土地利用變化對土壤質量的影響

土地利用變化對土壤質量的影響

作為一種重要的自然資源，土壤可以為人類生產食物和纖維，并維持地球生態(tài)系統。土壤也可作為植物生長的媒介、水、熱和化肥的來源、水分的過濾器和廢物分解的生物介質。土壤與水、氣和植物互作并抑制環(huán)境的波動。土壤可以調節(jié)很多控制水氣質量和調控植物生長的生態(tài)過程。但是人類對土地不和諧利用和管理已經導致全球生物地球化學循環(huán)發(fā)生改變和加快土壤性質變化的速度,當前世界各地土地退化相當嚴重,日益威脅到人類賴以生存的土地資源。本文綜述了近年來土壤質量定義、評價指標和評價方法的研究進展,重點分析了土地利用變化對土壤理化質量和生物質量的影響,以引起國內外學者對土地利用變化對土壤質量影響研究的重視,從而為探討土地利用對土壤質量影響的機理和規(guī)律以及退化土地的恢復和區(qū)域土地資源管理以及土地的持續(xù)利用提供理論依據。1土壤肥力質量、土壤健康質量及環(huán)境質量的概念土壤質量(soilquality)是維持地球生物圈最重要的因子之一,可以從生產力、可持續(xù)性、環(huán)境質量、對人類營養(yǎng)健康的影響等多方面來定義土壤質量。土壤質量是指土壤肥力質量、土壤環(huán)境質量及土壤健康質量3方面的綜合量度,即土壤在生態(tài)系統的范圍內,維持生物的生產能力、保護環(huán)境質量及促進動植物健康的能力。土壤肥力質量是土壤提供植物養(yǎng)分和生產生物物質的能力,是保障糧食生產的根本;土壤環(huán)境質量是土壤容納、吸收和降解各種環(huán)境污染物的能力;土壤健康質量是土壤影響或促進人類和動植物健康的能力。Parr等提出了幾個土壤質量定義的特定用處,可用于評價管理措施對土壤退化和保持的影響。土壤質量的概念有助于區(qū)別技術進步導致生產力的變化和土壤質量的變化導致的生產力的變化。土壤質量的概念也可用于監(jiān)測與農業(yè)管理有關的可持續(xù)性和環(huán)境質量的變化。2土壤水分狀況監(jiān)測土壤質量主要取決于土壤的自然組成部分,也與由人類利用和管理導致的變化有關。作為一個復雜的功能實體,土壤質量不能夠直接測定,但可以通過土壤質量指標來推測。土壤質量的好壞取決于土地利用方式、生態(tài)系統類型、地理位置、土壤類型、以及土壤內部各種特征的相互作用,土壤質量評價應由土壤質量指標來確定。土壤質量指標(soilqualityindicator)是表示從土壤生產潛力和環(huán)境管理的角度監(jiān)測和評價土壤健康狀況的性狀、功能或條件。也有人認土壤質量指標是指能夠反映土壤實現其功能的程度、可測量的土壤或植物屬性。對土壤性質變化方向、變化幅度和持續(xù)時間的測定可用于監(jiān)測農業(yè)土地管理的指標。近年來,很多土壤質量指標被提出,一些已經被檢驗和驗證。評價土壤退化和生產力的土壤質量指標一般是基于農作物的生產力、土壤的物理化學性質和土壤有機質的喪失。土壤質量指標的確定是一件很復雜的事情,而且在不同的土壤系統之間變化很大。Larson和Pierce提出了最小數據集(MinimumDataSet,MDS)的概念,可用于監(jiān)測由土壤和作物管理措施引起的土壤質量的變化。他們將易用標準方法直接測定的物理化學指標結合起來,同時也建議使用土壤轉換方程來估計不能實際測得的參數。MDS中的土壤質量指標包括有機碳、速效養(yǎng)分、pH、電導率、質地、根系深度、容重、水分傳導率和有效持水量,并建議將所有的土壤質量指標整合成一個綜合的質量指標。Arshad和Coen列出了類似的土壤物理化學屬性并建議通過長期的試驗來確定管理措施對土壤質量的影響。Doran和Parkin擴展了MDS,將微生物生物量和可礦化的N等生物學指標加了進去。