李楚海，陳文裕，陳金鳳，陳錦嫦，黃銳彬，吳鵬豹*，鄧木彬

（1.福建師范大學 旅游學院，福建 福州 350117；2.惠州學院地理與旅游學院，廣東惠州 516007；3.廣州大學 地理科學與遙感學院，廣東 廣州 510006）

1 引言

1.1 研究背景及意義

農業(yè)集約化是在單位面積的耕地上投入較多的技術、資金和勞動，以期獲取相對較高的單位面積產量，同時又能減少每單位內農產品勞動消耗的一種現(xiàn)代農業(yè)經(jīng)營方式，是現(xiàn)代農業(yè)發(fā)展的趨勢.這種經(jīng)營模式需要大型農業(yè)機器和高新科技的支持，對于提高現(xiàn)代農業(yè)生產的科技含量以及對農業(yè)機械的推廣有一定的調整和優(yōu)化作用，甚至能促進產業(yè)結構的調整.集約化經(jīng)營在減少農業(yè)投入的同時還能提高土地生產率和利用率，增加農業(yè)經(jīng)濟效益，是現(xiàn)代農業(yè)的客觀要求.

磷和氮是土壤中對植物的生長具有重要意義的微量元素.相關研究指出，速效養(yǎng)分的含量對土壤肥力有重要影響，而速效磷是速效養(yǎng)分中的重要組成部分，是對作物生長最有效的養(yǎng)分之一［1］.氮是植物必需的元素之一，它是構成葉綠素的重要成分.土壤中的氮元素流失，植物體中的葉綠素含量就會下降，葉色變黃，光合產物會隨光合作用的減弱而減少.此外，土壤pH值與容重的改變也會使土壤養(yǎng)分發(fā)生顯著變化，土壤pH值能影響氮、磷等微量元素的轉化和釋放，進而影響土壤養(yǎng)分的保持能力；土壤中的礦質營養(yǎng)在中性土壤中有效性最高，土壤偏酸或偏堿都會影響植物對一部分元素的吸收，尤其是對微量元素的利用［2］.土壤容重主要是影響水分的入滲速度，土壤容重越大，水分入滲越慢［3］，因此容重也是本研究的觀測指標之一.通過對比集約化經(jīng)營與傳統(tǒng)農戶經(jīng)營下的農田土壤質量，以揭示集約化經(jīng)營模式對土壤質量的影響規(guī)律.

1.2 研究區(qū)域概況

本研究以惠州市平潭某農場及其周邊的土壤為研究對象.惠州市位于亞熱帶季風氣候區(qū)，土壤以紅壤為主，淋溶非常強烈，土壤養(yǎng)分流失嚴重，各種土壤養(yǎng)分相對缺乏.研究區(qū)農場（如圖1所示），在近年來實現(xiàn)了農業(yè)的集約化、機械化、專業(yè)化生產，引進了許多先進設備；生產過程中主要施用有機肥料；在病蟲控制方面以預防為主，同時采用捕蟲燈、輪作等方法，做到少用藥.在耕種和管理流程中，使用軌道式大面積自動噴灌設備來進行施肥、灑水、噴藥等，基本實現(xiàn)機械化和自動化作業(yè).

圖1 研究區(qū)農業(yè)位置

1.3 樣品采集與處理

本研究共對6處采樣點分別采集3個樣本，共18個土壤樣本.1個露天的傳統(tǒng)耕地，1個露天的集約化經(jīng)營的四棱豆種植區(qū)和4個在塑料大棚中的集約化種植區(qū)，分別為玉米、花卉、哈密瓜和葡萄種植區(qū).容重的測定采用環(huán)刀法，將收集的土壤樣本放入燒杯，待風干后，放入烘干機中，在105℃下烘干10 h，取出后用電子天平稱量重量，通過公式計算得到土壤的容重［1］；pH值的測定采用pH計電位法，實驗中選用液土比為2.5∶1，并采用水浸提?。?］；速效磷的測定采用鹽酸浸提－鉬銻抗比色法［1］；銨態(tài)氮的測定采用半微量凱氏法.

1.4 數(shù)據(jù)計算及處理

實驗數(shù)據(jù)采用Excel和SPSS25軟件進行分析.容重和銨態(tài)氮采用均值比較的方法；pH值和速效磷采用單因素方差分析法對樣品差異性進行顯著性分析，在95%的可靠性下對不同類型土壤之間差異性進行比較分析.

