...耕地土壤性状分析——以贵阳市乌当区新场镇杨梅村为例
贵州喀斯特地貌区三种类型耕地土壤性状分析——以贵阳市乌当区新场镇杨梅村为例
张英;卢兰;喻记新
【摘 要】以贵阳市乌当区新场镇杨梅村为例,初步探究了贵州喀斯特地貌区坡耕地(SF)、缓坡旱地(GF)、水稻田(RF)中耕作层(TS)和底层(SS)土壤的5种理化性状和5种重金属含量.结果表明三种类型耕地的理化性状和重金属含量总体上均有明显差异.具体而言:1)pH变化范围为5.01 ～5.96,RF和SS土壤pH明显较高;2)有机质(SOM)和总氮(TN)含量表现为SF＞ RF＞ GF,总磷(TP)含量为GF＞ SF＞ RF,总钾(TK)含量则为RF＞ SF＞ GF,且SOM、TN和TP在三种耕地中均为TS＞ SS;3)5种重金属在两个土层几乎均呈现出RF＞ SF＞ GF的显著差异,且总体上均在TS层更高;三种耕地的As、Hg、Cr和Pb均属土壤质量第二级标准,而Cd则均超过了第二级标准值,是该村土壤的重金属超标指标.
【期刊名称】《贵州科学》
【年(卷),期】2017(035)005
【总页数】6页(P53-58)
【关键词】喀斯特地貌;耕地类型;土壤;理化性状;重金属
【作 者】张英;卢兰;喻记新
【作者单位】贵州省植物园,贵州贵阳550002;贵州省山地资源研究所,贵州贵阳550002;中国科学院水生生物研究所,湖北武汉430072;中国科学院大学,北京100049
【正文语种】中 文
【中图分类】S153.6
贵州省是我国喀斯特最发育的地区，可溶性碳酸盐岩的出露面积高达13万km2，占全省国土面积的73%[1]。独特的气候条件与地质地貌决定了该地区土壤发育缓慢，土层形成极困难且极易遭到破坏，属于典型的生态脆弱区[2]。土壤是人类赖以生存的宝贵资源，是农业生产的基础。贵州人地矛盾突出，经济相对落后，喀斯特山区林地、草地和陡坡开荒垦殖现象较为普遍，全省土壤面积约为1 600万hm2，耕地面积约为293万hm2，而耕地土壤资源中坡耕地的比例高达47.36%[3]。贵州水热条件优越，适于水稻生长，海拔低于1 500 m的地区广泛分布着155万hm2水稻土(但并非所有的水稻土都种植水稻)[3]。
研究耕地的土壤理化性状及重金属有助于了解土壤生态过程、养分动态变化及肥力、土壤退化、重金属污染等，进而合理改善种植管理和修复土壤生态环境[4]。国内对喀斯特地区土壤理化性质和重金属的报道较多，研究角度主要包括不同耕地利用方式与植被类型[5-11]、不同土壤类型[5，12-13]和不同地区[14]。而对于同一地区(相同的气候、水体与土壤类型)，不同耕地类型土壤的研究则鲜有报道。乌当区位于贵阳市郊区，近年来大力发展以“蔬、果、药、花、畜”五大特产业为主的现代农业，是贵阳市重要的蔬菜、茶园、中药材种植基地[7，15]。随着乌当工农业和城镇化的迅速发展，工业废弃物、生活污水、农业化肥等导致该区土壤(包括耕地)重金属污染呈不断加剧之势[14]。本研究以该区新场镇杨梅村为例(剔除土质、气候条件、耕作习惯等对研究结果的影响)，初步研究了坡耕地、旱地、水稻田三种耕地类型土壤理化性状和重金属含量，同时运用《土壤环境质量标准》的环境质量第二级标准值[16]来评价土壤的重金属含量，研究结果将有助于喀斯特地区土壤污染治理和农业种植中合理管理与调整产业结构。
乌当区位于贵阳丘陵盆地北部(东经106°30′～107°03′，北纬26°33′～26°55′)，属贵阳市新城区，总面积962.4 hm2。该区为喀斯特地貌发育区，喀斯特地貌占总面积的90.6%，以山地、丘陵为主，山间盆地、谷地、洼地也有出现。乌当区处于亚热带常绿阔叶林黄壤带，
