不同土地利用类型对土壤有机质和氮素含量的影响

王红新，何小青

池州学院资源环境与旅游系，安徽池州，247000



不同土地利用类型对土壤有机质和氮素含量的影响

王红新，何小青

池州学院资源环境与旅游系，安徽池州，247000

摘要：以池州市城郊不同土地利用类型的土壤为研究对象，选取草地、菜地、农田、林地4种土地利用类型，分析0~15 cm和15~30 cm土层中的有机质、全氮、铵态氮和硝态氮含量。结果表明：池州市城郊地区0~15 cm和15~30 cm土层中的有机质和全氮含量规律相同，均表现为菜地>林地>草地>农田；且在0~15 cm土层中，菜地的有机质和全氮含量均明显高于其他3种土地利用类型。铵态氮在0~15 cm和15~30 cm土层中均以菜地含量最高，其次为农田。与有机质、全氮和铵态氮相比，硝态氮含量在不同土层中的规律并不明显。

关键词：土地利用类型；有机质；全氮；池州市

有机质和氮素是土壤的主要组分，其含量变化对土壤的生产力有明显影响。土壤有机质含量的多寡与诸多方面有关，如土壤的湿度与通气状态、温度、酸碱度等。在土壤中，氮素最主要的来源是植物残体和凋谢物的偿还以及微生物固氮，其形态主要有有机态氮和无机态氮等。其中，有机态氮的含量占全氮的95%以上。有机态氮不能被植物直接吸收利用，必须先转化为无机态氮，如铵态氮、硝态氮等[1-2]。本文对安徽池州市城郊不同土地利用类型土壤中有机质含量和氮素含量进行定量分析，以期为研究区域内不同土地利用类型土壤肥力的改良和土地的科学利用规划提供一定依据。

1　材料和方法

1.1研究区域概况

池州市地处安徽省西南部，经度介于东经116°38′至108°05′之间，纬度介于北纬29°33′至30°51′之间；东接铜陵，南邻黄山，北与安庆隔江相望，西望庐山，与江西九江、景德镇、上饶市毗临，是长江南岸的主要港口城市之一，地理位置得天独厚[3]。池州市处于亚热带季风气候带内，气候温暖湿润，降水量丰沛，四季较分明；地形为东南部高、西北部低，自南向北呈阶梯状分布，较复杂[4]。该区域内土地资源种类繁多，土壤类型既有地带性土壤，如红壤、黄棕壤，也有非地带性土壤，如水稻土、潮土和岩性土等[5]。

总之，适量体积的碳纤维掺入，可以明显改善混凝土在抗裂、抗拉、抗弯等方面的力学性能，有效地抑制和延迟了混凝土开裂的产生和开展，这对于混凝土结构工程保持整体稳定性具有一定的实用价值。

参考文献：

[1]Chung D D L．Cement reinforced with short carbon fibers：a multifunctional material[J].Composites Part B：Engineering,2000,31(6-7):511-526

[2]柯开展,周瑞忠.短切碳纤维活性粉末混凝土最佳配合比试验研究[J].福州大学学报:自然科学版,2006,34(4):560-565

[3]任彦华,程赫明,何天淳，等.碳纤维混凝土的力学性能试验研究[J].云南农业大学学报:自然科学版,2010，25(5):697-702

[4]商怀帅，宋玉普.不同水灰比混凝土冻融循环后双轴压试验研究[J].大连理工大学学报,2007,47(6):862-866

[5]周建方,吴国松,周美英.碳纤维增强水泥/混凝士材料力学牲能的研究[J].混凝土与水泥制品,2003(2):35-36

[6]张朝晖.塑钢纤维混凝土耐久性试验研究[D].西安：西北农林科技大学水利与建筑工程学院,2011:75-80

[7]王学志，贺晶晶，邹浩飞，等.玄武岩-聚丙烯混杂纤维弯曲韧性能试验研究[J].混凝土,2014,29(4):82-86

[8]林王健,杜向琴.碳纤维混凝土力学性能的试验研究[J].丽水学院学报,2011,33(2):45-47

(责任编辑：汪材印)

1.2研究方法

1.2.1样品采集与处理

以该市土地利用的主要类型为依据，选择贵池区东郊农田、菜地、林地、草地4种土地利用类型。每种土地利用类型的样地中选取3个样点作为重复，各样点间隔距离不小于50 m。在每个样点内采取五点混合取样法,各取深度为 0～15 cm和15～30 cm两个层次的土壤，同一层次的土壤样品混合成一个土样[6]。将采集到的土样用自封塑料袋密封后，带回实验室进行处理。

