北京山區(qū)山地自然土壤和耕作土壤養(yǎng)分狀況研究

北京山區(qū)山地自然土壤和耕作土壤養(yǎng)分狀況研究

中國是一個多山脈的國家。山地土壤的養(yǎng)分和變化對山地土壤的肥力和生產力有重要影響。山地土壤養(yǎng)分的垂直變異是山地土壤生物地球化學循環(huán)的結果,隨著海拔高度的上升,植被、氣候等立地條件發(fā)生變化,土壤的形成過程和土壤養(yǎng)分的累積、轉化、遷移等過程也會發(fā)生明顯的變化。同時山地也是一個脆弱的生態(tài)系統(tǒng),不合理的毀林開荒,往往會導致土壤肥力下降和水土流失的加劇。土壤肥力是土壤形成過程的結果,研究北京百花山地區(qū)山地土壤不同立地條件下土壤養(yǎng)分的垂直變異規(guī)律以及養(yǎng)分含量與地理因子的相關關系,可為開發(fā)該地區(qū)山地土壤資源和生態(tài)保護提供科學的依據。1土壤樣品的采集與分析1.1花山海拔高度分布研究樣區(qū)在距北京市區(qū)約100km(直線距離70km左右)的北京市西部的門頭溝區(qū)百花山地區(qū),百花山屬于太行山脈,其最高峰海拔1991m,百花山地區(qū)海拔高度相差很大。為了研究百花山山地土壤發(fā)生過程和理化性質的差異,在不同海拔高度上挖掘典型自然土壤剖面和相應的耕作土壤,然后在土壤剖面上根據土壤的發(fā)生學層次進行土壤樣品的采集,對于農田土壤,則只采集耕層土樣。采集后的樣品風干后進行土壤有機質含量、組分及土壤養(yǎng)分含量的分析。本文從所調查的16個典型剖面中選取海拔1350m以下的山地自然土壤和農田土壤的養(yǎng)分進行分析,探討自然土壤開墾后土壤養(yǎng)分的變異情況。1.2測定項目和方法土壤樣品風干后,根據分析的內容置備成80目的分析樣品。土壤質地分析采用吸管法;土壤有機質的分析方法為重鉻酸鉀外熱源氧化法;土壤有機質的分組采用丘林法(浸提劑為0.1molL-1NaOH+0.5molL-1焦磷酸鈉法);全磷的測定采用濕消化—鉬銻抗比色法;土壤速效磷采用鉬銻抗比色法;土壤速效鉀采用火焰光度計法;有效錳、銅、鋅用原子吸收光譜法測定。2百花山地區(qū)農田土壤、農田土壤表層養(yǎng)分含量狀況百花山地區(qū)處于暖溫帶半干旱氣候區(qū),氣候特點是冬季寒冷干燥,夏季炎熱多雨。降水量為550～700mm之間,多年平均降水量為660mm。百花山地區(qū)屬于北京西山的組成部分,最高海拔1750mm。800m上的中山面積和800m以下的低山丘陵為本地區(qū)的主要的地貌類型。百花山的中山地區(qū)平均海拔為1500m,地形特點是山高谷深平地少,坡度一般在35°以上,在植被生長良好的地方,土層一般為中厚層。800m以下的低山丘陵受侵蝕作用,土層一般較薄;在覆蓋第四紀黃土的緩坡地帶,土層較厚。山地土壤的農業(yè)利用在我國土壤利用中占有較大的比重。如何既做到對山地土壤資源的開發(fā)利用,同時作好山地生態(tài)環(huán)境的保護,是山地土地資源利用的難題。山地土壤開墾后,由于植被類型和土壤條件的改變,土壤有機質及養(yǎng)分的轉化過程會發(fā)生明顯的變化。表1是相同地點的農田表層土壤和自然土壤表層的養(yǎng)分含量對比,土層厚度在0～15cm之間。從表1、表2可以看出百花山地區(qū)自然土壤和農田的養(yǎng)分狀況有以下幾點變異規(guī)律:(1)百花山山地自然土壤有機質的含量總體上比較高,自然山地土壤的表層土壤有機質明顯高于山下農田的含量。從表1可知:該海拔1300m以下的山地土壤有機質含量較高,變化范圍在41～61.3gkg-1之間,而農田土壤表層土壤有機質的含量在17.9～42.90gkg-1之間,且都比附近的自然土壤的有機質含量低。(2)百花山山地自然土壤表層的全氮含量較高,但自然土壤與相近農田土壤的全氮含量的差異沒有明顯的規(guī)律。(3)百花山自然土壤表層全磷為0.26gkg-1,屬于中等水平,而自然土壤開墾為農田經過多年種植后,土壤全磷含量呈上升趨勢。從上述幾個典型剖面可以看出,在安山巖殘積母質上發(fā)育的土壤的全磷量比較高,而在黃土母質上發(fā)育的土壤的全磷含量較低。