林芝市典型土地利用方式下土壤粒度特征分析

張夢蝶 張 英 鐘清雯 馬嘉輝

西藏農(nóng)牧學(xué)院資源與環(huán)境學(xué)院，西藏 林芝 860000

0 引言

土壤處于陸地生態(tài)系統(tǒng)各環(huán)境要素緊密交接的地帶，為植物生長和發(fā)育提供了基質(zhì)條件。土壤質(zhì)地的變化對土壤的水、肥、氣、熱和植物生長有重要影響及作用。不同土地利用方式具有不同的土地管理方式與經(jīng)營強度，不僅會影響土壤環(huán)境演變的方向和速度，而且會改變土壤的理化性質(zhì)[1-2］。粒度作為土壤性質(zhì)的重要表征指標(biāo)之一，可反映土壤的機械組成狀況[3］。在成土過程中，由于受各種物理、化學(xué)和生物因素的影響，土壤粒度特征在空間上存在很大的差異。土壤顆粒的直徑與土壤的物理、化學(xué)、生物等性質(zhì)密切相關(guān)，并對土壤質(zhì)地、持水能力、抗風(fēng)蝕能力、土壤養(yǎng)分、水熱傳輸速度等有顯著影響[4-5］。在近年國內(nèi)外學(xué)者對土壤的研究中，不同土地利用方式下土壤的理化性質(zhì)對比一直是熱點研究方向之一[6］，而針對高原地帶不同土地利用方式下土壤粒度特征的分析對比尚不深入。

干旱河谷是高原地區(qū)農(nóng)業(yè)和城鎮(zhèn)發(fā)展的中心，也是生態(tài)環(huán)境脆弱的地段之一。土壤質(zhì)地對高原農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)具有重要影響。受成土母質(zhì)和強烈的風(fēng)蝕作用影響，林芝市土壤粗骨性特征較強[7］，且受復(fù)雜多變的下墊面條件影響，土壤的理化性質(zhì)空間異質(zhì)性較強。因此，筆者以藏東南林芝市不同土地利用方式下的土壤為研究對象，將野外調(diào)查與室內(nèi)分析相結(jié)合，開展土壤粒度特征變化及其差異性分析，旨在揭示不同土地利用方式對土壤質(zhì)地的影響，以期為藏東南地區(qū)土壤的改良與利用提供基礎(chǔ)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

林芝市位于北緯26°52＇～30°40＇東經(jīng)92°09＇～98°47＇，地處雅魯藏布江北岸及尼洋河下游，地形地貌以高山峽谷為主。受印度洋季風(fēng)的影響，林芝市氣候呈明顯的干季（11 月至次年4 月）和濕季（5—10 月）變化，年平均氣溫8.7 ℃，夏季高溫在20 ℃左右，日溫差較大，無霜期長，屬于高原溫帶濕潤半濕潤季風(fēng)氣候[8］。林芝市水資源豐富，河網(wǎng)密度大，主要包括帕隆藏布江與尼洋河，河流主要由雨水和冰雪融化補給，植被蓋度較高。受地形地貌條件等影響，當(dāng)?shù)赝寥李愋蛷?fù)雜多樣。林芝市土地利用類型組合特征明顯，屬于藏東南林農(nóng)牧區(qū)。

1.2 樣品采集與研究方法

2022年7月，筆者選取研究區(qū)大面積分布草地、耕地、園地且地表環(huán)境一致的典型地段，共采集8個樣地的土壤樣品，其中耕地4 個（不同農(nóng)作物類型和不同地貌帶）、園地2個（不同種植作物類型）、草地2個（尼洋河上游和下游地帶）。在每個樣地首先劃定20 m×20 m的樣方，沿著對角線挖3 個平行土壤剖面，每個剖面采集深度均為50 cm，從下至上每間隔10 cm取樣，再將3個平行剖面同一深度的土壤樣品混合均勻，每個樣地采集5 個質(zhì)量在250 g 左右混合均勻的垂直土壤樣品，裝入樣品袋密封保存，帶回實驗室待測。采集前，記錄樣點名稱、GPS定位坐標(biāo)、土地利用狀況、周圍環(huán)境特征等信息。剖面編號按照“土地利用方式+農(nóng)作物”的方式編碼，其中比日神山耕地土壤和2個草地土壤剖面按照“土地利用方式+采樣地點”的方式編碼，用大寫字母簡寫命名（見表1）。在室內(nèi)將土壤樣品自然風(fēng)干，去除石塊等雜質(zhì)后，過2 mm孔徑的土篩后待測粒度。土壤樣品經(jīng)前處理后[9］，采用Bettersize 2000 激光粒度分析儀測定土壤粒度，每個樣品重復(fù)3次，保證重復(fù)率在2%以下，測得不同土樣的粒級范圍百分比。

