紅壤丘崗地區(qū)不同種植模式下土壤肥力狀況的研究

楊甲華，張楊珠，高菊生，和利釗，雷 盼，黃運湘，廖超林

（1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，湖南 長沙 410128；2.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院紅壤實驗站，湖南 祁陽 426182）

紅壤丘崗地區(qū)位于中亞熱帶，水熱光資源豐富，生物循環(huán)活躍、動植物資源豐富多樣，自然條件較為優(yōu)越，山、丘、崗等土地資源較多，是該地區(qū)主要的糧、棉、油、果、蔬菜生產(chǎn)基地。但是，由于氣候、地形、成土母質(zhì)等自然生態(tài)條件的限制和不合理的人類生產(chǎn)活動等的影響，目前該區(qū)土壤退化嚴重。農(nóng)林復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)能改善土壤的固、液、氣相的容積比[1]，對土壤質(zhì)量的維持和改善具有長期穩(wěn)定的作用[2]，能夠防止土壤侵蝕、提高土壤肥力、保護生物多樣性、保護生態(tài)環(huán)境等[3]。研究以紅壤丘崗區(qū)9種農(nóng)林種植模式為研究對象，通過對土壤酸化和養(yǎng)分等指標的測定與分析，篩選出能夠提高土壤肥力、改善土壤養(yǎng)分狀況的種植模式，為紅壤丘崗區(qū)農(nóng)林復(fù)合的推廣應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試土壤

土樣采集于湖南省永州市的祁陽縣和冷水灘區(qū)，均為0~20 cm的耕層混合土樣，成土母質(zhì)為第四紀紅土。然后將采回來的土樣經(jīng)編號后進行預(yù)處理；經(jīng)過風(fēng)干、混勻、磨細、過篩，分別制成10目和100目分析樣，裝瓶后供測定分析之用。具體見表1。

表1 采樣地點、種植模式基本情況

1.2 測定項目與方法

測定項目包括土壤酸堿性（以pH值表示）、有機質(zhì)、交換性酸（H+、Al3+）、CEC、ECEC，N、P、K 全量及其有效態(tài)含量，有效態(tài) Ca、Mg、S、Si含量，有效態(tài)Fe、Mn、Cu、Zn、B 等土壤理化和肥力性質(zhì)指標。pH值測定采用電位法。有機質(zhì)，全N、P、K，速效N、P、K 采用常規(guī)農(nóng)化分析方法[4]。交換性酸（H+、Al3+）采用氯化鉀交換—中和滴定法。陽離子交換量（Cation Exchange Capacity，簡稱 CEC）采用 1 mol/L乙酸銨交換法。有效陽離子交換量（ECEC）用加和法（交換性酸用KCl交換─中和滴定法；交換性K、Na用火焰光度法，交換性Ca、Mg用原子吸收分光光度法測定）。有效態(tài)Ca、Mg采用原子吸收分光光度法。有效S采用磷酸鹽—乙酸浸提—硫酸鋇比濁法。有效Si采用乙酸緩沖液浸提—硅鉬藍比色法，有效態(tài)Fe、Mn、Cu、Zn采用 DTPA 浸提—原子吸收分光光度法，有效B采用沸水浸提—甲亞胺比色法。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同種植模式下土壤的酸性和交換性能

由表2知：油茶單作（B2）的pH值最高4.19，西瓜單作（C1）的pH值最低3.89，幾種模式的pH值都低于4.5，小于4的有3個，占33.3%；4~4.5之間有6個，占66.7%。這說明土壤的酸化已非常嚴重。土壤pH值表征土壤溶液中活性酸部分。在強酸性土壤中，潛性酸的數(shù)量要遠大于活性酸，是衡量土壤酸性強弱和改良土壤酸化狀況的重要指標，通常用交換性酸總量（H+、Al3+）來表示。交換性酸和交換性Al3+最高的是柑橘單作（A5）為5.55 cmol/kg和5.33 cmol/kg，最低的是柑橘套種油菜（A4），為3.57 cmol/kg和3.29 cmol/kg，而柑橘套種西瓜（A1）為4.22 cmol/kg和 3.81 cmol/kg，西瓜單作（C1）為 3.83 cmol/kg和3.49 cmol/kg，在9種種植模式中處于低水平，說明柑橘套種西瓜、油菜（A1、A4）和西瓜單作（C1）的潛性酸相對較小。交換性Al+與交換性酸的比值在90.3%~96.0%之間，說明交換性Al3+是交換性酸的主體。

