江西省旱地土壤質地與土壤化學性狀的相關性研究

王 圣，陳科希，袁源遠，王泓匯，魏宗強，吳建富，盧志紅

（江西農業大學國土資源與環境學院/江西省鄱陽湖流域農業資源與生態重點實驗室，江西 南昌 330045）

土壤礦物質是由大小不同的土粒組成的，這些土粒按粒徑大小可分為石礫、砂粒、粉粒和粘粒，通常土壤中各級土粒所占的百分含量稱為土壤機械組成，而土壤質地是根據土壤機械組成劃分的土壤類型［1］。因土壤顆粒大小不同，其礦物組成、化學組成及物理性質存在很大差異，通常石礫、砂粒以化學成分主要是SiO2的原生礦物為主，通氣透水性好、蓄水性差，而粉粒和粘粒以化學成分SiO2少、主要是CaO、MgO、K2O、P2O5等其他氧化物的原生礦物為主，通氣透水性較差、蓄水性及力學性較強。可見，不同土壤質地，土壤各粒級含量不同，其理化性質有所差異，進而土壤的養分狀況也會有所不同。

土壤質地是根據土壤的機械組成狀況進行的分類，因此產生了不同的分類制，包括國際土壤質地分類制、美國土壤質地分類制、卡慶斯基土壤質地分類制和中國土壤質地分類制（試用）［2］。這幾種分類制有所不同，但大致將土壤質地劃分為砂質土、壤質土和粘質土三大類。中國以往對土壤質地研究中主要是采用卡慶斯基制，現今隨著國際學術交流的增多，也時常采用國際制和美國制分類標準。本文是采用卡慶斯基制對江西省旱地土壤質地進行命名。

目前國內外研究土壤質地與某種作物產量之間的關系比較多，從中得出在土壤粘粒、砂粒含量的某個范圍內，土壤的養分狀況最佳，作物的產量最大，進而得出改良土壤的指導措施。曾強等［3］在對福建省南平市土壤質地與煙草產量的研究中提出，土壤客土改砂，土壤肥力最好，煙草品質與產量最佳；鄭軍等［4］在對黃土高原土壤質地與小麥產量的研究中發現，砂質中低產田加入高粘黃河泥沙，小麥產量可達未改良田地的兩倍以上；Pierce等［5］在對美國土壤質地與豌豆產量的研究中發現，豌豆產量與土壤粘粒含量顯著正相關，而與砂粒含量負相關，得出適當增加土壤粘粒含量可有效提高產量的結論。綜上可知，土壤質地改良需根據不同地區、不同作物有針對性地采取措施。

江西省土壤大部分質量較差，土壤肥力較低，多呈酸性，且質地較為粘重，易板結，嚴重影響了農作物的生長發育和農業生產［6］，且近年來，優質耕地大量流失，土壤不合理利用嚴重，土壤養分退化嚴重，耕地質量總體呈下降的趨勢［7］，需要采取一定的措施去控制和防止這種趨勢。本文將通過對江西省旱地土壤質地及其與化學性狀的相關性研究，更好地了解江西省旱地土壤質地對土壤養分有效性及土壤保肥性、緩沖性等方面的影響，為今后江西省旱地土壤質地的改良提供理論依據，進而指導生產上合理施肥，更好地提高農產品產量與品質。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1 土壤樣品的采集

本試驗所測樣品系2006年采集江西省各縣市具有代表性的旱地耕層（0～25 cm）土樣，共計159個，樣點分布見圖1。用GPS記錄采樣點的坐標，每樣點均采用5點取樣法，將所取耕層土樣進行混合，通過四分法最后每樣點取1 kg左右的土裝袋、貼好標簽帶回實驗室。

1.1.2 土壤樣品的預處理

采集的土樣拿回實驗室及時處理，放在陰涼、干燥、通風、無藥品的實驗室內，平鋪于干凈的塑料膜上，攤成薄層（厚約2 cm），進行風干。在此期間盡可能將肉眼所見的枯枝落葉、根莖、動物殘體、小石子等雜物剔除。陰干后，將土樣碾磨過尼龍篩，制備成1和0.25 mm的分析樣品待用。

