全 文 ：纳板河流域不同土地利用类型土壤质量评价*
谢摇 瑾摇 李朝丽摇 李永梅**摇 郭芳芳
(云南农业大学资源与环境学院, 昆明 650201)
摘摇 要摇 测定了西双版纳纳板河自然保护区及其周边 8 种土地利用类型(自然林、玉米地、茶
园、水稻田、橡胶林、亚麻地、香蕉地和甘蔗地)的表层(0 ~ 20 cm)土壤理化性状,研究土地利
用变化对土壤质量的影响,并采用土壤质量指数法对土壤质量进行综合评价.结果表明:自然
林地转变为农业用地后,土壤有机质含量有不同程度的降低;土壤容重均有所升高,其中茶
园、水稻田、香蕉地和橡胶林的土壤容重均显著高于自然林;施肥及开垦导致的矿物养分释放
使土壤速效钾和速效磷维持在较高水平;不同土地利用类型对土壤 pH的影响不显著.保护区
几种主要土地利用类型的土壤质量指数大小顺序为:亚麻地(0. 595)>自然林(0. 532) >玉米
地(0. 516)>香蕉地 (0. 485) >茶园 (0. 480) >甘蔗地 (0. 463) >水稻田 (0. 416) >橡胶林
(0郾 362) .位于保护区较高海拔(1614依115 m)的生产示范区土壤质量指数显著高于较低海拔
的缓冲区(海拔 908依98 m)和交界区(海拔 926依131 m) .在 8 种土地利用类型中,分布在低海
拔区橡胶林的土壤有机质、速效磷和速效钾含量较低、土壤容重较高,其土壤质量指数最低.
增施有机肥及间作豆科植物是改良橡胶林土壤质量的途径.
关键词摇 土地利用类型摇 土壤质量指数摇 自然林摇 橡胶林摇 茶园摇 水稻田
文章编号摇 1001-9332(2011)12-3169-08摇 中图分类号摇 S158摇 文献标识码摇 A
Evaluation of soil quality under different land use types in Naban River watershed, Yunnan
Province of Southwest China. XIE Jin, LI Zhao鄄li, LI Yong鄄mei, GUO Fang鄄fang (College of
Resources and Environment, Yunnan (Agricultural University, Kunming 650201, China) . 鄄Chin. J.
Appl. Ecol. ,2011,22(12): 3169-3176.
Abstract: Eighty鄄six topsoil (0-20 cm) samples were collected from 8 land use types (natural for鄄
est land, maize field, tea garden, paddy field, rubber plantation, flax field, banana plantation,
and sugarcane field) in the Naban River Watershed National Nature Reserve and its surrounding ar鄄
eas, and the soil physical and chemical properties were analyzed, aimed to study the effects of land
use type on the soil quality by the method of soil quality index (SQI). Comparing with natural for鄄
est land, all the cultivated lands had somewhat decreased soil organic matter content and higher soil
bulk density, and the soil bulk density was significantly higher in tea garden, paddy field, rubber
plantation, and banana plantation. In cultivated lands, fertilization and reclamation made the soil
available potassium and phosphorus contents maintained at a higher level, probably due to the input
of mineral potassium and phosphorus and the decomposition of soil organic matter. The SQI of the 8
land use types was in the order of flax field (0. 595) > natural forest land (0. 532) > maize field
(0. 516) > banana plantation (0. 485)> tea garden (0. 480) > sugarcane field (0. 463) > paddy
field (0. 416)> rubber plantation (0. 362). The soils in higher altitude production demonstration
areas (1614依115 m) had significant higher SQI, compared to the soils in lower altitude buffer are鄄
as (908依98 m) and junction areas (926依131 m). Among the 8 land use types, the rubber planta鄄
tion in lower altitude areas had the lowest SQI, due to the lower soil organic matter and available
potassium and phosphorus contents and the highest soil bulk density. Application of organic manure
or intercropping with leguminous plants could be an available practice to improve the soil quality of
the rubber plantation.
Key words: land use type; soil quality index; natural forest; rubber plantation; tea garden; paddy
field.
*科技部国际合作项目(2007DFA91660)资助.
**通讯作者. E鄄mail: youngmaylee@ 126. com
2011鄄03鄄17 收稿,2011鄄08鄄31 接受.
