粤北香芋种植区典型土壤剖面发育特征

高 琳，卢文婷，林昌华，陈晓远，冯慧敏

（1韶关学院英东生物与农业学院，广东韶关 512005；2韶关学院粤北土壤土地研究中心，广东韶关 512005；3青海省农林科学院，西宁 810016）

0 引言

香芋又称菜用土栾儿，是多年生草本豆科作物，常作一年生作物栽培，其营养丰富、用途广泛，是集蔬菜、粮食和药膳于一体的稀有名贵作物[1]。香芋在中国已有较长的栽培历史，是中国南方重要的经济作物之一。广东省韶关市着力于发展生态农业，在能够保证粮食产量的同时，结合利用本地的自然条件发展特色农作物种植，其中香芋为其重要特色经济作物之一，其营养丰富口感好。随着人们膳食结构的改变，香芋的需求增大，对香芋在质和量上的要求也随之提高。香芋产量、品质和风味受到种植地区的气候、地形和土壤等生态条件的影响，不同的土壤类型、土壤颗粒结构和土壤矿质营养对香芋的生长影响不同。香芋作为具有球状块根的地下作物，不但受到表层土壤性质的影响，深层土壤性质的影响也不应忽视。土壤剖面由逐渐变化的不同深度性质各异的土层所组成，土壤发育特征、土壤颗粒结构特征和养分转化特征都会从土壤剖面上显现，因此研究香芋种植区土壤剖面的发育特征，对于香芋的科学规划、合理种植和肥料的高效利用等具有重要的意义。

在乡村振兴与脱贫攻坚的大时代背景下，发展地方特色经济作物成为了促进经济发展的重要方式。通过研究土壤性质与土壤养分变化，能够更加科学地种植经济作物，提升作物产量与质量，国内外在特色农作物的气候适宜性[2]、水肥调控[3]、地膜覆盖[4]、土壤养分[5]、种植潜力及地理信息系统技术[6]等方面进行了大量研究，得出许多丰富的成果经验。但是在作物和土壤环境关系方面，多数研究主要集中在表层土壤的利用上，很少从土壤剖面性质及背景因素上深入研究其对作物的影响。韶关市香芋是广东知名特色农产品之一，而韶关香芋种植主要集中在山地河间地，如何在该地形下科学合理的规划香芋种植，以及在不污染土壤的前提下进行科学有效的施肥，从而保证特色经济作物的产量与品质十分重要。因此，笔者通过在研究区进行勘测，采取土样并在室内进行数据分析，进行研究区土壤成土环境条件、土壤土体构型和土壤理化性质的测定，以土壤剖面为对象，了解土壤剖面特征与土壤养分丰缺情况，以期为韶关市香芋主产区的作物种植与合理施肥提供基础资料。

1 材料及方法

1.1 研究区概况

韶关市香芋产区坐落于广东省的粤北山区，地理位置在亚热带，属于亚热带季风气候。研究区山体面宽阔而平坦，地势走向分别是由地势较高的中部和北部，向地势较低的东部和西部两侧递减。太阳辐射时间长，地表积温高，作物进行光合作用强。且年降雨量大，雨热同季，有利于动植物的繁殖和生长。成土母质主要为河流冲积物，土质疏松，土层较深，且土壤养分丰富。土壤类型主要为红壤、黄壤以及水稻土等，种植的作物主要有香芋、水稻、辣椒、马蹄等。在经济发展方面，研究区充分利用境内的地形与生态环境的差异，实行区划种植，发展大规模的种植与养殖产业，且集贸市场十分活跃，发展前景良好。

1.2 土样采集

2019年6—7月综合考虑地形、土壤发育条件和人为干扰等因素，在广东省韶关市的乐昌市长来镇前溪村、廊田镇泉塘村、乐城张溪村、北乡镇黄坋村和乳源县的游溪镇江背村、一六镇田心洞选取了6个剖面位点，分别标记为CQ-1、LQ-2、LZ-3、BH-4、YJ-5、YT-6，剖面采集均按《野外土壤描述与采样手册》的要求进行挖掘和描述，记录土壤剖面情况和土壤环境情况，按发生学层次采集土样供室内分析，土样样品在实验室自然风干后，研磨过1 mm和0.25 mm的网筛，备用。根据《土壤农业化学分析方法》对样品进行常规测定，测试方法如表1。