1.2 測定方法

1.2.1 土樣的常規化學指標測定方法［9］

樣品的常規化學指標有pH、有機質、堿解氮、有效磷、速效鉀、全氮、全磷、全鉀8個指標。測定方法見表1。

表1 土壤化學性狀指標的測定方法

1.2.2 土壤質地的測定及命名方法

按照卡慶斯基制粒徑的要求，通過沉降、比重計法對樣品進行測定，然后通過卡慶斯基制來進行土壤質地的分類［10］。

將通過1 mm篩孔的土樣50 g放置于500 mL燒杯中，加入軟水，用玻璃棒調成糊狀。加入0.5 mol·L-1NaOH溶液50 mL，用帶膠頭的玻璃棒研磨土樣10～15 min后，加入少量軟水。再使用電爐加熱，煮沸數分鐘，并且在過程中不斷攪拌，以防止土粒結塊，影響土粒分散。將上述土樣冷卻后，用軟水將土樣洗入1000 mL的量筒中，定容后上下攪拌均勻，立即測定懸濁液溫度。再用攪拌器攪拌1 min停下立即開始記錄沉降時間（根據測定溫度，查小于某粒徑沉降時間表可得沉降時間）。提前20 s將比重計放入懸濁液中，待選定時間后立即讀數，讀完比重計讀數后再測一次溫度。按以上步驟測定<0.05、<0.01、<0.001 mm各級土粒含量，然后再對讀數進行校正［10-11］。

校正后的比重計讀數=比重計的初讀數+彎月面的校正數+溫度校正數-分散劑的校正數。

通過計算可以得到各土粒重量的百分數。

計算公式：

<0.05 mm土粒含量（%）=<0.05 mm的校正后比重計讀數/烘干土重×100

<0.01 mm物理性粘粒含量（%）=<0.01 mm的校正后比重計讀數/烘干土重×100

<0.001 mm土粒含量（%）=<0.001 mm的校正后比重計讀數/烘干土重×100

砂粒含量（%）=1-<0.05 mm土粒含量（%）

粗粉粒含量（%）=<0.05 mm土粒含量（%）-<0.01 mm物理性粘粒含量（%）

中細粉粒含量（%）=<0.01 mm物理性粘粒含量（%）-<0.001 mm土粒含量（%）

粘粒含量（%）=<0.001 mm土粒含量（%）

根據物理性粘粒含量和卡慶斯基土壤質地分類制，確定出3個質地類型9種質地名稱。再根據砂粒（砂質）、粗粉粒（粗粉）、中細粉粒（粉質）、粘粒（粘質）含量，進一步劃分土壤質地，確定質地的詳細名稱［12］。

1.3 數據處理

用Excel 2007 和SPSS 17.0進行數據分析。

2 結果與分析

2.1 江西省旱地質地類型

通過表2分析可以得出，江西省旱地土壤質地砂壤土占2.52%、輕壤土占16.98%、中壤土占51.57%、重壤土占22.64%、粘土占6.29%，可見江西省旱地土壤質地主要為壤土和粘土2大類，其中壤土占絕對優勢，高達93.71%。

表2 江西省旱地土壤質地區域分布

根據卡慶斯基制詳制各質地類型可進一步細分，砂壤土細分僅包括粉砂質砂壤土和砂質砂壤土，其砂粒含量為55.44%～75.38%，粘粒含量較少。輕壤土中96.30%為粉砂質輕壤土，3.70%為粗粉質輕壤土，粉砂質輕壤土中砂粒含量為36.96%～68.83%，而粗粉質輕壤土中粗粉粒占比最高可達62.70%。中壤土中粉砂質中壤土和粗粉質中壤土占92.68%，粉質中壤土占4.88%，粘砂質中壤土和砂粉質中壤土僅占2.44%，在粉砂質中壤土中砂粒含量最高為57.02%，而在粗粉質中壤土中粗粉粒含量為28.36%～52.82%。重壤土有粉砂質重壤土、粘砂質重壤土、砂粉質重壤土、粗粉質重壤土和粉質重壤土5種，其中44.44%為粉質重壤土，中細粉粒含量可達44.10%；22.22%為粗粉質重壤土，27.78%為粉砂質、砂粉質重壤土，5.56%為粘砂重壤土。而輕粘土僅有粉質輕粘土1種，其中中細粉粒含量為28.88%～49.75%，砂粒、粗粉粒、粘粒的含量變化范圍較大。

