湖南舂陵水流域不同土地利用类型的土壤养分特征

摘 要：以湖南舂陵水流域的耕地、园地、林地和草地4种不同土地利用类型为研究对象，测定分析了0～20 cm、20～40 cm（不包括20 cm）、40～60 cm（不包括40 cm）的土层土壤中有机碳（SOC）、全碳（TC）、全氮（TN）和全磷（TP）质量分数差异及其影响因素。结果表明：①不同土地利用类型0～60 cm土层土壤有机碳（SOC）质量分数由高到低排序为耕地（46.22 mg/kg）>林地（43.22 mg/kg）>草地（25.32 mg/kg）>园地（9.16 mg/kg），全碳（TC）质量分数由高到低排序为耕地（65.40 mg/kg）>林地（54.50 mg/kg）>园地（30.91 mg/kg）>草地（27.48 mg/kg），全磷（TP）质量分数由高到低排序为耕地（2.317 mg/kg）>林地（1.308 mg/kg）>园地（0.829 mg/kg）>草地（0.528 mg/kg），全氮（TN）质量分数由高到低排序为耕地（6.020 mg/kg）>林地（6.010 mg/kg）>草地（3.383 mg/kg）>园地（1.440 mg/kg），耕地土壤有机碳（SOC）、全碳（TC）、全氮（TN）和全磷（TP）质量分数均最高，土地利用类型对土壤养分具有显著影响，因为种植经济作物需要投入大量肥料，所以其养分质量分数最高；②表层土壤具有养分积聚性，不同土地利用类型的表层土壤养分质量分数均最高，养分质量分数随着土层深度的增加呈现递减趋势；③土壤养分质量分数与pH值等理化性质具有显著相关性。

关键词：舂陵水流域；土地利用类型；土壤养分

中图分类号：S158 文献标志码：A 文章编号：1674-7909（2024）15-126-7

DOI：10.19345/j.cnki.1674-7909.2024.15.026

0 引言

土壤养分是评价土壤健康水平的重要指标，为植物的健康生长提供各种养分，具有至关重要的作用［1-3］。碳、氮、磷等是各类植物生长所需的必要物质，在促进植物健康生长方面具有十分重要的作用［4-5］。土地利用类型是大自然健康发展和人类劳动智慧的综合反映。大量研究结果表明，土地利用类型的改变可以引起许多自然要素和生态过程的变化（如pH值、含水率、温湿度等），从而改变土壤养分循环过程和质量分数［6］。因此，研究不同土地利用类型的养分特征，有利于了解掌握土地类型变化对土壤养分的影响，可为科学系统地规划土地用途和绿色循环发展提供有力的数据支撑。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究区位于湖南省舂陵水流域。舂陵水流域包含常宁市、耒阳市、桂阳县、嘉禾县大部分行政区域，以及衡南县、临武县、宁远县、蓝山县、新田县部分行政区域。舂陵水流域面积为6 623 km²，位于东经112°4′16″～112°52′2″、北纬25°10′17″～26°40′45″，处于南岭山脉北侧。流域内地质结构复杂，矿产资源丰富，属亚热带季风湿润气候区，高温多雨，年均降水量为1 700 mm，年均气温为17.9 ℃，土壤类型以黄壤和红壤为主。

1.2 样品采集

研究区在湖南省舂陵水流域内，以舂陵水流域内的耕地、园地、草地和林地为研究对象，在4种不同土地利用类型中分别选取3个有代表性的样地开展野外调查工作，采集样品送武汉地质调查中心分析化验。经过实地调查，耕地主要种植的经济作物为玉米、甘薯、花生、芝麻等；园地主要种植油茶；草地主要植被为丝茅、蕨，覆盖度为85%以上；林地主要树种为马尾松、杉木、樟木等。

2022年8—9月开展野外调查和样品采集工作。其中，林地在2019—2021年开展的全国森林资源调查样地中选择，草地在2020—2021年开展的全国草资源调查样地中选择，园地、耕地均通过土地利用类型图均匀布设样地，选择人为干扰少、有典型地域代表性的样地，每种土地利用类型选取3个代表样地；对每个样地进行剖面挖掘，分别采集0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm的土壤样品，每一层土壤样品由上到下为1个土壤混合样品，每层样品不少于1.5 kg，每个样地取3个土壤样品，共取36个土壤样品；土壤样品先过孔径为6 mm或4 mm的土壤筛，自然风干后再过孔径为2 mm的土壤筛，以供分析测定。用100 cm3环刀分别取样0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm土层土壤原状样品2个，取每层土壤的中间样品。

