浙南山地梯田土壤性状及其变化规律研究

夏娇娇，陈宇航，章明奎

（1青田县农业农村局，浙江丽水 323900；2浙江大学环境与资源学院，杭州 310058）

0 引言

土壤质量是农田生产力的基础，是衡量生态环境与经济社会可持续发展的重要指标，提升土壤质量是解决区域粮食问题及实现“藏粮于地”的重要途径[1]。由于耕地资源数量的不足，土壤质量状况直接影响人民的生活水平，因此党和政府及各级农业、生态环境管理部门都十分重视农田土壤质量建设。20 世纪90 年代以来，围绕土地开垦、土壤培肥、土壤退化、土壤质量评价等方面开展了大量的调查与试验研究[2-4]，初步掌握了中国农田土壤的质量状况，大大提升了农田土壤的生产潜力。中国许多地区的耕地质量调查表明，土壤肥力有较大的空间差异性。土壤质量状况可因气候、地形、成土母质、土壤类型、施肥、土地利用方式的不同有很大的变化[3-5]。大量的定位试验和多时空的对比调查表明，许多地区的农田土壤质量可随时间发生变化，但其变化方式及变化速率区域差异明显，可随施肥、土地经营方式及利用方式发生改变。

中国南方地区山多地少，农田土壤分布和利用较为复杂，除平原地区和低丘地区有连片的农田分布外，在高海拔地区也有广泛的农田分布，后者主要为梯田，其分布的高度、田块大小、地形部位存在明显的差异[6-7]。其中浙南地区是中国梯田的集中分布区域，局部区域的梯田可达数百级，分布海拔可从100 m 左右连续分布至千米以上。以往对农田土壤质量的研究主要在其集中分布的平原和低丘地区，基本揭示了这些农田土壤质量的变化特征[8-10]。2010年以来，对山地梯田土壤性态及质量变化也逐渐受到重视[11-16]。但总体上，有关山地梯田土壤的质量变化特征还不够清楚。本研究以浙江南部地区山地梯田为对象，采样分析了山地梯田土壤性态状况及其变化规律。

1 材料与方法

1.1 土壤调查与样品的采集

研究从浙南地区的丽水和温州两市选择了12 片代表性的梯田分布区域，共采集了228 个梯田表层土样和6个代表性的剖面（共24个分层土样）。228个梯田表层土样按利用方式分为水田和旱地2 大类，均为利用多年（15年以上）的农田，其中水田样品128个，旱地样品100个，在采样的同时，采用土钻法观察土体厚度和耕作层厚度及鉴定土壤类型，分析表层土样的采样深度均为0～20 cm。每类用地采样时分别记载海拔、地形部位、梯田宽度，并进行分组。根据分布的海拔高度，把土壤样品分为坡麓（指山地下部平缓区域）、＜250（不包括坡麓部分样品）、250～500、500～1000、＞1000 m 等5 类；地形部位分为凹坡和凸坡二组；梯田宽度分为＜5、5～15、＞15 m等3组。采集的6个剖面包括3个水田和3个旱地，均采自250～500 m的高度范围，利用时间分别为＜15、15～50、＞50 年。剖面分层土样的采样深度分别为0～20、20～40、40～60、60～80 cm。

1.2 分析方法

采集的土样经室内风干后，剔除其中石块及植物残体等杂质后过2 mm 和0.15 mm 土筛，测定土壤性质。分析项目包括有机碳、全氮、pH、CEC、有效磷、速效钾，分析方法参见文献[17]。土壤有机碳采用重铬酸钾氧化法测定；土壤全氮、pH、有效磷、速效钾采用常规法测定；CEC采用醋酸铵交换法测定。统计分析在SPSS软件上进行。

2 结果与分析

2.1 水田与旱地土壤肥力的差异

表1 结果表明，研究区梯田中水田土体平均厚度大于旱地，前者的土体厚度比后者平均高出13.80%。水田土壤的有机质、全氮含量和CEC的平均值也均高于旱地，前者分别高出后者18.12%、28.57%和16.08%。但旱地耕作层的厚度略高于水田。总体上，水田与旱地之间的土壤pH、有效磷和速效钾的差异较小。由此可知，山地水田土壤质量总体上高于旱地。

表1 水田与旱地梯田土壤肥力指标的比较

2.2 土壤肥力随海拔的变化

表2结果表明，无论是水田还是旱地，土壤性状随海拔高度均呈现明显的变化规律。其中土体厚度和耕作层厚度的平均值一般随海拔高度的增加而减小。土壤有效磷与速效钾的含量呈现随海拔升高逐渐减小的趋势，这可能与低海拔地区农田交通方便、施肥量较高有关。土壤有机质、全氮和CEC均呈现由坡麓向上先呈现下降后又逐渐增加的变化规律，一般是坡麓和海拔＞1000 m农田的土壤有机质、全氮和CEC高于其他区域的农田。而土壤pH随海拔升高呈现下降的趋势。

表2 海拔高度对梯田土壤肥力指标的影响

2.3 地形部位对土壤肥力的影响

地形部位对土壤肥力指标也有较大的影响（表3～4）。总体上呈现以下变化特征：凹坡处的土体厚度、耕作层厚、有机质、全氮、CEC、pH、有效磷和速效钾平均值高于凸坡处；但凹坡与凸坡之间农田土壤pH、有效磷和速效钾的差异较小。

表3 地形部位和梯田宽度对旱地土壤肥力指标的影响

表4 地形部位和梯田宽度对水田土壤肥力指标的影响

2.4 田块大小对土壤肥力的影响

梯田的宽度对土壤肥力指标也有一定的影响（表3、4），呈现出随梯田宽度的增加，土体厚度、耕作层厚、有机质、全氮、CEC 逐渐增加的趋势；但多数情况下，土壤pH、有效磷和速效钾随梯田宽度的变化不明显。

