三峡库区坡改梯土壤养分状况与变化趋势

陈国建， 李春娟， 张 超， 李春利， 李娟娟， 韦 杰， 董宏伟

(重庆师范大学 地理与旅游学院， 重庆 400047)

三峡库区坡改梯土壤养分状况与变化趋势

陈国建， 李春娟， 张 超， 李春利， 李娟娟， 韦 杰， 董宏伟

(重庆师范大学 地理与旅游学院， 重庆 400047)

为准确掌握三峡库区坡改梯工程实施后的土壤肥力状况，以巫山县为例，采用时空代换法分析其不同年限坡改梯土壤的养分状况及其变化趋势。结果表明：研究区土壤肥力总体较低，根据全国第二次土地普查土壤养分分级标准，其全氮、速效钾、有机质和速效磷含量均值分别处于三级、三级、四级和五级标准，土壤养分的空间异质性较小。相较于坡耕地，坡改梯土壤养分随着耕种年限的增加总体呈上升趋势。坡改梯年限为2年的土壤养分各指标的均值相对于坡耕地土壤有所降低且土壤肥力差异性最大，坡改梯年限为14年的土壤养分各指标的均值呈直线上升趋势且土壤肥力差异性减小。

坡改梯； 土壤养分； 三峡库区； 巫山； 重庆

我国是世界上水土流失最为严重的国家之一，严重的水土流失已成为经济、社会快速、可持续和健康发展的制约因素。其中，长江三峡库区中度和强烈流失面积占库区水土流失总面积的64.55%[1]，因此迫切需要对三峡库区水土流失进行综合治理。三峡库区90%以上的强烈水土流失都发生在坡耕地，坡改梯工程成为治理坡耕地水土流失的一项重要措施[2]。巫山县地处三峡库区腹心地带，面积2957 km2，位于大巴山弧形构造、川东褶皱带及川鄂湘黔隆褶带三大构造体系结合部，长江横贯东西，大宁河、抱龙河等7条支流呈南北向强烈下切，地貌上呈深谷和中低山相间形态，地形起伏大，坡度陡。该地区主要以黄壤、石灰岩土和山地黄棕壤为主。当地属亚热带湿润季风气候，气候温和，雨热同季，年均降水量为1 049.3 mm。实施坡改梯工程，在坡耕地区域加强梯田梯土的建设，对实现三峡库区的水土流失有效治理，进而促进当地农业健康发展具有重要意义[3-4]。

目前，国内学者对坡改梯工程的研究主要集中于坡改梯的设计、分类、水环境效应和蓄水保土效益等方面[5-8]，少见关于三峡库区坡改梯土壤养分及其变化趋势方面的研究报道[9-11]。因此，笔者以巫山县坡改梯地为研究对象，采用时空代换法，分析其不同年限坡改梯土壤养分状况及变化趋势，以期准确掌握三峡库区实施坡改梯工程后的土壤肥力状况，并探讨坡改梯工程对该地区土壤肥力的影响，以期为三峡库区实施坡改梯工程后的土地合理有效施肥以及今后三峡库区坡改梯工程的持续开展提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 土壤样品采集

采用以空间代时间的方法[12]，于2012年8月采集土壤样品。在巫山县坡改梯地选取较有代表性的5处采样点，分别为巫峡镇龙山村、曲尺乡龙洞村、龙井乡龙井村、官渡镇水库村、龙井乡七星村；选取5个坡改梯年限分别为2 a、9 a、14 a、20 a、32 a(坡改梯实施时间分别为2010年、2003年、1998年、1992年和1970年)及临近坡耕地(0 a)(对照)的采样点，选取0～20 cm耕层土壤。为尽量避免样地之间的差异，避开施肥期并选取施肥情况及土地利用方式相似的土壤进行采样。各采样点概况见表1。

布点采样从山顶向下依次进行采样，每层梯田选取1～2种作物类型，采用“S”法进行采样，将3个重复样品充分混合后，各留取约0.5 kg作为样品，装入对应编号样品袋中。同时，利用GPS定位仪确定采样点的经纬度，并记录坡位、高程、植被覆盖程度、土壤类型、坡度、等多项参数。共采集样本190个。

表1 不同坡改梯年限土壤采样点的概况

注：年限0a为用作对照的临近坡耕地。

Note: The soil sample with 0a cultivation years is CK, which is collected from the near slope cropland.

