新疆精河流域不同土地利用方式對(duì)土壤質(zhì)量的影響

胡江玲，張 高，趙 楓，王雪梅

（新疆師范大學(xué) 地理科學(xué)與旅游學(xué)院，烏魯木齊830054）

土壤質(zhì)量是農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的根本保證。土地利用則是人類干預(yù)土壤質(zhì)量最重要、最直接的活動(dòng)，人類通過(guò)不同的利用方式干預(yù)和調(diào)整土壤的生物地球化學(xué)循環(huán)的方向、變化速率以及地表物質(zhì)再分配過(guò)程，從而使土壤質(zhì)量發(fā)生變化［1］。合理的土地利用可以改善土壤結(jié)構(gòu)、增強(qiáng)土壤對(duì)外界環(huán)境變化的抵抗力［2－3］，維持和提高土壤（土地）質(zhì)量；不合理的土地利用則會(huì)導(dǎo)致土壤質(zhì)量下降［4］，增加土壤侵蝕［5］，降低生物多樣性［6］。土地利用變化及其對(duì)土壤質(zhì)量的影響已成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。

選取干旱環(huán)境背景下的精河流域?yàn)檠芯繀^(qū)，針對(duì)不同的土地利用方式，測(cè)試分析土壤養(yǎng)分和土壤含鹽量等要素的變化情況，旨在探討研究區(qū)土壤質(zhì)量的差異性，以期為干旱區(qū)內(nèi)陸河流域土地可持續(xù)利用與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展工作提供現(xiàn)實(shí)依據(jù)與科學(xué)建議。

1 研究區(qū)域與方法

1.1 研究區(qū)概況

精河流域是新疆第二大生態(tài)退化區(qū)——艾比湖流域的核心區(qū)域，位于新疆西北部，天山支脈婆羅科努山北麓，準(zhǔn)噶爾盆地西南邊緣，東臨奎屯河流域，西接博爾塔拉河流域，是艾比湖水量補(bǔ)給水源之一。流域有8個(gè)土類（灰棕漠土、灰漠土、灌耕土、潮土、草甸土、沼澤土、風(fēng)沙土、鹽土）、13個(gè)亞類、17個(gè)土屬、36個(gè)土種和76個(gè)變種，土壤分布既有明顯的地帶性，又具有區(qū)域性（附圖9）。成土母質(zhì)多為洪積物或洪積－沖積物，土壤普遍存在土層薄、土質(zhì)粗、肥力貧瘠的特點(diǎn)。綠洲景觀形成之前，通常是以荒草地、鹽堿地和灌木林為主的原始荒漠景觀，隨著近半個(gè)世紀(jì)水利事業(yè)的發(fā)展和灌溉面積的增加，綠洲規(guī)模不斷擴(kuò)大，人類灌溉耕作活動(dòng)改變了原來(lái)荒漠化成土過(guò)程的進(jìn)程，加速了土壤熟化，土壤形態(tài)特征和理化特性也發(fā)生了很大的變化，生產(chǎn)性能得到改善。近20年來(lái)，研究區(qū)農(nóng)田耕作的機(jī)械化程度逐步提高，土地利用更加集約化，使得土壤質(zhì)量分布受到影響，土壤質(zhì)量變化隨耕作時(shí)間的增加也表現(xiàn)出了一定的規(guī)律性。

1.2 研究方法

2005年9月和2006年9月，分別調(diào)查了天然綠洲、人工綠洲、荒地和荒漠的4種土地利用類型。共選取土壤采樣點(diǎn)125個(gè)（見(jiàn)圖1），其中天然綠洲36個(gè)（天然胡楊林11個(gè)、天然灌叢14個(gè)、天然草地11個(gè)）、人工綠洲67個(gè)（農(nóng)田52個(gè)、苗圃4處、果園8個(gè)、菜地3個(gè)）、荒地15個(gè)（撂荒地7個(gè)、未利用荒地8個(gè)）和荒漠7個(gè)。每一個(gè)取樣點(diǎn)按梅花形取樣法取土壤表層0－20cm土壤，5個(gè)點(diǎn)混合為一個(gè)樣品。通過(guò)空間替代法（盡量保持所選樣地環(huán)境一致），選取人為開(kāi)墾了1～2，3～4，6～8，10，15，20，30a的農(nóng)田為樣地，分析農(nóng)田土壤質(zhì)量與耕作方式之間的關(guān)系。