2 結果與分析

2.1 不同經(jīng)營方式農田土壤pH值和容重分析

本次采用18個樣本進行研究，結果顯示土壤pH值的平均值是6.18，大體上呈現(xiàn)酸性.將各樣本的pH值與平均pH的值進行比較（如表1所示），可以發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)耕地的pH值最高，呈中性，花卉、四棱豆的pH值跟平均值接近，也呈中性，玉米，葡萄、哈密瓜的pH值偏低，偏酸性較明顯.土壤偏酸性，主要跟惠州的地理位置和氣候條件有關.惠州地處南方，年平均氣溫高，降水充沛，植被生長旺盛，在高溫多雨的夏季，植物殘體容易被分解；另一方面，土壤中的堿性物質易溶于水，在雨季土壤中的堿性成分被沖走，酸性成分富集，pH偏低.

表1 土壤pH值描述統(tǒng)計

利用SPSS軟件，以不同的經(jīng)營模式為可控變量，以土壤中的pH值為相應變量，對應的6種不同作物下的土壤進行單因素方差分析檢驗，從表2可以得出，不同的經(jīng)營模式下土壤的pH值存在著較明顯的差異（P<0.05），集約化利用耕地下的土壤pH值總體上低于傳統(tǒng)耕作方式下的農田.傳統(tǒng)耕作模式下的土壤pH值約為6.66，集約化種植玉米、葡萄和哈密瓜的土壤pH分別為5.58，6.14，5.44，這幾個種植區(qū)土壤的pH值與傳統(tǒng)耕作區(qū)土壤pH值存在顯著性差異特征（P<0.05）.集約化種植花卉區(qū)的土壤pH約為6.63，集約化種植四棱豆的土壤pH約為6.60，這兩個種植區(qū)沒有顯著性差異（P>0.05），所以集約化種植四棱豆和花卉對土壤的pH值沒有產生顯著的影響.

表2 傳統(tǒng)種植區(qū)與集約化種植區(qū)pH比較表

相關研究表明，土壤的酸堿度跟不同的母質土壤有一定的相關性，母質土壤類型不同，所對應的pH值也會有所差異［4］.惠州市平潭的土壤主要是由紅色砂巖、砂頁巖、花崗巖等巖石風化而成，所以當?shù)赝寥纏H值呈中性和弱酸性，再加上當?shù)氐臍夂驐l件的影響，該地的傳統(tǒng)土壤pH值維持在6.5左右.同時，長期的施肥等人為活動也會使土壤呈酸化的趨勢.由于傳統(tǒng)耕地和四棱豆種植區(qū)的土壤都是露天種植的，總的來說pH值的差異較小，所以在同樣露天的環(huán)境下，集約化種植對pH值的影響幅度較小.從數(shù)據(jù)可以看出，在塑料大棚中的4個種植區(qū)中，有3個種植區(qū)的pH發(fā)生了較明顯的變化，尤其是玉米和哈密瓜種植區(qū)的pH偏酸性更為明顯.

土壤容重是土壤中最為重要的物理性狀之一，不僅可以綜合反映土壤的通透性以及松緊度，還可以綜合反映土壤的肥力狀況及所在地區(qū)的生產力水平［5］.對于土壤容重數(shù)據(jù)，是通過對比不同耕作區(qū)的土壤容重與所有樣本平均值的差異來進行綜合分析（如圖2所示）.土壤容重的均值為1.51 g/cm3，各類樣本的容重數(shù)值之間沒有顯著差異.在樣本中，玉米、葡萄和四棱豆種植區(qū)的土壤容重高于平均值，其中葡萄種植區(qū)的土壤容重最大，為1.74 g/cm3，比平均值高出15.5%.土壤容重會影響水分的入滲速度，隨著容重增大，水分入滲速度會降低.在測定的樣本中，集約化經(jīng)營下的土壤容重總體上高于傳統(tǒng)耕種模式下的土壤容重.進行土壤采樣的時間，正處于多雨的夏季.露天的采樣點，即傳統(tǒng)、四菱豆種植區(qū)在太陽的照射下水分蒸發(fā)比較快，采集過程中發(fā)現(xiàn)在土壤20厘米以下，四棱豆種植區(qū)會比傳統(tǒng)耕地更濕潤，而數(shù)據(jù)也證明了四棱豆種植區(qū)的土壤容重較大，土壤就相對松散干燥、下滲快，水分含量也就少.其他在塑料大棚內的采樣點均采用滴灌、噴灌等方式進行澆灌，并且在大棚內受到太陽照射的影響小，蒸發(fā)較慢，濕度也相對較高.因此，可以得出土壤含水量與土壤容重之間的相關關系是呈正相關.韓賓研究結果表明，當土壤容重在1.5 g/cm3時，可以滿足農作物生長的需要，而當土壤容重值在1.5 g/cm3以上，且有繼續(xù)增長趨勢時，會影響農作物根系的發(fā)育，不利于農作物的生長［6］.從所測的數(shù)據(jù)來看，土壤容重超過1.5 g/cm3的主要在玉米、葡萄和四棱豆這幾個采用集約化種植的區(qū)域，這幾個區(qū)域有一個共同點就是它們的積水比較多，濕度大；對此需要農場工作人員加強排水系統(tǒng)的建設以及保持大棚區(qū)內有一定的通透性，對農作物進行保護性種植.