1.2.2试验方法

土壤中的有机质含量采用外加热重铬酸钾氧化法测定[7]，总氮含量采用半微量凯氏定氮法进行测定，铵态氮和硝态氮的含量用2 mol·L-1的氯化钾和二水硫酸钙按5∶1的水土比例进行浸提后测定。

2　实验结果与分析

2.1不同土地利用类型之不同土层中土壤有机质含量

土壤中的有机质是植物生长所需的矿物质营养和有机营养的主要来源，也是反映土壤肥力情况的重要指标之一[8]。由图1中可以看出，对于不同的土地利用类型，0~15 cm土层的有机质含量均高于15~30 cm土层。在0~15 cm土层中，有机质含量的范围在8.61～26.13 g·kg-1之间，在15~30 cm土层中，有机质含量的范围在4.77～11.42 g·kg-1之间。此外，在0~15 cm土层、15~30 cm土层中，都是菜地的有机质含量最高，分别为26.13 g·kg-1、11.42 g·kg-1；其次是林地，分别为15.05 g·kg-1、7.55 g·kg-1，分别占菜地的57.60%和66.11%；草地次之，分别为11.81 g·kg-1、5.71 g·kg-1，分别占菜地的45.20%和50.00%；农田含量最低，分别为8.61 g·kg-1、4.77 g·kg-1，分别占菜地的32.95%、41.77%。

图1　不同土地利用类型下不同土层中有机质含量

2.2不同土地利用类型下不同土层中土壤全氮含量

由图2可知，从不同的土壤层次来看，4种不同土地利用类型中，0～15 cm土层的全氮含量均大于15～30 cm土层，且在0～15 cm土层，菜地和林地的全氮含量显著高于15～30 cm土层。在0～15 cm土层中，全氮含量的高低顺序依次为菜地>林地>草地>农田，而且菜地和林地全氮含量明显高于草地和农田。在15～30 cm土层中，土壤全氮含量的高低顺序也表现出与0～15 cm土层一致的规律，但全氮含量大大下降，仅占0～15 cm土层的43.7%、47.17%、71.62%和82.67%。

图2　不同土地利用类型之不同土层中全氮含量

从全国第二次土壤普查的数据看，全国土壤平均耕作层的全氮含量为1.05 g·kg-1[9]。从本次研究可以看出，在进行取样分析的4种土地利用类型中，只有农田的全氮含量低于此值，分别为1.02 g·kg-1(0～15 cm土层)和0.88 g·kg-1(15～30 cm土层)。

2.3不同土地利用类型之不同土层中土壤铵态氮含量

在土壤中，铵态氮可直接被植物吸收利用，它在土壤中的含量与施用氮肥的量以及作物吸收量都有密切的关系[10]。由图3可知，0～15 cm土层的铵态氮含量大小顺序为菜地>农田>林地>草地。15～30 cm土层的铵态氮含量与0～15 cm土层相比略有不同，其顺序依次为菜地>农田>草地>林地。

图3　不同土地利用类型之不同土层中铵态氮含量

由此可以看出，菜地中铵态氮含量在两个土层中均最高，其次是农田。一般来说，影响土壤中铵态氮含量的因素较多，除土壤中氮素的矿化速率、植物吸收利用等方面以外，还和土地的经营利用类型即土地利用类型有很大关系[11]。菜地和农田的人类干扰程度要强于林地和草地，在耕种过程中施加的肥料会导致土壤中铵态氮的累积。在本研究中，取样的菜地以种植青菜为主。青菜要求土层深厚、土壤结构良好、有机质丰富，加之当地气候适宜，一年中可种植多季。因此，为满足青菜的生长需要，菜地的施肥量要高于农田，导致铵态氮在土壤中含量较高。相对于菜地和农田，林地和草地属于粗放式管理，除了地上部分的残体、自身的凋落物和根系腐烂物外，基本无外源肥料的施加，故铵态氮含量相对较低。