圖1 土壤采樣點(diǎn)示意圖

1.3 測(cè)試項(xiàng)目及方法

本研究測(cè)定的土壤質(zhì)量要素包括土壤水溶性鹽分、速效鉀、有效磷、堿解氮和有機(jī)質(zhì)等指標(biāo)，測(cè)定方法如表1所示。試圖通過(guò)土壤質(zhì)量要素的實(shí)驗(yàn)室測(cè)定數(shù)據(jù)，結(jié)合當(dāng)?shù)剞r(nóng)作物輪作制度和歷史詳查資料，分析精河流域不同土地利用方式下存在的土壤質(zhì)量差異。

表1 土壤理化性質(zhì)的測(cè)定

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤質(zhì)量變異狀況

由表2可知，在不同的土地利用方式下，土壤各質(zhì)量要素狀況差異很大。可以得出如下結(jié)論：

（1）參考《土地工作手冊(cè)》［7］一書(shū)中對(duì)土壤鹽漬化的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，在精河流域的自然荒漠植被地帶，土壤發(fā)生了較為嚴(yán)重的鹽漬化，甚至有鹽土、鹽場(chǎng)分布，電導(dǎo)率平均可達(dá)2.46mS／cm。土壤水溶性鹽分（全鹽量）含量在空間分布上具有相同的變化趨勢(shì)，從山前經(jīng)洪積和沖積平原至沙漠，依次出現(xiàn)潛水滲漏帶、潛水溢出帶和散失帶，受地下水和地表水以及地表小氣候的影響，土壤鹽漬化程度出現(xiàn)梯度變化，即從洪積下部經(jīng)沖積平原至沙漠，土壤水溶性鹽分（全鹽量）含量先逐漸增加，然后在沙漠中降低，依次出現(xiàn)中鹽漬土－強(qiáng)鹽漬土－鹽土－非鹽漬土類型。

表2 不同土地利用方式下土壤質(zhì)量狀況

（2）在4種土地利用類型中，天然綠洲的植被以旱生、耐鹽甚至是鹽生的灌木、半灌木為主，主要的群落類型包括堿蓬群落、鹽爪爪群落、鹽節(jié)木群落、梭梭群落等，鹽生、旱生植物生長(zhǎng)良好，群落的蓋度大，具有豐富的鹽生、旱生植物多樣性，因此土壤表層有機(jī)質(zhì)含量相對(duì)較高。其電導(dǎo)率、有機(jī)質(zhì)、速效鉀、有效磷和堿解氮平均含量分別為2.04mS／cm、1.94%、808.34mg／kg、18.38mg／kg和57.17mg／kg，均高于其它3種利用類型的養(yǎng)分含量。在自然狀態(tài)下，荒漠土壤的養(yǎng)分含量很低，但養(yǎng)分含量與鹽漬化成正相關(guān)，這主要是受到土壤含水量與鹽生植物多樣性的影響。因此，防止和治理鹽漬化是提高土地生產(chǎn)潛力的重要手段，而利用鹽生植物資源，增加鹽成土荒漠的植被蓋度，也是改良鹽堿土土地資源的良好途徑。