2.1土壤質量和土壤容重的關系土壤有機質是反映土壤質量的最重要的化學參數之一。除了作為營養(yǎng)來源,它可以改善土壤的結構和持水量和提高生物活性。它被包括在MDS,并通過土壤轉換方程來計算容重、持水量,淋溶勢,離子交換量(CEC)和土壤生產力。對土壤pH、電導率、CEC和養(yǎng)分含量的評價對評價土壤質量的化學方面是必要的,因為它們提供了一個能夠反映土壤提供養(yǎng)分和緩沖化學改良的能力的測定指標。pH可以影響很多土壤生物學性質和化學性質間的關系。離子交換量是評價土壤保持和提供養(yǎng)分的能力的重要屬性?；A土壤物理質量指標在比較土壤類型間的質量差異很有用。土壤質地是最基本的土壤物理性質,它可控制水分、養(yǎng)分和氣體的交換、保持和吸收。土層厚度是影響單位面積植物可利用資源的數量的量化性質。土壤容重隨著土壤質地、結構和有機質含量不同變異很大,但是,對于特定的土壤類型,容重可用于監(jiān)測土壤的緊實程度。土壤容重的變化除了本身影響水分和氧氣的供應外,還可影響許多其它性質和過程。用錐形透度計測定土壤力度可作為一個反映土壤緊實的指標。水分滲透、保持、可利用性、排水和水氣平衡等指標對于全面監(jiān)測土壤功能很重要。有效持水量和飽和水分傳導率最常出現在土壤質量指標的MDS中。有效持水量表示土壤供應水分的相對能力。飽和水分傳導率是一個反映土壤排水速度的指標,可用于判斷土壤的水氣平衡。土壤結構是指被有機質和其它化學沉淀物粘結在一起的團聚體的大小和形狀。它幾乎可以影響土壤所有的物理、化學和生物性質。團聚體的穩(wěn)定性可以用來描述當土壤處于不同壓力下保持其固相和氣液相比例的能力。由于土壤團聚體可以反映土壤生物性質、化學性質和物理性質間的相互關系,所以土壤團聚體是一個很重要的質量指標。Arshad和Coen指出作物和土壤管理措施對土壤物理質量的影響可以用土壤團聚體的大小分布和穩(wěn)定性來描述。2.2對土壤肥力的影響由于有簡單可行的測定方法,土壤質量評價初期主要集中在土壤的物理和化學性質。但是,土壤物理化學性質作為土壤質量指標有時不能評價土壤管理和土地利用的影響。近年來土壤質量評價的生物學指標越來越受到重視,生物學指標包括土壤上生長的植物、土壤動物、土壤微生物等,其中應用最多的是土壤微生物指標。土壤微生物研究分為3個層次:種群層次、群落層次、生態(tài)系統層次,生態(tài)系統層次的研究被認為是最好的快速評價土壤質量變化的可能方法,多數研究認為,土壤微生物(包括微生物生物量、土壤呼吸)是土壤質量變化最敏感的指標。土壤動物是土壤環(huán)境質量和健康質量的重要指示特征,特別是無脊椎動物如線蟲、蚯蚓等能夠敏感地反映土壤中有毒物質含量。以植物作為土壤質量評價指標時,主要是考察植物的生長狀況、產量格局、根系結構、植物組織特征、牧草物種的多樣性和雜草的優(yōu)勢種,進而評價土壤的肥力質量和環(huán)境質量、健康質量。Kennedy和Papendick指出土壤生物學性質和生物化學性可作為反映農業(yè)生態(tài)系統和土壤生產力變化的指標。土壤微生物性質可以促進很多土壤物理化學性質的變化過程。微生物活性也參與分解、養(yǎng)分和能量循環(huán)、土壤團聚體的形成和有機質轉化的調控等過程。土壤微生物生物量被證明是一個穩(wěn)定的、可靠的參數以用來做區(qū)域尺度量化分析,取樣一般在營養(yǎng)生長末期或早春。它可作為潛在的土壤質量指標指示土壤有機質水平、平衡和未來的趨勢,也可用于土壤質量的長期監(jiān)測。前人的研究集中在微觀尺度上與土壤養(yǎng)分循環(huán)和土壤質量相關的微生物活性的研究。但是,對土壤微生物生物量在景觀尺度上的空間分布的分析研究很少。對土壤微生物活性控制的有機碳的轉化過程和運移的研究有助于評價區(qū)域土壤資源的功能。