苍梧县崩岗洪积扇不同培肥模式土壤肥力特征研究

邓羽松，丁树文，蒋代华，吴 菲，李瑶瑶，杜 贇，马 媛

（1.华中农业大学 资源与环境学院，武汉430070；2.广西大学 农学院，南宁530004）

崩岗是我国南方红壤区特有的侵蚀现象［1］，主要分布在长江以南的湖北、湖南、江西、安徽、福建、广东、广西等省（自治区）。我国南方发生崩岗共有23.91万个，总面积达1 220km2［2］。单个崩岗年侵蚀量可达35.0万t［3］，崩岗侵蚀损毁和淤埋农田，淤塞河库渠道，破坏水利设施，加剧干旱和洪涝灾害，造成区域生态环境恶化。同时沙化导致农田有机质含量降低，碱解氮，有效磷，有效钾含量降低，肥力水平下降，在土壤环境质量和肥力水平的双重恶化作用下，农作物产量降低，品质下降，最终威胁了我国的粮食安全［4－7］。

我国过去对南方崩岗的研究侧重于成因机制以及体系治理等方面，对于崩岗沙化农田质量恢复方面研究较少。相关研究表明：施用不同的肥料能够改善土壤肥力，对土地质量提升有一定的作用［8－11］。因此，选取苍梧县崩岗洪积扇为研究对象，分析不同培肥模式改良崩岗洪积扇的土壤理化性质，包括土壤颗粒组成、有机质含量、阳离子交换量以及氮磷钾含量等指标，旨在阐明崩岗沙化农田质量恢复的土壤理化特征的空间分布规律，探讨不同培肥模式对崩岗洪积扇生态恢复的效果，为崩岗侵蚀沙化农田质量恢复技术手段途径提供理论和实践依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

苍梧县地处广西壮族自治区东部，位于东经110°5l′—111°40′，北纬22°58′—24°10′，属亚热带季风气候区，气候温和，雨量充沛，资源丰富，年平均温度21.12℃，平均降水量1 500mm，年均日照时数1 815h。该地地形以丘陵、低山为主，土壤以花岗岩发育的红壤为主。由于特殊的自然条件，苍梧县崩岗侵蚀严重，2005年调查数据显示，全县崩岗总面积达3.42km2，共有240hm2农田因崩岗侵蚀产生水土流失危害而不同程度地遭受泥沙压埋，部分水田改旱作，沙积严重的已弃耕，9座小（二）型水库，1座小（一）型水库也因严重淤积而影响灌溉［12］。苍梧县崩岗最集中和数量最多的分布在龙圩镇，有崩岗580个。

1.2 土样采集与处理

2014年1月对龙圩镇崩岗进行了调查，该地发生崩岗已接近10a，该地农户大部分在崩岗洪积扇种植沙糖桔。本研究选择崩岗洪积扇种植果树的三种不同培肥模式区域采集土样，共采集4个区域土样：施化肥；施农家肥；种植绿肥＋秸秆还田；对照区。该区域种植沙糖桔以及采用各种施肥措施均以达6a以上，具体采样信息见表1。在选定的代表性地块上，先除去土样表面的杂物，每个样地按“S”型样线采集20个耕作层（0—20cm）土样混合为1个样，将其混合，然后采用四分法分取样品1～2kg，带回室内风干并进行测定。

表1 采样地点基本情况

1.3 指标测定方法

土壤理化性质均按常规方法进行测定［13］。土壤颗粒组成测定采用吸管法；土壤含水率测定采用烘干法；pH测定采用电位计法［水：土＝2.5∶1］；土壤有机质测定采用重铬酸钾外加热法；土壤全氮测定采用半微量凯氏法；土壤全磷测定采用硫酸—高氯酸—钼锑抗比色法；土壤全钾测定用火焰光度法；土壤碱解氮测定采用碱解扩散法；土壤速效磷（AP）测定采用碳酸氢钠浸提—钼锑抗比色法；速效钾采用醋酸铵浸提—火焰光度法；阳离子交换量采用乙酸铵交换法。

