参考｡

1 材料与方法

1.1 研究区概况

宜昌市位于湖北省西部,地理坐标为110°15′-111°52′E､29°56′-31°35′N,面积21 250.79 km2｡宜昌地处我国地势第二阶梯向第三阶梯的过渡地带,地势西高东低,西部与中部分别以山地､丘陵为主,山地､丘陵占土地总面积的89.33%,东部平原占土地总面积的10.67%｡宜昌属于温暖湿润的季风气候区,多年平均气温16~18 ℃,多年平均降水量983~1 406 mm｡境内地貌类型多样,地势起伏大,水系发育充分｡形成黄壤､黄棕壤和棕壤､红壤4个地带性土类以及紫色土､石灰(岩)土､潮土､(山地)草甸土和水稻土5个非地带性土类,其中黄壤､黄棕壤和石灰岩土的面积较大,共占宜昌市土壤面积的61.34%,红壤和草甸土的面积很小,共占宜昌市土

壤面积不到1%｡植被以亚热带常绿阔叶林为主,并有落叶阔叶林､针叶混交林以及灌草丛分布[13]｡

1.2 样品采集与处理

试验分析数据来源于宜昌市境内13个典型土壤剖面,样品采集完成于2010年8月｡样点涉及黄壤､红壤､黄棕壤､棕壤4类地带性土壤,以及非地带性土壤中的石灰岩土､潮土和水稻土｡多数样点为未受人工扰动的原状土,而农田样点避开道路与田埂(图1)｡样点选好后,沿着垂直方向开挖100 cm的土壤剖面,然后分别对0~10 cm､10~20 cm､20~40 cm､40~60 cm､60~80 cm､80~100 cm等不同深度土壤进行分层采集,并从地表往下整层均匀地采集混合样品｡共获取分层样品91个,混合样品13个,每个样品重量约为300 g｡土壤样品装袋密封,贴上标签,并做好样点信息记录,样点位置由GPS定位｡另外,每层用铝盒采集土样用于土壤含水量的测定,并用100 cm3环刀采集原状土以测定土壤容重｡

1.3 样品测定与分析方法

样品带回实验室后,先进行预处理｡在室内阴凉通风处自然干燥,然后手工去除石块､残根等杂物后用球磨机磨碎,过100目筛后装袋待测｡按照相关土壤理化指标分析标准[14],全氮的测定采用凯氏定氮法,全磷的测定采用钼锑抗比色法,有机质的测定采用重铬酸钾氧化-硫酸亚铁滴定法｡对每个测定项目测3个平行样,以保证测定结果的准确性｡采用SPSS 18.0对样本的空间分布特征进行统计学描述和分析,采用Excel 2007及Origin 7.0进行相关图表绘制｡

2 结果与分析

2.1 不同土类土壤有机质､全氮､全磷的分异特征

一般认为,土壤有机质的含量大小取决于有机物的输入与输出量｡自然土壤的有机质来源主要是土壤母质中的有机矿物和植物凋落物及其残体｡棕壤､黄棕壤的分布区与针绿阔叶混交林或常绿阔叶和落叶混交林重合,土壤发育的生物气候条件既有利于自然植被的生长,又会产生大量的有机物质输入｡尤其是山地棕壤分布区,年均气温为7.4~7.8 ℃,≥10 ℃积温只有2 000~2 298 ℃,热量偏低,雨量丰富,湿冷的环境对于土壤有机质的积累更为有利｡水稻土是经人工定性培育､熟化形成的非地带性土壤,由于较高水平的有机肥料投入和高茬禾秆还田以及良好的水分条件,水稻土表层土壤有机质含量也较丰富,仅次于棕壤和黄棕壤｡石灰岩土一般分布于低山丘陵区,湿润的气候条件､灌丛草被以及钙的凝聚作用使得土壤有机质累积量较高｡红壤､黄壤分布于山地向平原的过渡区,一般具有热量高､雨量多的特点,年均气温16.7 ℃,年均降水量在 1 200 mm以上,≥10 ℃积温可达 5 300 ℃｡传统的沟谷农业对红壤､黄壤的土壤系统破坏较为严重,造成其土壤有机质含量偏低｡土壤中的氮素主要来源于动植物的残体和生物固氮,与有机质有着相似的来源,因此全氮含量的分异特征与有机质的分布相似,并且随着植被根系分泌物以及残体输入的多少而表现出明显的差异｡土壤中的磷素主要来自土壤母质中的含磷矿物､土壤有机质及人工施用的含磷肥料｡在此次采样中,长江冲积物形

成的潮土全磷含量最高,石灰岩发育形成的石灰岩土全磷含量次之,有机质含量最高的棕壤全磷含量排第三位｡2.2 不同层次土壤有机质､全氮､全磷含量及其变异性

2.3 土壤有机质､全氮､全磷的垂直分布特征

2.4 土壤理化性质间的相关性

3 小结

1)宜昌地区土壤表层有机质､全氮､全磷含量表现出显著的分异特征｡按照不同土壤类型,0~20 cm土层土壤有机质的排序结果为棕壤>黄棕壤>水稻土>石灰岩土>红壤>潮土>黄壤,土壤全氮与有机质的排序结果基本一致,土壤全磷的排序结果为潮土>石灰岩土>棕壤>水稻土>黄壤>红壤>黄棕壤｡

2)土壤有机质､全氮､全磷均在10~20 cm土层的变异程度最大,变异系数分别为94.2%､72.6%､63.1%,并且各土层土壤养分变异系数随剖面深度增加呈减小的趋势｡

3)根据各采样点的环境特征及相关分析,宜昌地区不同类型土壤的有机质､全氮含量差异主要与地表植被､气候条件､土壤结构､人工有机肥料投入等因素有关,与土壤质地关系不大｡土壤全磷含量与土壤有机质､全氮含量没有明显相关性,主要与土壤母质磷素矿物含量及土壤自身的发育过程有关｡

4)不同类型土壤养分的垂直分布特征各异｡除潮土外,其他类型土壤全氮与有机质的消长趋势基本一致｡大部分土壤全氮与有机质均表现出从表层往下减少的趋势,以黄棕壤与棕壤较为典型,但各类型土壤养分含量变化的转折点不同｡土壤全磷沿剖面没有明显的变化规律｡

5)较差的自然条件以及人类不合理的利用活动,导致红壤与黄壤各土壤养分含量均较低｡应因地制宜地安排农业生产活动,并通过分区治理和相关水保措施,遏制土壤退化趋势,提高红壤与黄壤分布区土壤的生产性能｡

参考文献:

[1] 蒋勇军,袁道先,谢世友,等.典型岩溶流域土壤有机质空间变异——以云南小江流域为例[J].生态学报,2007,27(5):2040-2047.

[2] 杨东,刘强.基于GIS和地统计学的张掖市甘州区土壤全氮､有机质的空间变异特征分析[J].土壤通报,2011,42(3):593-597.

[3] 陈伏生,曾德慧.耕种对沙地土壤全磷空间变异性的影响[J]. 中国环境科学,2005,25(增刊):85-88.