沟道区土地整治前后土壤养分特性研究

胡雅+韩霁昌+高红贝+马增辉+张扬

摘 要：通过对沟道区土地整治前后土壤养分垂直分布特征和水平分布均匀性的分析，评价了整治前后土壤养分分级。结果表明：土地整治过程对耕作层内有机质和有效磷含量影响较大，同一土层内整治后较整治前含量减少，对全氮和速效钾含量影响小；土壤养分在0～2 m土体中沿土层深度方向逐渐降低；土地整治后沟底至沟口土壤养分分布较为均匀，变异水平中等偏弱；有机质、有效磷含量与全氮、速效钾含量相比在水平方向波动较大，整治后0～2 m土体中土壤养分含量中值增大；沟道地整治后土壤养分处于五级至三级水平，整治后农田与优质农田相比，土壤养分还有较大提升空间。针对整治后农田有机质含量低的状况，建议通过增施有机肥、采用秸秆还田、定期监测、测土配方施肥技术提高养分含量，在工程管理后期将长效肥与短效肥结合起来，加强工程管理措施并及时耕作。

关键词：土地整治；土壤养分；养分分级；管理措施

中图分类号：S153.6 文献标识码：A DOI 编码：10.3969/j.issn.1006-6500.2016.09.005

Abstract： Soil nutrient in vertical and horizontal distribution uniformity was investigated and soil nutrient grading was evaluated between prior and after land reclamation in the channel region. The results showed that land reclamation process had a great influence on organic matter and available phosphorus， and after reclamation these two indicators were higher than before reclamation in the same layer， meanwhile there was little impact on total nitrogen and available potassium within the plough layer. In the whole profile （0～2 m）， soil nutrients were higher in upper layer than lower layer. Along gully outlet to table land， soil nutrient was uniform and in the moderate level of variation. Organic matter and available phosphorus had a larger fluctuation in horizontal distribution than total nitrogen and available potassium. Soil nutrient median value increased in the 0～2 m layer after reclamation. Soil nutrient was at the level of fifth to third nutrient grade after reclamation in the channel region. Compared with quality farmland， improvement is needed in the land after reclamation. For the low organic matter status， applying organic manure， straw returning， periodic monitoring and soil testing and fertilizer recommendation were necessary. Combination of long-acting fertilizer and short-acting fertilizer， monitoring regularly and engineering management were also important after reclamation project.

Key words： land reclamation； soil nutrient； nutrient grade； management

当前黄土高原丘陵沟壑区有众多沟道内的耕地被撂荒或低效使用，延安市针对黄土高原丘陵沟壑区特殊地貌提出“治沟造地”提升耕地质量的沟道治理新模式[1-2]，这对落实国家耕地保护和粮食安全保障战略有重要意义。目前，有关治沟造地工程的工程现状、工程管理以及未来农业发展的研究工作陆续展开[1， 3-4]，但是关于土地整治还田后沟道区土壤养分及其土壤改良的研究至今未见报道。有机质是土壤供氮能力的重要指标，土壤中丰富的氮素可以提高作物对磷、钾、钙的吸收[5]，而矿质元素中以氮磷钾对作物的生长发育影响最为显著[6]。土壤养分状况制约着农田生产力，只有充分了解养分分布特性，才能合理调控土壤肥力，才能采用针对性的施肥管理方式[7]。沟道整治过程中多采用挖高填低、表土剥离、田坎修筑等工程手段，这些措施对表层土壤造成较大幅度的扰动，而这必将对土壤质量产生影响[8-9]，且土地利用方式的改变会引起土壤养分的重新分配，种植后土壤中有机质、速效磷等养分指标分布特性不明。以往研究土壤养分变异主要针对不同土地利用类型[10]，对土地整治后土壤养分水平与垂直分布及其改良的研究则较少。笔者以“治沟造地”阳湾沟工程项目土壤样品为材料，研究工程措施还田前后沟道区土壤养分特性，为土地整治后农田土壤肥力提升提供参考依据。

1 材料和方法

1.1 研究区概况

研究区位于延安市宝塔区南泥湾镇阳湾沟，主要土壤类型是黄绵土，土壤属于中粉质壤土（表1），质地疏松，抗蚀性差，水土易流失[11]，且土层剖面差异不明显。黄绵土约占区域内耕作土壤的80%以上，广泛分布于梁、沟、坡及河谷台地[10]。农业用地主要种植玉米、小麦。延安市在气候上属于高原大陆性季风气候，年均无霜期170 d，年均气温9.2 ℃，多年平均降水量573 mm，降水的年变化率大，年内分配不均，多集中在7—9月份，降水量约占年降水量的75%左右，年平均蒸发量1 527.10 mm。南泥湾片区地下水埋深1～5 m，沟道区地下水位0～2 m。阳湾沟地处东经107°39'～110°33'，北纬35°20'～37°30'，北连榆林市，南与渭南、铜川、咸阳市相接，东临黄河、山西省吕梁地区。上游河谷较宽（300～700 m），一级阶梯发育形成川、台地。

