崩岗是指山坡土体或岩石风化壳在水力和重力作用下分解、崩塌和堆积的侵蚀现象,属于水力-重力侵蚀类型。根据2005年崩岗普查结果可知,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),共有崩岗23.91万个,总面积达1 220km2。崩岗侵蚀量大,单个崩岗年侵蚀量可达35.0万t,沟头后退速率快,有时一场暴雨的溯源侵蚀达2~10m。崩岗产生的大量砂粒等洪积物随径流进入农田,给农田带入大量低肥力的酸性砂土,影响农田土壤理化性质,最为严重的是完全掩埋农田,使作物减产或使农田丧失耕性,严重威胁到我国农业安全。现有研究对南方崩岗主要侧重于成因机制以及危害治理等方面,而对于崩岗沙化农田质量影响及恢复方面研究较少。有关提高农田质量的研究表明:采用不同培肥方式能够改善土壤肥力,对土地质量提升有一定的作用。因此,选取安溪县崩岗洪积扇为研究对象,分析不同培肥方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、氮磷钾含量以及阳离子交换量等指标。旨在阐明崩岗洪积扇沙化农田质量恢复的土壤理化特征的空间分布规律,探讨不同培肥方式对崩岗洪积扇农田质量恢复的效果,为崩岗侵蚀沙化农田质量恢复研究提供理论和实践依据。
1 材料与方法
1.1 研究区概况
安溪县位于福建省东南部,东经117°35′-118°17′,北纬24°50′-25°26′,全境地处南亚热带季风区,气候温和,阳光充足,雨量充沛。年平均降水量1 700~2 000mm,年平均温度16~22 ℃,日最高温度38 ℃,日最低温度零下2℃,全年无霜期平均330d左右。安溪县以茶业闻名中国,有中国茶都的美誉,然而该地水土流失极其严重,尤其是崩岗分布的面积广,侵蚀量大,该地危害最大的崩岗年流失泥沙可达3 150m3。从2009年开始,在相关部门的引导下,开发利用种植茶树和经济作物,2010年又开始生猪养殖,形成“猪—沼—茶—林—果”立体种养,发展农业循环经济。
1.2 土样采集与处理
2013年10月10日于龙门镇洋坑村选择崩岗洪积扇种植茶树的不同培肥方式区域采集土样,共设处理5个:T0:对照区;T1:施化肥;T2:施农家肥;T3:施沼液肥;T4:施沼液肥+种植绿肥。采样时,除去地表凋落物,按“S”型采集10个耕作层土样(0-20cm)混合为1个土样,然后采用四分法分取样品1~2kg带回室内,土样经自然风干,剔除粗根和小石块,磨细过筛,根据样品分析的需要制备不同粒径土样备用。
1.3 指标测定方法
土壤理化性质均按常规方法进行测定。砾石含量测定采用筛分法,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(y(水)∶m(土)=2.5∶1);阳离子交换量(CEC)采用乙酸铵交换法;土壤有机质(SOM)测定采用重铬酸钾外加热法;土壤全氮(TN)测定采用半微量凯氏法;土壤全磷(TP)测定采用硫酸一高氯酸一钼锑抗比色法;土壤全钾(TK)测定用火焰光度法;土壤碱解氮(AN)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(AK)采用醋酸铵浸提—火焰光度法。
1.4 数据处理与分析
采用Excel软件进行数据统计和简单的分析,并利用SPSS 16.0进行方差分析和相关性分析等,应用最小显着性差异(LSD)检验不同处理之间的显着性差异。
2 结果与分析
2.1 不同培肥方式土壤颗粒组成分布特征
崩岗洪积扇不同培肥措施下土壤颗粒组成分布情况见表1。由表1可以得出,处理T1、T2、T3、T4土壤的砾石(粒级D>2mm)含量 比T0分别减少了26.99%,37.33%,43.63%,59.52%;砂 粒 (0.05 mm<D≤2mm)含 量 比T0分 别 减 少 了10.73%,28.18%,25.46%,30.14%;粉粒(0.002mm<D≤0.05mm)含量比T0分别增加了12.35%,34.85%,63.67%,50.71%;粘粒(D<0.002mm)含量比T0分别增加了36.47%,92.62%,41.24%,81.26%。以上分析结果说明,各种培肥方式均降低了崩岗洪积扇茶园土壤砾石以及砂粒含量,而增加粉粒和黏粒含量,尤其是T4的效果最明显。这可能由于崩岗洪积扇区主要成分为石英、长石或其它矿物颗粒,开发种植茶树并培肥之后,土壤结构随着耕作存在机械性破坏,同时耕作培肥产生了较多的腐植酸等酸性物质加速了长石等矿物的风化。砾石、砂粒在土壤中常以单粒存在,矿质养分质量分数低,蓄水保肥性能差;粉粒则较砂粒比表面积大,保水性较强,矿质养分较高;黏粒多呈片状,常以复粒存在,具有很强的黏性和可塑性,蓄水保肥能力强,矿质养分质量分数高。由此,研究结果进一步阐明不同培肥模式均能不同程度地增加土壤蓄水保肥供肥性能。
2.2 不同培肥方式下土壤养分变化
2.2.1 土壤pH 值的变化
土壤酸碱度对土壤中养分存在的形态和有效性、理化性质以及微生物活动均有重要影响。崩岗洪积扇经开发利用与培肥后,不同处理的土壤pH值如表2所示,为4.59~4.71,属于弱酸性或酸性土壤。