2.2 江西省旱地質地與土壤化學指標的相關性

2.2.1 江西省旱地質地與土壤有機質和氮含量的相關性

通過相關性分析（表3）可知，土壤的物理性粘粒含量與土壤中堿解氮、全氮和有機質含量的相關系數分別為0.197、0.332和0.188，其中土壤物理性粘粒與土壤堿解氮和有機質含量呈顯著（P<0.05）正相關，與土壤全氮含量呈極顯著（P<0.01）正相關，進一步分析還可發現土壤堿解氮和全氮含量主要與土壤中細粉粒和粘粒含量關系密切，其中土壤堿解氮及全氮含量分別與中細粉粒和粘粒含量呈顯著（P<0.05）和極顯著（P<0.01）正相關；而土壤有機質含量僅與中細粉粒呈顯著（P<0.05）正相關。另外土壤堿解氮、全氮和有機質含量與砂粒含量均呈負相關，其中土壤全氮含量與砂粒含量關系顯著（P<0.05）。

表3 江西省旱地土壤質地與土壤有機質和氮含量的相關分析

2.2.2 江西省旱地土壤質地與土壤磷、鉀含量的相關性

對江西省旱地土壤質地與土壤磷、鉀含量進行相關分析的結果見表4。土壤的物理性粘粒以及各級土粒含量與土壤有效磷、全磷和速效鉀含量之間的相關性均不顯著。而全鉀含量僅與土壤砂粒含量呈極顯著（P<0.01）正相關，與物理性粘粒、粗粉粒、中細粉粒和粘粒含量均呈負相關，其中與物理性粘粒和粘粒含量的相關性極顯著（P<0.01），與中細粉粒含量相關性顯著（P<0.05）。

表4 江西省旱地土壤質地與土壤磷、鉀含量的相關分析

2.2.3 江西省旱地土壤質地與土壤陽離子交換量、pH的相關性

由江西省旱地土壤質地與土壤pH的相關分析（表5）可以得出，土壤的物理性粘粒含量對土壤pH的變化影響不大，但土壤其他各級土粒含量對土壤pH的影響大小有所不同：土壤的粗粉粒含量與土壤pH呈顯著（P<0.05）正相關，即土壤粗粉粒含量越高，土壤pH越大；而粘粒含量與土壤pH值呈極顯著（P<0.01）負相關，這表明隨著粘粒含量的增加土壤pH降低。

由表5可知，土壤陽離子交換量（CEC）與土壤的物理性粘粒含量的相關系數為0.320，且極顯著（P<0.01）正相關，表明物理性粘粒含量顯著影響土壤的保肥性大小。土壤機械組成中砂粒含量與土壤CEC呈顯著負相關，中細粉粒含量和粘粒含量與土壤CEC呈極顯著和顯著正相關，這表明隨著土壤中粉粒、粘粒含量的增加，土壤CEC含量顯著增加。

表5 江西省旱地土壤質地與土壤CEC、pH的相關分析

3 討論

3.1 江西省旱地土壤質地類型

江西省旱地土壤主要為紅壤，紅壤由多種母質發育而來，不同母質發育形成的土壤質地有所不同。第四紀紅色粘土母質發育的紅壤，分布于低丘崗地一帶，其質地較為粘重，主要為輕粘土和重壤土；紅砂巖發育的紅壤，分布于江西省東北一帶，其質地粉粒、砂粒含量較高，一般在砂壤土到中壤土之間［13］；而花崗巖發育的紅壤，分布在江西省境邊沿和高丘地區，其質地較砂，含礫石較多［14］；還有部分紅壤發育于片麻巖、千枚巖和板巖，分布于山區，其質地較粘，肥力較好。本研究結果表明，江西省旱地土壤質地主要為壤土和粘土2大類，其中壤土占93.71%，而壤土中又以中壤土為主，且不同質地各級土粒占比相差很大。可能是因為本研究土壤樣品是采集于江西省各個區域的旱地土壤，母質多樣以及人為熟化程度不一。