1.2 研究方法

1.2.1 采样方案 土地整治前采样时间为2013年4月，工程竣工时间为2014年11月，整治后种植玉米一季，并于2015年7月进行整治后土壤样品采集。沿沟道从沟底至沟口方向“一”字型布设9个样点，每个样点用土钻取土2 m深，其中0～100 cm每10 cm取样1次，100～200 cm每20 cm取样1次，获得135个土壤原状土样，置于塑封袋中，带回实验室进行分析。

1.2.2 测定方法 有机质采用重铬酸钾法测定，全氮采用凯氏定氮法测定，速效钾采用中性乙酸铵溶液浸提、火焰光度计法测定，有效磷使用紫外分光光度计测定。

1.2.3 数据处理 测量数据采用SPSS统计分析软件进行显著性分析，采用Anova进行单因素方差分析，在α=0.05显著水平上检验各土层间差异，如差异显著，采用LSD法在α=0.05显著水平上进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 土壤养分分布特征

2.1.1 土壤养分垂直分布规律 土壤肥力高低取决于土壤养分状况，研究养分垂直分布可以了解土壤形成过程中自然因素、成土母质、气候、土地利用和管理方法的变化过程，这些因素影响着养分迁移、累积以及生物地球化学循环。

表2给出了研究区整治前后不同深度土壤养分含量分布情况。

由数据分析可知，0～40 cm土层，整治后较整治前有机质含量大幅度下降，其中0～10 cm土层中有机质减少2.32 g·kg-1，随着土层加深，有机质减小幅度变小，整治前与整治后80 cm以下土层中有机质含量变化幅度不大，且无明显差异。这说明，土地整治减少了土壤表层有机质含量，垂直方向上整治前与整治后有机质含量均随土层深度的增加逐渐减小。

整治前土壤中全氮含量沿土层深度方向呈现出逐渐降低的趋势，逐层向下各土层深度间全氮含量差异缩小。整治后沿深度方向全氮呈现出“S”型变化规律，0～40 cm土层全氮逐渐降低，40～140 cm土层出现累积，140 cm以下土层中全氮含量与整治前差异很小，受作物吸收与机械翻动的双重影响，耕作层全氮含量低。耕层以下氮素累积可能是因为沟道区地下水位较低，在管理农田时采用的截水沟降低地下水位技术，硝态氮随水分向土体下层淋溶并累积，导致全氮含量增大。整治前后全氮含量无显著性差异，说明土地整治过程对全氮含量影响不大。

整治前土壤中有效磷含量随着土层深度的增加呈现逐渐降低的趋势，各土层之间含量差异显著，整治后较整治前0～40 cm土层有效磷降低幅度较大，有效磷总量降低5.04 mg·kg-1，这可能是由于根系在0～40 cm土层大面积分布，第一季作物生长中对土壤速效养分吸收量大，且有效磷含量与有机质含量具有很大的相关关系，有机质在耕作层含量的减少直接导致有效磷降低。整治后整个土层内有效磷含量随土层深度变化无明显规律。土地整治对耕作层有效磷含量影响较大。

整治前后同一土层中速效钾含量没有较大变化，速效钾与有效磷0～200 cm土层深度中含量变化趋势一致，含量从上至下逐渐降低，原因在于土壤中的钾元素主要来源于黄土母质，性质稳定。整治前后土壤速效钾含量无显著性差异，说明土地整治对速效钾含量影响不大。

2.1.2 土壤养分含量水平分布均匀性 评价土地整治工程措施优劣的一个方面是土壤养分分布的均匀性，变异系数可以评价分布均匀状况。将沿沟底至沟口所得的耕作层内土壤养分数据进行平均，通过对养分特征值进行描述性统计（表3）得出：土壤养分在各采样点之间最大变异系数为28.03%，属于中度变异程度，整治后较整治前变异系数变小，说明整治工程使沟底至沟口土壤养分分布总体趋向均匀。整治后有机质和全氮变异系数增大，有效磷和速效钾变异系数减小。整治后有机质和有效磷变异系数在20%以上，全氮和速效钾变异系数在10%～15%之间，说明有机质、有效磷沿沟底至沟口方向与全氮、速效钾相比在土壤中分布较不均匀，波动较大。整治后较整治前全氮和速效钾中值增大，这主要是因为整治后农田适时耕作施肥，作物改善土壤养分性状，说明土地整治使土壤养分含量提升。