表2 不同種植模式下土壤的交換性和酸性指標

CEC是指土壤交替所能吸附的各種陽離子的總量。陽離子交換量的大小，可作為評價土壤保肥能力的指標，是土壤緩沖性能的主要來源，是改良土壤和合理施肥的重要依據(jù)，他主要受膠體類型、土壤質(zhì)地和土壤酸堿性的影響[5]。西瓜單作（C1）的CEC最高，為11.55 cmol/kg，柑橘套種夏季花生和紅薯（A3）的最低，為 8.65 cmol/kg；超過 10 cmol/kg的有柑橘套種西瓜（A1）、柑橘套種牧草（A2）、油茶套種西瓜（B1）和西瓜單作（C1），占44.4%；低于 10的有5個，占55.6%。ECEC最高的是西瓜單作（C1）為9.87 cmol/kg，最低的是柑橘套種夏季花生和紅薯（A3）為 6.30 cmol/kg，柑橘套種西瓜（A1）、柑橘套種油菜（A4）、油茶套種西瓜（B1）、西瓜單作（C1）相對較高，說明該區(qū)土壤的保肥能力較差。9種種植模式的鹽基飽和度較低，最高的是西瓜單作（C1）為66.8%，最低的是柑橘單作（A5）為37.5%，柑橘套種西瓜（A1）、柑橘套種油菜（A4）、西瓜單作（C1）相對較高。

通過以上分析可知，湘南紅壤丘崗區(qū)土壤酸化非常嚴重。9種種植模式中，柑橘套種西瓜（A1）和西瓜地（C1）兩種種植模式的土壤交換性酸和交換性Al3+低于其他模式，而CEC、ECEC和鹽基飽和度高于其他模式。

2.2 不同種植模式下有機質(zhì)和大量養(yǎng)分比較

土壤有機質(zhì)含量是反映土壤肥力高低的一項重要指標。土壤有機質(zhì)不僅是土壤中各種營養(yǎng)元素特別是N、P的重要來源，而且可使土壤具有保肥能力和緩沖性，改善土壤的物理性質(zhì)。土壤有機質(zhì)的積累和分解受土壤溫度、水分、酸堿性、土壤質(zhì)地和生產(chǎn)管理方式等因素的影響[6]。根據(jù)表3和表4可知：9種種植模式中油茶套種西瓜（B1）的有機質(zhì)含量最高為16.90 g/kg，柑橘套種西瓜（A1）的最低為12.23 g/kg，且所有模式的有機質(zhì)含量都處于低水平等級。全N含量最高的是柑橘套種西瓜（C1）為0.42 g/kg，最低的是油茶單作（B2）為 0.21 g/kg，全N含量均處于極低水平等級。堿解N最高是柑橘套種西瓜（A1）為341.2 mg/kg，最低的是柑橘單作（A5）為 45.5 mg/kg，大于 150 mg/kg有柑橘套種西瓜（A1）和西瓜單作（C1），占 22.2%，低于 60 mg/kg的有3個，占33.3%。全P最高的是西瓜單作（C1）為 1.21 g/kg，最低的是荒地（D1）為 0.35 g/kg。土壤有效P是土壤磷素養(yǎng)分供應(yīng)水平高低的指標，土壤磷素含量在一定程度上反映了土壤中磷素的貯量和供應(yīng)能力。有效P含量最高的是西瓜單作（C1）為98.1 mg/kg，最低的是柑橘套種夏季花生和紅薯（A3）為7.5 mg/kg，高于40 mg/kg的有4個，占44.4%，20~40 mg/kg之間的有3個，占33.3%。全K含量最高的是西瓜單作（C1）為14.83 g/kg，最低的是油茶單作（B2）為10.34 mg/kg，均處于10~15 g/kg之間，全鉀含量較接近。速效K含量最高的是西瓜單作（C1）為329.9 mg/kg，最低的是為油茶單作（B2）為 74.0 mg/kg，極高水平等級有 3個，占33.3%；高水平等級有1個，占11.1%；中等水平等級2個，占22.2%。