綜合的微生物指標已被選作土壤質量潛在指標,并在土壤物理和化學性質的背景下進行分析。盡管土壤微生物生物量僅占有機碳的1%~3%和有機氮的2%~6%,但是它在有機質動態(tài)中起著很重要的作用。微生物生物量控制土壤有機質的轉化并影響碳的積累,它同時是植物養(yǎng)分的源和庫。土壤微生物各種各樣的代謝活動能夠調控土壤中能量和養(yǎng)分的循環(huán),也在許多有機化合物的全球循環(huán)中起著重要作用。由于微生物生物量的重要作用,它常被選為反映土壤質量發(fā)展和退化的指標,也被用來評價土壤干擾和管理的影響。活性有機質是土壤微生物最易分解的那部分有機質,它由微生物最易接近的碳和能量來源的那部分化合物組成,這部分有機質控制了土壤的生物過程和決定了向作物提供養(yǎng)分的能力。因此,活性有機質已經被認為是很重要的土壤質量指標且常常被包括在土壤質量評價中。土壤酶活性起初用來評價土壤肥力,最近已被選作潛在的土壤質量指標。土壤酶的活性在養(yǎng)分循環(huán)中起著很重要的作用而且已被用作微生物活性指標。酶活性之所以能成為一個好的土壤質量指標是因為它在分解和礦化過程中起著重要作用而且對土壤管理措施變化反應敏感。2.3景觀尺度及區(qū)域尺度的研究土壤微生物生物量、土壤呼吸和土壤理化學性質間的相關性在各種尺度上都存在。有關研究集中在土壤肥力或土壤質量指標的空間分析,在景觀尺度上研究了土壤質量指標的變異,區(qū)域尺度上的研究很少。其它研究集中在微生物活性在景觀尺度上的空間分布,如碳礦化和土壤酶活性。目前關于土壤微生物的區(qū)域變異研究集中在種群水平上,按氣候梯度利用常規(guī)統計方法研究微生物多樣性的生物地理格局。進一步的工作需要研究土壤性質的空間自相關和協方差的時間穩(wěn)定性,同時研究地貌特征、土壤理化性質和土壤微生物活性之間的功能相關性。3土壤改良評價研究評價土壤質量及其隨時間變化的趨勢是農業(yè)土地可持續(xù)管理中一個很重要的思想和指標。土壤質量的評價是指評價土壤實現其功能的程度。從作物生產的角度出發(fā),土壤的功能就是提供養(yǎng)分和維持作物生長。土壤質量的評價不僅僅限于傳統的農業(yè)作物。Conry和Clinch在愛爾蘭中部平原的研究把土壤質量和森林物種聯系起來。土壤質量的監(jiān)測和評價對闡述環(huán)境問題也很重要。Cooper等評價了與美國食品工業(yè)相關的環(huán)境問題,建議發(fā)展將食品加工過程中的廢物轉化為能量和產品的方法來提高土壤質量和作物的營養(yǎng)品質。土壤質量評價與監(jiān)測是評價土壤退化的重要工作,也是設計和評價土壤持續(xù)利用及土壤管理系統的一個基礎。目前缺乏統一的評價指標以及將各項土壤性質與土壤管理措施結合起來的評價方法。國際上比較常用的評價方法有以下幾種:(1)多變量指標克立格法(MVIK)這種方法可以將多個土壤質量指標整合成一個綜合的土壤質量指數,這一過程稱為多變量指標轉換(MVIT,multiplevariableindicatortransform),是根據特定的標準將測定值轉換為土壤質量指數。各個指標的標準代表土壤質量最優(yōu)的范圍或閾值,是在地區(qū)基礎上建立和評價。該法優(yōu)于土壤質量評分法,它可以把管理措施、經濟和環(huán)境限制因子引入分析過程,其評價范圍可以從農場到地區(qū)水平。通過單項指標的評價,該法還能確定影響土壤質量的最關鍵因子。(2)土壤質量動力學方法由于土壤系統的動態(tài)性,對可持續(xù)管理的評價應該采用動態(tài)評價方法,利用系統動力學特征測量其可持續(xù)性。(3)土壤質量綜合評分法Doran和Parkin將土壤質量評價細化為食物與纖維的生產量、土壤侵蝕量、地下水質量、地表水質量、大氣質量和食物質量等6個特定的土壤質量元素的評價。