1.4 综合因素评价方法

综合评价同时考虑了土壤属性中所有因子的综合作用，主要分为以下几类：指数评价法、模糊评价法、灰色评价法、物元分析法、人工神经网络评价法等［14－15］。其中指数评价法对土壤肥力做出定量描述，指数评价法常用的有内梅罗指数法。因此，本文拟用修正的内梅罗指数法对土壤肥力进行综合评价［16］。

参数间由于量纲的差别应进行标准化，以方便因子的综合计算。由于参评因子都具有具体的测定数值，如阳离子交换量等。根据模糊数学的原理，在上述指标等级划分的基础上引入评价因子对土壤肥力质量的隶属度概念，用区间［0，3］上的数Y来表示单因子质量指数的大小，处理的方法如下［16］：

当属性值属于差一级，即ci＜xa时：

pi＝ci／xa（pi≤1）

当属性值属于中等一级，即xa≤ci≤xc时：

pi＝1＋［（ci－xa）／（xc－xa）］ （1＜pi≤2）

当属性值属于较好一级，即xc＜ci＜xp时：

pi＝2＋［（ci－xc）／（xp－xc）］ （2＜pi≤3）

当属性值属于好一级，即ci≥xp时：pi＝3

式中：pi——分肥力系 数；ci——该属性测定值；xa——分级标准值（表2）。标准化后，同一级别的各属性分肥力系数比较接近，便于对比分析。土壤各选取属性分级标准值见表2［16］。

由于耕层质地是定性指标，其标准化主要采用以下方式：当耕层质地为中壤时，单因子质量指数pi＝3；当耕层质地为重壤或者轻壤时，单因子质量指数pi＝2；当耕层质地为黏土或者砂土时，单因子质量指数pi＝1。

表2 土壤各属性分级标准值

评价模型的选择采用修正的内梅罗（Nemoro）公式计算综合肥力系数：

式中：P——土壤肥力系数；¯pi2——土壤各属性分肥力系数平均值；pimin——土壤各属性分肥力系数中的最小值；n——参与评价的土壤属性个数。为了突出土壤属性中最差一项指标对肥力的影响，采用pi最小代替原内梅罗公式中的pi最大；为了反映可信度，增加修正项（n－1）／n，即参评土壤属性项目（n）越多，可信度越高。

1.5 数据处理与分析

采用Excel软件进行数据统计和简单的分析，并绘制相应的图表利用SPSS 16.0进行方差分析和相关性分析等，应用最小显著性差异（LSD）检验不同处理之间的差异。

2 结果与分析

2.1 不同培肥模式土壤颗粒组成变化

研究崩岗洪积扇不同培肥措施土壤颗粒组成特征见表3。由表3可以看出，按照美国土壤粒级分类制，施化肥、施农家肥、种植绿肥＋秸秆还田的砾石含量比对照区分别减少了15.19%，36.42%，46.73%；极粗砂粒含量比对照区分别减少了10.37%，43.44%，30.82%；粗砂粒比对照区分别减 少了55.47%，67.41%，47.45%；细砂粒比对照区分别减少了15%，40.95%，45.56%；施化肥、施农家肥的中砂粒含量比对照区分别减少了1.12%，28.86%；施化肥、种植绿肥＋秸秆还田的极细砂粒含量比对照区分别减少了9.9%，29.7%；施化肥、施农家肥、种植绿肥＋秸秆还田的粉粒含量比对照区分别增加了43.9%，91.88%，70.43%；黏粒含量比对照区分别增加了40.53%，85.31%，71.35%。经过差异性检验可知，除种植绿肥＋秸秆还田和对照区的中砂粒含量无显著性差异、施农家肥和对照区的极细砂粒无显著性差异外，其他各施肥模式之间差异达到显著水平。以上分析结果说明各培肥模式均有助于降低崩岗侵蚀区茶园土壤砾石以及砂粒各粒级含量，而增加粉粒和黏粒含量。这是可能由于崩岗洪积扇土壤中主要成分为石英、长石或其它矿物颗粒，种植沙糖桔并培肥之后，土壤结构会由于耕作产生机械性破坏，同时耕作培肥也加速了长石等矿物的分解。