应 用 生 态 学 报摇 2011 年 12 月摇 第 22 卷摇 第 12 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇
Chinese Journal of Applied Ecology, Dec. 2011,22(12): 3169-3176
摇 摇 热带雨林是维持全球碳平衡的主要环境因子,
在全球气候变化中起着重要作用. 位于我国西南地
区的云南省西双版纳傣族自治州拥有我国最大面积
的热带雨林,是世界上生物多样性最丰富的地区之
一,在区域生态环境的可持续发展中发挥着巨大的
支撑作用[1] .然而近半个世纪以来,西双版纳地区
的土地利用方式发生了很大变化,热带雨林遭到严
重破坏.研究显示,1976—2007 年间西双版纳地区
有林地面积不断减少,由 1976 年的 69郾 0%下降到
2007 年的 43郾 6% ,尤其是热带季节雨林、山地雨林
面积减少最为明显,破碎化最为严重;而橡胶园、灌
木林面积不断扩大并聚集成片,其中橡胶园面积由
1976 年的 1郾 3%增加到 2007 年的 11郾 8% ,且其面积
扩张主要来源于对热带季节雨林的砍伐[2-3] . 雨林
向其他土地利用类型转变带来了区域生物生境的恶
化及生态环境质量下降等不良生态效应[4] . 为此我
国学者相继开展了相关研究,例如,郑国等[5]以西
双版纳勐仑自然保护区热带季节雨林、石灰山季节
雨林、山地常绿阔叶林及自然保护区附近的人工纯
林、胶茶群落和橡胶林 6 种林型为对象,研究了不同
类型植被与地表蜘蛛多样性的关系;杨丽静等[6]研
究了西双版纳勐仑地区小流域土地利用方式对氮素
流失的影响;郭宗锋等[7]研究了 1965—2003 年间西
双版纳土地利用变化对土壤径流的影响. 而雨林向
其他土地利用类型转变对土壤质量的影响研究却较
少.
土地利用变化是影响土壤质量最普遍、最直接、
最深刻的因素[8] . 20 世纪 90 年代以来,许多学者研
究了土地利用变化对土壤质量的影响.例如,王效举
等[9]研究了千烟洲不同土壤开垦为水田、旱地、桔
园、马尾松、湿地松、杉树、天然林、枫香、牧草和荒草
地后土壤性质和土壤质量的变化;苏永中等[10]研究
了科尔沁沙地退化草地开垦后,不同土地利用方式
下土壤理化及生物学性状. 邱莉萍等[11]研究表明,
在子午岭次生林区,农用地和撂荒翻耕地的土壤质
量退化程度比林地显著;邓万刚等[12]研究发现,海
南岛次生林转变为水稻田和甘蔗地后,土壤大团聚
体的含量和各物理组分的有机碳含量都显著降低.
李明锐等[13]研究了西双版纳季风常绿阔叶林、季节
雨林、橡胶林、受过严重干扰的季节雨林、鸡血藤次
生林和旱谷地的土壤氮矿化作用;张敏等[14]研究发
现,西双版纳热带季节雨林转变为橡胶林后,地上凋
落物向土壤输入的碳、氮量减少,土壤碳、氮含量和
有效性降低,土壤呈现酸化倾向.
上述研究仅反映了土地利用类型对土壤质量某
些方面的影响,有必要对保护区不同土地利用类型
下的土壤质量进行综合评价. 目前定量描述土地利
用类型对土壤质量影响的方法有:土壤质量指数法、
土壤质量综合评分法、土壤质量动力学法、土壤相对
质量指数法、灰色关联度法等,关键步骤在于如何根
据土壤质量评价的目的选择评价指标[15-17] .本文以
西双版纳傣族自治州纳板河流域国家级自然保护区
为对象,采用土壤质量指数法,选取土壤有机质、速
效钾、速效磷、阳离子交换量、pH值和容重作为土壤
质量评价指标,对保护区内的自然林、玉米地、茶园、
水稻田、橡胶林、亚麻地、香蕉地和甘蔗地 8 种土地
利用类型的土壤质量进行了比较分析,以期探明雨
林转变为其他土地利用类型后土壤质量的演变趋
势,为保护区土地利用决策的制定提供科学依据.
1摇 研究地区与研究方法
1郾 1摇 研究区概况
纳板河流域国家级自然保护区(22毅04忆—22毅
17忆 N,100毅32忆—100毅44忆 E)位于西双版纳傣族自治
州景洪市与勐海县接壤处,距景洪市 25 km,总面积
26郾 6 km2,是我国第一个按小流域生物圈保护理念
规划建设的多功能、综合型自然保护区,主要保护对
象为以热带雨林为主体的森林生态系统及珍稀野生
动植物.保护区地势呈西北高东南低,海拔 539 ~
2304 m.地貌类型以中低山与河谷相间为主,沟谷深
切,垂直高差较大. 年降雨量为 1100 ~ 1600 mm,雨
量充沛而集中,5—10 月为雨季,11 月至次年 4 月为
干季,年平均气温 18 益 ~22 益,总体气候类型属北
热带南亚热带半湿润气候. 整个保护区分为核心区
(3郾 9 km2)、缓冲区(5郾 8 km2)和生产示范区(16郾 9
km2),其中核心区为禁入区[18] .