2.2 整治还田土壤养分分级

通过土壤养分分级来诊断土壤肥力，实现整治还田农田养分精准管理。根据全国第二次土壤普查养分分级标准，将土壤养分的丰缺程度划分成极高、高、中高、中低、低、极低6个等级。表4给出了土壤养分分级标准和沟道区整治还田前后作物种植一年耕作层内土壤养分平均含量。

从数据对比可以看出：土地整治后土壤耕层内有机质平均9.10 g·kg-1，含量较低，在养分分级中属五级水平；全氮平均1.10 g·kg-1，整治后含量虽有所提升但仍处于中高水平，在养分分级中属三级水平；有效磷平均7.69 mg·kg-1，速效钾60.69 mg·kg-1，含量均在养分分级中属四级水平。整治前和整治后土壤养分含量处于同一级别且耕作层内养分含量降低，这是因为一方面工程施工对表层土壤扰动强烈，养分流失；另一方面，土地利用形式从荒草地转变为农用地后作物对土壤养分有一定量吸收，施肥等养分管理措施不能满足作物养分需求。整治后农田与优质农田相比，土壤养分还具有较大提升空间。

2.3 养分管理措施

从目前整治还田土壤养分供应状况来看，土壤有机质含量亟待提高，适量施入有机肥有助于土壤质量提升。由于有机肥的施用可以增加土壤的透气性，使水分及养分不易流失，增加土壤保水保肥能力，故播种前施用有机肥并翻耕均匀，有利于提高产量。追肥时，采用适当的根施、沟施、穴施技术。另外采用秸杆还田技术可以提高土壤中有机质含量。小麦收获时，秸秆在表层覆盖，能够起到保墒节水的作用；玉米收获时，秸秆粉碎还田后旋耕，秸秆腐解能增加土壤微生物活力，营造适宜的土壤环境。有研究表明，秸秆直接还田比施用等量沤肥效果好[12]。

土壤中的氮含量一直是土壤养分关注的核心，然而，硝态氮存在易随水分迁移淋溶的特点，淋溶出根系层的氮提高了地下水污染风险，造成氮素损失，氮肥施用效率降低。沟道区在降雨汇流与两侧山体承压的作用下，地下水位比较浅，进一步增加了氮素淋溶风险，因此，在施肥管理时应把握高产作物养分需求生理期，实现时间与空间上的耦合。土壤钾和磷的迁移性小，有效性高，持续被作物吸收利用，不容易累积，只有超出速效养分淋溶临界点时才会随水分运移至地下水中。随着科技的发展，土壤养分监测与速测技术逐步推广，推行氮磷钾长期定位监测，氮素1年测1次，磷和钾两至三年测1次，结合精准施肥技术，获得土壤养分含量后即可给出施肥方案，有针对性地投施肥料。

提高土壤养分含量还需加强工程管理，部分地区土地整治项目结束后，受人力物力的限制，耕作农田往往是第一年还在耕种，第二年就被撂荒[13]，为了防止耕地退化，实现农民增收，应当适时耕作，轮作与间作方式同步进行，改良贫瘠土壤。

3 讨 论

土壤养分受人为因素和自然因素的共同影响。土地整治人为干扰的过程与土壤养分变化有着密不可分的关系，人为扰动影响植物的凋落物和土壤微生物的活性，整治工程的平整程度影响养分分布均匀性，整治管理措施影响养分再分配。

有机质含量的高低与土壤成土条件、利用现状、熟化程度密切相关。土地整治前土壤植被覆盖度低的地块，枯落物少，表土层温度又高，微生物活动旺盛，有机质矿化程度高，分解作用强，表土层有机物积累少；沟道中地块地下水位较高，耕层以下土壤湿度大，在长期没有阳光直射的条件下，土壤中微生物活动较为迟缓，仅有的枯枝落叶难以充分分解转化，土层深处有机物分解总量少，因此，整个沟道区土壤中有机质基础含量低。

土地整治后土壤耕作层内有机质和有效磷含量降低幅度较大，而整治过程对全氮和速效钾含量影响不大。一是因为土地整治前土地撂荒，植被覆盖度较低，延安地区暴雨历时短且集中，表土层中细颗粒随地表径流流失，留下粗颗粒，难以形成土壤黏粒，有机质吸附困难；二是整治前土壤养分在表土层含量较大，土地整治中采取的深挖、深翻、回填等措施，使得表土层和心土层甚至表层土壤与土壤母质充分混合，回填土壤有机质含量降低；三是土壤中磷元素主要来自黄土母质和部分有机质的矿化，有机质能够促进土壤团粒状结构生成，改良土壤结构，保留土壤养分[14-15]，有机质含量减少直接影响能够矿化出的有效磷含量[16]，而钾元素主要来源于黄土母质，性质稳定，土壤扰动对其没有太大影响。土壤全氮、速效磷、速效钾沿土层深度方向呈现出逐渐降低的趋势，这与张晓霞等[17-18]研究结果一致，土体深处养分含量低意味着土壤供养潜力较差。