表3 土壤養(yǎng)分指標分級標準

表4 不同種植模式下土壤有機質(zhì)和大量養(yǎng)分指標

由以上分析可知，9種種植模式的有機質(zhì)和全N含量偏低，有效P和速效K的含量較高。在9種模式中柑橘套種西瓜（A1）和西瓜單作（C1）兩種種植模式土壤的有機質(zhì)和大量養(yǎng)分含量要高于其他的模式。

2.3 不同種植模式下土壤的中微量養(yǎng)分

在以往，對土壤耕層養(yǎng)分的研究多偏向于大量元素養(yǎng)分，而對土壤中量元素養(yǎng)分的研究較少。土壤中微量養(yǎng)分與大量養(yǎng)分一樣，對植物營養(yǎng)同等重要，尤其是微量養(yǎng)分，雖然其含量甚微，但卻是植物生長所不可或缺的[7]，它與生物分子蛋白質(zhì)、維生素、核酸、多糖等密切相關(guān)，調(diào)控植物體內(nèi)各種生理代謝的關(guān)鍵過程及酶的活動[8]。微量養(yǎng)分是表征土壤質(zhì)量的重要指標，它直接影響農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的質(zhì)量，同時通過食物鏈影響人畜健康[9]，因此，研究農(nóng)業(yè)土壤微量元素的變化規(guī)律對人類及其生存環(huán)境具有重要意義。

由表5可知：交換性Ca含量最高的是西瓜單作（C1），為 3.64 cmol/kg，最低的是柑橘單作（A5），為1.27 cmol/kg。柑橘套種油菜（A4）、油茶套種西瓜（B1）和柑橘套種西瓜（A1）相對較高。交換性Mg含量最高的是西瓜單作（C1）為1.35 cmol/kg，最低的是柑橘單作（A5）為0.17 cmol/kg，柑橘套種油菜（A4）和柑橘套種西瓜（A1）相對較高。有效S含量最高的是柑橘套種西瓜（A1），為280.45 mg/kg，最低的是柑橘套種牧草（A2），為40.40 mg/kg。有效S含量柑橘套種西瓜（A1）和西瓜單作（C1）明顯高于其他的種植模式，其他的種植模式都在50 mg/kg左右。有效Si含量最高的是荒地（D1）為34.82 mg/kg，最低的是柑橘套種西瓜（A1），為 17.22 mg/kg，柑橘套種油菜（A4）和西瓜單作（C1）相對較高，且所有種植模式的有效Si含量均低于D1荒地，說明Si元素沒有得到有效地補充，這可能與當?shù)氐某赏聊纲|(zhì)有關(guān)，種植過程中應(yīng)適當補充Si肥。