表3 不同培肥模式土壤颗粒组成 %

2.2 不同培肥模式土壤养分特征

2.2.1 土壤pH值 由表4可知，施化肥、施农家肥、种植绿肥＋秸秆还田的土壤pH值比对照区分别增加了8.58%，15.98%，12.87%。经检验，各种施肥模式的土壤pH值均有显著性增加，这可能是由于崩岗洪积扇沙化农田导致土壤酸性增强，而不同的施肥模式有利于降低土壤酸度。

2.2.2 土壤阳离子交换量 土壤阳离子交换量的大小是衡量土壤保肥能力以及缓冲能力的重要标志［17］。对不同培肥模式洪积扇土壤阳离子交换量进行分析和差异性检验（表4）可知，施化肥、施农家肥、种植绿肥＋秸秆还田的土壤阳离子交换量比对照区分别增加了119.96%，127%，155.64%。各施肥模式与对照区相比均有显著性增加，说明施肥改良土壤增强了土壤的保肥能力。

2.2.3 土壤有机质 土壤有机质是土壤的重要组成部分，是植物的养分来源和土壤微生物生命活动的能量来源［17］。从表4可以看出，施用不同肥料改良崩岗洪积扇土壤均可增加有机质含量。有机质含量差异表现为施农家肥＞种植绿肥＋秸秆还田＞施化肥＞对照区，各种施肥模式之间有机质差异性均达到了显著水平，说明施肥改良崩岗洪积扇土壤能够有效增加有机质含量，其中施用农家肥改良土壤的效果最明显。

2.2.4 土壤全氮、全磷和全钾 从表4中可知，崩岗洪积扇经过不同的培肥模式改良之后，施化肥、施农家肥、种植绿肥＋秸秆还田土壤的全氮含量均有了不同程度增加，分别增加了 172.22%，255.56%，222.22%，且各施肥方式与对照区差异达到显著水平。说明不同培肥措施对崩岗洪积扇土壤全氮含量增加的作用明显，且增加的趋势为施农家肥＞种植绿肥＋秸秆还田＞施化肥＞对照区。与对照区相比，施化肥、施农家肥、种植绿肥＋秸秆还田土壤全磷含量分别增加了79.07%，79.07%，23.26%，施化肥和农家肥的果园全磷含量显著高于种植绿肥＋秸秆还田和对照区。各个施肥模式间全钾含量的差异达到显著水平，表现为施农家肥＞种植绿肥＋秸秆还田＞施施化肥＞对照区，说明施肥改良土壤可以显著增加土壤全钾含量。总体来看，不同的培肥模式对崩岗洪积扇土壤全量养分的恢复均有明显的效果。

2.2.5 土壤碱解氮、速效磷和速效钾 土壤速效氮、速效磷、速效钾是作物生长发育所必需的三大基本元素直接来源，研究土壤速效养分能够直接反映作物的生长能力状况［18］，因此对土壤的速效养分进行测定分析能够对崩岗洪积扇土壤恢复效果有个更直观的认识。对崩岗洪积扇不同培肥模式土壤速效养分进行分析（表4）可知，施化肥、施农家肥、种植绿肥＋秸秆还田土壤碱解氮含量分别增加了124.14%，186.82%，195.78%，施农家肥和种植绿肥＋秸秆还田之间差异不显著；速效磷含量分别增加了152.73%，24.5%，209.57%，施化肥和种植绿肥＋秸秆还田之间差异不显著；速效钾含量分别增加了98.27%，196.99%，231.76%，各施肥模式与对照区均达到显著性差异水平。

