新疆精河流域不同土地利用方式對土壤質量的影響

胡江玲，張 高，趙 楓，王雪梅

（新疆師范大學 地理科學與旅游學院，烏魯木齊830054）

土壤質量是農業可持續發展的根本保證。土地利用則是人類干預土壤質量最重要、最直接的活動，人類通過不同的利用方式干預和調整土壤的生物地球化學循環的方向、變化速率以及地表物質再分配過程，從而使土壤質量發生變化［1］。合理的土地利用可以改善土壤結構、增強土壤對外界環境變化的抵抗力［2－3］，維持和提高土壤（土地）質量；不合理的土地利用則會導致土壤質量下降［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土壤質量的影響已成為國內外研究的熱點。

選取干旱環境背景下的精河流域為研究區，針對不同的土地利用方式，測試分析土壤養分和土壤含鹽量等要素的變化情況，旨在探討研究區土壤質量的差異性，以期為干旱區內陸河流域土地可持續利用與農業可持續發展工作提供現實依據與科學建議。

1 研究區域與方法

1.1 研究區概況

精河流域是新疆第二大生態退化區——艾比湖流域的核心區域，位于新疆西北部，天山支脈婆羅科努山北麓，準噶爾盆地西南邊緣，東臨奎屯河流域，西接博爾塔拉河流域，是艾比湖水量補給水源之一。流域有8個土類（灰棕漠土、灰漠土、灌耕土、潮土、草甸土、沼澤土、風沙土、鹽土）、13個亞類、17個土屬、36個土種和76個變種，土壤分布既有明顯的地帶性，又具有區域性（附圖9）。成土母質多為洪積物或洪積－沖積物，土壤普遍存在土層薄、土質粗、肥力貧瘠的特點。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，隨著近半個世紀水利事業的發展和灌溉面積的增加，綠洲規模不斷擴大，人類灌溉耕作活動改變了原來荒漠化成土過程的進程，加速了土壤熟化，土壤形態特征和理化特性也發生了很大的變化，生產性能得到改善。近20年來，研究區農田耕作的機械化程度逐步提高，土地利用更加集約化，使得土壤質量分布受到影響，土壤質量變化隨耕作時間的增加也表現出了一定的規律性。

1.2 研究方法

2005年9月和2006年9月，分別調查了天然綠洲、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125個（見圖1），其中天然綠洲36個（天然胡楊林11個、天然灌叢14個、天然草地11個）、人工綠洲67個（農田52個、苗圃4處、果園8個、菜地3個）、荒地15個（撂荒地7個、未利用荒地8個）和荒漠7個。每一個取樣點按梅花形取樣法取土壤表層0－20cm土壤，5個點混合為一個樣品。通過空間替代法（盡量保持所選樣地環境一致），選取人為開墾了1～2，3～4，6～8，10，15，20，30a的農田為樣地，分析農田土壤質量與耕作方式之間的關系。

圖1 土壤采樣點示意圖

1.3 測試項目及方法

本研究測定的土壤質量要素包括土壤水溶性鹽分、速效鉀、有效磷、堿解氮和有機質等指標，測定方法如表1所示。試圖通過土壤質量要素的實驗室測定數據，結合當地農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量差異。

表1 土壤理化性質的測定

2 結果與分析

2.1 土壤質量變異狀況

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

（1）參考《土地工作手冊》［7］一書中對土壤鹽漬化的分級標準，在精河流域的自然荒漠植被地帶，土壤發生了較為嚴重的鹽漬化，甚至有鹽土、鹽場分布，電導率平均可達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，從山前經洪積和沖積平原至沙漠，依次出現潛水滲漏帶、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梯度變化，即從洪積下部經沖積平原至沙漠，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，依次出現中鹽漬土－強鹽漬土－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、鹽節木群落、梭梭群落等，鹽生、旱生植物生長良好，群落的蓋度大，具有豐富的鹽生、旱生植物多樣性，因此土壤表層有機質含量相對較高。其電導率、有機質、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種利用類型的養分含量。在自然狀態下，荒漠土壤的養分含量很低，但養分含量與鹽漬化成正相關，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質含量平均為0.95%，略低于荒地（但高于荒地中的撂荒地），人工綠洲土壤有機質含量水平相對較低，主要原因是只重視施用化肥，卻忽視諸如有機肥與化肥結合使用等有利于有機質積累的耕作措施；堿解氮和有效磷含量分別達到40.27 mg／kg和16.86mg／kg，低于天然綠洲，但高于荒地的含量，這主要與農田或果園中氮、磷肥的大量施用有關；速效鉀含量為307.81mg／kg，低于荒地的含量，這是因為，雖然農作物和果樹每年都從土壤中攝取鉀，但人們普遍認為新疆土壤多鉀，只重視氮、磷肥施用，忽視鉀肥的補充，結果導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最大，高于有機質、速效鉀和堿解氮，表明有效磷含量在樣點之間的差異最大；相比于其它3種土地利用類型，天然綠洲中養分要素的變異系數較高，這是由于天然綠洲包含了林地、灌叢和草地等多種類型，土壤養分差異較大；人工綠洲各養分要素的變異系數都低于其它3種土地利用類型，這是由于近年來精河流域以棉花作為主要的農作物種植，化肥的施用水平較為一致，減少了樣點之間的養分差異。