1郾 2摇 研究方法
1郾 2郾 1 土样采集与测定 摇 据调查,纳板河流域自然
保护区内的主要农作物为橡胶、茶叶、玉米、水稻,近
年来亚麻种植面积迅速增加,香蕉、甘蔗仅有零星分
布. 2010 年 5 月沿着保护区缓冲区和生产示范区居
民点分布沿线及保护区周边,根据当地土地利用现
状,采集当地所有土地利用类型的表层 0 ~ 20 cm土
壤样品 86 个(图 1).其中 12 个样品采自缓冲区、29
个样品采自缓冲区与生产示范区的交界区(简称交
界区)、31 个样品采自生产示范区、14 个样品采自
保护区外,包括自然林 15 个、玉米地 14 个、茶园 15
个、水稻田 15 个、橡胶林 12 个、亚麻地 6 个、香蕉地
0713 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 22 卷
图 1摇 土壤采样点分布
Fig. 1摇 Distribution of soil sampling sites
1 ~ 15:自然林 Forest; 16 ~ 30:玉米地 Maize; 31 ~ 45:茶园 Tea; 46 ~
59:水稻田 Paddy; 60 ~ 71:橡胶林 Rubber; 72 ~ 77:亚麻地 Hemp; 78
~ 80:香蕉地 Banana; 81 ~ 86:甘蔗地 Sugarcane.
3 个、甘蔗地 6 个.上述 6 个甘蔗地全部采自保护区
外,另外还有 2 个香蕉地、2 个亚麻地、1 个自然林、1
个玉米地、1 个茶园、1 个水稻田采自保护区外.由于
保护区外的多数土地利用类型样品数目较少,因此
在比较不同功能区各土地利用类型之间性质差异
时,保护区外的性状仅供参考.采样同时测定采样点
的海拔、坡向、坡度和方位.
样品风干后过 1 mm 和 0郾 25 mm 筛,供室内分
析.土壤有机质采用重铬酸钾容量法;阳离子交换量
(CEC)采用醋酸铵交换法;速效钾采用醋酸铵浸提鄄
火焰光度法;速效磷采用碳酸氢钠浸提鄄钼蓝比色
法;pH采用酸度计法(土水比为 1 颐 5);土壤容重采
用环刀法[19] .
1郾 2郾 2 土壤质量评价摇 采用加权求和模型计算土壤
质量指数(soil quality index, SQI):
SQI =移
n
i = 1
NiWi (1)
式中:Ni和 Wi分别表示第 i 种评价指标所对应的隶
属度值和权重系数;n为参评因子数.根据土壤质量
评价指标选取的主导性、敏感性、实用性和独立性原
则,以及前人的研究资料,选取了土壤有机质、CEC、
速效钾、速效磷、pH值、土壤容重作为土壤质量评价
指标[15,20] .其中土壤容重采用 S 型降型函数求隶属
度值,其他指标采用 S 型升型函数求隶属度值(将
容重的上下限临界值反转即可与其他指标共用同一
函数,即式(2).结合研究区土壤现状与前人研究资
料[21-23],确定隶属度函数中转折点的相应取值(表
1).求出的各指标隶属度值在 0郾 1 ~ 1 之间. 最大值
1郾 0表示土壤该属性能够满足植物生长的最佳状态,
最小值 0郾 1则表示植物生长所需的土壤属性作用分
值的最低值.将最小值定为 0郾 1而非 0,是符合生产实
际的.各评价指标的权重系数采用主成分分析法
(principal component analysis, PCA)求得(表 2).
F(X) =
1摇 摇 (X 逸 X2)
0郾 9 伊
X - X1
X2 - X1
+ 0郾 1 (X2 逸 X 逸 X1)
0郾 1摇 摇 (X 臆 X1
ì
î
í
ï
ï
ï
ï )
(2)
目前,将不同量纲的因素归一化处理后加权求
和来求土壤质量指数的方法被广泛使用[17,21] .在归
一化过程中,隶属度函数转折点的取值及权重的确
定方法直接决定最后结果.由于研究者的目的不同,
因此转折点的取值甚至评价因子的选取不尽相同.