1.2 土壤样品分析

对土壤样品的全磷、全钾、有机质、全氮、铵态氮(NH4-N)、硝态氮(NO3-N)、速效磷和速效钾8项养分的含量进行测定：全氮采用凯氏定氮法，全钾采用氢氧化钠(NaOH)熔解火焰光度法，铵态氮采用氯化钾浸提流动注射仪法，硝态氮采用氯化钾浸提紫外比色法，有机质采用重铬酸钾法，速效磷采用盐酸-硫酸双酸浸提法，全磷采用NaOH碱熔-钼锑抗比色法，速效钾采用中性NH4OAc浸提-原子吸收分光光度法[10]。同时，采用SPSS软件计算各采样点土壤养分指标的极小值、极大值、均值、标准差和变异系数等，以描述研究区土壤养分的总体质量。

2 结果与分析

2.1 土壤养分的总体质量

从表2看出，样本的全氮和速效钾含量均值分别为0.12%和140.73 mg/kg，均处于全国第二次土地普查土壤养分分级的三级标准；有机质含量均值为1.61%，处于四级标准；速效磷含量均值为3.52 mg/kg，处于五级标准。表明，研究区土壤肥力较低。另外，硝态氮的变异系数为1.37，属强变异性，其余指标的变异系数处于0.1～1，属中等变异性，说明研究区土壤养分的空间异质性较小。

2.2 土壤养分随坡改梯年限的变化趋势

2.2.1 有机质含量 由图1可见，随着坡改梯年限的增加，土壤有机质含量均值总体呈上升趋势，但增长缓慢。对不同开垦年限及其相对应土壤有机质含量均值进行相关分析，相关系数r=0.52，表明，开垦年限与土壤有机质含量均值显著相关。坡改梯年限为2年(坡改梯实施时间为2010年)的土壤有机质含量为1.43%，低于对照的坡耕地土壤有机质含量均值(1.56%)；坡改梯年限为14年(坡改梯实施时间为1998年)的土壤有机质含量(1.78%)高于坡改梯年限9年(1.58%)和20年(1.59%)的土壤。

表2 土壤各养分指标的含量

图1 土壤有机质含量随坡改梯年限的变化趋势

Fig.1 Change trend of average soil organic matter content with increase of cultivation years

2.2.2 氮素含量 由图2可知，随着坡改梯年限的增加，土壤全氮含量均值总体呈上升趋势，但增长较缓慢；而硝态氮和铵态氮含量均值随开垦年限变化的趋势与全氮变化趋势相似。相较于坡耕地，坡改梯年限为2年的土壤中全氮、硝态氮(NO3-N)和铵态氮(NH4-N)含量均值均下降，全氮和铵态氮的均值降幅非常小，而硝态氮含量降低5.2 mg/kg；相较于坡改梯年限为2年的土壤，坡改梯年限为14年的土壤全氮、硝态氮和铵态氮含量均值均大致呈直线上升趋势，分别为0.12%、23.24 mg/kg和43.1 mg/kg，并且其土壤全氮、硝态氮和铵态氮含量均高于坡改梯年限为20年的土壤(分别为0.11%、15.87 mg/kg和39.01 mg/kg)。说明，坡改梯年限为14年的土壤全氮、硝态氮和铵态氮含量均出现突增现象。反映出坡改梯工程有利于防止土壤氮素的流失，随着坡改梯年限的增加，连年的施肥有利于土壤氮素的积累。

图2 土壤有效氮、钾素、磷素的含量均值随坡改梯年限的变化趋势

图3 土壤养分指标变异系数随坡改梯年限的变化趋势

Fig.3 Variable coefficients’ change trend of soil nutrients’ index with increase of cultivation years

2.2.3 磷素和钾素含量 从图2看出，随着坡改梯年限的增加，土壤速效磷含量均值总体呈上升趋势，但增长较缓慢。速效钾和全钾含量均值随坡改梯年限变化的趋势与速效磷相似。坡改梯年限为2年的土壤速效磷、速效钾和全钾含量相较于坡耕地分别降低0.27 mg/kg、0.22 mg/kg和0.01%；坡改梯年限为14年的土壤速效磷、速效钾和全钾含量相较于坡改梯9年的土壤分别增加1.93 mg/kg、78.59 mg/kg和0.41%，也比坡改梯20年的土壤分别增加1.4 mg/kg、72.96 mg/kg和0.21%。

2.3 不同坡改梯年限土壤养分的空间异质性

从图3看出，坡改梯年限为2年(坡改梯实施时间为2010年)的土壤各养分指标的变异系数均大于坡耕地和其他年限的坡改梯地，说明坡改梯年限为2年的土壤各养分指标的空间异质性最大，含量不稳定；而坡耕地和其他年限的坡改梯地土壤各养分指标的空间分布较稳定。