表層土壤的速效磷量與土壤類型沒有明顯關系。速效磷變化范圍為0.49～11.74gkg-1,表層土壤速效磷的平均值分別為4.46gkg-1,從速效磷含量來看,百花山土壤多數(shù)處于缺磷狀態(tài)。自然土壤和農田土壤相比,其表層全磷和速效磷的水平則明顯低于山下農田土壤。調查剖面點中的梁家鋪子農田、雙澗子農田以及簡昌農田中耕層土壤有效磷的含量極高,最高高達97.87mgkg-1,比自然土壤表層的有效磷高10～20倍;(4)百花山地自然土壤鉀素供應比較充分,而且農田土壤的速效鉀水平比周圍的自然土壤高。梁家鋪子、雙澗子農田的速效鉀水平比其相應的自然土壤高1-2倍。自然土壤速效鉀變化范圍分別為39.31～157.63mgkg-1,其表層土壤速效鉀的平均值分別為67.61mgkg-1。與華北地區(qū)一般土壤肥力標準相比,自然土壤速效鉀屬于中等水平,而速效磷則屬于較低或缺乏水平。該地區(qū)一般不缺鉀,而土壤磷元素相對比較缺乏,尤其速效磷的水平明顯偏低。(5)從表2可以看出,在該土壤垂直帶譜上,從上到下,土壤有機質、全N的含量基本上呈下降趨勢,但不同海拔高低處的耕作土壤的養(yǎng)分含量不具有遞降的規(guī)律。(6)從三種微量元素來看,農田的有效銅含量與自然土壤多數(shù)相差不大,農田有效鋅的含量均表現(xiàn)出比自然土壤較高的趨勢。根據北京地區(qū)土壤微量元素的分級標準(參考表3),對比表1和表2可知:百花山地區(qū)土壤微量元素中有效錳、有效銅、有效鋅的含量范圍分別為0.32～5.36mgkg-1、0.47～1.25mgkg-1、0.05～0.55mgkg-1之間。表層有效錳和有效銅的水平較高,而有效鋅的含量明顯偏低著。3分析了山地自然土壤和耕地土壤肥力的差異(1)對土壤有機質含量的影響土壤有機質是土壤的重要組成部分,土壤的許多性質都直接或間接地與土壤有機質含量有關。在自然土壤中,由于各地點的植被不同,水熱條件不同,每年進入土壤的動植物物質的數(shù)量不同,而且動植物的化學性質組成和土壤中的分解強度不同,因而各種土壤中有機質的含量和性質具有一定的差異性。在山地森林植被開墾后,每年進入土壤的有機質含量下降,使有機質的積累水平降低。土壤開墾后,土壤的通氣性顯著增加,導致土壤有機質的降解速率提高,使有機質含量下降;同時自然土壤改為農田后,土壤有機物質的輸入量發(fā)生顯著的變化,農作物秸稈很少還田,而山區(qū)有機肥的施用量很少或根本不施用有機肥,僅施用化肥,從而導致山地農田土壤有機質呈下降趨勢,下降幅度在15%～50%之間,以黃安村農田土壤的有機質下降幅度最大。(2)土高原林地開采對土壤養(yǎng)分的影響土壤養(yǎng)分流失在開墾初期非常迅速。土壤剖面中A層的流失是土壤養(yǎng)分流失的標志。史衍璽等對黃土高原林地開墾后土壤養(yǎng)分的變化研究表明:林地開墾20年后,土壤有機質含量的下降與開墾年限呈指數(shù)關系,土壤腐殖質組成也隨著開墾年限而發(fā)生變化。百花山海拔1130m以下,森林植被被農田作物代替后,水土流失加劇,加之施用有機肥不夠,入不敷出,導致表層土壤有機質含量下降。(3)對自然土壤的氮素水平的測定盡管該地區(qū)自然土壤開墾為農田后土壤有機質數(shù)量都明顯下降,但由于施用化肥的緣故,土壤氮素仍維持在自然土壤的氮素水平甚至更高的水平上?；实氐奶砑邮褂?掩蓋了由于土壤有機質含量下降而導致的土壤有機氮數(shù)量的減少。(4)對土壤養(yǎng)分及微量元素的認識而農民在生產中注重磷肥(目前普遍施用磷酸二銨)的施用,導致土壤全磷含量升高,在梁家鋪子和雙澗子的農田中土壤有效磷的含量達到了52.83和97.87mgkg-1的極高水平,這在自然土壤中是不可能的。過量施用磷肥不但不經濟,反而會導致作物營養(yǎng)失去平衡,造成或加劇其他養(yǎng)分的缺乏。本地區(qū)的土壤母質主要是長石類巖石風化物及黃土性物質,母質中鉀素比較豐富。有效鉀的變異比較大,但一般含量都在50mgkg-1以上,而且多數(shù)剖面上速效鉀通體差異不大。施用鉀肥會導致土壤有效鉀水平的提高。