通過建立各個元素的評價標準,利用簡單乘法運算計算出土壤質量的大小,每個元素的權重由地理、社會和經濟因素所決定。(4)土壤相對質量評價法通過引入相對土壤質量指數來評價土壤質量的變化,這種方法首先是假設研究區(qū)有一種理想土壤,其各項評價指標均能完全滿足植物生長需要,以這種土壤的質量指數為標準,其它土壤的質量指數與之相比,得出土壤的相對質量指數(RSQI),從而定量地表示所評價土壤的質量與理想土壤質量之間的差距,這樣,從土壤的RSQI值就可以明顯而直觀地看出這種土壤的質量狀況,RSQI的變化量可以表示土壤質量的升降程度,從而可以定量地評價土壤質量的變化。上述幾種土壤質量評價方法各有優(yōu)點,可以認為土壤相對質量評價法更為方便、合理,它評價的是土壤的相對質量,而且可以根據不同地區(qū)的不同土壤建立理想土壤,選擇代表性的土壤質量評價指標做出量化的評價結果。國內學者在土壤質量評價的新方法建立方面作了大量的探索性工作。王效舉等引入相對土壤質量指數的概念,應用地理信息系統技術,為小區(qū)域水平上土壤質量時空變化的評價提供了一種方法。在地理信息系統支持下,國內不少學者將灰色關聯度法、模糊數學、多元統計分析、層次分析模型、地統計學方法、系統評價模型、Fuzzy聚類分析方法等方法應用到土壤質量綜合評價中[34,35,36,37,34,35,36,37]。付強等將高維降維技術-投影尋蹤評價模型(PPE)應用到土壤學科領域,為土壤分類與等級評價研究提供一條新思路。潘峰等將物元分析方法應用到土壤質量評價研究,為土壤的評價及綜合利用提供了一種新的科學方法。曾國熙等將密切值法應用于土壤質量排序中,并提出了按密切值大小的突變進行分類的新方法,該方法原理簡單,計算簡便,結果客觀可靠,是一種值得推廣的多目標決策方法。齊偉等探討了土壤質量時空變化一體化的評價方法,并以河北省曲周縣一個33km2的小區(qū)為例,對1980年與1999年兩個時段的8個單項土壤質量指標和土壤綜合質量指標的時空變化進行了定量化評價。結果表明土壤質量指數法與GIS技術相結合,可以很好地表示土壤質量的時空變化。劉德春等根據隨機過程原理,構建了新的轉移矩陣,建立了一個馬爾柯夫鏈綜合土壤質量評價模型,通過實例證明了模型的可靠性。土壤質量的評價可在多種尺度下進行,但是由于土地利用的多樣性,評價指標應該是相對的而不是絕對的。在點尺度上,需要從機理水平理解土壤質量,強調土地利用決策對養(yǎng)分循環(huán)、淋溶、土壤結構、碳積累和其它相關過程的影響。在農田和小流域尺度上,尤其當土壤的初級功能為維持作物生產時,土壤質量的評價與生產力評價類似,但是它不僅強調產量,同時強調土壤資源的物理、化學和生物狀況以及目前土地利用措施的長期經濟變異性。在小區(qū)尺度上,需要進行田間試驗來理解土壤質量和作物生產之間的關系。多名學者進行了土壤質量大尺度的研究,其中包括大面積的耕地和強度的土地利用。Wardle&Bollero比較了Illinois州36個農場的土壤質量。Hellkamp等調查了美國大西洋中部地區(qū)293個點耕地的土壤質量。Boehm&Anderson選取土壤屬性作為土壤質量指標在景觀尺度上評價了3種農作制度下土壤的質量。Wirth在區(qū)域尺度上調查了德國東北部低地土壤的微生物、物理和化學性質,分析了微生物生物量中的碳、土壤基礎呼吸、有機碳、水溶性碳、全氮、離子交換量、pH和質地,以評價其空間分布格局、空間自相關和年際變異。Sparling等在國家尺度上研究了土壤質量的變異,并且評價了取樣的代表性和確定了土地利用和土壤分類對土壤質量變異的貢獻。我國的土壤質量評價工作雖然起步晚,國內學者也在這方面做了大量的工作。