3 结论

研究区土壤肥力整体较低且土壤养分的空间异质性较小、整体较稳定。相较于坡耕地，坡改梯工程实施后，随着耕种年限的不断增加，坡改梯土壤养分总体呈上升趋势。坡改梯工程初期，原有不同层次土壤发生混合，导致土壤肥力下降及其差异性显著增加。坡改梯年限为2年(坡改梯实施时间为2010年)的土壤养分各指标的平均值相对于坡耕地土壤降低，且变异系数最大；随着坡改梯年限的增加，降低了原有坡耕地水土流失强度，同时，连年的耕作及无机和有机肥料的投入，有效地促进了养分积累。坡改梯年限为14年(坡改梯实施时间为1998年)的土壤养分出现突增，土壤养分各指标的变异系数变化较稳定，土壤肥力差异性减小。

[1] 赵 健，郭宏忠，陈健桥，等.三峡库区水土流失类型划分及防治对策[J].中国水土保持，2010(1)：16-18.

[2] 刘彦随，冯德显.三峡库区土地持续利用潜力与途径模式[J].地理研究，2011(2):139-143.

[3] 范玉芳，罗友进，魏朝富.西南丘陵山区坡耕地水平梯田工程设计分析[J].山地学报，2010，28(5):560-565.

[4] 韦 杰，贺秀斌.三峡库区坡耕地水土保持措施研究进展[J].世界科技研究与发展，2011，33(1):41-45.

[5] 焦菊英，王万中.黄土高原水平梯田质量及水土保持效果的分析[J].农业工程学报，1999，15(2):59-63.

[6] 吴发启，张玉斌，宋娟丽，等.水平梯田环境效应的研究现状及其发展趋势[J].水土保持学报，2003，17(5):28-31.

[7] 张永涛，王洪刚，李增印，等.坡改梯的水土保持效益研究[J].水土保持研究，2001，8(3):9-12.

[8] 薛 萐，刘国彬，张 超，等.黄土高原丘陵区坡改梯后的土壤质量效应[J].农业工程学报，2011，27(4):310-316.

[9] 杨 敏，陈国建，韦 杰，等.坡改梯地区不同土地利用方式对土壤养分的影响——以重庆市巫山县为例[J].重庆师范大学学报：自然科学版，2012，29(6):43-46.

[10] 李培霞，陈国建，韦 杰.三峡库区典型坡改梯地土壤肥力质量评价——以重庆市巫山县为例[J].重庆师范大学学报：自然科学版，2013，30(6):55-62.

[11] 董宏伟，陈国建，郭 跃，等.三峡库区不同坡改梯年限土壤肥力质量评价研究[J].中国水土保持，2014(6):35-38.

[12] 焦 峰，温仲明，从怀军，等.基于属性识别模型的退耕地土壤肥力综合评价[J].水土保持学报，2010，24(5):204-208.

(责任编辑：黄筑斌)

Situation and Change Trend of Soil Nutrients in Terraced Fields from Sloping Land in Three Gorges Reservoir Area

CHEN Guojian, LI Chunjuan, ZHANG Chao, LI Chunli, LI Juanjuan, WEI Jie，DONG Hongwei

(CollegeofGeographyandTourism,ChongqingNormalUniversity,Chongqing400047,China)

The situationand change trend of soil nutrients in terraced fields from sloping land with different cultivation years were analyzed by the space-time substitution method in Wushan County to grasp exactly the soil fertility situation after implementing the project of terraced field construction from sloping land in Three Gorges Reservoir Area. Results: The average content of total nitrogen, available potassium, organic matter and available phosphorus is in Grade Ⅲ, Grade Ⅲ, Grade Ⅳ and Grade Ⅴ respectively according to the classification standard of soil nutrients recommended by National Second Land general survey and the spatial heterogeneity of soil nutrient is small. The soil nutrients in terraced fields from slope cropland present the rising trend with increase of cultivation years compared with slope cropland overall. The average values of different soil nutrient indexes in terraced fields from slope cropland with two cultivation years are lower than slope cropland and there is a significant difference in soil fertility. The average values of different soil nutrient indexes in terraced fields from slope cropland with fourteen cultivation years present the linear rising trend and there is no significant difference in soil fertility.

terraced fields from slope land; soil nutrient; Three Gorges Reservoir Area; Wushan Mountain; Chongqing

2016-01-11； 2016-02-01修回

国家自然科学基金项目(41001168)；国家科技支撑计划项目(2011BAD31B03);重庆市自然科学基金项目(CSTC2010BB0326)； 重庆市教委社科项目(08JWSK043)；重庆师范大学博士基金项目(05XLB)

陈国建(1975-)，男，副教授，博士，从事水土保持和生态修复研究。E-mail：956228510@qq.com

1001-3601(2016)03-0141-0172-03

S-9； S37

A