表5 不同種植模式下中微量養(yǎng)分指標

由表5可知：有效Fe含量最高的是西瓜單作（C1），為 40.45 mg/kg，最低的是柑橘單作（A5），為12.91 mg/kg，柑橘套種油菜（A4）和柑橘套種西瓜（A1）相對較高，其他都在10 mg/kg左右。有效Mn含量最高的是西瓜單作（C1），為30.85 mg/kg，最低柑橘單作（A5），為 13.74 mg/kg，只有西瓜單作（C1）的有效Mn含量高于荒地（D1），其他的種植模式的有效Mn含量均低于荒地（D1）。有效Cu含量最高的是西瓜單作（C1）為2.79 mg/kg，最低的是柑橘單作（A5）為 0.52 mg/kg，柑橘套種油菜（A4）、柑橘套種西瓜（A1）和油茶套種西瓜（B1）相對較高。有效Zn含量最高的是柑橘套種油菜（A4）為4.68 mg/kg，最低的是荒地（D1）為 0.80 mg/kg，西瓜單作（C1）、油茶套種西瓜（B1）和柑橘套種西瓜（A1）相對較高，且所有模式的有效Zn含量均高于荒地（D1）。有效B含量最高的是油茶套種西瓜（B1）為2.08 mg/kg，最低的是荒地（D1）為 0.36 mg/kg，而柑橘套種油菜（A4）和西瓜單作（C1）的有效B含量相對較低。

總體而言，柑橘套種油菜（A4）和西瓜單作（C1）兩種種植模式土壤的絕大部分中微量養(yǎng)分含量要高于其他種植模式的。但是所有種植模式的有效Si含量均低于荒地（D1），說明土壤有效Si被作物吸收后沒有得到有效地補充，紅壤丘崗區(qū)種植作物區(qū)應(yīng)適當施Si肥；所有種植模式中，只有西瓜單作（C1）的有效Mn含量高于荒地（D1），其他的種植模式的有效Mn含量均低于荒地（D1）。

3 結(jié) 論

（1）9種種植模式的pH值都在4左右，酸化非常嚴重。其中，柑橘套種西瓜（A1）和西瓜單作（C1）兩種種植模式的土壤交換性酸和交換性Al3+要低于其他模式的，而CEC、ECEC和鹽基飽和度高于其他模式的。說明兩種種植模式土壤的潛性酸低于其他模式的，保肥能力強于其他模式的。

（2）9種種植模式的土壤有機質(zhì)和全N含量均偏低，有效P和速效K含量較高。柑橘套種西瓜（A1）和西瓜單作（C1）兩種種植模式的土壤有機質(zhì)和大量養(yǎng)分含量高于其他模式的。

（3）9種種植模式中，柑橘套種油菜（A4）和西瓜單作（C1）兩種種植模式土壤的絕大部分中微量養(yǎng)分含量要高于其他種植模式的。但是所有種植模式的有效Si含量均低于荒地（D1），說明土壤有效Si被作物吸收后沒有得到有效地補充，紅壤丘崗區(qū)種植作物區(qū)應(yīng)適當施Si肥。所有種植模式中，只有西瓜單作（C1）的有效Mn含量高于荒地（D1），其他的種植模式的有效Mn含量均低于荒地（D1）。

[1]黃寶龍，黃文丁.農(nóng)林復(fù)合經(jīng)營生態(tài)體系的研究[J].生態(tài)學(xué)雜志，1991，10（3）：27-32.

[2]夏 青，何丙輝，謝 洲，等.紫色土農(nóng)林復(fù)合經(jīng)營土壤理化性狀研究[J].水土保持學(xué)報，2006，20（2）：86-89.

[3]劉興宇，曾德慧.農(nóng)林復(fù)合系統(tǒng)種間關(guān)系研究進展[J].生態(tài)學(xué)雜志，2007，26（9）：1464-1470.

[4]魯如坤.土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法[M].北京：中國農(nóng)業(yè)科技出版社，1999.146-196.

[5]黃昌勇.土壤學(xué)[M].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2000.

[6]陳桂秋，黃道友，蘇以榮，等.紅壤丘陵區(qū)土地不同利用方式對土壤有機質(zhì)的影響[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2005，24（2）：256-260.

[7]宋德榮.施用不同氮肥對牧草和放牧牦牛血液營養(yǎng)元素含量的影響[J].中國草地學(xué)報，2010，32（2）：42-46.

[8]曹小艷，李小進.微量元素對農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)的影響[J].安徽農(nóng)學(xué)通報，2007，13（17）：212.

[9]Bech J,Bini C.Trace elements in soils：Baseline levels and imbalance[J].Journal of Geochemical Exploration,2007,（4）：1-2.