表1 不同土壤剖面點基本特征

1.3 數(shù)據(jù)處理

土壤粒度等級劃分采用美國制[10］，分為黏粒（0～2 μm）、粉粒（2～50 μm）、砂粒（50～2 000 μm）。根據(jù)研究區(qū)土壤粒度狀況，將砂粒細分為極細砂（50～125 μm）、細砂（125～250 μm）、中粗砂（250～500 μm）、粗砂（500～1 000 μm）和極粗砂（1 000～2 000 μm）。土壤樣品平均粒徑依據(jù)福克-沃德公式[11］計算，其中D10、D50和D90分別代表累積曲線上百分含量為10%、50%、90%處的粒徑。其中，D50表示中值粒徑，指累積曲線上顆粒含量為50%處對應(yīng)的粒徑，是土壤粒度分析的重要指標(biāo)之一[12］。室內(nèi)采用數(shù)理統(tǒng)計法對土壤粒度數(shù)據(jù)進行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同土地利用方式下土壤粒度特征分析

2.1.1 耕地。林芝市耕地土壤質(zhì)地以粉粒為主，黏粒和砂粒含量變化明顯。根據(jù)表2，從不同土地利用方式看，各樣地0～10 cm 表層土壤粉粒含量為GD-4-YC（孜熱村油菜地）＞GD-1-BRSS（比日神山山前平原青稞地）＞GD-2-QK（米瑞鄉(xiāng)青稞地）＞GD-3-YM（羌納鄉(xiāng)玉米地），其中比日神山山前平原青稞地和米瑞鄉(xiāng)青稞地0～10 cm 表層土壤的粉粒含量相差僅為0.87 個百分點。從不同土層深度看，耕地土壤的粉粒含量總體呈先增加后減少的趨勢，其中20～30 cm 和30～40 cm 土層土壤的粉粒含量下降明顯，砂粒含量增加；GD-1-BRSS、GD-2-QK、GD-4-YC剖面土壤粒級在30～40 cm 土層均表現(xiàn)出粉粒含量降低、砂粒含量增加的趨勢，而GD-3-YM 樣地在40～50 cm 土層出現(xiàn)此趨勢。從粒級含量分布看，比日神山山前平原青稞地和米瑞鄉(xiāng)青稞地在30～50 cm土層土壤中出現(xiàn)了粗砂，主要集中在30～40 cm 土層，其次是20～30 cm 土層，而羌納鄉(xiāng)玉米地和孜熱村油菜地土壤的中粗砂平均含量均小于0.1%，不含粗砂。不同粒級平均值的結(jié)果表明，GD-1-BRSS 樣地的土壤粒度最大，米瑞鄉(xiāng)青稞地次之；GD-3-YM和GD-4-YC 樣地土壤的粉粒含量較高，砂粒次之，黏粒含量最低。總體上，林芝市同一農(nóng)作物類型耕地的土壤粒度表現(xiàn)出非常強的一致性，且山前平原地帶土壤粗質(zhì)的砂粒含量明顯高于其他河谷地帶土壤。