主要土壤类型包括黄壤、黄棕壤、石灰土、紫土和冲积土。该区属亚热带季风湿润气候，高原性气候特点明显，冬无严寒，夏无酷暑。光、热、水同季，垂直气候差异明显，年平均降水量1 179.8～1 271.0 mm ，年平均相对湿度78%，年平均气温14.6 ℃，大部分地区可满足农作物一年两熟，蔬菜一年三至四熟的需要。新场镇位于乌当区东北部，是省级科技示范乡，典型的农业乡镇，土壤类型主要是黄壤，耕地面积48 703.95亩，其中水稻田9 608亩，旱地6 060亩，农业人口比例为96%，主要种植玉米、水稻等，近年来积极发展水果、蔬菜、茶叶、中药材等开发性农业。
2.1 采样方法杨梅怎么保存能放时间长一点
采样时间为2016年8月，在杨梅村选取集中连片的坡耕地(SF)、缓坡旱地(GF)和水稻田(RF)作为样地，土壤类型均为黄壤，三种耕地的概况见表1。每种耕地中随机选取3个样点作为重复，用土钻垂直取出耕作层(TS)和底层(SS)土样。由于不同类型耕地的土壤深度不同，取样的深度略有差异(表1)。共取样18份，去除植物根系和石块后装袋带回实验室风干、研磨后过筛保存。
2.2 指标测定
分别用电极电位法、重铬酸钾法、凯氏定氮法、氢氧化钠碱熔-钼锑抗比法、火焰光度法测定土壤pH、有机质(SOM)、全氮(TN)、全磷(TP)和全钾(TK)；用微波消解法测定Cr、Cd、Pb、As、Hg含量。
2.3 数据处理
分别用Excel 2007和SPSS 13.0 的Oneway ANOVA进行数据计算与统计分析。
3.1 不同类型耕地土壤的理化性状
三种类型耕地的土壤均呈弱酸性，变化范围为4.98～6.11(图1)。SF和GF的土壤pH在TS(P=0.058)和SS(P=0.789)均无明显差异，但均显著低于RF(P<0.01)。同时，SS土壤pH均高于TS，且在GF和RF中达到显著水平(P<0.05)。
(不同小写字母表示同一土层不同类型耕地的pH有显著性差异(P<0.05)，下同)
不论是TS还是SS，三种类型耕地土壤的SOM、TN、TP和TK均存在一定差异(图2)。具体而言，两个土层的SOM和TK在三种类型中两两间均存在显著差异(P<0.05)。SOM含量变化
范围为21.74 mg/kg～39.57 mg/kg，且在SF最高，GF最低，TK含量变化范围为18.86 mg/kg～31.60 g/kg，其在RF最高，GF最低；TN含量变化范围为1.14 mg/kg～2.34 g/kg，且在GF中显著低于SF和RF(P<0.05)，TP含量变化范围为0.61 g/kg～0.92 g/kg，GF中的TP含量显著高于SF和RF(P<0.001)， 而SF和RF的TN与TP含量均无明显差异(P>0.05)。除了TK，SOM、TN和TP在三种类型耕地土壤的TS均显著高于SS(P<0.05)。
3.2 不同类型耕地土壤的重金属含量及质量分级
三种类型耕地土壤的As、Hg、Cd、Cr和Pb含量见图3，TS和SS土壤的5种重金属含量在不同类型耕地间有明显差异。对于As和Cd含量，TS和SS土壤均呈现出RF最高、GF最低的显著性差异(P<0.05)。Pb含量在不同类型耕地间的变化趋势与As和Cd相同，但SF与GF的Pb含量在两个土层中均无明显差异(P>0.05)。在耕作层，GF和RF土壤的Hg含量显著低于SF(P<0.05)，但前两者间差异不显著(P=0.133)；在底层，RF土壤的Hg含量显著高于GF和SF(P<0.001)，后两者间也无明显差异(P=0.236)。Cr含量在不同类型耕地间的变化趋势与Hg相似，但TS三种不同类型耕地两两间均存在明显差异(P<0.05)。不同土层的重金属含量也有一定差异，总体上5种重金属含量在SS均出现了下降趋势，且显著性差异见于SF的