2.4不同土地利用类型之不同土层中土壤硝态氮含量

由图4可以看出，4种土地利用类型的不同土层中硝态氮含量变化规律与铵态氮含量变化规律有较大差别。在0～15 cm土层中，硝态氮含量为13.28～23.02 mg·kg-1，不同土地利用类型间硝态氮含量没有明显差别；在15～30 cm的土层中，硝态氮含量在5.15～10.34 mg·kg-1之间。农田和草地显著高于林地和菜地。有研究认为，水分是土壤中氮素淋失的载体，氮素的淋溶量受灌溉水量、降水量的影响较大[12]。硝态氮在土壤中较难被土壤颗粒吸附，主要以离子的形式存在，容易随农田灌溉用水或者降水进入到土壤深层。基于当地的种植模式和蔬菜对水量的需求，在日常的管理中，菜地除比农田的施肥量大外，灌溉水量也比农田更多。由菜地15～30 cm土层中硝态氮的含量来推断，硝态氮很可能随着水分流失进入深层土壤中。林地中树木的根系发达，深层的根系经常处于淹水状态，硝态氮很难在15～30 cm的土壤层中贮存，故林地15～30 cm土层中硝态氮含量也比较低。总体上，林地同一土层内的硝态氮含量比铵态氮低，这与苗蕾、李珊珊等[13-14]的研究结果相同。

图4 不同土地利用类型之不同土层中硝态氮含量

3　结 论

(1)本研究表明，4种土地利用类型中土壤有机质含量高低顺序为菜地>林地>草地>农田，从不同土层来看，0~15 cm土层有机质含量均高于15~30 cm土层。0~15 cm和15~30 cm土层中全氮含量和有机质含量规律一致。

(2)铵态氮在4种土地利用类型土壤中含量的高低顺序依次为菜地>农田>林地>草地，且0~15 cm土层的铵态氮含量均大于15~30 cm土层。与铵态氮不同的是，硝态氮在0~15 cm土层的含量依次为：菜地>草地>农田>林地，在15~30 cm土层的含量依次为农田>草地>林地>菜地。究其原因，可能与农业用地的灌溉、施肥模式和管理方法有关。

[1]王艳萍,高吉喜,刘尚华,等.有机肥对桃园土壤硝态氮分布的影响[J].应用生态学报, 2008,19(7):1501-1505

[2]韩建国,韩永伟,孙铁军,等.农牧交错带退耕还草对土壤有机质和氮的影响[J].草业学报, 2004,13(4) :21-28

[3] 张勇，张乐勤，陈发奎.基于STIRPAT模型的池州市生态足迹驱动机制研究[J].水土保持通报,2013,33(5)：260-265

[4]胡文海.池州市特色农业发展的SWOT分析与对策[J].中国农学通报,2007,23(7): 529-532

[5]姚飞.池州市土壤现状分析[J].科技信息，2006(9):218-219

[6]杨慧,曹建华,孙蕾,等.岩溶区不同土地利用类型土壤无机磷形态分布特征[J].水土保持学报,2010,24(2)：136-140

[7]汤丽玲,陈清,张福锁,等.日光温室番茄的氮素追施与反馈调控[J].植物营养与肥料学报,2004,10(4):391-397

[8]李菊梅,李冬初,徐明岗,等.红壤双季稻田不同施肥下的氨挥发损失及其影响因素[J].生态环境,2008,17(4):1610-1613

[9]赵月伟.河南省耕地保护研究[D].开封：河南大学环境与规划学院,2009:8-61

[10]孙志高,刘景双,陈小兵.三江平原典型小叶章湿地土壤中硝态氮和铵态氮的空间分布格局[J].水土保持通报,2009,29(3):66-72

[11]朱霞,韩晓增.不同土地利用类型下黑土氮素含量变化特征[J].江苏农业学报,2008,24(6): 843-847

[12]张思聪,吕贤弼,黄永刚.灌溉施肥条件下氮素在土壤中迁移转化的研究[J].水利水电技术, 1999,30(5)：6-8

[13]苗蕾,孙玉军,杨喜田,等.太行山南麓8种典型人工林土壤碳氮分布特征[J].河南农业科学, 2015,44(1):52-56

[14]李珊珊,耿增超,姜林,等.秦岭火地塘林区土壤剖面碳氮垂直分布规律的研究[J].西北林学院学报,2011,26(4):1-6

(责任编辑：汪材印)

作者简介：王红新(1979-)，女，河北衡水人，博士，副教授，主要研究方向：污染土壤生态修复。

基金项目：池州学院校级自然科学研究重点项目“池州市土壤中碳、氮、硫分布特征与规律的研究”(XK0821)；安徽省教育厅自然科学项目“皖江湿地土壤呼吸二氧化碳排放通量研究”(KJ2013B170)。

收稿日期：2015-07-05

中图分类号：S153.1

文献标识码：A

文章编号：1673-2006(2015)10-0106-03

doi:10.3969/j.issn.1673-2006.2015.10.029