表4 不同培肥模式土壤养分含量分布

2.3 不同培肥模式土壤颗粒组成与养分的相关性

从表5可以看出，土壤pH值与砾石和砂粒呈显著负相关，与粉粒和黏粒呈正相关，表明崩岗侵蚀沙化农田导致了农田酸化。除了全磷含量和极细砂粒、粉粒、黏粒，速效磷含量和中砂粒、粉粒、黏粒相关性不明显外，土壤阳离子交换量、有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、速效钾与砾石和砂粒含量均呈负相关，而与粉粒和黏粒含量呈显著正相关。这些结论说明土壤的颗粒组成能够影响土壤肥力。农田里如果砾石和砂粒的含量高，则土壤保持养分、水分和供给养分的能力较弱。然而，粉粒和黏粒的含量越高，土壤保水保土的性能就越强。

表5 不同培肥模式下土壤颗粒组成与土壤养分的相关分析

2.4 崩岗洪积扇不同培肥模式土壤肥力评价

从表6可知，崩岗洪积扇柑桔园土壤肥力等级系数P表现为施农家肥＞种植绿肥＋秸秆还田＞施化肥＞对照区，且施化肥、施农家肥、种植绿肥＋秸秆还田P值比对照区分别增加了42.11%，139.47%，135.53%。各农用地经过肥力评价（表7）可知，施农家肥改良的柑桔园土壤肥力属于二等，土壤肥沃；施化肥和种植绿肥＋秸秆还田柑桔园土壤肥力均属于三等，土壤肥力一般；而对照区土壤肥力属于四等，土壤较为贫瘠。说明不同培肥模式可以提高崩岗洪积扇土壤肥力，其中，施农家肥的效果最明显。同时，分析研究发现，pi最小值很大程度上决定了土壤肥力系数大小，因此，在崩岗侵蚀区进行土地利用的时候可以根据土壤限制条件提出改良措施。

表6 土壤肥力综合评价结果

表7 土地肥力等级划分

3 结论与讨论

（1）不同培肥模式能够改变崩岗洪积扇土壤颗粒组成，土壤经培肥后砾石和砂粒含量比对照区均显著减少；而粉粒和黏粒含量跟对照区相比呈增加趋势。各施肥模式中土壤pH值、阳离子交换量、有机质、氮磷钾含量比对照区均有显著性增加。

（2）经过相关性分析显示，土壤各化学养分指标与土壤颗粒组成之间存在着极显著的相关性，样地土壤中砾石和砂粒的含量与土壤养分均呈显著负相关，而粉粒和黏粒含量则与土壤养分呈显著正相关。此外，各样地土壤养分指标均呈极显著的正相关。相关性研究结果跟前人的研究成果接近［19－20］，因此，恢复崩岗洪积扇土壤可以考虑改变土壤颗粒组成，加快长石的风化，达到改良土壤质地与肥力的效果。

（3）对崩岗洪积扇柑桔园进行肥力评价，施化肥、施农家肥、种植绿肥＋秸秆还田土壤肥力等级系数P值比对照区分别增加了42.11%，139.47%，135.53%。肥力评价结果显示，对照区土壤肥力属于四等，施化肥和种植绿肥＋秸秆还田柑桔园土壤肥力比对照区高1个等级，施农家肥柑桔园土壤肥力比对照区高2个等级。

结果阐明了不同的培肥模式均可以改良崩岗洪积扇土壤理化性质，其中以上的施肥模式中农家肥效果最佳，种植绿肥＋秸秆还田和施化肥改良效果次之。因此，建议恢复崩岗洪积扇土壤可考虑采用农家肥或者种植绿肥、秸秆还田的模式，这些方式均能较快提高土壤有机质，同时土壤阳离子交换量的提高增加了土壤的保肥能力，而施化肥效果并不显著，可能与崩岗洪积扇保肥能力差，养分流失较快有关。

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