孫波等首先提出了紅壤質量評價指標的選擇原則,并從化學、物理學和生物學3個方面探討了評價紅壤質量動態(tài)變化可采用的指標體系。傅伯杰等采用綜合土壤質量指數和土壤退化指數比較了天然林地、草地、灌木、次生林地、耕地和退耕地等6種土地利用類型的土壤質量。結果表明灌木可以很好地恢復土壤性質,綜合土壤質量指數和土壤退化指數可以很好地評價土壤質量水平。吳祥云等從土壤微生物,土壤持水性、土壤物理、化學性質方面探討不同類型樟子松人工固沙林土壤質量狀況,研究結果表明針闊混交林比針葉純林土壤質量高,同時指出林木對土壤的改良作用是一個長期的持續(xù)過程。楊志輝等通過田間試驗對濕地稻-鴨復合生態(tài)系統的稻田土壤質量進行了研究。研究結果表明,實行稻-鴨生態(tài)復合種養(yǎng),其土壤有機質、全氮、堿解氮、速效磷、速效鉀都有所增加,土壤物理性狀也得到一定程度地改善,稻田土壤氧化還原狀況也得到了明顯改善。歐陽進良等在綜合自然、社會經濟信息,對曲周縣進行的生態(tài)經濟綜合分區(qū)基礎上進行農戶調查,對各分區(qū)土壤質量狀況及其變化以及不同分區(qū)之間農戶行為差異的分析表明,農戶主要通過種植行為選擇和經營投入和資源利用等行為對土壤質量和環(huán)境產生影響,不同類型農戶在種植行為選擇和經營投入上有較大差別。盧鐵光等通過建立土壤質量變化評價模式,來計算主要耕作土壤和表層耕作層的土壤質量矩陣,利用耕作層土壤質量指數的變化來定量分析該市50a農業(yè)生產以來土壤質量的變化趨勢。結果表明土壤質量指數均呈下降趨勢,土壤發(fā)生了退化。胡金明等利用主要耕作土壤表層土的土壤質量指數的變化來定量地分析三江平原地區(qū)大面積開荒后土壤質量的變化趨勢,結果表明,大面積開荒后導致土壤發(fā)生了明顯的退化。鄭華等對南方紅壤侵蝕區(qū)4種主要森林恢復類型下土壤物理、化學、生物學性狀進行了比較研究,結果表明不同的森林恢復類型導致了土壤物理、化學和生物學性質的顯著差異。馬強等建立了黑土肥力評價指標體系,運用模糊數學和因子分析方法對黑土肥力水平進行評估、分級。張慶利等用修改后的內梅羅公式作為土壤質量的評價模型,將傳統的統計方法與地統計學方法及GIS技術相結合,研究了金壇市土壤質量的空間分異規(guī)律,并對土壤質量進行了定量化的評價。結果表明土壤質量指數的分布特點明顯與地形地勢、徑流方向和土地利用等有關,而地形地勢是土壤質量空間分布的最根本的原因。1999年以來,我國科學家在揭示主要類型耕地土壤質量限制因子及交互作用的機理、土壤圈內外物質交換的過程、強度、機制及對環(huán)境的脅迫和土壤質量演變時空分規(guī)律的研究方面取得了顯著成績。有關研究表明,土壤質量在針對當地土壤退化問題而采取了保護性措施的地區(qū)將維持穩(wěn)定或提高;而沒有采取保護性耕作而又強度種植的地區(qū)和邊緣地區(qū)土壤質量將會不斷下降;當生荒地開辟為農田時,通常在開始的頭10a,其土壤質量會迅速下降,當投入大于產出時,土壤質量則會慢慢得到改善;合理增加有機物質、采取保護性耕地和作物輪作及種植豆科植物、作物殘茬管理、侵蝕控制和修筑地下排水系統等措施,可使土壤質量得以維持甚至提高。4影響土壤質量的時空變化土壤質量是一種指示土壤條件動態(tài)變化最敏感的表示方法,它既能反映土壤管理的變化,也能反映土壤恢復退化的能力。許多自然和人為的生態(tài)過程如氣候波動、植被演替、土地利用變化等都顯著影響土壤質量的時空演變,其中土地利用方式和管理水平是影響土壤質量變化最普通、最直接、最深刻的因素,可以導致土壤養(yǎng)分退化、水土流失、土地沙漠化等退化現象,亦可以達到提高土壤質量、改善生態(tài)環(huán)境的目的。人類活動可以導致土壤性質變化的速度,當前世界各地土地退化相當嚴重,已日益威脅到人類所賴以生存的土地資源。