2.1.2 園地。園地土壤采集于位于尼洋河流域不同河段相距較遠的兩個樣地。從土壤粒度總體平均值看，不同樣地都表現(xiàn)出粉粒含量最高，黏粒含量次之，砂粒含量最低的特點。其中，YD-1-LM 和YD-2-HT 樣地粉粒含量分別為74.02%和83.94%，黏粒含量分別為14.37%和12.92%，砂粒含量為11.61%和3.13%（見表2）。尚在長苗期的藍莓栽植地土壤整體粒度大于黃桃栽植地，一方面與藍莓園地種植期較短有關(guān)，另一方面是由于距離尼洋河谷較近導(dǎo)致的土壤粗骨化。從不同深度變化看，兩個樣地的土壤粒度垂直變化與耕地呈現(xiàn)的規(guī)律一致，粉粒含量先增加后減少，其中在30～40 cm土層增加最為顯著。

2.1.3 草地。草地土壤取自于高寒河谷地帶廣泛分布的草甸和大面積分布的人工草場。從土壤粒度含量平均值看，尼洋河上游峽谷區(qū)的草甸土壤CD-1-GBJD黏粒、粉粒、砂粒含量分別為7.52%、71.42%、21.06%，而位于米瑞村寬谷地帶的人工草地CD-2-MR土壤黏粒、粉粒、砂粒含量分別為6.86%、61.08%、32.06%，人工草地土壤質(zhì)地粗于草甸土壤（見表2）。

表2 林芝市不同土壤剖面粒度含量分級表

2.2 不同土地利用方式下土壤粒度特征對比分析

2.2.1 粒度分布范圍。林芝市土壤粒度總體較大，以粉粒為主。D50可以反映不同深度土壤的中值粒徑。此研究發(fā)現(xiàn)，林芝市耕地、草地、園地土壤在不同深度D50的波動變化較大。由表3 可知，耕地土壤粒度在3.79～63.07 μm，園地土壤粒度在5.89～41.30 μm，草地土壤粒度在9.52～95.26 μm。由此可見，受人為干擾較小的草地土壤粒度變化最大，園地變化最小。這反映了人為土地利用對土壤質(zhì)地的影響及作用。園地土壤的中值粒度分布相對均一；耕地受地形條件制約，在不同地帶表現(xiàn)出空間異質(zhì)性；草地土壤受人為擾動較少，受土質(zhì)和水文條件影響呈現(xiàn)不同深度的強烈波動變化。

2.2.2 粒度波動變化。標(biāo)準(zhǔn)差可以反映土壤粒度的穩(wěn)定度。根據(jù)表3中8個樣地的標(biāo)準(zhǔn)差數(shù)值，YD-1-LM和YD-2-HT的D10、D50、D90、體積平均徑D[4，3］、面積平均徑D[3，2］的標(biāo)準(zhǔn)差最低，CD-1-GBJD和CD-2-MR草地土壤的標(biāo)準(zhǔn)差最大，耕地的標(biāo)準(zhǔn)差介于二者之間，同時GD-1-BRSS和GD-2-QK青稞地土壤的標(biāo)準(zhǔn)差高于GD-3-YM玉米地和GD-4-YC油菜地，這表明草地土壤粒度的垂直差異最為明顯，園地土壤粒度差異不大，耕地土壤粒度的垂直變化受地形和土地利用方式的共同影響。總體上，林芝市草地土壤粒度的變化特征與高原河谷區(qū)土壤一致，而經(jīng)過人為利用的土地土壤粒度受到耕作方式和利用類型的影響。

表3 不同土地利用方式下土壤粒度參數(shù)對比 μm

2.2.3 不同土壤粒度特征空間對比分析。筆者通過對不同地帶園地、草地、林地的土壤粒度特征進行對比，發(fā)現(xiàn)耕地、林地、林地土壤質(zhì)地均以粉砂質(zhì)土壤為主。從粒度總體平均值看，不同樣地都表現(xiàn)出粉粒含量最大，黏粒和砂粒含量波動變化的特點，呈明顯的粗骨性特征；隨著土層深度的增加，不同土地利用方式下的土壤平均粒徑整體表現(xiàn)出增加—減小—增加的趨勢，變化明顯，其中耕地土壤和園地土壤的粉粒含量先增加后減少，其中30～40 cm和20～30 cm土層增加最為顯著；工布江達縣草地土壤粒徑最大區(qū)域在30～40 cm土層，在40～50 cm土層反而呈現(xiàn)下降趨勢。