表1 土壤剖面理化性质测定方法

1.3 数据处理

通过Excel软件整理土壤剖面描述性数据特征，运用SPSS软件统计分析土壤养分元素及土壤质地数据，并利用Origin绘制不同剖面的土壤养分特征。

2 结果与分析

2.1 香芋种植区典型土壤剖面构型特征

研究区的地形主要为河间地与山谷地，母质为河流冲积物，都具有典型的山区气候特征，且有较多河流穿过，水资源较为丰富。CQ-1种植的作物主要有香芋、水稻、花生、马蹄，LQ-2、YT-6种植的作物为香芋，LZ-3种植的作物主要有香芋、香葱，BH-4种植的作物主要有香芋、马蹄、西瓜，YJ-5种植的作物主要有香芋、辣椒。

根据《野外土壤描述与采样手册》野外实地描述土壤剖面，得到6个剖面点的土壤剖面描述特征，如表2所示。6个剖面点的土体构型均为潴育水稻土亚类的土体构型，剖面点土壤均作为农田利用，长年的耕种，剖面点土壤表层形成耕作层，其下层受到碾压等外力作用而形成犁底层，香芋种植区土壤剖面受到河流影响，土壤滞水时心土层土壤元素发生还原反应，土壤排水时元素发生氧化反应，反复的氧化还原特征，心土层形成氧化还原层。部分土壤剖面长期滞水出现潜育特征的心土层。总体来说，4个土壤剖面的发生型由耕作层、犁底层、氧化还原层、母质层组成。其中CQ-1的土壤发生层为耕作层、犁底层、氧化还原交替下形成的淀积层，且氧化还原淀积层出现了潜育特征。LQ-2的土壤发生层为耕作层、犁底层、氧化还原淀积层，其中犁底层出现了铁锰聚集。YJ-5、YT-6的土壤发生层为耕作层、犁底层、氧化还原淀积层。LZ-3的土壤剖面的发生型由耕作层、犁底层、潜育层、母质层组成。BH-4的土壤剖面深度为63 cm，主要发生层为耕作表层和氧化还原心土层。

表2 土壤剖面环境及土体构型特征

2.2 香芋种植区典型土壤剖面形态要素特征

2.2.1 土壤颜色 土壤颜色一部分来源于成土母质，另一部分来源于成土过程。采用门赛尔比色卡[6]，在室内选择一个明亮的窗口，取与比色卡大小相同的土块，并将框格卡覆盖在色卡上，直到出现与土壤颜色接近的色卡则可读取其色调与彩色数值。土壤表层富有灰色的胡敏酸以及染黑土壤的腐殖质，耕作层由于受到人类活动的影响以及枯枝落叶的积累，表土层大部分呈黄、灰、黑3种颜色，心土层受到氧化物的影响，导致许多呈现橘黄色。通过土壤颜色分析可得出，CQ-1的耕作层呈现棕色，犁底层呈现黑灰色，氧化还原层呈现棕色。LQ-2的耕作层呈现棕黄色，犁底层与氧化还原层呈现褐色。LZ-3的耕作层与犁底层均呈现黑灰色，氧化还原层则呈现褐色。BH-4的犁底层呈现暗棕色，氧化还原层则呈现褐色。YT-5的耕作层与犁底层均呈现棕黄色，氧化还原层呈现褐色。YT-6的耕作层与犁底层均为暗棕色，氧化还原层为褐色。

2.2.2 土壤结构与新生体 大小不同的土壤结构体对土体的水、肥、气、热的变化，以及作物植物根系的活动影响很大。依据土壤剖面结构体的形状、大小以及发育程度进行分类定级。通过观察发现，CQ-1土壤剖面发生层Ap1的团粒结构发育表现为中等，而发生层Ap2、Br(g)的团粒结构发育则表现为强等级，且发生层Br(g)有轻度的铁锰胶膜（表3）。LQ-2土壤剖面发生层Ap1、Ap2的团粒结构发育均表现为中等，Br1、Br2的团粒结构发育表现为强等级，且Ap2出现了清晰的铁锰胶膜，Br1、Br2有少量的铁锰胶膜。LZ-3土壤剖面发生层Ap1与Ap2的团粒结构发育均表现为中等，Br1、Br2的团粒结构发育表现为强等级，且Br1、Br2有大量的铁锰胶膜。BH-4土壤剖面发生层Ap的团粒结构发育表现为中等，Br的团粒结构发育表现为强等级，且Br有轻度的铁锰胶膜。YJ-5、YT-6土壤剖面发生层Ap1、Ap2的团粒结构发育均表现为中等，Br1、Br2的团粒结构发育表现为强等级，且Br1、Br2有少量的铁锰胶膜。