3.2 江西省旱地土壤質地與土壤氮、磷、鉀養分的相關性

土壤中的氮、磷、鉀是植物吸收利用的三大元素，也是土壤養分的主要部分。本研究結果表明，江西省旱地土壤堿解氮、全氮都隨土壤粉粒、粘粒含量的增加而顯著增加，這與葛楠楠等［15］對黃土高原的研究結果是一致的。這可能是因為粉粒、粘粒的顆粒較小，比表面積較大，固相顆粒的表面能增加，對氮吸附力增強，含氮量也就越高。

在本研究中，土壤有效磷、全磷含量與土壤質地具有一定相關性但不顯著，而在黃土高原地區對土壤質地與土壤全磷含量的研究中［15］，土壤有效磷、全磷含量隨土壤粘粒和粉粒含量的增加而顯著升高。導致研究結果全磷的差異可能與兩地母質來源不同有關，黃土高原成土母質主要為黃土母質，全磷含量較高，質地組成不同，土壤全磷含量差異較為明顯，而江西省成土母質主要為第四紀紅色粘土、花崗巖、千枚巖等，全磷水平均較低，質地對全磷含量的影響減弱，從而導致相關性不顯著。而有效磷含量之間的差異可能是因為在江西省紅壤的成土過程中，鐵鋁相對富集，土壤鐵鋁含量較高而導致相關性不顯著。Karathanasis等［16］的研究結果表明，土壤中磷的吸附能力與土壤中氧化鐵、氧化鋁含量呈正相關，土壤中鐵鋁與土壤磷形成閉蓄態磷（Al-P，Fe-P）。因此，在江西省旱地土壤中，土壤有效磷含量受質地組成影響較小，可能主要受土壤中鐵鋁含量水平的支配。

本研究結果表明，土壤速效鉀含量與土壤質地呈正相關但不顯著。而陶其驤等［17］早期的研究結果表明，江西省旱地土壤粘粒含量與速效鉀含量呈顯著正相關，這與本研究結果存在差異。一方面，可能是由于江西省氣候條件導致風化淋溶作用十分強烈，水溶性鉀、交換性鉀易淋溶流失，土壤速效鉀含量處于一個很低的水平；另一方面，近年來江西省土地利用集約度增強，作物對速效鉀吸收量較多而施鉀肥補充較少，土壤速效鉀含量顯著降低，質地對土壤速效鉀的水平的影響漸趨減弱。

本研究發現，土壤全鉀含量與土壤質地呈極顯著負相關，即隨土壤質地變粗而全鉀含量顯著增加，但劉志鵬［18］在對黃土高原的研究中發現，土壤粘粒含量越高，全鉀含量也就越高。不同地區所得出的結論相反，土壤全鉀含量與母質之間存在著極顯著的相關性，陶其驤等［17］研究表明，江西省是由花崗巖發育而來的土壤，全鉀含量最高，而第四紀紅色粘土、紅砂巖發育而來的土壤全鉀含量較低。通常花崗巖發育的土壤，質地較粗，砂粒含量較多，全鉀含量較高，而第四紀紅色粘土發育的土壤，質地粘細，全鉀含量較低。因此，全鉀含量與土壤質地呈極顯著負相關，可能是成土母質不一而導致的。

3.3 江西省旱地土壤質地與土壤有機質含量的相關性

土壤有機質是土壤肥力評價的重要指標，是農作物養分的重要來源。本研究發現，江西省旱地土壤有機質的含量隨粉粒含量增加而顯著增加。黃智磊［19］在對湘西耕地的研究中發現，土壤顆粒變細或土壤質地變得粘重，土壤有機質含量也會增加；Galantini等［20］在對草地的研究中也發現，隨著土壤粘粒、粉粒含量增加，有機質含量也增加。這與本研究結果相一致，主要原因可能是土壤中的細顆粒對有機質有吸附和保持作用，與土壤有機質形成有機－無機復合體，增加土壤有機質的穩定性，減緩土壤有機質礦質分解，促使土壤碳的富集。另外，還有可能是因為粘質土通氣狀況不暢，好氣微生物活動受到抑制，有機質得以積累。因此，在江西省旱地土壤中隨著土壤粉粒、粘粒含量增加，土壤有機質顯著增加。

