陳國建， 李春娟， 張 超， 李春利， 李娟娟， 韋 杰， 董宏偉

(重慶師范大學(xué) 地理與旅游學(xué)院， 重慶 400047)

三峽庫區(qū)坡改梯土壤養(yǎng)分狀況與變化趨勢

陳國建， 李春娟， 張 超， 李春利， 李娟娟， 韋 杰， 董宏偉

(重慶師范大學(xué) 地理與旅游學(xué)院， 重慶 400047)

為準(zhǔn)確掌握三峽庫區(qū)坡改梯工程實(shí)施后的土壤肥力狀況，以巫山縣為例，采用時(shí)空代換法分析其不同年限坡改梯土壤的養(yǎng)分狀況及其變化趨勢。結(jié)果表明：研究區(qū)土壤肥力總體較低，根據(jù)全國第二次土地普查土壤養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，其全氮、速效鉀、有機(jī)質(zhì)和速效磷含量均值分別處于三級(jí)、三級(jí)、四級(jí)和五級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，土壤養(yǎng)分的空間異質(zhì)性較小。相較于坡耕地，坡改梯土壤養(yǎng)分隨著耕種年限的增加總體呈上升趨勢。坡改梯年限為2年的土壤養(yǎng)分各指標(biāo)的均值相對(duì)于坡耕地土壤有所降低且土壤肥力差異性最大，坡改梯年限為14年的土壤養(yǎng)分各指標(biāo)的均值呈直線上升趨勢且土壤肥力差異性減小。

坡改梯； 土壤養(yǎng)分； 三峽庫區(qū)； 巫山； 重慶

我國是世界上水土流失最為嚴(yán)重的國家之一，嚴(yán)重的水土流失已成為經(jīng)濟(jì)、社會(huì)快速、可持續(xù)和健康發(fā)展的制約因素。其中，長江三峽庫區(qū)中度和強(qiáng)烈流失面積占庫區(qū)水土流失總面積的64.55%[1]，因此迫切需要對(duì)三峽庫區(qū)水土流失進(jìn)行綜合治理。三峽庫區(qū)90%以上的強(qiáng)烈水土流失都發(fā)生在坡耕地，坡改梯工程成為治理坡耕地水土流失的一項(xiàng)重要措施[2]。巫山縣地處三峽庫區(qū)腹心地帶，面積2957 km2，位于大巴山弧形構(gòu)造、川東褶皺帶及川鄂湘黔隆褶帶三大構(gòu)造體系結(jié)合部，長江橫貫東西，大寧河、抱龍河等7條支流呈南北向強(qiáng)烈下切，地貌上呈深谷和中低山相間形態(tài)，地形起伏大，坡度陡。該地區(qū)主要以黃壤、石灰?guī)r土和山地黃棕壤為主。當(dāng)?shù)貙賮啛釒駶櫦撅L(fēng)氣候，氣候溫和，雨熱同季，年均降水量為1 049.3 mm。實(shí)施坡改梯工程，在坡耕地區(qū)域加強(qiáng)梯田梯土的建設(shè)，對(duì)實(shí)現(xiàn)三峽庫區(qū)的水土流失有效治理，進(jìn)而促進(jìn)當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)健康發(fā)展具有重要意義[3-4]。

目前，國內(nèi)學(xué)者對(duì)坡改梯工程的研究主要集中于坡改梯的設(shè)計(jì)、分類、水環(huán)境效應(yīng)和蓄水保土效益等方面[5-8]，少見關(guān)于三峽庫區(qū)坡改梯土壤養(yǎng)分及其變化趨勢方面的研究報(bào)道[9-11]。因此，筆者以巫山縣坡改梯地為研究對(duì)象，采用時(shí)空代換法，分析其不同年限坡改梯土壤養(yǎng)分狀況及變化趨勢，以期準(zhǔn)確掌握三峽庫區(qū)實(shí)施坡改梯工程后的土壤肥力狀況，并探討坡改梯工程對(duì)該地區(qū)土壤肥力的影響，以期為三峽庫區(qū)實(shí)施坡改梯工程后的土地合理有效施肥以及今后三峽庫區(qū)坡改梯工程的持續(xù)開展提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 土壤樣品采集