表3 土壤剖面的结构特征

2.2.3 土壤干湿度 通过室内试验，依据土壤干湿度等级（土样受到外力的作用的时出现水分为湿，将土样揉在一起既不分散也不出水为润，将土样放在手上不成散状且能感受到凉意为潮，将土样放在手上成散状且干燥无水分为干），对研究区土壤剖面的各土层进行分析。CQ-1土壤剖面的耕作层水分状况处于干的等级，犁底层的水分状况处于较润的等级，氧化还原淀积层处于潮的等级。LQ-2的耕作层的水分状况处于润的等级，犁底层的水分状况处于潮的等级，氧化还原淀积层的水分状况处于潮湿等级。LZ-3的耕作层的水分状况处于干的等级，犁底层的水分状况处于较润的等级，氧化还原淀积层的水分状况处于润的等级。BH-4表土层的水分状况处于干的等级，氧化还原淀积层的水分状况处于较润的等级。YJ-5、YT-6的表土层水分状况都是处于较润的等级，氧化还原淀积层的水分状况都是处于润的等级。由此看出，研究区的土壤水分含量比较丰富，适宜耕作。

2.3 香芋种植区典型土壤剖面的土壤质地特征

土壤中不同颗粒的含量对土壤各方面的性质有影响，尤其是对土壤的蓄肥保水、导热的能力[7]。根据室内试验的数据可知，选取的6个具有典型代表性的土壤剖面位点土样的质地以壤土、粉质壤土和粘壤土为主。从质地构型来看，CQ-1为均质型，粉粒与粘粒的比值分别为3.80、2.75、2.55；LQ-2为均质型，粉粒与粘粒的比值分别为1.99、1.75、1.86、2.40；LZ-3为夹层型，粉粒与粘粒的比值分别为1.35、1.63、2.18、1.50；BH-4为均质型，粉粒与粘粒的比值分别为1.86、3.24；YJ-5为上壤下沙型，其粉粒与粘粒的比值分别2.30、3.19、4.80、6.59；YT-6为上粘下壤型，粉粒与粘粒的比值分别为1.45、0.56、1.43、6.80（图1）。粉粘比可以反映土壤剖面受风化成土作用的制约程度，可根据 Kd=粉粒(0.02～0.002 mm/%)/粘粒(＜0.002 mm/%)计算粉粘比[8]。通过作图分析可得，研究区表土层较大面积受到物理风化作用等的影响，导致土壤剖面深度增加的同时，粉粒与粘粒的比值逐渐增加，即风化程度逐渐降低。

图1 6个剖面点土壤粉粘比随土壤深度变化图

2.4 香芋种植区典型土壤剖面养分元素特征

表4为6个土壤剖面点100 cm内的土壤有机质、有效磷、有效氮、速效钾的含量均值情况。基于土壤养分分级标准，6个剖面点的有效磷含量均大于40 mg/kg，属于很丰富级别。在其他养分含量上，CQ-1的有机质含量为2.17%，属于中等养分等级；碱解氮的含量为120.80 mg/kg，属于丰富养分等级；速效钾的含量为65.66 mg/kg，属于缺乏养分等级。LQ-2的有机质含量为1.90%，速效钾的含量为63.80 mg/kg，均属于缺乏养分等级；碱解氮的含量为113.78 mg/kg，属于中等养分等级；LZ-3的有机质含量为1.78%，属于缺乏养分等级；碱解氮的含量为104.90 mg/kg，速效钾的含量为148.53 mg/kg，均属于中等养分等级。BH-4的有机质含量为1.60%和碱解氮的含量为85.76 mg/kg，均属于缺乏养分等级；速效钾的含量为250.50 mg/kg，属于很丰富养分等级。YJ-5的有机质含量为2.09%，属于中等养分等级；碱解氮的含量为134.73 mg/kg，速效钾的含量为270.20 mg/kg，属于很丰富养分等级。YT-6的有机质含量为2.58%，属于中等养分等级；碱解氮的含量为129.5 mg/kg，属于丰富养分等级；速效钾的含量为68.56 mg/kg，属于缺乏养分等级。通过图2可看出，0～20 cm土壤有效磷处于很丰富等级，碱解氮、速效钾和有机质处于中等偏上，但是20 cm土层以下有机质、碱解氮和速效钾3项养分指标急剧骤减，大部分处于缺乏等级。土壤氮、磷、钾和有机质含量随着土壤深度的增加呈现下降的趋势，呈现表层集聚型分布。

