不同土地利用方式对土壤含水量、pH值及电导率的影响

杨 红，徐唱唱，赛 曼，曹舰艇，曹丽花，张爱琴，刘合满，*

(1.西藏大学农牧学院 西藏高原气候变化与土壤圈物质循环研究中心，西藏 林芝 860000； 2.林芝市农牧局 农业技术推广中心，西藏 林芝 860000)



不同土地利用方式对土壤含水量、pH值及电导率的影响

杨 红1，徐唱唱1，赛 曼1，曹舰艇1，曹丽花1，张爱琴2，刘合满1，*

(1.西藏大学农牧学院 西藏高原气候变化与土壤圈物质循环研究中心，西藏 林芝 860000； 2.林芝市农牧局 农业技术推广中心，西藏 林芝 860000)

以林芝地区八一镇5种植被类型下土壤为研究对象，研究其土壤剖面(0—50cm)的含水量、pH值及电导率分布特征。结果表明，土地利用方式影响了土壤含水量、pH值和电导率在垂直剖面上的空间分布，尤其以表层(0—20cm)土壤含水量和电导率受影响最为明显。草地土壤含水量表现出明显的“表聚”效应，即随着土层加深，含水量呈降低趋势。在区域空间上，土壤含水量和电导率具有较强的空间变异性，而土壤pH值的空间变异性较小。随着土层加深，各层土壤含水量和电导率之间的变异性逐渐减小。

土地利用方式；土壤pH值；含水量；电导率

土壤水分、pH值和电导率是土壤质量的重要属性[1]，影响着土壤的生产性能和土壤环境质量。土地利用方式[2-3]和植被类型[4]均会影响土壤含水量、pH值及电导率等。Fu等[5]、蔡跃台[6]研究发现，土地利用方式对黄土高原大南沟流域土壤含水量在土壤垂直剖面上的分布有重要影响，且以对根层的影响最为明显；赵凯丽等[7]对不同植被类型下红壤pH值和交换性酸的剖面特征进行研究，认为植物地上部分和根系分泌的致酸物质可通过淋洗和离子交换等作用促进表层土壤酸化；郭全恩等[8]研究表明，植被类型能够影响土壤盐分离子的运动状态。然而，针对西藏高原不同土地利用方式下土壤含水量、pH值及电导率变化特征的研究至今还较少。以西藏林芝地区八一镇不同植被类型下土壤为研究对象，研究其水源涵养能力、酸化状况以及盐离子动态，旨在阐明不同植被类型下土壤的水分涵养能力及土壤pH值与电导率之间的相互关系，以期为该地区土地合理利用和生态环境保护提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

供试土样均采于林芝地区八一镇，位于西藏自治区东南部，念青唐古拉山脉与喜马拉雅山脉之间，与昌都、那曲、拉萨和山南等地相邻，94.3028°—94.3458° E，29.6687°—29.6788° N，平均海拔3040m，日照充足，为高原温带半湿润性季风气候，分为明显的干季和雨季，雨季一般为4—10月，干季一般为11—次年3月。农业生产模式为一年一熟制。

1.2 土壤样品采集与指标测定

2015年10月31日，选择林芝地区八一镇高山栎杜鹃混交林、10a以上休耕地、草地以及农田和大棚进行土壤样本采集。休耕地主要植被类型为禾本科植物和蒿草，草地以禾本科植物为主，农田作物以青稞(Avenachinensis)和玉米(Zeamays)为主，大棚主要种植青椒、番茄和大白菜。在每个样地随机选择3个样点，作为重复，并分别采集土壤剖面0—5、5—10、10—20、20—30、30—40、40—50cm各层样品，共采集土壤样品90个，装入自封袋并带回实验室。室内去除可见的石块、植物残体等非土壤部分后，自然风干，磨碎。土壤pH值按5∶1水土体积质量比混合，pH计(Model IQ150，铭奥国际有限公司)测定；土壤电导率按5∶1水土体积质量比混合，便携式电导率仪(DDN-303型，上海今迈公司)测定。将约20g新鲜土样在105℃条件下烘烤12h，至质量恒定时所减少的质量，即为土样所含水分质量。

1.3 数据处理

所有数据用Excel 2007进行整理，用Origin 9.0作图。

2 结果与分析

2.1 土壤含水量分布特征

由图1可知，随土层加深，高山栎杜鹃混交林、休耕地、玉米田及大棚的含水量均呈增加趋势，而草地呈降低趋势，即草地土壤水分表现出明显的“表聚”效应，土壤水分主要集中在表层(0—20cm)，而下层土壤含水量相对较低，这与曹丽花等[9]的研究结果一致。植物根系是影响土壤水分入渗和再分布的重要因素[10]，草地根系主要集中在表层，对降雨具有显著的截留和保蓄效应，同时在根系作用下，下层土壤水分向上层迁移，故本研究中草地土壤水分具有明显的表聚效应。

