申江龍，張盼盼

（1.陜西省土地工程建設(shè)集團有限責任公司，陜西 西安 710075；2.自然資源部退化及未利用土地整治工程重點實驗室，陜西 西安 710021；3.陜西地建土地工程技術(shù)研究院有限責任公司，陜西 西安 710021；4.陜西省土地整治工程技術(shù)研究中心，陜西 西安 710075；5.自然資源部土地工程技術(shù)創(chuàng)新中心，陜西 西安 710075）

引言

土壤是作物生長的基礎(chǔ)，為作物健康生長提供水分、養(yǎng)分等必需物質(zhì)條件。土壤質(zhì)量水平不僅影響作物的生長發(fā)育及產(chǎn)量，同時還影響和制約農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。要獲得穩(wěn)定的作物產(chǎn)量，維持農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的良性循環(huán)，就必須了解土壤質(zhì)量與環(huán)境間的相互關(guān)系，維持和提高土壤質(zhì)量[1-3]。

在黃土臺塬地區(qū)，尤其是南泥灣地區(qū)，當?shù)剞r(nóng)民通過一種叫“洗埝”的方式增加土壤肥力。埝是指水平梯田沿等高線的垂直面，土埝充分暴露在陽光、風力、水力的直接作用下，養(yǎng)分會在表層富集，農(nóng)民通過“洗埝”這種方式搜集鉀肥、氮肥。這說明土埝土壤具有較強的養(yǎng)分富集及自我修復能力，揭示土埝土壤質(zhì)量恢復對于糧食安全具有重要意義。

一般評價土壤恢復有三種途徑，第一種是直接在擾動后測量恢復程度；第二種是將擾動后的恢復過程量化；第三種是測量能體現(xiàn)恢復機制的特性的指標[4]。國內(nèi)對土壤質(zhì)量恢復的研究主要采用時空互代法，選擇流域內(nèi)自然條件和管理方法相近，不同恢復年限的樣地，分析不同恢復年限下該土地利用類型下土壤質(zhì)量及各評價指標的變化。該方法雖然無法保證外界環(huán)境的恒定，但卻可以取得較長的時間尺度的演變規(guī)律，是生態(tài)學領(lǐng)域中時空演變研究普遍采用的研究方法。有研究針對梯田土壤問題，以延安碾莊溝流域和淳化泥河溝流域為研究對象，分析多項土壤物理、化學和生物學質(zhì)量指標，得到除全磷和鉀元素外其他養(yǎng)分均屬中低水平，梯田絕大多數(shù)土壤質(zhì)量指標隨修建時間的增加先逐漸升高后緩慢降低的演變過程。以黃土丘陵區(qū)紙坊溝流域為研究對象，采用時空互代法，探究土壤物理、化學和生物學性質(zhì)的演變過程。結(jié)果表明，通過工程改造為梯田當年，土壤各指標呈現(xiàn)不同程度的下降或沒有顯著變化；隨著改造年限的增加，土壤質(zhì)量顯著增加[4]。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于位于延安市寶塔區(qū)南泥灣鎮(zhèn)，屬暖溫帶半濕潤大陸性季風氣候，系丘陵溝壑區(qū)，土壤為黃綿土，水稻土。林草覆蓋率83%，年平均氣溫8.1℃，年平均降雨量565mm。

1.2 樣品采集與測定

在研究區(qū)采集不同年限（1～5年、5～10年、10年以上）的土埝表層土壤；選取不同坡向（陰坡、陽坡）的土埝采集表層土壤。所有采集土壤均為混合土樣，由3個采樣點充分混合裝入樣品袋。

pH 采用玻璃電極法，用pH 計測定，水土比例為2.5:1；電導率采用上海雷磁生產(chǎn)的電導率儀測定，水土比為5:1；粒徑組成采用激光粒度分析儀（Mastersizer 2000）測定，用六偏磷酸鈉分散，沙浴加熱去除碳酸鈣；容重利用電熱鼓風干燥器采用重量法測定；全氮采用凱氏定氮儀分析測定；活性有機碳利用德國TOC/TN分析儀（MultiC/N 3100）測定；有效磷采用0.5mol·L-1NaHCO3浸提—鉬銻抗分光光度法，用紫外可見分光光度計測定；速效鉀用以1 mol·L-1CH3COONH4作為浸提劑與土壤混合（水土比為10:1），用火焰光度計測定；土壤中鈣的測定采用氣量法。

1.3 數(shù)據(jù)分析

根據(jù)野外采樣獲取的土壤樣本檢測結(jié)果，利用R軟件編程來對樣本進行描述統(tǒng)計分析。并利用多元線性相關(guān)分析與典型相關(guān)分析求解各指標之間以及土壤理化性質(zhì)與土壤養(yǎng)分之間的相關(guān)性。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同年限區(qū)間土埝養(yǎng)分分布特征

土埝土壤中并非所有的元素都表現(xiàn)出隨著時間的增長元素含量增長的趨勢（表1）。其中，全氮、有機活性炭隨土埝形成時間的增加而增加，并且隨著時間的推移，增長速率不斷加快。另一方面，有效磷和速效鉀的含量均表現(xiàn)出先減小再增長的走勢。這一結(jié)果與以往的土埝養(yǎng)分相關(guān)研究存在差異。隨著土埝年齡的增長，pH表現(xiàn)出了先增長再減小的趨勢。土壤電導率則與pH 的表現(xiàn)恰恰相反，表現(xiàn)出了先減小再增大的趨勢。由此判定pH與電導率存在負相關(guān)關(guān)系，關(guān)系的強弱將通過之后的相關(guān)性分析進行度量。