（3）人工綠洲的土壤有機(jī)質(zhì)含量平均為0.95%，略低于荒地（但高于荒地中的撂荒地），人工綠洲土壤有機(jī)質(zhì)含量水平相對(duì)較低，主要原因是只重視施用化肥，卻忽視諸如有機(jī)肥與化肥結(jié)合使用等有利于有機(jī)質(zhì)積累的耕作措施；堿解氮和有效磷含量分別達(dá)到40.27 mg／kg和16.86mg／kg，低于天然綠洲，但高于荒地的含量，這主要與農(nóng)田或果園中氮、磷肥的大量施用有關(guān)；速效鉀含量為307.81mg／kg，低于荒地的含量，這是因?yàn)椋m然農(nóng)作物和果樹(shù)每年都從土壤中攝取鉀，但人們普遍認(rèn)為新疆土壤多鉀，只重視氮、磷肥施用，忽視鉀肥的補(bǔ)充，結(jié)果導(dǎo)致速效鉀含量逐年降低。

（4）在各種土地利用類型中，土壤有效磷的變異系數(shù)最大，高于有機(jī)質(zhì)、速效鉀和堿解氮，表明有效磷含量在樣點(diǎn)之間的差異最大；相比于其它3種土地利用類型，天然綠洲中養(yǎng)分要素的變異系數(shù)較高，這是由于天然綠洲包含了林地、灌叢和草地等多種類型，土壤養(yǎng)分差異較大；人工綠洲各養(yǎng)分要素的變異系數(shù)都低于其它3種土地利用類型，這是由于近年來(lái)精河流域以棉花作為主要的農(nóng)作物種植，化肥的施用水平較為一致，減少了樣點(diǎn)之間的養(yǎng)分差異。

2.2 土壤含鹽量、土壤速效養(yǎng)分含量的變化

2.2.1 土壤含鹽量的變化 精河流域農(nóng)田土壤被開(kāi)墾前，土壤鹽漬化類型和鹽分含量依氣候、地貌和地下水條件等成規(guī)律性的帶狀分布。積鹽地帶主要分布在流域中游的沖積扇緣。該區(qū)域土壤鹽化積累較強(qiáng)，但速度緩慢。開(kāi)墾后，由于地表水和地下水發(fā)生變化，土壤鹽分動(dòng)態(tài)也相應(yīng)發(fā)生變化。試驗(yàn)表明，在農(nóng)田開(kāi)墾若干年后土壤水溶性鹽分（全鹽量）含量呈現(xiàn)先降低后升高趨勢(shì)。主要是開(kāi)墾時(shí)采用大水灌溉，將地表積鹽壓至耕層以下，造成前期土壤表層鹽分降低。后來(lái)由于長(zhǎng)期灌溉又抬升地下水，鹽隨水移，又積累到耕層，致使土壤耕層鹽分含量越來(lái)越高。通過(guò)多項(xiàng)式趨勢(shì)預(yù)測(cè)模擬（見(jiàn)圖2），在開(kāi)墾到9～10a，鹽分降至最低，耕層土壤水溶性鹽分（全鹽量）含量電導(dǎo)率為1.12mS／cm，而后開(kāi)始上升。

圖2 土壤水溶性鹽分（全鹽量）含量與耕作時(shí)間關(guān)系

2.2.2 土壤速效養(yǎng)分含量的變化 本研究從有機(jī)質(zhì)、速效鉀、有效磷和堿解氮幾方面進(jìn)行土壤養(yǎng)分狀況分析，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖2。

分析圖2和圖3，可以得到如下結(jié)論：

（1）農(nóng)田土壤質(zhì)量隨著開(kāi)墾年限的增加發(fā)生一定的變化趨勢(shì)。土壤水溶性鹽分（全鹽量）含量變化表現(xiàn)為先降低又升高的趨勢(shì)；而表示土壤養(yǎng)分含量的指標(biāo)變化趨勢(shì)基本相似，即先增加而后開(kāi)始下降，其中有機(jī)質(zhì)含量變化較為明顯。主要與多年來(lái)棉花長(zhǎng)期連作、不合理的灌溉及農(nóng)田重用輕養(yǎng)等有關(guān)。