本研究旨在探讨自然林转变为农地后土壤质量的变
化,而保护区各土地利用类型土壤的有机质、速效
钾、容重等因子的水平要好于其他的研究系统,因此
在确定转折点时力求拉开各土地利用类型之间的差
距,而将某些指标的上限定得较高.
1郾 4摇 数据处理
所有数据均采用 SPSS统计软件进行分析.采用
单因素方差分析(one鄄way ANOVA)和最小显著差异
法(LSD)比较不同数据组间的差异,用 Pearson 相关
系数评价不同因子间的相关关系,显著性水平设定
为 琢=0郾 05.
表 1摇 S型隶属度函数转折点取值
Table 1摇 Upper and lower bounds of S鄄type subjected function
边 界
Bound
有机质
Organic matter
(g·kg-1)
速效钾
Available K
(mg·kg-1)
速效磷
Available P
(mg·kg-1)
阳离子交换量
CEC
(c mol·kg-1)
pH 容 重
Bulk density
(g·cm-3)
X1 20 50 3 5 4郾 5 1郾 3
X2 100 300 15 25 6郾 0 0郾 9
171312 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 谢摇 瑾等: 纳板河流域不同土地利用类型土壤质量评价摇 摇 摇 摇 摇 摇
表 2摇 各指标公因子方差及权重
Table 2摇 Communality and weight of indicators for soil quality assessment
指 标
Indicator
有机质
Organic matter
速效钾
Available K
速效磷
Available P
阳离子交换量
CEC
pH 容摇 重
Bulk density
公因子方差 Communality 0郾 827 0郾 556 0郾 867 0郾 711 0郾 620 0郾 681
权重 Weight 0郾 194 0郾 130 0郾 203 0郾 167 0郾 145 0郾 160
2摇 结果与分析
2郾 1摇 土地利用类型对土壤理化性质的影响
8 种土地利用类型中,自然林的土壤有机质含
量最高,转变为农业用地后有机质含量出现不同程
度的降低(表 3). 不同土地利用类型土壤有机质含
量由大到小的顺序为:自然林>亚麻地>茶园>玉米
地>甘蔗地>香蕉地>水稻田>橡胶林. 其中亚麻地、
茶园、玉米地比自然林分别下降了 1郾 4% 、15郾 1%和
20郾 0% ,4 种类型之间有机质含量差异不显著;甘蔗
地、香蕉地、水稻田和橡胶林有机质含量分别比自然
林下降了 46郾 5% 、52郾 8% 、54郾 6%和 57郾 2% .
从整个保护区的平均值来看,土壤速效钾含量
最高的亚麻地是含量最低的水稻田的 1郾 77 倍,各土
地利用类型的土壤速效钾含量变异系数为 36郾 8%
~77郾 2% ,不同土地利用类型间差异没有达到显著
水平.然而调查发现,15 个村寨的自然林土样中,有
10 个自然林土壤速效钾含量低于当地的其他土地
利用类型,有 2 个仅高于水稻田.
4 种主要农地利用类型及自然林的土壤速效磷
含量没有显著差异. 亚麻地和香蕉地显著高于其余
5 种土地利用类型. 不同土地利用类型间土壤 CEC
差异不显著.保护区的土壤 pH 值未受土地利用类
型的显著影响.
在 8 种土地利用类型中,自然林的土壤容重最
低,转变为农业用地后土壤容重均有所升高,其中亚
麻地、玉米地、甘蔗地分别升高了 4郾 6% 、10郾 3% 、
13郾 8% ,与自然林差异不显著;茶园、水稻田、香蕉地
和橡胶林的土壤容重均显著高于自然林,分别提高
了 21郾 8% 、21郾 8% 、26郾 4%和 28郾 7% .从表 4 可以看
表 3摇 土地利用类型对土壤理化性质的影响
Table 3摇 Effects of land use type on soil properties
土地利用类型
Land use type
有机质
Organic matter
(g·kg-1)
速效钾
Available K
(mg·kg-1)
速效磷
Available P
(mg·kg-1)
阳离子交换量
CEC
(c mol·kg-1)
pH 容摇 重
Bulk density
(g·cm-3)
玉 79郾 4依8郾 6a 164依28a 8郾 08依1郾 01bc 15郾 3依1郾 0a 5郾 27依0郾 14ab 0郾 87依0郾 03a
域 63郾 5依8郾 3ab 223依23a 8郾 01依1郾 01bc 14郾 4依0郾 7a 5郾 37依0郾 10a 0郾 96依0郾 04ab