T1、T3与T0相比土壤pH值均无显着差异,而T2、T4则有降低趋势。这可能归因于农家肥和绿肥中较多有机质在分解过程中产生的酸性类物质,使得土壤pH值有所降低。
2.2.2 土壤阳离子交换量的变化
土壤阳离子交换量的大小,是土壤复合胶体的重要特性之一,是土壤保肥能力,缓冲能力的重要标志。对不同培肥模式的洪积扇土壤CEC进行分析和差异性检验可知,各处理中T1、T2、T3、T4的土壤阳离子交换量比T0分别增加了24.60%,89.35%,34.35%,61.25%。增加的百分数大小依次为T2>T4>T3>T1,各处理CEC相比对照区均有显着性增加,其中T2和T4两个处理的相对含量较高,这是因为它们产生的有机物质较多,能够有效地改善土壤理化性状,提高土壤保水保肥的能力,因此阳离子交换量相对较高。
2.2.3 土壤有机质含量的变化
有机质是土壤供肥特性的一项重要指标。重施不同肥料改良崩岗洪积扇土壤有机质含量均有显着性提高。
T2和T4使得有机质增加幅度较大,较对照而言分别增加了226.10%和227.52%;而T1和T3对有机质增加的效果相近,分别增加了112.77%和129.36%。说明崩岗洪积扇种植农作物并采用不同的施肥措施能有效增加耕层土壤有机质含量。
2.2.4 土壤全氮、全磷和全钾含量的变化
从表2中可以得出,崩岗洪积扇的全氮含量总体上偏低。经过不同的培肥措施改良后,T1、T2、T3、T4土壤的全氮含量均有了显着性的增加,分别增加了65.31%,155.10%,87.76%,177.56%,且各处理与对照区差异达到显着水平。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,且增加的幅度为T4>T2>T3>T1。土壤全磷与对照区相比,T1、T2、T3、T4土壤的含量分别增加了33.33%,72.73%,13.16%,57.58%,且各处理均有了显着性增加。经过培肥处理后,全钾含量也有不同程度的增加,T1、T2、T3、T4土壤全钾含量较对照区分别增加了142.86%,337.04%,239.68%,309.52%,且均达到了差异显着,其中T2和T4两个处理增加幅度最高,但差异不显着。总体上看,不同的培肥方式对崩岗洪积扇土壤的全量养分的恢复均有明显的效果。
2.2.5 土壤碱解氮、速效磷和速效钾含量的变化
不同培肥方式土壤速效养分含量变化见表3,从表3可以看出,崩岗洪积扇经过不同培肥后,土壤的碱解氮的含量均呈不同程度上升的趋势,且都与对照区土壤有显着性增加,T1、T2、T3、T4的 土 壤 碱 解 氮 含 量 较 洪 积 扇 分 别 增 加 了299.04%,355.07%,363.81%和414.46%,增加幅度为T4>T2>T3>T1。同时,洪积扇土壤经过不同培肥后,土壤速效磷也有显着提高,分别增加了264.75%,375.50%,228.57%和324.71%。从茶园的土壤磷素养分含量看,土壤磷素的容量和强度都不高,可能主要有以下方面的原因:一是土壤母质(花岗岩风化物)中磷的含量较低;二是酸性土壤对磷的固定较大,导致土壤速效磷含量很低。但经过不同的培肥改良之后,速效磷的含量有了很高的提升。与速效磷相似,经过培肥后,土壤速效钾含量均显着高于未经开发区域的含量,分别增加了102.34%,207.10%,158.38%,143.75%,增加幅度为T2>T3>T4>T1。
2.3 不同培肥方式的土壤颗粒组成与养分的相关性分析
对崩岗洪积扇土壤颗粒组成与土壤养分进行相关性分析(表4),从表4可以看出,土壤阳离子交换量、有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、速效磷、速效钾与砾石和砂粒含量呈显着负相关;与粉粒和粘粒含量呈显着正相关。这些结论说明土壤的颗粒组成和土壤肥力息息相关。洪积扇农田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,粉粒和粘粒的含量越高,土壤保水保土的性能就越强。由此可以说明,改良沙化农田,可以考虑改变土壤的颗粒分布,如采用客土法对洪积扇土壤改良会有较好的效果。
3 结论与讨论
不同培肥措施对于崩岗洪积扇土壤颗粒组成起到了改良作用,土壤的砾石以及砂粒含量比对照区均显着减少;而粉粒和粘粒含量比对照区则呈增加趋势。各施肥处理中土壤CEC、有机质、氮磷钾含量均比对照区均有显着性增加。结果阐明了不同的培肥方式均可以改良崩岗洪积扇土壤理化性质,其中以上的施肥方式以农家肥的效果总体最佳,施沼液肥+种植绿肥效果次之,这两种方式均能产生大量的有机质,惨杂进入崩岗洪积扇中具有良好的改良效果。施沼液肥和化肥虽然效果没有前两者明显,但对于崩岗洪积扇的土壤理化性质改良也有积极作用。因此可以说明,安溪县采用“猪—沼—茶—林—果”立体种养对于发展循环经济有较好作用。
相关性分析显示,土壤阳离子交换量、有机质、全量养分、速效养分与砾石和砂粒含量呈显着负相关,与粉粒和粘粒含量呈显着正相关。研究结果跟前人的研究成果接近。因此,恢复崩岗洪积扇土壤可以以土壤颗粒组成为出发点,加快长石的风化,从而改良土壤质地,可以使崩岗洪积扇农田质量得到一定程度恢复。
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