2.2 土壤含鹽量、土壤速效養分含量的變化

2.2.1 土壤含鹽量的變化 精河流域農田土壤被開墾前，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。該區域土壤鹽化積累較強，但速度緩慢。開墾后，由于地表水和地下水發生變化，土壤鹽分動態也相應發生變化。試驗表明，在農田開墾若干年后土壤水溶性鹽分（全鹽量）含量呈現先降低后升高趨勢。主要是開墾時采用大水灌溉，將地表積鹽壓至耕層以下，造成前期土壤表層鹽分降低。后來由于長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越高。通過多項式趨勢預測模擬（見圖2），在開墾到9～10a，鹽分降至最低，耕層土壤水溶性鹽分（全鹽量）含量電導率為1.12mS／cm，而后開始上升。

圖2 土壤水溶性鹽分（全鹽量）含量與耕作時間關系

2.2.2 土壤速效養分含量的變化 本研究從有機質、速效鉀、有效磷和堿解氮幾方面進行土壤養分狀況分析，試驗結果見圖2。

分析圖2和圖3，可以得到如下結論：

（1）農田土壤質量隨著開墾年限的增加發生一定的變化趨勢。土壤水溶性鹽分（全鹽量）含量變化表現為先降低又升高的趨勢；而表示土壤養分含量的指標變化趨勢基本相似，即先增加而后開始下降，其中有機質含量變化較為明顯。主要與多年來棉花長期連作、不合理的灌溉及農田重用輕養等有關。

圖3 不同耕作時間土壤養分含量的變化

（2）不同開墾年限的農田土壤質量先升后降，達到最優化值后開始下降。開墾初期（1～2a），從近乎原始的、鹽堿嚴重的土地開荒，投入的養分、肥力不足，土壤質量情況很差。隨著農田開墾年限的增加，雜草殘體的分解促進了土壤有機質的肥效發揮，加上人為化肥、有機肥投入，土壤質量不斷優化。6～8a、10a的肥力及保肥能力均較高，土壤質量達到優化狀況。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生。同時人們對農田的重用輕養，造成土壤有機質大量消耗，各種綜合因素導致土壤質量開始退化。即在開墾10～15a，土壤質量明顯退化。

（3）這一規律的發現，有助于在農業生產中及時給予農田合理投入，以便充分利用土壤環境的最優狀態或推遲退化年限的到來，持續發揮農業生產的后勁，避免農田質量過早退化，造成減產甚至導致棄耕。

3 結論

（1）土壤鹽漬化程度出現梯度變化，即從洪積下部經沖積平原至沙漠，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，依次出現中鹽漬土－強鹽漬土－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質、速效鉀、有效磷和堿解氮平均含量均高于其它3種利用類型的養分含量。荒漠土壤的養分含量很低，但養分含量與鹽漬化成正相關，因此，防止和治理鹽漬化是提高土地生產潛力的重要手段，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）人工綠洲土壤有機質和速效鉀的含量水平相對較低，主要原因是只重視施用化肥，卻忽視諸如有機肥與化肥結合使用等有利于有機質和鉀肥積累的耕作措施。

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

此外，土壤水溶性鹽分（全鹽量）含量變化表現為先降低又升高的趨勢；而表示土壤養分含量的指標變化趨勢基本相似，即先增加而后開始下降，其中有機質含量變化較為明顯。主要與多年來棉花長期連作、不合理的灌溉及農田重用輕養等有關。

通過對精河流域不同用地類型和耕作措施對土壤質量的影響分析，揭示了現有利用方式中存在的問題，主要表現在土地利用缺乏整體規劃，土地質量下降、荒漠化嚴重，建設用地增加，土地利用效率不高等方面，希望本文能夠對實現土地持續利用的對策與建議。

［1］ 史志華，蔡崇法，王天巍，等.紅壤丘陵區土地利用變化對土壤質量影響［J］.長江流域資源與環境，2001，10（6）：537－543.

［2］ Fu B J，Chen L D，Ma K M，et al.The relationship between land use and soil conditions in the hilly area of Loess Plateau in northern Shanxi，China［J］.Catena，2000，39：69－78.

［3］ 傅伯杰，陳利頂，馬克明.黃土丘陵區小流域土地利用變化對生態環境的影響：以延安市羊圈溝流域為例［J］.地理學報，1999，54（3）：241－246.

［4］ Lal R，Mokma D，Lowery B.Relation between soil quality and erosion［C］／／Rattan Lal.Soil quality and soil erosion.Washington D C：CRC Press，1999：237－258.

［5］ Warkentin B P.The changing concept of soil quality［J］.J.Soil Water Cons，1995，50：226－228.

［6］ Crist P J，Thomas W K，John O.Assessing land－use impacts on biodiversity using an expert system tool［J］.Landscape Ecology，2000，15：47－62.

［7］ 宗樹森.土地工作手冊［M］.北京：農村讀物出版社.1987：12.