芋 67郾 4依5郾 8a 215依23a 5郾 21依0郾 54c 15郾 5依0郾 7a 5郾 36依0郾 07a 1郾 06依0郾 03bc
郁 36郾 0依3郾 3c 130依13a 8郾 82依1郾 00bc 12郾 5依0郾 8a 5郾 58依0郾 11a 1郾 06依0郾 03bc
吁 34郾 0依1郾 8c 154依34a 5郾 31依1郾 10c 13郾 5依1郾 3a 5郾 36依0郾 11a 1郾 12依0郾 02c
遇 78郾 3依7郾 5a 230依55a 13郾 6依1郾 40a 14郾 8依0郾 6a 5郾 17依0郾 18ab 0郾 91依0郾 07ab
喻 37郾 5依4郾 1c 221依71a 33郾 4依7郾 38a 15郾 3依2郾 0a 4郾 90依0郾 28b 1郾 10依0郾 07c
峪 42郾 5依9郾 1bc 218依49a 9郾 14依2郾 35b 12郾 6依1郾 5a 5郾 18依0郾 16ab 0郾 99依0郾 02ab
玉:自然林 Forest; 域:玉米地 Maize; 芋:茶园 Tea; 郁:水稻田 Paddy;吁:橡胶林 Rubber; 遇:亚麻地 Hemp; 喻:香蕉地 Banana; 峪:甘蔗地 Sug鄄
arcane. 同列不同小写字母表示差异显著 Different small letters in the same column mean significant difference at 0郾 05 level郾 下同 The same below.
表 4摇 土壤理化性质间的 Pearson相关系数
Table 4摇 Pearson correlations between the properties (n=86)
有机质
Organic matter
速效钾
Available K
速效磷
Available P
阳离子交换量
CEC
pH 容摇 重
Bulk density
海摇 拔
Altitude
有机质 Organic matter 1 0郾 206 -0郾 129 0郾 435** -0郾 198 -0郾 617** 0郾 812**
速效钾 Available K 1 0郾 091 0郾 283** 0郾 070 -0郾 002 0郾 230*
速效磷 Available P 1 -0郾 005 -0郾 131 0郾 063 -0郾 222*
阳离子交换量 CEC 1 0郾 210 -0郾 131 0郾 278**
pH 1 0郾 248* -0郾 212*
容摇 重 Bulk density 1 -0郾 489
海摇 拔 Altitude 1摇 摇 摇
* P<0郾 05;** P<0郾 01.
2713 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 22 卷
出,有机质含量与容重呈极显著负相关.
2郾 2摇 不同土地利用类型的土壤质量指数(SQI)
保护区 5种主要土地利用类型的 SQI 大小顺序
为:自然林>玉米地>茶园>水稻田>橡胶林(图 2).与
自然林(SQI=0郾 532依0郾 055)相比,玉米地、茶园、水稻
田、橡胶林的 SQI分别下降了 3郾 0%、9郾 8%、13郾 0%和
21郾 7%,其中自然林和玉米地显著高于水稻田和橡胶
林,茶园显著高于橡胶林,其他二者间没有显著差异.
橡胶林的 SQI平均值在 8种土地利用类型中最低,与
其他利用类型有显著差异(除水稻田外).
2郾 3摇 不同功能区土壤性质及质量指数比较
由表 5 可以看出,自然林、玉米地、茶园、水稻田
4 种土地利用类型的土壤有机质含量均为生产示范
区显著高于交界区和缓冲区,而其他土壤性质各功
能区间没有显著差异(自然林的 CEC 除外);4 种土
地利用类型的土壤质量指数各功能区间也没有显著
差异. 生产示范区各土地利用类型的SQI平均值显
图 2摇 不同土地利用类型土壤质量指数
Fig. 2摇 Soil quality index under different land uses.
玉:自然林 Forest; 域:玉米地Maize; 芋:茶园 Tea; 郁:水稻田 Paddy;
吁:橡胶林 Rubber; 遇:亚麻地Hemp; 喻:香蕉地 Banana; 峪:甘蔗地
Sugarcane. 不同小写字母表示差异显著(P<0郾 05) Different small let鄄
ters mean significant difference at 0郾 05 level.
著高于缓冲区和交界区. 这主要是由于生产示范区
的海拔要显著高于缓冲区和交界区,从而导致其有
机质含量显著高于缓冲区和交界区.