采用以空間代時(shí)間的方法[12]，于2012年8月采集土壤樣品。在巫山縣坡改梯地選取較有代表性的5處采樣點(diǎn)，分別為巫峽鎮(zhèn)龍山村、曲尺鄉(xiāng)龍洞村、龍井鄉(xiāng)龍井村、官渡鎮(zhèn)水庫村、龍井鄉(xiāng)七星村；選取5個(gè)坡改梯年限分別為2 a、9 a、14 a、20 a、32 a(坡改梯實(shí)施時(shí)間分別為2010年、2003年、1998年、1992年和1970年)及臨近坡耕地(0 a)(對(duì)照)的采樣點(diǎn)，選取0～20 cm耕層土壤。為盡量避免樣地之間的差異，避開施肥期并選取施肥情況及土地利用方式相似的土壤進(jìn)行采樣。各采樣點(diǎn)概況見表1。

布點(diǎn)采樣從山頂向下依次進(jìn)行采樣，每層梯田選取1～2種作物類型，采用“S”法進(jìn)行采樣，將3個(gè)重復(fù)樣品充分混合后，各留取約0.5 kg作為樣品，裝入對(duì)應(yīng)編號(hào)樣品袋中。同時(shí)，利用GPS定位儀確定采樣點(diǎn)的經(jīng)緯度，并記錄坡位、高程、植被覆蓋程度、土壤類型、坡度、等多項(xiàng)參數(shù)。共采集樣本190個(gè)。

表1 不同坡改梯年限土壤采樣點(diǎn)的概況

注：年限0a為用作對(duì)照的臨近坡耕地。

Note: The soil sample with 0a cultivation years is CK, which is collected from the near slope cropland.

1.2 土壤樣品分析

對(duì)土壤樣品的全磷、全鉀、有機(jī)質(zhì)、全氮、銨態(tài)氮(NH4-N)、硝態(tài)氮(NO3-N)、速效磷和速效鉀8項(xiàng)養(yǎng)分的含量進(jìn)行測定：全氮采用凱氏定氮法，全鉀采用氫氧化鈉(NaOH)熔解火焰光度法，銨態(tài)氮采用氯化鉀浸提流動(dòng)注射儀法，硝態(tài)氮采用氯化鉀浸提紫外比色法，有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀法，速效磷采用鹽酸-硫酸雙酸浸提法，全磷采用NaOH堿熔-鉬銻抗比色法，速效鉀采用中性NH4OAc浸提-原子吸收分光光度法[10]。同時(shí)，采用SPSS軟件計(jì)算各采樣點(diǎn)土壤養(yǎng)分指標(biāo)的極小值、極大值、均值、標(biāo)準(zhǔn)差和變異系數(shù)等，以描述研究區(qū)土壤養(yǎng)分的總體質(zhì)量。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤養(yǎng)分的總體質(zhì)量

從表2看出，樣本的全氮和速效鉀含量均值分別為0.12%和140.73 mg/kg，均處于全國第二次土地普查土壤養(yǎng)分分級(jí)的三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)；有機(jī)質(zhì)含量均值為1.61%，處于四級(jí)標(biāo)準(zhǔn)；速效磷含量均值為3.52 mg/kg，處于五級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。表明，研究區(qū)土壤肥力較低。另外，硝態(tài)氮的變異系數(shù)為1.37，屬強(qiáng)變異性，其余指標(biāo)的變異系數(shù)處于0.1～1，屬中等變異性，說明研究區(qū)土壤養(yǎng)分的空間異質(zhì)性較小。

2.2 土壤養(yǎng)分隨坡改梯年限的變化趨勢

2.2.1 有機(jī)質(zhì)含量 由圖1可見，隨著坡改梯年限的增加，土壤有機(jī)質(zhì)含量均值總體呈上升趨勢，但增長緩慢。對(duì)不同開墾年限及其相對(duì)應(yīng)土壤有機(jī)質(zhì)含量均值進(jìn)行相關(guān)分析，相關(guān)系數(shù)r=0.52，表明，開墾年限與土壤有機(jī)質(zhì)含量均值顯著相關(guān)。坡改梯年限為2年(坡改梯實(shí)施時(shí)間為2010年)的土壤有機(jī)質(zhì)含量為1.43%，低于對(duì)照的坡耕地土壤有機(jī)質(zhì)含量均值(1.56%)；坡改梯年限為14年(坡改梯實(shí)施時(shí)間為1998年)的土壤有機(jī)質(zhì)含量(1.78%)高于坡改梯年限9年(1.58%)和20年(1.59%)的土壤。