圖2 土壤容重條形圖

2.2 不同經(jīng)營方式農田土壤速效磷、銨態(tài)氮含量分析

在自然狀態(tài)下，土壤中的氮元素主要有來自生物固氮、人為施加氮肥以及隨著降水的作用而帶入土壤的氮.影響土壤銨態(tài)氮含量的因素很多，近年來，研究人員開展了眾多有關成土母質、耕作制度、氣候條件以及施肥等與土壤氮含量變化有關的研究.張浩等［7］研究表明，土地利用和農業(yè)經(jīng)營的方式、成土母質對土壤銨態(tài)氮空間變異影響最為顯著.此外，氣候條件的變化也會影響土壤氮素的含量，其中降水對土壤氮元素的淋洗作用和反硝化作用等化學作用有直接影響，這些因素會影響土壤中有機質的礦化程度從而間接影響土壤銨態(tài)氮含量.根據(jù)資料顯示，在降雨較多的年份土壤氮素的損失相比較正常年份增加10%左右［8］；溫度升高會增加土壤N2O的排放，不利于土壤氮素的積累［9］.氮肥是土壤氮素最重要的來源之一，人工追加氮肥會影響土壤的氮素循環(huán)［10］.因此，土壤銨態(tài)氮含量的變化，不僅會受氮肥施用的影響，也會受到施加氮肥與氣候交互效應所產生的顯著影響，為了提高農作物產量，在氮元素淋失嚴重的亞熱帶地區(qū)，人工施加氮肥是維持土壤銨態(tài)氮含量的有效途徑［11］.

不同種植制度下土壤的水、氣、熱等物理性狀的差異將會直接影響土壤有機氮的礦化和積累.由于土壤中的氮絕大部分以有機結合態(tài)氮存在，因此，隨著土壤有機質含量的增加，相應的，土壤的微生物數(shù)量也會隨之增加，使其生命活動更加旺盛，增加了氮的礦化程度.土壤有機質的積累和分解很大程度上決定了土壤氮的積累消耗程度的大小.不同作物的需氮量不同，也會影響氮肥在土壤中的殘留量.此外，還有一個影響土壤氮素循環(huán)和轉化的重要因素便是不同作物根際微生物在組成上的差異性.

在研究區(qū)的耕作土地區(qū)域中，土壤銨態(tài)氮平均含量為0.00129 g·kg-1（如表3所示），總體偏低.由于各數(shù)值之間差異很小，進行單因素方差分析的實際意義不大，本文只進行均值的描述.根據(jù)全國土壤養(yǎng)分含量分級標準，根據(jù)銨態(tài)氮的數(shù)量含量小于0.05 g·kg-1，可以劃分屬于國家六級標準.按照華南地區(qū)土壤銨態(tài)氮分級指標低、中、高水平劃分，根據(jù)研究區(qū)域土壤氮含量，可以將其劃分在低水平的階段內.在不同作物區(qū)中，平均銨態(tài)氮含量最高的是玉米種植區(qū)0.001493 g·kg-1，平均氮含量最小的是傳統(tǒng)種植區(qū)0.00084 g·kg-1.無論是傳統(tǒng)耕地還是集約化種植，土壤銨態(tài)氮的含量都相差很小，變化不明顯.從總體上看，集約化種植區(qū)的銨態(tài)氮含量略高于傳統(tǒng)種植區(qū)，主要原因有以下兩個方面：其一，處于亞熱帶季風氣候區(qū)，在自然狀態(tài)下雨水的強烈淋溶會使氮素等迅速淋失，而維持土壤氮元素最好的途徑之一就是人為施加氮肥.在集約化種植區(qū)，采用先進的滴灌等技術，可以在灌溉時給作物精確追加養(yǎng)分，由于集約化的大規(guī)模管理，讓土壤氮元素等得到及時的補充.其二，由于集約化的種植區(qū)中，有4個位于塑料大棚中，在多暴雨的夏季避免了雨水的直接淋溶，在一定程度上有利于土壤養(yǎng)分的積累，從而更有利于作物生長.

表3 銨態(tài)氮實驗數(shù)據(jù)

在研究區(qū)耕地中，土壤速效磷平均含量為7.14 mg·kg-1（如表4所示），樣本間均值有較大差異，其中最大值為是8.20 mg·kg-1，最小值是6.15 mg·kg-1，分別出現(xiàn)在花卉種植區(qū)和傳統(tǒng)耕作的農田.18個樣本土壤速效磷的含量的差異性具有統(tǒng)計學意義（P<0.05），在樣本中，花卉種植區(qū)速效磷的均值最高，是樣本總體均值的1.11倍；葡萄和玉米種植區(qū)的速效磷含量也相對較高；葡萄和玉米種植區(qū)的土壤速效磷含量也維持在一個較高的水平；傳統(tǒng)耕地和哈密瓜種植區(qū)中土壤速效磷含量相對較低，均低于平均含量.