表 5摇 不同功能区土地利用类型对土壤理化性质及土壤质量指数的影响
Table 5摇 Effects of land use type on soil properties and SQI in different function areas
功能区
Function area
土地利用类型
Land use
type
样本数
No郾
有机质
Organic matter
(g·kg-1)
速效钾
Available K
(mg·kg-1)
速效磷
Available P
(mg·kg-1)
阳离子交换量
CEC
(c mol·kg-1)
pH 容 重
Bulk density
(g·cm-3)
海 拔
Altitude
(m)
土壤质量指数
SQI
缓冲区 玉 3 36郾 4依9郾 2c 157依72a 7郾 62依0郾 40a 11郾 53依1郾 48b 5郾 55依0郾 60a 0郾 92依0郾 06a 901 0郾 474依0郾 07a
Buffer zone 域 2 31郾 8依1郾 4b 248依158a 12郾 2依7郾 5a 12郾 63依1郾 34a 5郾 77依0郾 85a 1郾 03依0郾 14a 844 0郾 484依0郾 025a
芋 2 46郾 3依1郾 4b 202依57郾 4a 7郾 12依3郾 04a 13郾 43依1郾 00a 5郾 16依0郾 21a 1郾 11依0郾 14a 1038 0郾 410依0郾 015a
郁 2 29郾 2依5郾 8b 154依90郾 2a 9郾 97依0郾 35a 13郾 09依6郾 22a 5郾 61依0郾 21a 1郾 04依0郾 07a 969 0郾 445依0郾 120a
吁 3 36郾 8依7郾 2 93郾 0依56郾 8 5郾 03依2郾 87 17郾 03依6郾 49 5郾 49依0郾 65 1郾 10依0郾 12 791 0郾 379依0郾 065
平均 Mean 12 36郾 2依7郾 7b 163依88a 8郾 05依3郾 73a 13郾 67依4郾 06a 5郾 52依0郾 51a 1郾 02依0郾 10ab 908依98b 0郾 433依0郾 078b
交界区 玉 4 73郾 1依27郾 8b 164依119a 10郾 9依6郾 9a 14郾 71依3郾 16ab 5郾 25依0郾 80a 0郾 92依0郾 17a 1056 0郾 520依0郾 145a
Intersection zone 域 5 41郾 6依23郾 6b 224依101a 8郾 02依4郾 00a 16郾 02依2郾 22a 5郾 47依0郾 35a 1郾 01依0郾 22a 913 0郾 478依0郾 094a
芋 3 46郾 2依23郾 0b 246依169a 4郾 11依2郾 03a 14郾 95依1郾 96a 5郾 64依0郾 23a 1郾 05依0郾 06a 1056 0郾 450依0郾 118a
郁 7 31郾 2依10郾 8b 125依50郾 9a 10郾 2依4郾 7a 12郾 81依2郾 93a 5郾 69依0郾 52a 1郾 07依0郾 12a 855 0郾 422依0郾 087a
吁 9 33郾 1依5郾 8 175依130a 5郾 40依4郾 22 12郾 29依3郾 40 5郾 32依0郾 31 1郾 12依0郾 05 752 0郾 356依0郾 109
喻 1 45郾 5 81郾 3 19郾 2 15郾 73 4郾 58 0郾 99 797 0郾 456
平均 Mean 29 41郾 4依20郾 7b 174依111a 8郾 11依5郾 30a 13郾 79依3郾 07a 5郾 43依0郾 48ab 1郾 06依0郾 14a 926依131b 0郾 428依0郾 122b
生产示范区 玉 7 104郾 1依21郾 0a 170依138a 7郾 13依1郾 89a 17郾 58依3郾 62a 5郾 20依0郾 44a 0郾 82依0郾 11a 1746 0郾 576依0郾 084a
Production 域 6 87郾 5依25郾 1a 227依83a 7郾 27依2郾 90a 13郾 08依2郾 36a 5郾 24依0郾 26a 0郾 89依0郾 06a 1647 0郾 558依0郾 060a
demonst鄄 芋 9 81郾 0依17郾 7a 199依64郾 6a 5郾 01依2郾 02a 16郾 76依3郾 32a 5郾 25依0郾 28a 1郾 04依0郾 13a 1596 0郾 505依0郾 084a
ration鄄plot 郁 5 55郾 9依21郾 2a 152依87郾 2a 6郾 27依0郾 92a 12郾 55依2郾 40a 5郾 41依0郾 25a 1郾 07依0郾 11a 1469 0郾 427依0郾 087a