对供试各土地利用方式0—50cm土壤平均含水量进行分析，结果表明，土壤含水量以草地最高，0—50cm土层平均含水量为(30.46±3.86)%，休耕地、混交林地和农田土壤平均含水量之间差异较小，分别为(12.04±2.21)%、(12.73±1.71)%和(12.75±1.18)%，大棚土壤平均含水量最小，仅(8.86±2.66)%。总体来看，自然草地对土壤水分具有良好的保蓄效应，这主要与其较高的地表植被覆盖和紧实的土壤结构降低了土壤水分蒸发有关。

土壤含水量的垂直空间变异主要受土地利用方式、植被根系分布等因素的影响。由图1可知，各类土壤含水量均具有较小的空间变异性，这可能是因为供试各土壤均具有相对较好的结构，有利于水分向下层的迁移，从而使各层含水量之间具有较小的差异。除混交林地之外，其他几种利用方式下各剖面土壤含水量空间变异性主要表现在表层(0—20cm)，而20—50cm各层次变异性较小，即随着土壤层次的加深，各层土壤含水量之间差异逐渐减小。0—20cm层次土壤含水量变异性以大棚最大，以混交林地最小。0—20和20—50cm土层含水量空间变异系数差异以大棚最大，0—20cm土壤含水量垂直空间变异系数为31.79%，20—50cm各层之间变异系数为12.32%，相差近20个百分点。这可能是因为大棚受棚内高温的影响，表层水分蒸发快，含水量较低，增加了表层水分与下层之间的差异。

图1 不同植被类型下的土壤剖面含水量Fig.1 Distribution of soil water under different land use types

2.2 土壤pH值分布特征

pH值是土壤的重要属性之一，影响和决定了土壤的形成、土壤中生物的作用和植被生长过程。由图2可知，随着土壤深度的增加，高山栎杜鹃混交林和大棚的土壤pH值呈逐渐增大的趋势，玉米田、草地及休耕地则表现为5—10cm<0—5cm，这可能是由于玉米田、草地及休耕地植物根系主要集中在5—10cm，受根系生长过程分泌有机酸的影响[11-12]，导致5—10cm土壤酸化，之后随着土层加深，pH值呈增加趋势。在0—5cm土层，农田、林地和大棚土壤pH值较低，分别为5.21，5.57和5.89，呈现酸性和微酸性，而两类草地生态系统(包括自然草地和休耕草地)0—5cm土层pH值则相对较大，分别为6.18和6.27。

图2 不同植被类型下的土壤剖面pH值Fig.2 Distribution of soil pH under different land use types

土壤pH值主要受成土母质、气候条件、植被及土壤管理[13]等因素的综合影响。不同土地利用方式下土壤pH值有较小的垂直空间变异性，变异系数均在7%以下，即土壤pH值在垂直剖面上保持相对的稳定性。玉米田土壤pH值垂直变异性最大，变异系数为6.38%，这可能是由于玉米田大量施用化肥以及使用塑料地膜所致，休耕地和草地变异性最小，变异系数分别为1.53%和1.63%。将土壤划分为表层(0—20cm)和下层(20—50cm)2个层次进行分析，大棚和林地土壤pH值剖面变化主要表现在表层，而休耕地、农田和草地则主要表现在下层。这可能是因为大棚土壤的耕作管理主要在表层，人为扰动增加了这一层次土壤pH值的变异性，林地表层土壤pH值主要受制于植被枯落物分解过程的影响，植被枯落物在分解过程中往往会释放有机酸类物质[14]，从而对表层土壤酸化产生一定的贡献[15]，但下层受影响较小，因而下层土壤pH值空间变异较小。

2.3 土壤电导率

一般地，土壤盐是地质变化时期积累的盐和因气候干旱、降水稀少和大量使用化肥所积累的盐[16]，可由土壤电导率值来评价。由图3可知，随着土壤深度的增加，几种供试土地利用类型土壤电导率均呈降低趋势，即表层电导率值高，而越向下层电导率值越低，这反映出表层土壤水溶性盐含量高，而下层土壤水溶性盐含量低。各土地利用方式下，土壤电导率最大值均在0—5cm土层，与5—10cm土层之间差异达显著水平，其中，大棚和农田0—5cm土层电导率值分别较5—10cm土层高1.18和1.27倍。

图3 不同植被类型下的土壤剖面电导率Fig.3 Soil electrical conductivity under different land use types

在各供试土地利用类型的土壤中，土壤电导率在各层次的变异性表现为农田和大棚最高，变异系数分别为99.44%和97.38%，其次是草地，变异系数为59.31%，而以林地和休耕地最小。通过对表层(0—20cm)和下层(20—50cm)2个层次空间变异性的分析可知，土壤电导率垂直变异性主要发生在表层，尤其是农田、大棚和草地。这可能是因为农田和大棚受施肥的影响，增加了表层土壤可溶性盐含量，从而提高了表层土壤电导性能。