土地整治的过程中归并零散田块，修筑梯田，使土壤养分分布趋于均匀，然而整治后土壤养分仍处于五级至三级水平，达不到高标准的农田养分等级，因此，需要有针对性地对养分进行管理，采用秸秆还田、定位监测、精准施肥技术，同时加强工程管理。

这次研究没有对土壤pH值、团聚体结构等理化性质进行测定，只分析了土壤养分和质地，在后续研究中可逐步完善研究系统，对整治工程平整度、种植形式对土壤养分的影响加以研究，以完整认识治沟造地工程措施的生态效益、经济效益。

4 结 论

（1）土地整治对土壤耕作层内有机质和有效磷含量影响大，对全氮和速效钾含量影响较小，土壤养分沿土层深度方向逐渐降低。

（2）土地整治后沟底至沟口土壤养分分布较为均匀，中等偏弱变异水平，有机质、有效磷与全氮、速效钾含量相比波动较大；整治后土壤养分含量中值增大，土地整治工程能够提升土壤养分含量。

（3）沟道地土壤养分处于五级至三级水平，整治后农田与优质农田相比，土壤养分还具有较大提升空间。

（4）针对整治后农田养分状况，可以通过增施有机肥、使用秸秆还田技术，运用定期监测方法，测土配方施肥，在工程管理后期做到长效肥与短效肥结合来提升耕地质量，满足作物养分需求。

参考文献：

[1]贺春雄.延安在治沟造地基础上如何发展现代农业[J].延安大学学报（社会科学版），2013，35（3）：60-63.

[2]谢冰祥.延安市治沟造地工程植被恢复及坡面水土保持工程设计[J].水利科技与经济，2014，20（5）：38-39.

[3]贺春雄.延安治沟造地工程的现状、特点及作用[J].地球环境学报，2015，6（4）：255-260.

[4]王光东.延安市治沟造地工程建设管理存在的问题及思考[J].陕西水利，2014（S1）：104-105.

[5]蒋薇.不同土地利用类型土壤有机质与全氮供应研究[J].绿色科技，2014（5）：10-12.

[6]邹诚，徐福利，闫亚丹.黄土高原丘陵沟壑区不同土地利用模式对土壤机械组成和速效养分影响分析[J].中国农学通报，2008，24（12）：424-427.

[7]张玉铭，胡春胜，毛任钊，等.华北山前平原农田土壤肥力演变与养分管理对策[J].中国生态农业学报，2011，19（5）：1143-1150.

[8]杨来淑.土地整理前后土壤质量的变化研究[D].重庆：西南大学，2014：83.

[9]姜涛.土地整理对紫色丘陵区土壤质量的影响[D].重庆：西南大学，2008.

[10]张晓梅.不同施肥处理对黄绵土有机质和氮素流失影响研究[D].重庆：西南大学，2010：62.

[11]董莉丽，郑粉莉.陕北黄土丘陵沟壑区土壤粒径分形特征[J].中国水土保持科学，2009，7（2）：35-41.

[12]周玉环.怎样提高土壤有机质的含量[J].北京农业，2012（10）：47-48.

[13]王晶，韩霁昌.黄土高原土地整治中的生态问题及对策[J].中国土地，2013（7）：55-56.

[14] 肖辉，潘洁，程文娟，等.不同有机肥对设施土壤有效磷累积与淋溶的影响[J].土壤通报，2012（5）：1195-1200.

[15] 孙文义，郭胜利，宋小燕.地形和土地利用对黄土丘陵沟壑区表层土壤有机碳空间分布影响[J].自然资源学报，2010（3）：443-453.

[16] 马超群，刘铁铭，杨梅焕.高陵县土地整理中新增耕地土壤养分现状研究[J].西北农林科技大学学报（自然科学版），2010（5）：175-180.

[17]张晓霞，李占斌，李鹏.陕北黄土高原坡耕地土壤养分特征研究[J].沈阳农业大学学报，2010，41（3）：342-345.

[18]张心昱，陈利顶，李琪，等.不同农业土地利用类型对北方传统农耕区土壤养分含量及垂直分布的影响[J].农业环境科学学报，2006，25（2）：377-381.