續(xù)表2

從不同土地利用方式看，耕地0～10 cm表層土壤粉粒含量呈GD-4-YC（孜熱村油菜地）＞GD-1-BRSS（比日神山山前平原青稞地）＞GD-2-QK（米瑞鄉(xiāng)青稞地）＞GD-3-YM（羌納鄉(xiāng)玉米地）的特征，GD-1-BRSS、GD-2-QK、GD-4-YC剖面的土壤粒級在30～40 cm土層均表現(xiàn)出粉粒含量降低、砂粒含量增加的趨勢，而GD-3-YM 樣地則在20～30 cm 土層出現(xiàn)此趨勢。由此可見，林芝市同一農(nóng)作物耕地土壤粒度表現(xiàn)出非常強的一致性，且山前平原地帶土壤粗質(zhì)的砂粒含量明顯高于其他河谷地帶土壤。

3 討論

3.1 不同土壤粒度特征空間分異性

林芝市同一農(nóng)作物類型耕地土壤粒度表現(xiàn)出一致性，但山前平原地帶土壤粗質(zhì)的砂粒含量明顯高于其他河谷地帶土壤。風(fēng)況是影響沙丘表面沉積物粒度特征的主要因素[13］。研究區(qū)地處藏東南高原河谷區(qū)，長期受地表風(fēng)蝕作用影響，導(dǎo)致地表土壤粗化現(xiàn)象明顯。與劉慧等[14］對藏北青南高原地表風(fēng)蝕特征的研究結(jié)果具有一致性。夏敦勝等[15］的研究表明雅江河谷風(fēng)成沉積主要分布于寬谷地區(qū)，河流流速變緩，形成了碎屑粉塵堆積。

3.2 不同土地利用方式對土壤質(zhì)地的影響

不同土地利用類型的土壤粒徑D50計算結(jié)果表明，草地土壤粒徑變化區(qū)間最大，園地最小；CD-1-GBJD和CD-2-MR 草地土壤不同粒度指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)差最大，耕地介于二者之間，同時GD-1-BRSS 和GD-2-QK（青稞地）土壤的標(biāo)準(zhǔn)差高于GD-3-YM（玉米地）和GD-4-YC（油菜地）；草地土壤粒度的垂直差異最為明顯，園地差異不大。這反映了林芝市人為土地利用對土壤質(zhì)地的影響。耕地土壤粒度的垂直變化受地形條件制約和土地利用方式的影響，在不同地帶表現(xiàn)出空間異質(zhì)性；園地土壤粒度分布相對均一；草地土壤受到人為擾動較少，受土質(zhì)和水文條件影響呈現(xiàn)不同程度的波動變化。不同土地類型的土壤粒度因受到人為擾動影響而存在差異，耕作土壤的平均粒徑小于荒草地土壤[16］。林芝市的土壤粒徑同樣表現(xiàn)出草地土壤粒徑大于高原河谷區(qū)農(nóng)田土壤的特征，表明經(jīng)過人為利用的土壤粒徑會受耕作方式和利用類型的影響。人為干擾是土壤物理性質(zhì)存在空間差異的重要原因。這與吳美榕等[17］在伊犁河谷等發(fā)現(xiàn)的耕作土壤平均粒徑小于荒地土壤，且不同人為耕作方式對土壤粒度組成的擾動密切相關(guān)的研究結(jié)果相一致。

4 結(jié)論

筆者選取林芝市典型地帶，分析不同土地利用方式下土壤的粒度特征變化及其差異性，得出以下結(jié)論：①林芝市土壤以粉砂質(zhì)土壤為主，黏粒和砂粒含量波動變化大，表現(xiàn)出明顯的粗骨性特征；②隨著土層深度的增加，不同土地類型土壤平均粒徑均呈增加—減小—增加的趨勢，在20～30 cm 和30～40 cm土層變化明顯；③從不同土地利用方式看，草地0～50 cm 土層土壤粒級含量平均值和中值粒徑高于耕地和園地，同一農(nóng)作物類型下耕地的土壤粒度變化一致性較強，人為改造利用的耕地和園地土壤粒度變化具有相似性；④土壤粒度變化受地形條件的制約和土地利用方式的影響。