表2 土壤各養(yǎng)分指標(biāo)的含量

圖1 土壤有機(jī)質(zhì)含量隨坡改梯年限的變化趨勢

Fig.1 Change trend of average soil organic matter content with increase of cultivation years

2.2.2 氮素含量 由圖2可知，隨著坡改梯年限的增加，土壤全氮含量均值總體呈上升趨勢，但增長較緩慢；而硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量均值隨開墾年限變化的趨勢與全氮變化趨勢相似。相較于坡耕地，坡改梯年限為2年的土壤中全氮、硝態(tài)氮(NO3-N)和銨態(tài)氮(NH4-N)含量均值均下降，全氮和銨態(tài)氮的均值降幅非常小，而硝態(tài)氮含量降低5.2 mg/kg；相較于坡改梯年限為2年的土壤，坡改梯年限為14年的土壤全氮、硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量均值均大致呈直線上升趨勢，分別為0.12%、23.24 mg/kg和43.1 mg/kg，并且其土壤全氮、硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量均高于坡改梯年限為20年的土壤(分別為0.11%、15.87 mg/kg和39.01 mg/kg)。說明，坡改梯年限為14年的土壤全氮、硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量均出現(xiàn)突增現(xiàn)象。反映出坡改梯工程有利于防止土壤氮素的流失，隨著坡改梯年限的增加，連年的施肥有利于土壤氮素的積累。

圖2 土壤有效氮、鉀素、磷素的含量均值隨坡改梯年限的變化趨勢

圖3 土壤養(yǎng)分指標(biāo)變異系數(shù)隨坡改梯年限的變化趨勢

Fig.3 Variable coefficients’ change trend of soil nutrients’ index with increase of cultivation years

2.2.3 磷素和鉀素含量 從圖2看出，隨著坡改梯年限的增加，土壤速效磷含量均值總體呈上升趨勢，但增長較緩慢。速效鉀和全鉀含量均值隨坡改梯年限變化的趨勢與速效磷相似。坡改梯年限為2年的土壤速效磷、速效鉀和全鉀含量相較于坡耕地分別降低0.27 mg/kg、0.22 mg/kg和0.01%；坡改梯年限為14年的土壤速效磷、速效鉀和全鉀含量相較于坡改梯9年的土壤分別增加1.93 mg/kg、78.59 mg/kg和0.41%，也比坡改梯20年的土壤分別增加1.4 mg/kg、72.96 mg/kg和0.21%。

2.3 不同坡改梯年限土壤養(yǎng)分的空間異質(zhì)性

從圖3看出，坡改梯年限為2年(坡改梯實(shí)施時(shí)間為2010年)的土壤各養(yǎng)分指標(biāo)的變異系數(shù)均大于坡耕地和其他年限的坡改梯地，說明坡改梯年限為2年的土壤各養(yǎng)分指標(biāo)的空間異質(zhì)性最大，含量不穩(wěn)定；而坡耕地和其他年限的坡改梯地土壤各養(yǎng)分指標(biāo)的空間分布較穩(wěn)定。

3 結(jié)論

研究區(qū)土壤肥力整體較低且土壤養(yǎng)分的空間異質(zhì)性較小、整體較穩(wěn)定。相較于坡耕地，坡改梯工程實(shí)施后，隨著耕種年限的不斷增加，坡改梯土壤養(yǎng)分總體呈上升趨勢。坡改梯工程初期，原有不同層次土壤發(fā)生混合，導(dǎo)致土壤肥力下降及其差異性顯著增加。坡改梯年限為2年(坡改梯實(shí)施時(shí)間為2010年)的土壤養(yǎng)分各指標(biāo)的平均值相對(duì)于坡耕地土壤降低，且變異系數(shù)最大；隨著坡改梯年限的增加，降低了原有坡耕地水土流失強(qiáng)度，同時(shí)，連年的耕作及無機(jī)和有機(jī)肥料的投入，有效地促進(jìn)了養(yǎng)分積累。坡改梯年限為14年(坡改梯實(shí)施時(shí)間為1998年)的土壤養(yǎng)分出現(xiàn)突增，土壤養(yǎng)分各指標(biāo)的變異系數(shù)變化較穩(wěn)定，土壤肥力差異性減小。

[1] 趙 健，郭宏忠，陳健橋，等.三峽庫區(qū)水土流失類型劃分及防治對(duì)策[J].中國水土保持，2010(1)：16-18.