遇 4 88郾 5依8郾 1 284依134 12郾 6依3郾 7 15郾 56依1郾 05 5郾 02依0郾 10 0郾 90依0郾 21 1700 0郾 614依0郾 060
平均 Mean 31 84郾 3依24郾 0a 201依103a 7郾 12依3郾 20a 15郾 40依3郾 38a 5郾 23依0郾 30b 0郾 95依0郾 16b 1614依115a 0郾 536依0郾 102a
保护区外 玉 1 61郾 5 137 4郾 93 13郾 23 5郾 00 0郾 90 1504 0郾 444
Area out of 域 1 56郾 9 178 7郾 96 12郾 04 5郾 28 1郾 03 1627 0郾 459
the reserve 芋 1 60郾 5 176 4郾 59 15郾 08 5郾 41 0郾 94 1497 0郾 486
郁 1 35郾 9 185 6郾 65 11郾 31 5郾 49 1郾 01 1449 0郾 420
遇 2 58郾 0依15郾 5 122依50 15郾 6依2郾 3 13郾 19依0郾 00 5郾 47依0郾 81 0郾 95依0郾 01 1330 0郾 556依0郾 002
喻 2 33郾 5依1郾 6 291依23 40郾 5依4郾 77 15郾 06依4郾 81 5郾 06依0郾 57 1郾 15依0郾 12 596 0郾 500依0郾 052
峪 6 42郾 5依22郾 2 218依119 9郾 14依5郾 76 12郾 60依3郾 69 5郾 18依0郾 39 0郾 99依0郾 06 1374 0郾 463依0郾 085
玉:自然林 Forest; 域:玉米地 Maize; 芋:茶园 Tea; 郁:水稻田 Paddy; 吁:橡胶林 Rubber; 遇:亚麻地 Hemp; 喻:香蕉地 Banana; 峪:甘蔗地
Sugarcane. 同列同一土地利用类型间不同小写字母表示差异显著(P<0郾 05) Different small letters of the same land use type in the same column
meant significant difference at 0郾 05 level.
371312 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 谢摇 瑾等: 纳板河流域不同土地利用类型土壤质量评价摇 摇 摇 摇 摇 摇
3摇 讨摇 摇 论
3郾 1摇 自然林农用后土壤理化性状的变化
自然林土壤表层有机质大多来源于枯枝落物的
分解,并受其分解速率制约[24] .自然林林分复杂,不
同种类的植物每年有规律的向土壤返还凋落物,另
一方面,自然林终年较好的郁闭度使林下温度通常
低于外部,有利于有机质的积累. Forrester 等[25]研
究发现,增加物种丰富度,凋落物的量和分解速率都
显著增加.而自然林转变为农业用地后,农地生物类
型单一.同时,农业耕作改变了土壤通气状况,促进
了原有有机质的分解.除茶树、橡胶每年有少量凋落
物返还土壤外,其他作物的地上部一般都被收走.橡
胶林中的落叶由于林中干燥通风,大多仍保持原状,
而其他土壤均裸露.因此,农业用地有机质含量相对
于自然林均较低.亚麻地与自然林的有机质含量接
近,这是由于亚麻地开垦年限较短,烧荒时大量生物
质碳进入到土壤中(一些玉米地也是如此). 由表 4
可以看出,有机质含量与海拔呈极显著正相关.这主
要是因为海拔越高,温度越低,越有利于有机质的积
累;另一方面,海拔影响土地利用类型的分布:如对
热量条件要求较高的橡胶大量分布在海拔 1000 m
以下,而茶园大部分分布在海拔 1400 m 以上. 不同
土地利用类型作物生长所需的自然条件不同,导致
其海拔分布有所差异,从而间接地导致不同利用类
型土壤有机质含量的差异.
土壤速效钾含量受人类活动、成土母质风化和
元素迁移程度的影响[26] . 自然林转变为农用地后,
成土母质风化作用加深,矿物钾的释放增加. 另外,
经济作物施肥后较大的回报率使得自然林农用种植
经济作物后短时期内土壤速效钾含量提高;而农地
较低的覆盖度及保护区大量而集中的降雨使得土壤
中的钾有很大的淋失风险.有研究表明,橡胶种植引
发了强烈的水土流失,单一橡胶园的水土流失及地
表径流是热带雨林的 40 倍[27] .本研究中,虽然不同
土地利用类型下土壤速效钾含量没有显著差异,但
橡胶林的速效钾含量低于除水稻田的其他土地利用
类型.
自然林农用后土壤容重升高,这与邓万刚等[12]
的研究结果一致,可能是随着农业开垦的进行,土壤
有机质来源减少,而当地有机肥施用量普遍不足,导
致土壤团聚结构部分解体;另一方面,农用后人为踩
踏频繁,特别是橡胶林成熟后每年约 8 个月的割胶
期,期间一般每 2 d割胶一次,因此橡胶林土壤容重
最高.亚麻地和玉米地的土壤容重和自然林没有显
著差异,可能与其较短的开垦年限及较高的有机质
含量有关(表 4).