土地利用變化能夠影響土壤水分和土壤養(yǎng)分的分布和遷移,進而影響土壤的性質和質量。4.1改變土壤理化性質科學家們已經對土地利用/覆被變化對土壤的物理化學性質的影響進行了廣泛地研究。Lumbanraja等在印尼Sumatra南部地區(qū)的研究表明:當初生林地轉變?yōu)榇紊帧⒖Х确N植園和耕地后,土壤有機碳、全氮、速效磷、全磷和離子交換量明顯下降。Hajabbasi等在伊朗Zagrous山脈的研究表明森林砍伐導致土壤容重增加,有機質、全氮和可溶性離子含量下降。Saikh等在印度Orissa的研究表明林地轉變?yōu)楦睾笸寥烙袡C質、全氮和C/N明顯下降,全磷和速效磷則下降不明顯。Lal指出尼日利亞地區(qū)森林砍伐后隨著耕作時間的增加土壤化學性質惡化。對比天然林、人工林、草地、耕地等不同土地利用對土壤質量影響時發(fā)現,土地利用/土地覆被變化影響了土壤的物理結構、機械組成和養(yǎng)分等,耕作導致了土壤質量的明顯降低,而造林和草地則有助于改善土壤質量。Celik研究了地中海高原土地利用類型變化對土壤性質的影響,結果表明牧場轉變?yōu)楦睾笸寥烙袡C質含量降為原來的49%,各種土地利用類型下土壤有機質在各層之間差異不明顯,林地和牧地間土壤有機質差異不明顯,耕地、牧地和林地0~20cm土層容重差異明顯。許多農業(yè)管理措施對土壤有機質的質量和數量產生不利影響,這會進一步惡化土壤的物理、化學和生物化學性質,尤其是土壤肥力。Caravaca等評價了土地利用變化對土壤有機質數量、質量以及與土壤微生物活性相關生物化學性質的影響,研究結果表明,與草地相比,農業(yè)措施明顯降低了土壤中的總有機碳、腐殖質、水溶性碳、水溶性碳水化合物、脫氫酶、磷酸酶和β-葡萄糖酶?？茖W家對林地向牧地和耕地轉變對C積累和土壤養(yǎng)分可利用性進行了大量的研究。由于自然植被的去除、分解、燃燒或被支持低碳含量的作物取代,林地轉變?yōu)槟恋乜梢燥@著降低C的儲存,土地利用還對土壤N循環(huán)具有重要影響。人類對土地不和諧地利用和管理已經導致全球生物地球化學循環(huán)發(fā)生改變。土地向耕地轉變使土壤有機質降低。Elliott和Grupta&Germida報道,耕作使牧場土壤有機質下降25%~50%。林地、草地向耕地的轉變使土壤性質下退化,尤其降低土壤有機質和改變土壤團聚體的穩(wěn)定性和分布,使得土壤對侵蝕更敏感。Lemenih等研究了埃塞俄比亞地區(qū)熱帶干Afromontane天然林轉變?yōu)楦睾碗S后的耕作措施對土壤物理化學性質的影響,研究結果表明,隨著耕作年限的增加,0~10cm和10~20cm土層的容重顯著增加,但是孔隙百分比顯著下降。0~10cm土壤碳和全氮含量顯著下降,并且與耕作時間呈指數關系。但是,10~20cm土壤碳和全氮含量在連續(xù)耕作34a后人然很高。耕種26a后,0~20cm土層碳積累與天然林相比并不很低。與天然林地相比,連續(xù)耕種了53a的0~10cm土層可利用的P、K明顯高于林地。可交換的Ca離子、離子交換量和鹽基飽和度不同程度降低。Bewket&Stroosnijder研究了埃塞俄比亞西北高原一典型流域土地利用對土壤性質的影響,研究結果表明耕地、牧場和桉樹種植園土壤的含砂量較高,但是Ca2+、Mg2+和離子交換量較低。桉樹林土壤容重較其它3種土地利用類型要高。天然林地與桉樹林地在土壤有機質和全氮差異明顯。耕地與桉樹林地在速效磷差異明顯。DuToit等發(fā)現在Free州5~90a的耕作使土壤的C、N損失10%~73%。Nel等發(fā)現在Pretoria地區(qū)Hutton土壤耕種50a后土壤C下降50%。Lobe等在Free州發(fā)現耕種3.5a后土壤C下降50%。土壤對森林砍伐及隨后耕作措施沿時間梯度的長期反應整體上表現為土壤質量的下降,這與其它熱帶地區(qū)森林砍伐及隨后耕種引起土壤肥力下降的研究結果類似。