[2] 劉彥隨，馮德顯.三峽庫區(qū)土地持續(xù)利用潛力與途徑模式[J].地理研究，2011(2):139-143.

[3] 范玉芳，羅友進(jìn)，魏朝富.西南丘陵山區(qū)坡耕地水平梯田工程設(shè)計(jì)分析[J].山地學(xué)報(bào)，2010，28(5):560-565.

[4] 韋 杰，賀秀斌.三峽庫區(qū)坡耕地水土保持措施研究進(jìn)展[J].世界科技研究與發(fā)展，2011，33(1):41-45.

[5] 焦菊英，王萬中.黃土高原水平梯田質(zhì)量及水土保持效果的分析[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，1999，15(2):59-63.

[6] 吳發(fā)啟，張玉斌，宋娟麗，等.水平梯田環(huán)境效應(yīng)的研究現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢[J].水土保持學(xué)報(bào)，2003，17(5):28-31.

[7] 張永濤，王洪剛，李增印，等.坡改梯的水土保持效益研究[J].水土保持研究，2001，8(3):9-12.

[8] 薛 萐，劉國彬，張 超，等.黃土高原丘陵區(qū)坡改梯后的土壤質(zhì)量效應(yīng)[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2011，27(4):310-316.

[9] 楊 敏，陳國建，韋 杰，等.坡改梯地區(qū)不同土地利用方式對(duì)土壤養(yǎng)分的影響——以重慶市巫山縣為例[J].重慶師范大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2012，29(6):43-46.

[10] 李培霞，陳國建，韋 杰.三峽庫區(qū)典型坡改梯地土壤肥力質(zhì)量評(píng)價(jià)——以重慶市巫山縣為例[J].重慶師范大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2013，30(6):55-62.

[11] 董宏偉，陳國建，郭 躍，等.三峽庫區(qū)不同坡改梯年限土壤肥力質(zhì)量評(píng)價(jià)研究[J].中國水土保持，2014(6):35-38.

[12] 焦 峰，溫仲明，從懷軍，等.基于屬性識(shí)別模型的退耕地土壤肥力綜合評(píng)價(jià)[J].水土保持學(xué)報(bào)，2010，24(5):204-208.

(責(zé)任編輯：黃筑斌)

Situation and Change Trend of Soil Nutrients in Terraced Fields from Sloping Land in Three Gorges Reservoir Area

CHEN Guojian, LI Chunjuan, ZHANG Chao, LI Chunli, LI Juanjuan, WEI Jie，DONG Hongwei

(CollegeofGeographyandTourism,ChongqingNormalUniversity,Chongqing400047,China)

The situationand change trend of soil nutrients in terraced fields from sloping land with different cultivation years were analyzed by the space-time substitution method in Wushan County to grasp exactly the soil fertility situation after implementing the project of terraced field construction from sloping land in Three Gorges Reservoir Area. Results: The average content of total nitrogen, available potassium, organic matter and available phosphorus is in Grade Ⅲ, Grade Ⅲ, Grade Ⅳ and Grade Ⅴ respectively according to the classification standard of soil nutrients recommended by National Second Land general survey and the spatial heterogeneity of soil nutrient is small. The soil nutrients in terraced fields from slope cropland present the rising trend with increase of cultivation years compared with slope cropland overall. The average values of different soil nutrient indexes in terraced fields from slope cropland with two cultivation years are lower than slope cropland and there is a significant difference in soil fertility. The average values of different soil nutrient indexes in terraced fields from slope cropland with fourteen cultivation years present the linear rising trend and there is no significant difference in soil fertility.

terraced fields from slope land; soil nutrient; Three Gorges Reservoir Area; Wushan Mountain; Chongqing

2016-01-11； 2016-02-01修回

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41001168)；國家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2011BAD31B03);重慶市自然科學(xué)基金項(xiàng)目(CSTC2010BB0326)； 重慶市教委社科項(xiàng)目(08JWSK043)；重慶師范大學(xué)博士基金項(xiàng)目(05XLB)

陳國建(1975-)，男，副教授，博士，從事水土保持和生態(tài)修復(fù)研究。E-mail：956228510@qq.com

1001-3601(2016)03-0141-0172-03

S-9； S37

A