图2 6个土壤剖面点的有机质、氮磷钾的养分变化情况

表4 6个土壤剖面点的土壤养分含量

3 结论

（1）香芋种植区地形主要为河间地与山谷地，母质为河流冲积物，6个剖面点的土壤类型均为潴育水稻土亚类，深度在60～100 cm，心土层呈现不同程度的铁锰沉积。其中，5个土壤剖面的发生型由耕作层Ap1、犁底层Ap2、氧化还原层(Br1、Br2)、母质层C组成。1个土壤剖面的发生型由耕作层Ap1、犁底层Ap2、潜育层(Bs1、Bs2)组成。

（2）6个土壤剖面的耕作层Ap1干湿度为湿润-潮湿状态，多为中等发育强度的团粒结构，无明显胶膜新生体和亚铁反应；氧化还原层(Br1、Br2)和潜育层(Bs1、Bs2)的干湿度为稍干-稍润状态，多为强发育的块状结构，呈现不同程度的铁锰胶膜新生体，以及较轻的亚铁反应。

（3）6个土壤剖面土壤质地以粘壤土、粉质壤土和壤土为主，颗粒组成均以粉粒为主，粉/黏比随剖面深度的增加而增加，随剖面深度增加风化程度降低。

（4）在土壤养分分级标准中，6个剖面点的有机质的含量在1.60%～2.58%之间，碱解氮的含量在85.76～134.73 mg/kg之间，养分含量属于中等偏上；有效磷含量属于很丰富级别，而速效钾的养分含量属于缺乏；土壤氮、磷、钾含量和有机质随着深度的增加呈现下降的趋势。

4 讨论

农产品是人类赖以生存和发展的物质基础，其产量和品质是农业生产的两大主要任务。随着科学技术的发展和农业生产的进步，虽然国内农产品的产量已基本得到了有效保障，但是人们在品质上的追求日渐上升，不断出现新的问题和新的要求。香芋被称为“蔬菜之王”，营养价值丰富，色香味俱全[7]，是一种药膳兼用型蔬菜，随着人们生活水平的提高和膳食结构的改变，其需求量与日俱增，种植面积逐年加大[8]，香芋种植已逐渐成为广东韶关、湖南临武、江永等地区的支柱产业[9-10]。目前许多学者运用不同的方法从不同角度对香芋进行研究，如从栽培技术[11]、轮作方式[12]、种植模式[13]、遥感估产[14]以及产业发展[15]等方面进行了研究，但是纵观前人研究，在香芋种植区的土壤剖面发育和养分迁移方面等鲜有报道。而土壤剖面构型是土壤内在性质和外在形态的综合表现，不仅能反映出土壤形成的外部环境和内部条件，也能体现土壤理化性质。因此笔者通过野外调查和室内分析，从土壤剖面发育的角度研究粤北香芋种植区的土壤性质，以期为香芋的种植区划和科学管理提供基础材料。

土壤剖面构型优劣直接影响土壤水、肥、气、热等肥力要素调控能力，既影响土壤的形态特征和发育程度，又影响着土壤水分和养分运移特征[16-17]。香芋种植区土壤土层深厚，长期的成土因素作用下形成表土层、心土层和母质层，由于人为种植利用的影响，表土层形成了耕作层和犁底层，因受到河流影响，心土层呈现氧化还原和潜育特征，土壤结构表层形成较好的团粒结构，水气热协调好，加之熟化影响，有机质、氮磷钾等元素含量高于下层土壤，较多研究表明[18-19]土壤有机碳随土层深度增加呈下降趋势，表层含量高于底层。在养分方面，除表层土壤的养分含量可以达到中等偏上级别，心土层的养分含量均为缺乏状态，这主要受到土壤剖面结构类型影响，在心土层土壤多为块状结构，内部紧实，熟化度较低，缺乏有机质，质地偏粘重。整体来看，种植区土壤的有效磷丰富，速效钾养分缺乏。香芋是喜钾作物，适当的轮作和休耕有利于土壤养分的恢复和提升。有研究表明[12,20]休耕对香芋的生长发育及产量有利，轮作间隔3年以上效果较好。总体来看，在后续的香芋种植生产中，要根据香芋种植物的土体结构水分养分实际需求合理施肥，在重视有机-无机肥联合施用的基础上，也要重视钾肥的合理施用，既要考虑土壤养分和作物需求的统一，又要避免过度施肥造成的环境污染。