表4 土壤速效磷描述統(tǒng)計

對18個樣品進行單因素方差分析檢驗，從表5可以看出，不同利用模式下農田土壤速效磷存在顯著性差異（P<0.05），具體表現(xiàn)在集約化利用耕地速效磷含量顯著高于傳統(tǒng)耕作方式下的農田，樣本中速效磷含量可高達8.2031mg·kg-1，約為后者的1.25倍.

表5 傳統(tǒng)種植區(qū)與集約化種植區(qū)速效磷比較表

傳統(tǒng)耕作模式下土壤中速效磷含量為6.25 mg·kg-1，玉米種植區(qū)為7.42 m g·kg-1，葡萄種植區(qū)為7.43 mg·kg-1，花卉種植區(qū)為7.89 mg.kg-1，四棱豆種植區(qū)為7.24 mg·kg-1，玉米、花卉和四棱豆種植區(qū)土壤與傳統(tǒng)耕作土壤速效磷含量具有顯著性差異.哈密瓜種植區(qū)為6.57 mg·kg-1，集約化種植哈密瓜沒有顯著增加土壤中速效磷含量.根據(jù)全國第二次土壤普查養(yǎng)分分級標準，所有土壤樣品的速效磷含量介于6.25 mg·kg-1~8.25 mg·kg-1之間，屬于4級分類，總體上偏低.

相關研究表明，南方地區(qū)紅壤中的磷素當季利用率不足25%，因為在紅壤中富含鐵和鋁，這兩種元素容易將磷素等養(yǎng)分固定，使作物難以吸收.此外，在集中的降水和灌溉水的作用下，土壤里的磷素會進入水體，不僅降低了土壤原有的肥力，還會造成水體富營養(yǎng)化等問題，危及生態(tài)［12］.此外，人類活動也是導致速效磷含量變化的重要因素，灌溉和施肥等活動都可能會加劇土壤的酸化.集約化的耕作方式與傳統(tǒng)耕作方式最大的不同在于更專業(yè)化和科學化，人為的影響非常大，為了提高土地利用效率，會通過施加化肥、有機肥等方式改良土壤，以增加作物產量.與銨態(tài)氮在塑料大棚中的變化相似，速效磷的含量有一定的富集現(xiàn)象.主要是因為露天的傳統(tǒng)耕地在雨水的淋溶下容易流失，在塑料大棚中的耕地沒有受到雨水的直接淋溶，速效磷等養(yǎng)分淋失作用降低，更容易積累；加上人工定期精準施肥，所以即使在露天的四棱豆種植區(qū)，速效磷含量也會比較高.

3 研究建議

（1）根據(jù)不同的農作物選擇合適的耕作方式.集約化的經(jīng)營模式，會由于農作物不同從而導致農作物土壤中的速效磷含量產生差異，所以根據(jù)農作物的種類選擇合適的耕作方式，對促進農作物的生產具有一定的積極作用.

（2）人為施肥要適量，避免過量.出于提高農作物產量的目的，人們往往會在農作物生長的過程中使用大量的農藥，導致土壤的養(yǎng)分發(fā)生變化，加速了土壤的酸化，使土壤的結構被破壞，養(yǎng)分流失.

（3）進行農作物耕作之前對區(qū)域的氣候土壤條件進行適當?shù)姆治?土壤中各種要素成分的含量與該地所處的自然條件有密切的聯(lián)系，在耕作之前，對區(qū)域的氣候土壤條件進行適當?shù)姆治?，可以了解到人為因素在農作物的生長過程中的影響程度.

（4）目前研究區(qū)域內大多數(shù)種植區(qū)可以滿足農作物的生長需要，但也存在著少部分種植區(qū)土壤養(yǎng)分過剩、土壤含水量過多等不利于農作物生長的因素，因此還需要農場管理人員加強園區(qū)的種植管理，采取相關措施減少不利因素對農作物的影響.

4 研究結論

集約化的管理模式更容易導致農田中的酸性增強，尤其是在塑料大棚中集約化耕作，使土壤偏酸性明顯.同時也會使土壤容重略有增大，但是差異不顯著，這主要跟耕作的農業(yè)機器有關，南方地區(qū)多采用小型農業(yè)機器，對土壤壓實作用不明顯.此外，受到氣候和成土母質的影響，南方地區(qū)的土壤中銨態(tài)氮和速效磷等含量總體偏低，而集約化的種植會減少養(yǎng)分的淋失，加上人為的精準施肥，使土壤中的氮、磷更容易富集，土壤肥力更高.