3郾 2摇 不同土地利用类型间土壤质量指数比较
土壤质量指数法通过建立各个元素的评价标
准,利用简单乘法运算计算出土壤质量的大小,每个
元素的权重由地理、社会和经济因素所决定[17] . 本
研究采用土壤质量指数法对纳板河流域自然保护区
进行土壤质量评价,评价结果较适合当地实际情况.
周玮等[28]利用土壤质量退化指数法研究发现,人为
的施肥管理等措施在一定的时间内可以改善土壤的
速效养分含量以及增加土壤酶的活性,但不能从整
体水平上改善人工林及耕地的土壤质量. 尹刚强
等[29]研究表明,林地群落具有较高的物种丰富度与
较好的微生态环境,土壤质量保持较高水平,杉木人
工林土壤质量值较低,与坡度较大的立地条件及锄
抚管理措施有关. 这与本研究结果一致,自然林的
SQI值较高,而分布在低海拔区的人工林橡胶的 SQI
最低.
亚麻地由于开垦时带入大量植物灰烬而使土壤
有机质、速效钾含量远高于其他土地利用类型,而容
重低于其他类型,其 SQI 高于自然林.然而,随着开
垦年限增加,保护区外亚麻地的土壤有机质优势已
很微小,其速效钾含量仅高于缓冲区的橡胶林,其较
高的 SQI主要是速效磷含量异常高的贡献. 保护区
外的香蕉地和甘蔗地的有机质含量同样较低,通过
施肥增加其速效磷、钾的含量提高 SQI(表 5).可以
推测,若非大量的肥料投入,自然林在开垦后不长的
时间内土壤质量就会退化. 而靠某些因子拉升的
SQI可能恰恰掩盖了某些土壤限制因子的存在. 另
外,很多亚麻地立地条件坡度很大,而植被很少,应
通过改进田间管理来减少水土流失. 保护区玉米地
SQI仅次于自然林,这是由于施肥导致速效磷、钾含
量较高,并且由于其开垦年限较短而有机质含量
较高.
前人研究表明,当自然林转变为次生林和农业
耕地后,土壤有机碳、离子交换量明显下降,土壤容
重增加,全磷和速效磷含量则下降不明显[30-32] . 本
研究结果与此基本吻合.自然林转变为橡胶林后,人
类频繁的活动导致土壤有机质来源有限,而通风干
燥的环境也不适合有机质的积累,频繁的割胶、收胶
导致土壤容重增加,因此其土壤质量最差.在田间管
理上施用除草剂和采用锄抚方式,也会造成橡胶林
地被物破坏和土壤翻动,引起土壤有机质和养分含
4713 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 22 卷
量下降,土壤侵蚀加剧,进而导致土壤退化.另外,农
药有机残余物与土壤混合后,土壤微生物活性增强,
部分有机质的分解加速,导致土壤结构性状度差和
土壤密度增加[33] .
与橡胶林相比,茶园的人类干扰活动减少,有机
质与自然林相比没有显著差异.水稻由于长期浸水,
钾的淋失风险最大,而且与其他几种利用类型相比,
其耕作历史最悠久,有的已达数百年,因此其有机质
含量较低.
4摇 小摇 摇 结
自然林经过采伐演变成次生林和农用地后,立
地条件发生改变,与土壤质量关系最为密切的有机
质含量降低,从而导致土壤物理性质和相关的养分
状况变差.特别是自然林转变为农用地后,土壤有机
质有不同程度的下降,而容重均有升高的趋势,在 7
种农用地中橡胶林表现最为明显.
橡胶林是保护区面积最大的农地利用类型,若
其土壤质量持续降低,在经济利益的刺激下,人们必
然会寻找更好的土地来种植橡胶,砍伐自然林烧荒
后种植橡胶正在保护区中的缓冲区内发生.因此,维
持和提高橡胶林土壤质量对缓解当地对森林生态系
统的破坏具有重要意义. 目前最有效的办法是合理
进行田间管理,增加有机肥的施用及林下间作豆科
植物,从而维持土壤生产力,提高土壤质量. 由于不
同作物生长所需的自然条件不同,所以应选择适宜
的海拔种植不同农作物.
致谢摇 纳版河流域国家级自然保护区管理局协助采样及提
供数据,试验中肖双成、施泽升、李志清和侯天才提供帮助,
诚挚感谢!
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作者简介摇 谢摇 瑾,女,1983 年生,硕士研究生.主要从事施
肥与环境质量研究. E鄄mail: jadexiejin@ 163. com
责任编辑摇 李凤琴
6713 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 22 卷