红壤丘岗地区不同种植模式下土壤肥力状况的研究

杨甲华，张杨珠，高菊生，和利钊，雷 盼，黄运湘，廖超林

（1.湖南农业大学资源环境学院，湖南 长沙 410128；2.中国农业科学院红壤实验站，湖南 祁阳 426182）

红壤丘岗地区位于中亚热带，水热光资源丰富，生物循环活跃、动植物资源丰富多样，自然条件较为优越，山、丘、岗等土地资源较多，是该地区主要的粮、棉、油、果、蔬菜生产基地。但是，由于气候、地形、成土母质等自然生态条件的限制和不合理的人类生产活动等的影响，目前该区土壤退化严重。农林复合生态系统能改善土壤的固、液、气相的容积比[1]，对土壤质量的维持和改善具有长期稳定的作用[2]，能够防止土壤侵蚀、提高土壤肥力、保护生物多样性、保护生态环境等[3]。研究以红壤丘岗区9种农林种植模式为研究对象，通过对土壤酸化和养分等指标的测定与分析，筛选出能够提高土壤肥力、改善土壤养分状况的种植模式，为红壤丘岗区农林复合的推广应用提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 供试土壤

土样采集于湖南省永州市的祁阳县和冷水滩区，均为0~20 cm的耕层混合土样，成土母质为第四纪红土。然后将采回来的土样经编号后进行预处理；经过风干、混匀、磨细、过筛，分别制成10目和100目分析样，装瓶后供测定分析之用。具体见表1。

表1 采样地点、种植模式基本情况

1.2 测定项目与方法

测定项目包括土壤酸碱性（以pH值表示）、有机质、交换性酸（H+、Al3+）、CEC、ECEC，N、P、K 全量及其有效态含量，有效态 Ca、Mg、S、Si含量，有效态Fe、Mn、Cu、Zn、B 等土壤理化和肥力性质指标。pH值测定采用电位法。有机质，全N、P、K，速效N、P、K 采用常规农化分析方法[4]。交换性酸（H+、Al3+）采用氯化钾交换—中和滴定法。阳离子交换量（Cation Exchange Capacity，简称 CEC）采用 1 mol/L乙酸铵交换法。有效阳离子交换量（ECEC）用加和法（交换性酸用KCl交换─中和滴定法；交换性K、Na用火焰光度法，交换性Ca、Mg用原子吸收分光光度法测定）。有效态Ca、Mg采用原子吸收分光光度法。有效S采用磷酸盐—乙酸浸提—硫酸钡比浊法。有效Si采用乙酸缓冲液浸提—硅钼蓝比色法，有效态Fe、Mn、Cu、Zn采用 DTPA 浸提—原子吸收分光光度法，有效B采用沸水浸提—甲亚胺比色法。

2 结果与分析

2.1 不同种植模式下土壤的酸性和交换性能

由表2知：油茶单作（B2）的pH值最高4.19，西瓜单作（C1）的pH值最低3.89，几种模式的pH值都低于4.5，小于4的有3个，占33.3%；4~4.5之间有6个，占66.7%。这说明土壤的酸化已非常严重。土壤pH值表征土壤溶液中活性酸部分。在强酸性土壤中，潜性酸的数量要远大于活性酸，是衡量土壤酸性强弱和改良土壤酸化状况的重要指标，通常用交换性酸总量（H+、Al3+）来表示。交换性酸和交换性Al3+最高的是柑橘单作（A5）为5.55 cmol/kg和5.33 cmol/kg，最低的是柑橘套种油菜（A4），为3.57 cmol/kg和3.29 cmol/kg，而柑橘套种西瓜（A1）为4.22 cmol/kg和 3.81 cmol/kg，西瓜单作（C1）为 3.83 cmol/kg和3.49 cmol/kg，在9种种植模式中处于低水平，说明柑橘套种西瓜、油菜（A1、A4）和西瓜单作（C1）的潜性酸相对较小。交换性Al+与交换性酸的比值在90.3%~96.0%之间，说明交换性Al3+是交换性酸的主体。