Mills&Fey指出土地利用可以通過地表覆被的去除、耕作導致的風化、放牧導致的有機質投入的減少和微生物或活性增強顯著地影響土壤有機質和增加土壤板結,最終導致土壤有機質降低。土地利用也可導致土壤化學性質發(fā)生變化,種植園林地導致土壤中硝酸鹽增加,每年的火燒增加了黏粒的分散性和表土的板結。針對土地利用變化對土壤質量的影響這一研究領域,我國學者也做了大量工作。黎華壽等對典型坡地相鄰地塊不同利用方式對土壤理化性狀影響的研究表明,人工梯地上的農林復合系統和多年生作物復合群落的土壤容重、土壤結構和土壤持水力及水分滲透力與相鄰天然森林土壤相近,優(yōu)于退化灌草叢和殘林地,并指出揭示建立仿森林結構的農林復合系統和多年生作物復合群落,并注意實行水土保持的耕作,是退化坡地生態(tài)重建的有效途徑之一。蘇永中等研究了科爾沁沙地退化草地開墾后,在14a不同的土地利用和管理方式下土壤物理、化學和生物學性狀的特征。研究結果表明,不同的土地利用方式和管理措施顯著影響土壤質量變化的程度和方向;調整土地利用結構,基本農田實行精細管理,旱作農田退耕還草還林是保護士地資源,實現區(qū)域生態(tài)恢復和重建的根本選擇。劉世梁等從樣帶與生態(tài)系統類型尺度上探討了土地利用與坡面景觀位置對土壤水分與養(yǎng)分的影響,結果表明,灌叢有著較高的土壤質量指數,而人工林與農田的QI值較低,這表明灌叢在坡面上有著“肥力島嶼”效應。不同坡位條件下土壤質量指數表明,與中坡位和下坡位相比,上坡位與坡腳處土壤質量要高。結果說明坡面土壤質量的變化是土地利用方式變化與景觀位置分異綜合作用的結果。李陽兵等研究了土地利用方式對處于巖溶脆弱生境核心部位的土壤質量性狀的影響,結果顯示4個研究地區(qū)不同土地利用系統中各養(yǎng)分指標間存在較大的變化,但變化規(guī)律并不一致。在較大區(qū)域內土地利用方式對巖溶山地土壤屬性的影響不顯著,而小區(qū)域內不同土地利用方式下土壤質量存在顯著差異。巖溶山地土壤質量與土地利用方式的關系復雜,存在區(qū)域差異性;同時人工造林改善土地質量狀況需要較長時間的演替,簡單的退耕還林很難使土壤質量得到恢復。李新宇等對河北省懷來縣官廳水庫南北兩岸8種主要土地利用類型的土壤養(yǎng)分、pH值和土壤容重等進行了分析,討論了不同土地利用方式對土壤質量的影響,并評價了不同土地利用方式下的土壤退化程度。結果表明:土地利用管理與保護措施是引起土地利用類型間土壤質量差異的主要因素。鞏杰等對黃土丘陵小流域持續(xù)利用25a后的荒草地、山杏林地、農田、油松林地、灌木林地和撂荒地土壤性狀的研究結果表明,不同土地利用方式和植被恢復類型對土壤質量有很大影響;植被恢復重建和農地撂荒將增加土壤有機質含量,提高土壤質量;粗放的農業(yè)耕作措施將降低土壤質量并引起土壤退化;灌叢有明顯的肥力島嶼作用;撂荒在一定程度上可以培肥土壤。赫曉慧等以陜北農牧交錯帶為研究對象,對不同植被對土壤質量的影響進行了研究。結果表明人工植被的建立與生長明顯改善了土壤質量,但不同樣地隨著植被蓋度和植被種類的不同,土壤質量差異很大;多年生喬木林改良土壤質量的潛力最高,耕作粗放的農地土壤質量有所下降。章鐵等研究了果農復合經營系統中的6種模式和1種單種作物對土壤肥力的影響。試驗結果表明,果農復合經營模式的土壤肥力高于單種作物土壤的肥力;6種復合經營模式中“雞+桃”模式和“桃+紫花苜?！蹦Ｊ降耐寥婪柿ψ罡?。劉舉等研究了黃土高原油松、刺槐人工林對土壤的培肥效應。結果表明種植人工林對土壤養(yǎng)分含量的提高有很大幫助,但不同林型提高程度不同。闊葉林下土壤肥力的提高較針葉林顯著。