3.4 江西省旱地土壤質地與土壤pH的相關性

土壤pH是評價土壤農田質量的重要因素。研究發現，土壤pH受物理性粘粒含量變化影響較小，而受土粒組成中粗粉粒、粘粒含量影響較大，中細粉粒、砂粒與土壤pH相關但不顯著，即土壤顆粒組成中，粘粒含量越低，粉粒含量越高，土壤pH可能越高。從趨勢上看，土壤粒級逐漸變小，土壤pH呈先升高后降低的趨勢，而胡向丹等［21］對黔西南州的研究則表明，土壤pH隨土壤變粘而降低。這可能是由于研究的樣本數量不同、樣本來源的區域母質不同及不同區域人為耕作活動影響所導致的。

3.5 江西省旱地土壤質地與土壤陽離子交換量的相關性

土壤CEC是土壤重要的化學性質之一，土壤CEC是評價土壤保肥供肥、緩沖能力等的重要指標。本研究結果表明，江西省旱地土壤質地越粘，土壤CEC越高，這與其他地區的研究結果［18］大致相同。首先，土壤粘粒是土壤膠體的主要部分，也是土壤電荷的主要提供者，所以土壤中粉粒、粘粒含量增加，土壤CEC顯著增加。其次，土壤粘粒含量高，其有機質含量也越高，有機質含量與土壤CEC呈顯著正相關。

3.6 江西省旱地土壤質地改良措施建議

土壤質地影響土壤肥力，主要是在物理因素上影響土壤的通氣狀況、水分分布狀況、熱狀況和養分在土壤中的運移狀況，從而影響土壤中的養分形態和和轉化速率［22］。土壤中砂粒或粘粒含量過高，土壤肥力均較低，不適合于農業生產，需要通過不同方法改良至“三泥七砂”或“四泥六砂”的壤質土范圍內，土壤才具有良好的肥力性狀［23］。在農業生產中應結合栽種的作物對質地的要求適當改良質地，針對土壤質地過粘，可以進行摻砂改良，在適當施用氮肥的基礎上，增施磷鉀肥，提高土壤速效鉀和有效磷含量，再結合施用石灰和有機肥，改善土壤酸度和土壤結構。而對于大面積粘土，由于江西省降水量較大，可以進行旱地改水田或水旱輪作，有效改善作物對土壤磷的利用率。針對土壤質地偏砂，應多施用有機肥、氮磷鉀肥即有機無機合理配合施用，改善砂質土壤分散無結構的缺點，提高土壤保水保肥能力。

4 結論

通過對江西省旱地土壤物理性粘粒及其他各級土壤顆粒含量與土壤化學性狀的相關性研究，可得出以下結論：

（1）江西省旱地土壤質地砂壤土占2.52%、輕壤土占16.98%、中壤土占51.57%、重壤土占22.64%、粘土占6.29%，可見江西省旱地土壤質地主要為壤土和粘土兩大類，其中壤土占93.71%，而壤土中又以中壤土為主，且不同質地各級土粒占比相差很大。

（2）土壤質地與土壤有機質、堿解氮、全氮、CEC含量呈明顯正相關，即土壤顆粒越細，質地越粘重，土壤中有機質、堿解氮、全氮、土壤CEC均會顯著增加。

（3）土壤質地與全鉀含量呈一定負相關，即土壤顆粒越細，土壤的全鉀含量反而會有所減少。而土壤質地與土壤有效磷、全磷和速效鉀含量相關性不顯著。

（4）土壤pH與物理性粘粒含量相關性較低，而與粗粉粒、粘粒含量相關性較高，即隨著土壤粗粉粒增加，粘粒減少，土壤pH增加，反之減少。從趨勢上看，土壤pH隨土壤顆粒變細呈先升高后降低的趨勢。