表1 不同年限下土壤理化性質(zhì)

2.2 不同坡向土埝養(yǎng)分分布特征

土埝土壤中元素的含量表現(xiàn)出了一致的趨勢，均表現(xiàn)為半陽坡的各種元素含量最高（表2）。有效磷的含量表現(xiàn)為陰坡大于陽坡，全氮、速效鉀、活性有機碳的含量均表現(xiàn)為陽坡大于陰坡。表明光照利于促進全氮、速效鉀、活性有機碳的富集，有效磷含量變化則相反，光照對有效磷含量的增加呈負作用。

表2 不同朝向下土埝理化性質(zhì)

土壤pH 值大小梯度為：陽坡＞陰坡＞半陽坡，而土壤電導率的結(jié)果為陰坡＞半陽坡＞陽坡。

2.3 多元相關(guān)分析

通過對不同因子之間的相關(guān)關(guān)系進行分析，能夠發(fā)現(xiàn)土壤養(yǎng)分含量變化中的關(guān)鍵影響及驅(qū)動因素。首先，對pH、電導率、有效磷元素含量（mg/kg）、全氮元素含量（g/kg）、速效鉀元素含量（mg/kg）、有機活性炭元素含量（mg/kg）進行數(shù)據(jù)標準化處理：

其中：

皮爾森相關(guān)系數(shù)來度量指標之間的相關(guān)性：

如圖1所示，坐標軸的范圍是-1到1，顏色由深藍色過渡到淺藍色再由淺紅色過渡到深紅色，表明相關(guān)性的變化情況由強負相關(guān)到弱負相關(guān)到不相關(guān)到弱正相關(guān)再到強正相關(guān)的過程。上三角矩陣中圓面積的大小也刻畫了相關(guān)性的強弱。發(fā)現(xiàn)pH與電導率存在很強的負相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)為-0.83；pH與有效磷存在較強的負相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)為-0.55；全氮與有機活性炭有很強的正相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)為0.84；電導率與有效磷存在較強的正相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)為0.54。

圖1 土壤變量多元相關(guān)分析

3 討論與結(jié)論

3.1 討論

現(xiàn)階段，人地矛盾是我國社會發(fā)展的一大制約條件，國家劃定18億畝耕地紅線確定了我國耕地面積的數(shù)量值，但未對紅線耕地的質(zhì)量進行明確規(guī)定，致使部分耕地質(zhì)量低下，難以達到生產(chǎn)生活需求。化肥、農(nóng)藥等的大量施用，對耕地本身也存在較大、甚至不可逆轉(zhuǎn)的傷害。國內(nèi)已有大量的專家學者聚焦于土壤質(zhì)量提升、土壤修復等有關(guān)方面的研究，并已取得相應(yīng)的成果。

速效鉀主要受到成土母質(zhì)、氣候等因素的影響。土埝采樣點的成土母質(zhì)基本一致，因此主要影響因素為氣候因素。氣候?qū)ν寥乐锈浀挠绊懼饕碚髟诮邓蜏囟葘τ谕寥乐薪粨Q性鉀的影響。通過研究溫度對土壤中鉀元素影響的分析，表明隨著溫度的升高，土壤中鉀元素的活性提高[5]；研究氣候變化對土壤鉀元素的影響，發(fā)現(xiàn)土壤中速效鉀含量隨著年均降水量和年均氣溫的升高而增加。

土壤有機質(zhì)含量和氣候是影響土壤全氮含量的主要自然因子，土壤有機質(zhì)的累積與礦化程度直接關(guān)系到土壤氮素的轉(zhuǎn)化和存儲，與土壤全氮含量呈顯著正相關(guān)；降水、氣溫直接影響土壤氮素的淋洗和反硝化作用的強度，并對土壤有機質(zhì)的礦化度產(chǎn)生影響，進而影響土壤氮素含量[6]。

土壤水分、濕度、溫度、季節(jié)、土地利用方式、土地管理措施等因素均會對土壤有機活性碳產(chǎn)生影響。土壤質(zhì)量恢復主要是土壤自身養(yǎng)分含量值的正?；?。目前，國內(nèi)對土壤質(zhì)量恢復的研究大都集中在時間尺度方面，而影響土壤養(yǎng)分含量的自然因素很多，諸如光照、水分、凍融、植被等，且存在交互作用，加之人為因素的影響，使其研究內(nèi)容更為復雜[7]。本研究針對時間、坡向的不同對土埝中的養(yǎng)分含量進行初步分析，得出了土壤營養(yǎng)物質(zhì)之間的相關(guān)關(guān)系，以期為后續(xù)進一步研究提供借鑒。

3.2 結(jié)論

通過分析不同形成年限、不同朝向條件下土埝土壤養(yǎng)分的分布特點，以及對土壤中不同元素與化學性質(zhì)的相關(guān)分析，得出以下結(jié)論：

（1）在溫度、光照、水分等自然因素的作用下，土埝表層的養(yǎng)分逐漸活化并富集，不同形成年限土埝的土壤中營養(yǎng)物質(zhì)的含量表現(xiàn)出顯著的差異。

（2）不同坡向土埝的土壤中營養(yǎng)物質(zhì)的含量存在巨大差異，并且半陽坡的土埝，土壤中營養(yǎng)物質(zhì)含量最高，表明半陽坡適宜的溫度和光照條件有助于營養(yǎng)物質(zhì)的產(chǎn)生和積累。

（3）土埝表層土壤化學性質(zhì)與營養(yǎng)物質(zhì)之間能夠相互影響。pH與電導率存在強的負相關(guān)性。有機活性炭與全氮存在強相關(guān)性，有效磷與電導率存在較強相關(guān)性。