土壤电导率受施肥和植物根系分布等因素的综合影响。由各土地利用方式下0—50cm土层土壤电导率平均值可知，以人为耕作土壤(农田和大棚)最大，平均值分别为96.73和84.93μS·cm-1，而以自然生态系统(林地和休耕地)最小，电导率值分别为27.97和28.60μS·cm-1，这反映了施肥对土壤水溶性盐的贡献。

2.4 土壤性质的空间变异性

在一定空间尺度上，土壤性质的空间变异性反映了植被、地形、土壤等条件的变化。一般地，区域植被、地形、土壤等条件越一致，土壤特征因子的空间变异性越小，反之则越大。研究区域内不同土地利用方式下各样点土壤含水量、pH值及电导率空间变异性如表1所示，随着土壤深度的增加而呈降低趋势，这与岳宏昌等[17]在黄土高原不同土地利用方式下对土壤水分垂直变异性的研究结果一致。在0—10cm土层，土壤电导率的空间变异性最大，其次是土壤含水量，土壤pH值的空间变异性最小；在10—50cm土层，土壤含水量变异性最大，电导率次之，pH值最小。在供试区域内，土壤含水量、电导率的空间变异性在0—30cm表现出高度空间变异性(CV>35%)，这也表明不同土地利用方式对土壤含水量和电导率的影响主要体现在上层，随着土层加深，空间变异系数逐渐缩小。在各土层土壤pH值空间变异性均较小，在4%～10%之间，且随着土层加深，空间变异系数亦呈减小趋势。

表1 各土层土壤性质的空间变异性
Table 1 Spatial variability of soil moisture，pH and EC %

层次Layer/cm土壤含水量Moisturecon-tentpH电导率Electricalconductivity0—588.427.5491.175—1070.059.3276.8710—2052.997.0842.4220—3035.756.5454.5330—4043.374.2927.0540—5033.554.0912.25

3 结论

土地利用方式显著影响土壤含水量及垂直空间变化，草地对水分具有良好的保蓄效应，且表现出显著的水分“表聚”效应。土壤pH值是相对稳定的化学指标，具有非常小的空间变异性，各土地利用方式下0—5和5—10cm层次土壤pH值空间变异系数仅为7.54%和9.32%。农田和林地表现出一定的酸化现象，而且农田在整个剖面上土壤pH均明显低于其他几种土地利用方式，这可能与农田化肥的大量施用有关。农田和大棚土壤电导率极显著地高于其他几种自然土地利用方式，与这两种土地利用方式大量施用化肥，增加了土壤无机盐含量有关。各层次土壤含水量、pH值和电导率的垂直空间变异均主要表现在0—20cm土层，以下各层的变异性较小。

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(责任编辑 高 峻)

Effects of land use on soil moisture，pH and electrical conductivity

YANG Hong1，XU Chang-chang1，SAI Man1，CAO Jian-ting1, CAO Li-hua1, ZHANG Ai-qin2，LIU He-man1，*

(1.ResearchCenterofClimateChangeandMaterialCycleofPedosphereofTibetPlateau，AgriculturalandAnimalHusbandryCollegeofTibetUniversity，Linzhi860000，China;2.AgriculturalTechnologyExtensionCenter，LinzhiBureauofAgricultureandAnimalHusbandry，Linzhi860000，China)

In order to clarify the soil moisture content，pH value and variation characteristics of electrical conductivity in 0-50cm soil layer under different vegetation types，soil samples collected under 5vegetation types in Bayi Town，Linzhi were adopted as the study object.It was shown that land use type did influence the vertical distribution of soil moisture content，pH value and electrical conductivity in soil profile，especially the moisture content and electrical conductivity in the surface layer (0-20cm).Moisture content of grassland exhibited aggregation as the moisture content was decreased with the deepening of soil layer.Soil moisture content and electrical conductivity showed stronger spatial variability，while the variation of pH value was smaller.With the deepening of soil layer，the variation of soil moisture content and electrical conductivity in different soil layers gradually decreased.

land use pattern; soil pH value; soil moisture content; electrical conductivity

10.3969/j.issn.1004-1524.2016.11.18

2016-04-27

国家自然科学基金(41161052)；西藏大学农牧学院雪域英才支持项目

杨红(1991—)，男，藏族，甘肃甘南人，硕士研究生，研究方向为高原(高山)生态系统。E-mail: hyang2016@163.com

*通信作者，刘合满，E-mail: liuh-m@163.com

S153

A

1004-1524(2016)11-1922-06

浙江农业学报ActaAgriculturaeZhejiangensis，2016，28(11): 1922-1927

http://www.zjnyxb.cn

杨红，徐唱唱，赛曼，等.不同土地利用方式对土壤含水量、pH值及电导率的影响[J].浙江农业学报，2016，28(11)： 1922-1927.