(5)對土壤微量元素的影響在百花山自然土壤中,安山巖風化母質上發(fā)育的各類土壤的全磷含量在0.15～0.47gkg-1之間,多數(shù)在0.3gkg-1左右;但黃土母質發(fā)育的土壤的全磷量較低,如黃安坨5號、6號剖面,表層全磷量只有安山巖母質上發(fā)育的土壤的全磷量的1/3或1/4,而兩種母質上土壤速效磷的含量差異不大。該地區(qū)的成土母巖為安山巖,風化后易形成大量的CaCO3等石灰性物質,使得鋅的活性大大降低。在黃土母質上發(fā)育的土壤表層土壤有效鋅的含量極低。這說明,成土母質影響土壤磷、鉀等礦質元素的含量。磷肥中含有較多的微量元素,但多數(shù)農田土壤的微量元素的含量依然偏低,錳和鋅的有效含量為低水平;銅多為中等水平,黃安村和龍王村農田土壤和自然土壤中的有效銅的含量達到了極高的水平。4對山地土壤分析方法的探討通過以上分析可以看出,百花山地區(qū)的土壤肥力總體上屬于中等偏下的水平。該區(qū)山地土壤主要存在的問題是土層瘠薄,養(yǎng)分含量不均衡,土壤水分條件差,土體內水、肥、氣、熱不協(xié)調,生產性能低下。(1)針對該地區(qū)自然土壤的肥力特征,在施肥上要注意磷肥和微肥的使用。由于長期的封山育林和生態(tài)保護,該垂直帶土壤的有機質和全氮含量較高,海拔高的地方的有機質積累已達到很高的水平,但土壤磷素水平,不管是全磷量和速效磷量都明顯偏低,速效磷多處于缺乏狀態(tài),鉀素水平含量中等。磷、鉀可能是該地區(qū)土壤肥力的主要限制因子,在耕作土壤中應注意磷、鉀肥的施用。施用磷肥是改善該山地土壤肥力狀況的關鍵措施,但過量的施用磷肥,導致速效磷過高是不適當?shù)?不僅不經濟,而且還可以造成土壤營養(yǎng)失衡及面源污染等問題,應當提倡科學的施肥方法。土壤微量元素中錳、鋅的水平較低,易發(fā)生植物缺鋅現(xiàn)象。土壤微量元素對植物的生長有重要的影響。錳參加氮、無機酸的代謝和光合過程,尤其對豆科作物生長有重要作用。銅為植物呼吸作用的催化劑,有助于葉綠素的合成與碳水化合物及蛋白質的代謝過程。而鋅在高等植物生長過程中與生長素的形成有密切的關系,果樹缺鋅發(fā)生黃葉病。對一般作物而言,有效鋅低于0.5mgkg-1就可能出現(xiàn)缺鋅癥狀。針對土壤養(yǎng)分不協(xié)調,在山地土壤的開墾利用過程中,要建立合理的施肥和培肥制度。不能只用地不養(yǎng)地,掠奪性利用;在施肥方案上優(yōu)先考慮土壤中比較缺乏的速效磷和微量元素鋅的施用。但對磷肥的施用不易過量,同時要注意磷肥的后效作用,當土壤中速效磷的水平較高時,可以暫停磷肥的施用。對于山區(qū)果樹的施肥,應注意適當噴施適量的硫酸鋅,以防止果樹缺鋅。(2)針對該地區(qū)的山地土壤開墾后土壤有機質含量、全氮量多數(shù)呈下降的趨勢,應提倡施用有機肥,補充土壤有機質的來源,防止土壤結構退化;在農田土壤上,要注意秸稈還田,提倡大量施用有機肥,以維持土壤有機質的含量,防止由于土壤有機質含量降低而導致土壤肥力下降。(3)根據山地土壤的分布規(guī)律,因地制宜,針對不同的土壤類型進行合理的立體開發(fā)。百花山山地土壤的立地條件變異很大,土壤類型種類多而分布也比較復雜。由于山地坡度較大,徑流侵蝕較為嚴重,土壤的抗旱能力差,應注意平整土地,涵養(yǎng)水分,提高其土壤抗旱能力。對坡度較大的山地要實行退耕還林。由于該地區(qū)雨量豐富,退耕還林后植被恢復較快,當植被蓋度增加到一定程度后可有效地抑制徑流的產生,并使土壤有機質的含量得到恢復和提高。從土體構型看,除在黃土母質形成的土壤層次較厚外,其他剖面的土壤層次都較薄,加上山高坡陡,土壤蓄水抗旱能力較差。在基巖殘積母質上發(fā)育的土壤的土層較薄,土壤構型差,影響作物的根系發(fā)育和對水分、養(yǎng)分的吸收。應該根據不同的地形進行合理的生態(tài)規(guī)劃,在土層較薄的地方以發(fā)展林、灌、草為主,封山育林,進行生態(tài)保護,防止水土流失。以旅游促進經濟的發(fā)展,發(fā)揮山地的生態(tài)景觀功能?？傊?百花山地區(qū)的山地自然土壤的養(yǎng)分