表2 不同种植模式下土壤的交换性和酸性指标

CEC是指土壤交替所能吸附的各种阳离子的总量。阳离子交换量的大小，可作为评价土壤保肥能力的指标，是土壤缓冲性能的主要来源，是改良土壤和合理施肥的重要依据，他主要受胶体类型、土壤质地和土壤酸碱性的影响[5]。西瓜单作（C1）的CEC最高，为11.55 cmol/kg，柑橘套种夏季花生和红薯（A3）的最低，为 8.65 cmol/kg；超过 10 cmol/kg的有柑橘套种西瓜（A1）、柑橘套种牧草（A2）、油茶套种西瓜（B1）和西瓜单作（C1），占44.4%；低于 10的有5个，占55.6%。ECEC最高的是西瓜单作（C1）为9.87 cmol/kg，最低的是柑橘套种夏季花生和红薯（A3）为 6.30 cmol/kg，柑橘套种西瓜（A1）、柑橘套种油菜（A4）、油茶套种西瓜（B1）、西瓜单作（C1）相对较高，说明该区土壤的保肥能力较差。9种种植模式的盐基饱和度较低，最高的是西瓜单作（C1）为66.8%，最低的是柑橘单作（A5）为37.5%，柑橘套种西瓜（A1）、柑橘套种油菜（A4）、西瓜单作（C1）相对较高。

通过以上分析可知，湘南红壤丘岗区土壤酸化非常严重。9种种植模式中，柑橘套种西瓜（A1）和西瓜地（C1）两种种植模式的土壤交换性酸和交换性Al3+低于其他模式，而CEC、ECEC和盐基饱和度高于其他模式。

2.2 不同种植模式下有机质和大量养分比较

土壤有机质含量是反映土壤肥力高低的一项重要指标。土壤有机质不仅是土壤中各种营养元素特别是N、P的重要来源，而且可使土壤具有保肥能力和缓冲性，改善土壤的物理性质。土壤有机质的积累和分解受土壤温度、水分、酸碱性、土壤质地和生产管理方式等因素的影响[6]。根据表3和表4可知：9种种植模式中油茶套种西瓜（B1）的有机质含量最高为16.90 g/kg，柑橘套种西瓜（A1）的最低为12.23 g/kg，且所有模式的有机质含量都处于低水平等级。全N含量最高的是柑橘套种西瓜（C1）为0.42 g/kg，最低的是油茶单作（B2）为 0.21 g/kg，全N含量均处于极低水平等级。碱解N最高是柑橘套种西瓜（A1）为341.2 mg/kg，最低的是柑橘单作（A5）为 45.5 mg/kg，大于 150 mg/kg有柑橘套种西瓜（A1）和西瓜单作（C1），占 22.2%，低于 60 mg/kg的有3个，占33.3%。全P最高的是西瓜单作（C1）为 1.21 g/kg，最低的是荒地（D1）为 0.35 g/kg。土壤有效P是土壤磷素养分供应水平高低的指标，土壤磷素含量在一定程度上反映了土壤中磷素的贮量和供应能力。有效P含量最高的是西瓜单作（C1）为98.1 mg/kg，最低的是柑橘套种夏季花生和红薯（A3）为7.5 mg/kg，高于40 mg/kg的有4个，占44.4%，20~40 mg/kg之间的有3个，占33.3%。全K含量最高的是西瓜单作（C1）为14.83 g/kg，最低的是油茶单作（B2）为10.34 mg/kg，均处于10~15 g/kg之间，全钾含量较接近。速效K含量最高的是西瓜单作（C1）为329.9 mg/kg，最低的是为油茶单作（B2）为 74.0 mg/kg，极高水平等级有 3个，占33.3%；高水平等级有1个，占11.1%；中等水平等级2个，占22.2%。

表3 土壤养分指标分级标准

表4 不同种植模式下土壤有机质和大量养分指标

由以上分析可知，9种种植模式的有机质和全N含量偏低，有效P和速效K的含量较高。在9种模式中柑橘套种西瓜（A1）和西瓜单作（C1）两种种植模式土壤的有机质和大量养分含量要高于其他的模式。

2.3 不同种植模式下土壤的中微量养分

在以往，对土壤耕层养分的研究多偏向于大量元素养分，而对土壤中量元素养分的研究较少。土壤中微量养分与大量养分一样，对植物营养同等重要，尤其是微量养分，虽然其含量甚微，但却是植物生长所不可或缺的[7]，它与生物分子蛋白质、维生素、核酸、多糖等密切相关，调控植物体内各种生理代谢的关键过程及酶的活动[8]。微量养分是表征土壤质量的重要指标，它直接影响农业生态系统的质量，同时通过食物链影响人畜健康[9]，因此，研究农业土壤微量元素的变化规律对人类及其生存环境具有重要意义。