1.3 样品分析

样品分析指标有土壤的pH值、有机碳质量分数、全碳质量分数、全氮质量分数、全磷质量分数。土壤pH值采用土水比（质量比）1.0∶2.5浸提后，使用pH测定仪（PHS-3C，武汉地质调查中心分析测试室）测定。采用环刀法测土壤容重，用100 cm3环刀采集0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm土层土壤样品，环刀自上而下在每层土壤中部取样，每层取样2个，取完样后，去掉环刀外面多余土壤，盖上盖子称量计算。利用烘干法测土壤含水率：烘箱连续烘48 h以上，每隔4 h对样品进行称量，直至样品的质量无变化，然后计算土壤含水率。pH值、有机碳质量分数、全碳质量分数、全氮质量分数、全磷质量分数由武汉地质调查中心分析测试室测定。

1.4 数据分析

研究利用Excel整理分析数据，通过数据对比，分析不同土地类型下的土壤养分质量分数之间的关联性；4种不同土地利用的数据为该地类数据的平均值。

2 结果分析

2.1 不同土地利用类型各土层土壤pH值

通过测试数据可知，耕地pH值为7.82～8.29，土壤为碱性土；园地pH值为4.86～5.09，土壤为酸性土；草地pH值为6.10～6.57，土壤为微酸性土；耕地、草地、园地三者的土壤pH值均随着土壤深度的增加而递增。林地土壤pH值为7.06～7.24，为中性土，土壤pH值随着土层深度的增加而降低。在这4种不同土地利用类型中，耕地40～60 cm土层土壤pH值最大，园地0～20 cm土层土壤pH值最小，各土层土壤的pH值之间差异不明显（见表1至表4，以及图1）。

2.2 不同土地利用类型各土层土壤SOC

在4种不同土地利用类型中，0～20 cm土层土壤SOC质量分数最高，且随着土层深度的增加而降低，表明表层土壤存在一定的积聚性［7］。0～60 cm土层中，土壤SOC质量分数由高到低依次为耕地（46.22 mg/kg）>林地（43.22 mg/kg）>草地（25.32 mg/kg）>园地（9.16 mg/kg）。耕地、林地、草地土壤SOC质量分数差异不显著；耕地土壤SOC质量分数是园地的5倍多。在0～20 cm土层中，土壤SOC质量分数最高的是林地（23.30 mg/kg），SOC质量分数最低的是园地（5.02 mg/kg），林地土壤SOC质量分数是园地的4.64倍，二者差异显著；林地、耕地、草地土壤SOC质量分数差异不显著。在20～40 cm土层中，土壤SOC质量分数最高的是耕地（14.70 mg/kg），SOC质量分数最低的是园地（2.22 mg/kg），耕地土壤SOC质量分数是园地的6.62倍，二者差异显著；耕地、林地、草地土壤SOC质量分数差异不显著。在40～60 cm土层中，土壤SOC质量分数最高的是耕地（8.92 mg/kg），SOC质量分数最低的是园地（1.92 mg/kg），耕地土壤SOC质量分数是园地的4.64倍，二者差异显著；耕地、林地、草地土壤SOC质量分数差异不显著（见表1至表4，以及图2）。

2.3 不同土地利用类型各土层土壤TC、TN、TP

全碳（TC）、全氮（TN）、全磷（TN）是评价土壤质量的重要指标［8-10］。在0～60 cm土层中，土壤TC质量分数由高到低排序为耕地（65.40 mg/kg）>林地（54.50 mg/kg）>园地（30.91 mg/kg）>草地（27.48 mg/kg）。在0～20 cm土层中，土壤TC质量分数最高的是林地（28.60 mg/kg），TC质量分数最低的是草地（15.30 mg/kg），不同土地利用类型的TC质量分数差异不明显。在20～40 cm土层中，土壤TC质量分数最高的是耕地（23.90 mg/kg），TC质量分数最低的是园地（是3.08 mg/kg），耕地、林地、草地土壤TC质量分数差异不显著；耕地和园地土壤TC质量分数差异显著，耕地土壤TC质量分数是园地的7.76倍。在40～60 cm土层中，土壤TC质量分数最高的是耕地（16.80 mg/kg），TC质量分数最低的是园地（2.63 mg/kg）。园地表层（0～20 cm）土壤TC质量分数高，说明园地表层土壤TC积聚性明显（见表1至表4，以及图3）。