Cd(P=0.004)、Hg(P=0.038)，GF的Cd(P=0.010)，RF的As(P=0.016)、Cr(P=0.013)、Hg(P=0.001)。
根据《土壤环境质量标准》的环境质量第二级标准值对土壤的五种重金属进行评价，结果表明As、Hg、Cr和Pb在三种耕地中均属第二级标准，而三种耕地的Cd在两个土层均超过了第二级标准值。
4.1 土壤理化性状
土壤pH受气候条件、土壤类型、土地利用方式等的影响。据秦松等[3]报道，贵州省耕地以微酸性为主，占耕地总面积的35.7%，酸性土壤的比例为16.6%。本研究中，不论是TS还是SS，三种类型耕地的土壤pH均为酸性或弱酸性，且RF的土壤pH显著高于SF和GF。张家春等[7]也报道过类似的结果。乌当区的土壤类型主要为黄壤，处于富硅脱铝化阶段，盐基淋失较为完全，因此土壤pH较低[7]。RF土壤较高pH的最主要原因是水稻田长期被水浸泡，酸性被部分中和。GF和RF的SS的pH均显著高于耕作层，这有可能是因为：1)TS有机质较SS丰富，阳离子交换量较大，胶体上吸附的H+和Al3+对OH-的缓冲作用增加，pH下降；2)TS植物根系和微生物较多，产生的有机酸和CO2较多，pH下降[5]。
通常坡耕地意味着更强的水土流失，这会导致土壤养分如氮、磷、钾和有机质的下降，而平地耕地则相反[17]。本研究中，除了TP，SF在TS和SS土壤的SOM、TN和TK含量均显著高于GF和RF，这与多数研究的结果相反[4，18]，这种结果可能是由于SF的坡度较大，难以耕作，对土壤的翻耕程度较低，导致有机质分解慢，且通常SF的肥料使用量更高，因此即使通过水土流失的土壤养分较高，总体而言土壤有机质和养分也高于GF。除去TP，RF的SOM、TN和TK含量在TS和SS中也显著高于GF，这主要是由于RF的土壤透气性较差，有机质和养分分解缓慢。对于TP的不规律性，这可能是由于不同类型耕地磷肥使用量不同，但这需要进一步的研究和证实。
4.2 土壤重金属含量
本研究中Cd在三种耕地中均超出了GB15618-2008规定的第二级标准，而其他四种均未超标，这表明该研究中区域土壤均可能产生Cd污染危害，对农产品的安全性造成一定威胁，但是否会产生实际危害，尚需进一步研究与确定。事实上，乌当区土壤中Cd超标的现象已有报道[12，14-15，19]。舒英格等[19]对该区金华镇农业用地的研究表明Cd、Cr、Hg和As的超标率分别为41.03%、33.33%、29.49%和20.51%，这说明不同喀斯特地区土壤重
金属污染程度的差异性。除了TS的Hg和Cr，三种耕地的两个土层中重金属均表现出RF>SF>GF的明显趋势，这表明RF富集重金属的能力最强，GF最弱。出现这种差异的最主要原因可能是水。稻田长期浸泡在水中，而坡耕地在雨季的强降水作用下与雨水直接作用比缓坡耕地强烈，因此重金属的富集较缓坡耕地严重。
本研究以贵阳市乌当区新场镇杨梅村为例，揭示了贵州典型喀斯特地貌区坡耕地、缓坡耕地和水稻田土壤理化性状和重金属含量的差异性。总体上三种耕地在土壤pH、SOM、TN、TP、TK，及重金属As、Hg、Cd、Cr和Pb含量都呈现出显著的差异性。与许多研究的结果不同的是，该地区坡耕地的养分含量并不低，甚至总体高于缓坡耕地和水稻田。此外，三种耕地中Cd含量均超过了国家土壤质量标准规定的农业用地标准。因此建议：1)在制定喀斯特地貌区农业种植和土壤修复方案时应考虑到不同地区、不同类型耕地的差异，因地制宜。2)应尤其注意土壤Cd含量的超标，在发展新型农业，如无公害、绿农业中，应注意选择Cd或其他重金属达标的耕地，本研究中缓坡耕地为最佳。同时在种植过程中，应注意监测土壤重金属含量，并采取措施降低土壤中Cd等的含量。

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