由表5可知：交换性Ca含量最高的是西瓜单作（C1），为 3.64 cmol/kg，最低的是柑橘单作（A5），为1.27 cmol/kg。柑橘套种油菜（A4）、油茶套种西瓜（B1）和柑橘套种西瓜（A1）相对较高。交换性Mg含量最高的是西瓜单作（C1）为1.35 cmol/kg，最低的是柑橘单作（A5）为0.17 cmol/kg，柑橘套种油菜（A4）和柑橘套种西瓜（A1）相对较高。有效S含量最高的是柑橘套种西瓜（A1），为280.45 mg/kg，最低的是柑橘套种牧草（A2），为40.40 mg/kg。有效S含量柑橘套种西瓜（A1）和西瓜单作（C1）明显高于其他的种植模式，其他的种植模式都在50 mg/kg左右。有效Si含量最高的是荒地（D1）为34.82 mg/kg，最低的是柑橘套种西瓜（A1），为 17.22 mg/kg，柑橘套种油菜（A4）和西瓜单作（C1）相对较高，且所有种植模式的有效Si含量均低于D1荒地，说明Si元素没有得到有效地补充，这可能与当地的成土母质有关，种植过程中应适当补充Si肥。

表5 不同种植模式下中微量养分指标

由表5可知：有效Fe含量最高的是西瓜单作（C1），为 40.45 mg/kg，最低的是柑橘单作（A5），为12.91 mg/kg，柑橘套种油菜（A4）和柑橘套种西瓜（A1）相对较高，其他都在10 mg/kg左右。有效Mn含量最高的是西瓜单作（C1），为30.85 mg/kg，最低柑橘单作（A5），为 13.74 mg/kg，只有西瓜单作（C1）的有效Mn含量高于荒地（D1），其他的种植模式的有效Mn含量均低于荒地（D1）。有效Cu含量最高的是西瓜单作（C1）为2.79 mg/kg，最低的是柑橘单作（A5）为 0.52 mg/kg，柑橘套种油菜（A4）、柑橘套种西瓜（A1）和油茶套种西瓜（B1）相对较高。有效Zn含量最高的是柑橘套种油菜（A4）为4.68 mg/kg，最低的是荒地（D1）为 0.80 mg/kg，西瓜单作（C1）、油茶套种西瓜（B1）和柑橘套种西瓜（A1）相对较高，且所有模式的有效Zn含量均高于荒地（D1）。有效B含量最高的是油茶套种西瓜（B1）为2.08 mg/kg，最低的是荒地（D1）为 0.36 mg/kg，而柑橘套种油菜（A4）和西瓜单作（C1）的有效B含量相对较低。

总体而言，柑橘套种油菜（A4）和西瓜单作（C1）两种种植模式土壤的绝大部分中微量养分含量要高于其他种植模式的。但是所有种植模式的有效Si含量均低于荒地（D1），说明土壤有效Si被作物吸收后没有得到有效地补充，红壤丘岗区种植作物区应适当施Si肥；所有种植模式中，只有西瓜单作（C1）的有效Mn含量高于荒地（D1），其他的种植模式的有效Mn含量均低于荒地（D1）。

3 结 论

（1）9种种植模式的pH值都在4左右，酸化非常严重。其中，柑橘套种西瓜（A1）和西瓜单作（C1）两种种植模式的土壤交换性酸和交换性Al3+要低于其他模式的，而CEC、ECEC和盐基饱和度高于其他模式的。说明两种种植模式土壤的潜性酸低于其他模式的，保肥能力强于其他模式的。

（2）9种种植模式的土壤有机质和全N含量均偏低，有效P和速效K含量较高。柑橘套种西瓜（A1）和西瓜单作（C1）两种种植模式的土壤有机质和大量养分含量高于其他模式的。

（3）9种种植模式中，柑橘套种油菜（A4）和西瓜单作（C1）两种种植模式土壤的绝大部分中微量养分含量要高于其他种植模式的。但是所有种植模式的有效Si含量均低于荒地（D1），说明土壤有效Si被作物吸收后没有得到有效地补充，红壤丘岗区种植作物区应适当施Si肥。所有种植模式中，只有西瓜单作（C1）的有效Mn含量高于荒地（D1），其他的种植模式的有效Mn含量均低于荒地（D1）。

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