袁菊等通過對貴州喀斯特生態(tài)脆弱區(qū)土壤的調查研究,結果表明,成土母質、海拔高度和利用方式對土壤的理化性質有較大影響,其中影響最大的是土地利用方式,即林地、灌木叢地、荒草地等自然植被下的土壤理化性狀較好,養(yǎng)分含量高,而經開墾耕作后,土壤理化性質變化較大,土層變淺,腐殖質層變薄,顆粒變細,水穩(wěn)性團粒減少,土壤易于流失,有機質及養(yǎng)分含量明顯減少,pH值升高,土壤貧瘠化,土壤總體質量表現出明顯的退化。4.2對土壤微生物生物量的影響土地利用變化也能夠對土壤微生物產生明顯的影響,影響土壤微生物數量和分布。Ruess和Seagle研究了坦桑尼亞Serengeti地區(qū)土壤微生物過程的景觀格局,研究結果表明,土壤肥力和微生物過程的區(qū)域格局與Serengeti地區(qū)的年均降雨量呈負相關,土壤微生物過程與食草動物的利用和強度的景觀格局密切相關。土壤水分、溫度和由作物根系、根際產物和作物殘茬引起的碳輸入的季節(jié)性變化對土壤微生物生物量及其活性有明顯影響。土壤微生物生物量的季節(jié)變異在歐洲已有報道,Uckan和Okur對耕地和草地土壤中微生物生物量和酶活性的季節(jié)性變化進行了量化研究,發(fā)現對于不同取樣時期土壤微生物生物量、可礦化碳和蛋白酶活性差異顯著。Singh等報道了微生物C、N、P在林地和干草原土壤中季節(jié)變化。Ross在新西蘭的草叢草地和引種的牧場的研究表明土壤水分與土壤微生物生物量之間呈負相關。土壤水分和溫度短期的波動會影響微生物生物量中碳含量。Arunachalam等在印度東北部亞熱帶成熟闊葉林研究了林隙大小和土壤性質對土壤微生物生物量動態(tài)的影響,結果表明,土壤微生物群體在溫度和濕度較低時較小,在雨季達到峰值;在雨季,由于植物對養(yǎng)分的更多需求限制了土壤微生物可利用的養(yǎng)分,Cmic、Nmic、Pmic的值較低,此外還發(fā)現Cmic、Nmic、Pmic與土壤理化性質之間存在微弱的相關性。Yan等研究了中國三峽地區(qū)土地利用變化對土壤微生物生物量和代謝墑的影響。與林地相比,柑橘-小麥和茶叢地土壤的土壤微生物生物量中的碳占土壤總有機碳的百分比是柑橘地的4倍。除了柑橘-小麥和林地,其他土地利用類型上均發(fā)現微生物碳、Cmic/Corg和速效氮之間有顯著相關性。Sharma等在對錫金Mamlay流域進行研究中發(fā)現,當林地轉變?yōu)檗r業(yè)用地和荒地時,能夠導致土壤微生物的明顯減少,其中林地轉變?yōu)榛牡貢е挛⑸锷锪縉減少了78%,微生物生物量C減少了73%,微生物生物量P減少了71%。Filser等將種有谷物的耕地轉變?yōu)榫C合耕作(integratedfarming)、有機耕作(organicfarming)、草地和休耕地后發(fā)現,除了草地外,微生物的數量在總體上表現了增加的趨勢;草地、休耕地的Collembola豐富度略有降低,Protaphoruraarmata和Lepidocyrtuscyaneus在所有土地利用類型中均呈減少的趨勢。Powlson等研究表明經過18a的秸稈還田,土壤微生物生物量增加了50%,但是卻沒有觀測到土壤總有機質發(fā)生明顯變化。姚槐應等采用碳素利用(BIOLOG)及磷酸酯脂肪酸(PLFA)法,研究了8種紅壤微生物群落的功能多樣性和結構多樣性。兩種方法均表明土地利用方式能顯著影響微生物的多樣性。試驗表明總PLFA含量與微生物生物量呈顯著相關,茶葉園土中微生物對各類碳源的利用能力均很低,呈現出非常獨特的微生物功能多樣性。陳國潮等研究了土地利用對紅壤土壤微生物生物量C、N、P的影響,發(fā)現土地利用對土壤微生物生物量C影響很大。Cmic在退化的休閑地最低,林地、茶園、柑橘灌叢和休閑草地次之,菜地和稻田最高。土地利用主要通過有機質的投入和累積來影響Cmic。Nmic與土壤中