圖3 不同耕作時(shí)間土壤養(yǎng)分含量的變化

（2）不同開(kāi)墾年限的農(nóng)田土壤質(zhì)量先升后降，達(dá)到最優(yōu)化值后開(kāi)始下降。開(kāi)墾初期（1～2a），從近乎原始的、鹽堿嚴(yán)重的土地開(kāi)荒，投入的養(yǎng)分、肥力不足，土壤質(zhì)量情況很差。隨著農(nóng)田開(kāi)墾年限的增加，雜草殘?bào)w的分解促進(jìn)了土壤有機(jī)質(zhì)的肥效發(fā)揮，加上人為化肥、有機(jī)肥投入，土壤質(zhì)量不斷優(yōu)化。6～8a、10a的肥力及保肥能力均較高，土壤質(zhì)量達(dá)到優(yōu)化狀況。而后由于常年大水漫灌，造成了地下水位不斷抬升，土壤次生鹽漬化伴隨發(fā)生。同時(shí)人們對(duì)農(nóng)田的重用輕養(yǎng)，造成土壤有機(jī)質(zhì)大量消耗，各種綜合因素導(dǎo)致土壤質(zhì)量開(kāi)始退化。即在開(kāi)墾10～15a，土壤質(zhì)量明顯退化。

（3）這一規(guī)律的發(fā)現(xiàn)，有助于在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中及時(shí)給予農(nóng)田合理投入，以便充分利用土壤環(huán)境的最優(yōu)狀態(tài)或推遲退化年限的到來(lái)，持續(xù)發(fā)揮農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的后勁，避免農(nóng)田質(zhì)量過(guò)早退化，造成減產(chǎn)甚至導(dǎo)致棄耕。

3 結(jié)論

（1）土壤鹽漬化程度出現(xiàn)梯度變化，即從洪積下部經(jīng)沖積平原至沙漠，土壤水溶性鹽分（全鹽量）含量先逐漸增加，然后在沙漠中降低，依次出現(xiàn)中鹽漬土－強(qiáng)鹽漬土－鹽土－非鹽漬土類型。

（2）在4種土地利用類型中，天然綠洲的土壤表層有機(jī)質(zhì)、速效鉀、有效磷和堿解氮平均含量均高于其它3種利用類型的養(yǎng)分含量。荒漠土壤的養(yǎng)分含量很低，但養(yǎng)分含量與鹽漬化成正相關(guān)，因此，防止和治理鹽漬化是提高土地生產(chǎn)潛力的重要手段，而利用鹽生植物資源，增加鹽成土荒漠的植被蓋度，也是改良鹽堿土土地資源的良好途徑。

（3）人工綠洲土壤有機(jī)質(zhì)和速效鉀的含量水平相對(duì)較低，主要原因是只重視施用化肥，卻忽視諸如有機(jī)肥與化肥結(jié)合使用等有利于有機(jī)質(zhì)和鉀肥積累的耕作措施。

（4）人工綠洲各養(yǎng)分要素的變異系數(shù)都低于其它3種土地利用類型，這是由于近年來(lái)精河流域以棉花作為主要的農(nóng)作物種植，化肥的施用水平較為一致，減少了樣點(diǎn)之間的養(yǎng)分差異。

此外，土壤水溶性鹽分（全鹽量）含量變化表現(xiàn)為先降低又升高的趨勢(shì)；而表示土壤養(yǎng)分含量的指標(biāo)變化趨勢(shì)基本相似，即先增加而后開(kāi)始下降，其中有機(jī)質(zhì)含量變化較為明顯。主要與多年來(lái)棉花長(zhǎng)期連作、不合理的灌溉及農(nóng)田重用輕養(yǎng)等有關(guān)。

通過(guò)對(duì)精河流域不同用地類型和耕作措施對(duì)土壤質(zhì)量的影響分析，揭示了現(xiàn)有利用方式中存在的問(wèn)題，主要表現(xiàn)在土地利用缺乏整體規(guī)劃，土地質(zhì)量下降、荒漠化嚴(yán)重，建設(shè)用地增加，土地利用效率不高等方面，希望本文能夠?qū)?shí)現(xiàn)土地持續(xù)利用的對(duì)策與建議。

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