在4种不同土地利用类型中，0～60 cm土层土壤TN质量分数由高到低的顺序为耕地（6.020 mg/kg）>林地（6.010 mg/kg）>草地（3.383 mg/kg）>园地（1.440 mg/kg），耕地、林地、草地土壤TN质量分数差异不显著；耕地土壤TN质量分数是园地的4.18倍，二者差异显著。在0～20 cm土层中，土壤TN质量分数最高的是耕地（2.950 mg/kg），TN质量分数最低的是园地（0.617 mg/kg）；耕地、林地、草地TN质量分数差异不显著，耕地与园地土壤TN质量分数差异显著，耕地土壤TN质量分数是园地的4.78倍。在20～40 cm土层中，土壤TN质量分数最高的是耕地（1.840 mg/kg），TN质量分数最低的是园地（0.415 mg/kg），耕地土壤TN质量分数是园地的4.43倍，二者差异明显；耕地、林地、草地土壤TN质量分数差异不显著。在40～60 cm土层中，土壤TN质量分数最高的是林地（1.470 mg/kg），TN质量分数最低的是园地（0.408 mg/kg），二者差异显著；林地、耕地、草地土壤TN质量分数差异不显著（见表1至表4，以及图4）。

在4种不同土地利用类型中，0～60 cm土层土壤TP质量分数由高到低的顺序为耕地（2.317 mg/kg）>林地（1.308 mg/kg）>园地（0.829 mg/kg）>草地（0.528 mg/kg），耕地、林地、园地土壤TP质量分数差异不显著；耕地土壤TP质量分数是草地的4.39倍，二者差异显著。在0～20 cm土层中，土壤TP质量分数最高的是耕地（1.070 mg/kg），TP质量分数最低的是草地（0.243 mg/kg），耕地、林地土壤TP质量分数差异不显著，草地、园地土壤TP质量分数差异不显著。在20～40 cm土层中，土壤TP质量分数最高的是耕地（0.676 mg/kg），TP质量分数最低的是草地（0.147 mg/kg）。在40～60 cm土层中，土壤TP质量分数最高的是耕地（0.571 mg/kg），TP质量分数最低的是草地（0.138 mg/kg）（见表1至表4，以及图5）。

2.4 土壤理化性质和土壤养分之间的关联性

土壤养分和理化性质分析结果（见表1至表4）表明，土壤养分和土壤理化性质之间有一定的关联性。随着林地土层深度的增加，土壤养分呈递减趋势，土壤pH值、含水率递减，土壤养分与土壤pH值、含水率呈正相关［11-13］；土壤容重呈递增趋势，土壤养分与土壤容重呈负相关［14-15］。随着草地、耕地、园地土层深度的增加，土壤养分呈递减趋势，土壤pH值、含水率呈递增趋势，土壤养分与土壤pH值、含水率呈负相关；随着耕地、园地土层深度的增加，土壤容重呈递增趋势，土壤养分呈递减趋势，土壤养分与土壤容重呈负相关。

3 讨论

3.1 不同土地利用类型对土壤SOC、TC、TN、TP质量分数的影响

研究表明，不同土地利用类型对土壤养分的转化、分布、循环利用有着较大的影响。研究对舂陵水流域4 种土地利用类型的土壤养分进行了测定分析，结果表明：0～60 cm土层中，耕地土壤SOC、TC、TN、TP质量分数最高，分别为46.22 mg/kg、65.40 mg/kg、6.020 mg/kg、2.317 mg/kg；林地次之，SOC、TC、TN、TP质量分数分别为43.22 mg/kg、54.50 mg/kg、6.010 mg/kg、1.308 mg/kg；草地土壤TC、TP质量分数最低，分别为27.48 mg/kg、0.528 mg/kg，园地土壤SOC、TN质量分数最低，分别为9.16 mg/kg、1.440 mg/kg。耕地土壤养分质量分数最高，主要是因为在耕种过程中长期投入大量有机肥和无机肥；林地次之，主要是因为林地枯落物多且植物根系发达，人为因素影响少，通过大自然的分解作用，部分养分储存在土壤中。