2.5 土壤肥力随耕作时间的变化

随着耕作利用时间的增加（表5），梯田土壤肥力指标呈现明显的变化规律，土壤有机质、全氮、CEC、有效磷、速效钾均呈现增加，pH略有升高，土壤游离氧化铁在剖面内的差异逐渐增加。耕作利用时间对表层土壤的影响大于对深层土壤的影响。这一结果表明，研究区山地梯田土壤肥力总体上向熟化方向发展。

表5 利用时间对梯田土壤肥力指标的影响

2.6 土壤类型的演变

田间调查表明，研究区梯田土壤类型可因位置不同有一定的差异。总体上，坡麓位置主要为铁聚水耕人为土和简育水耕人为土；海拔500 m 以下（包括＜250 m 和250～500 m）以简育水耕人为土为主，并分布有铁渗水耕人为土，其中凹坡处比凸坡处更易形成铁渗水耕人为土，这可能凹坡处与容易形成侧渗水流有关，后者可导致土壤铁的侧向流失；海拔较高区域（包括500～1000 m 和＞1000 m）主要形成简育水耕人为土。调查表明研究区无潜育水耕人为土存在，这显然与山地梯田地下水位较深有关。

3 结论

对浙南地区的丽水和温州两市12 片代表性的梯田的228个点位表层土样及6个代表性的剖面土壤肥力性状的鉴定表明，山地梯田土壤性态存在明显的空间分异特点，主要表现在：（1）水田土壤质量高于旱地，前者土体平均厚度、土壤有机质和全氮含量及CEC的平均值高于旱地；（2）梯田土体与耕作层厚度、土壤有效磷与速效钾的含量一般随海拔的增加而减小，土壤有机质、全氮和CEC呈现由坡麓向上先呈现下降后又逐渐增加的变化规律；但土壤pH随海拔升高呈现下降的趋势；（3）凹坡处的土体与耕作层厚度、土壤有机质、全氮、CEC、pH、有效磷和速效钾的平均值高于凸坡处；土体与耕作层厚度、土壤有机质、全氮、CEC 随梯田的宽度逐渐增加的趋势；（4）山地梯田土壤熟化水平总体上随种植时间增加而增加；（5）土壤类型随海拔高度也呈现一定的演变规律，从低海拔至高海拔土壤类型由铁聚水耕人为土和简育水耕人为土向简育水耕人为土、铁渗水耕人为土及简育水耕人为土变化。

4 讨论

4.1 利用方式对土壤质量的影响

土地利用是人类为一定的社会经济目的而对土地进行长期或周期性的经营活动。不同土地利用方式由于投入品及对土壤干扰的差异，它们对土壤物理、化学及生物学特性的影响也存在明显的差别，因此，土地利用方式的变化及不同的管理措施必然导致土壤质量的变化以及土地生产力的改变。水田与旱地是二种完全不同的土地利用方式，前者是在淹水环境下经营水稻生产，因此，土壤水分较为充足，土壤通气性比旱地经营环境差；同时水耕条件有利于水土保持，减少土壤侵蚀，提高土壤质量以改善生态环境。由于土壤水饱和时间较长，土壤有机质不易分解，因此水田土壤的有机质高于旱地，相应地，作为有机质的组分之一，全氮也是水田高于旱地；同时，有机质的提高也提高了土壤的保肥性(CEC)。而水田与旱地之间耕层差异可能与生长的作物不同有关，水田中水稻根系分布较浅，而旱地作物根系分布较深，因此，耕作层的厚度一般是旱地略高于水田。

4.2 地形条件对土壤质量的影响

地形是土壤形成的五大成土因素之一，是影响土壤与环境之间进行物质、能量交换的一个重要条件。地形一般可分为正地形与负地形，位于较高部位的正地形是物质和能量的分散地，而位于较低部位的负地形是物质和能量的聚集地。地形支配着地表径流，对水分的重新分配和水土流失产生显著的影响，从而改变土壤中养分元素的流失与富集。由于土壤物质及其养分一般是由高处迁移至低处，因此，土体厚度、有效磷与速效钾的含量呈现随海拔升高逐渐减小的趋势；当然，低海拔地区交通方便，农田肥料用量较高，也是导致土壤养分以上变化的原因之一。土壤有机质的分解可随温度的增加而加快，其积累可随温度的降低而增加，因此，高海拔地区的梯田可有较高的土壤有机质及全氮和CEC，而坡麓地带由于处于负地形，是上部山坡流失细土物质的聚集地，且土壤水分较为充足，因此，坡麓地带的土壤有机质、全氮和CEC 一般高于中坡地带的土壤，从而土壤有机质、全氮和CEC 均呈现由坡麓向上先呈现下降后又逐渐增加的变化规律。而土壤pH 值随海拔升高呈现下降的趋势显然与海拔升高淋溶作用增强有关。同样，与凸坡处相比，凹坡处地势较低，容易接受周围流失的物质，后者包括大量的细土物质及有机质和养分；在地形低凹处，土壤获得额外的水量，物质不易淋溶、较易积累。因此，凹坡处的土体厚度、耕作层厚、有机质、全氮、CEC、pH、有效磷和速效钾平均值高于凸坡处。梯田宽度与修建梯田前地面坡度有关，一般来说地面坡度较缓，修筑的梯田较宽度，因此土体厚度、耕作层厚、有机质、全氮、CEC随梯田的宽度逐渐增加的趋势。