不同农业土地利用方式对土壤水分物理性质及贮水能力影响研究.pdf
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1、112 萍乡学院学报 2023 年 第 40 卷第 3 期 萍乡学院学报 2023 年 6 月 Vol.40 NO.3 Journal of Pingxiang University Jun.2023 不同农业土地利用方式对土壤水分物理性质及贮水 能力影响研究 郭 琴,李 奕,李祥余,王海舟,徐国斌(萍乡学院 材料与化学工程学院,江西 萍乡 337000)摘 要:为探究不同农业土地利用方式对土壤水分物理性质的影响,选取撂荒地、水稻田和旱田三块样地作为试验地,采用环刀法进行土壤水分物理性质的测定。结果表明,不同农业土地利用方式下 050 cm 土层土壤含水量平均值大小表现为:水稻田(484.05
2、54.66 g/kg)旱田(411.8726.47 g/kg)撂荒地(257.4940.00 g/kg);土壤容重平均值大小表现为:撂荒地(1.3450.156 g/cm3)水稻田(1.2930.172 g/cm3)旱田(1.1390.065 g/cm3);土壤总孔隙度平均值大小表现为:旱田(57.011.48%)水稻田(48.304.52%)撂荒地(46.610.47%);土壤最大蓄水量平均值大小表现为:旱田(570.0914.76 t/hm2)水稻田(483.0245.17 t/hm2)撂荒地(466.094.72 t/hm2),土壤毛管蓄水量与土壤最大蓄水量变化规律一致。可见,旱田的土壤
3、结构及土壤蓄水能力均好于撂荒地和水稻田,一定程度的农业活动,将有助于改善土壤的结构及提高土壤贮水能力。关键词:农业土地;土地利用方式;土壤水分物理性质 中图分类号:S151.9+2 文献标志码:A 文章编号:2095-9249(2023)03-0112-05 土壤是人类赖以生存、发展及植物生殖、生长的必须物质基础,也是陆地生态系统物质循环、能量流动等生态过程实现的重要场所,发挥着至关重要的作用1。研究土壤的水分物理性质特征,对于了解土壤水热条件和通气状况都有很大效益,它不仅反映出各种土壤成土作用的综合影响的实质,而且与植物的恢复、重建和提高生产力都密切相关2。土地利用/土地覆被变化是全球变化研
4、究的热点问题之一3,土地利用方式的不同可改变土地覆被状况,并影响许多自然现象和生态过程变化,如土壤水分、土壤侵蚀、土地生产力、生物多样性等4-7。土地利用与管理很大程度上影响土壤水分物理性质的时空变化810。本文选取了撂荒地、水稻田和旱田为研究对象,对其土壤的水分物理性质及贮水能力特征进行分析研究,揭示了不同农业土地利用方式下土壤贮水能力变化规律,以期为该地区农业土地的科学布局及管理提供科学依据。1 材料与方法 1.1 研究区概况 研究区位于萍乡市芦溪县,地跨东经 11355至11416,北纬 2725至 2747之间,全境之内,东南部为山岭,北部和西部为丘陵。该区气候类型为亚热带湿润性季风气
5、候,气候温和,光照充足,四季较为分明,雨量充沛,年均降水量 1621.8 mm,全年无霜期 270 天左右,年平均气温 17。区域土种为石灰泥,属红壤亚类灰红土土属,其母质为石灰岩风化的坡残积物,所取土样显示为红壤的特征。境内各类自然资源丰富,矿产资源以煤炭、瓷土、石灰石、石英砂为主,储量十分丰富。其森林覆盖率达 62.7%,森林资源以松、杉、竹为主。本研究选取不同农业土地利用方式下的块样地(撂荒地、水稻田和旱田)作为研究对象。撂荒地植被稀少,长有零星草本植物;水稻田开垦时间达 10 年以上,多年均种植水稻,现处休耕状态,主要覆盖植物为白茅草;旱田目前种植茄子、辣椒和大豆等。1.2 样品采集方
6、法 于 2020 年 6 月在研究区内选取典型三块实验样地(撂荒地、水稻田和旱田)进行取样,每块样地内随机选取 3 个采样点,挖土壤剖面,按照机械分层方法,将土壤分为 010 cm、1020 cm 和 2050 cm 三个层次,用 100 cm3体积环刀和铝盒取原状土,取样后当天带回实验室立刻进行称重与实验分析。投稿日期:2022-10-13 基金项目:江西省教育厅科学技术研究项目“不同土地利用方式对农用地土壤重金属、氮和磷空间分布的影响与生态风险评价”(GJJ202703)作者简介:郭琴(1999),女,江西萍乡人,2018 级环境生态工程专业本科生,研究方向:恢复生态。通信作者:李奕(19
7、86),男,江西萍乡人,博士,讲师,研究方向:恢复生态和森林生态,E-mail:。第 3 期 郭琴,等:不同农业土地利用方式对土壤水分物理性质及贮水能力影响研究 113 1.3 研究方法 土壤调查采用剖面法,在各标准地选取有代表性样点,分别按 010 cm,1020 cm 和 2050 cm 取样。用烘干法测定土壤含水量,用环刀法测定土壤容重、孔隙度等物理性质11。土壤最大蓄水量和土壤毛管蓄水量计算公式为12:,式中:Wt为土壤饱和蓄水量(t/hm2);Wc为土壤毛管蓄水量(t/hm2);Pc为土壤毛管孔隙度(%);Pt为土壤总孔隙度(%);h 为土层厚度(m)。2 结果与分析 2.1 不同农
8、业土地利用方式土壤含水量特征 土壤水分是土壤植物大气连续体的一个关键因子,是土壤系统养分循环和流动的载体,它不但直接影响土壤的特性和植物的生长,而且间接影响植物分布和在一定程度上影响小气候的变化13。不同农业土地利用方式土壤含水量特征如图 1 所示。图 1 不同农业土地利用方式土壤含水量特征 由图 1 可知,撂荒地、水稻田和旱田土壤含水量均随土壤深度的增加呈减小的趋势。010 cm 土层,土壤含水量大小表现为:水稻田(535.5296.66 g/kg)旱田(441.043.65 g/kg)撂荒地(299.8313.22 g/kg)。1020 cm 土层,水稻田土壤含水量最大,其值为489.96
9、97.26 g/kg;撂荒地土壤含水量最小,其值为252.3027.68 g/kg。2050 cm 土层,水稻田土壤含水量最大,其值为 426.6892.93 g/kg;撂荒地土壤含水量最小,其值为 220.348.34 g/kg。就 050 cm 土层来看,土壤含水量的平均值大小表现为:水稻田(484.0554.66 g/kg)旱田(411.8726.47 g/kg)撂荒地(257.4940.00 g/kg)。经方差分析,除水稻田与旱田差异不显著(P0.05)外,其余均差异显著(P水稻田(1.2930.172 g/cm3)旱田(1.1390.065 g/cm3)。分析原因可能为,撂荒地长期未
10、耕作,土壤较为板结,加之周边的石英矿采矿废物堆放及其对土壤的压实作用,导致撂荒地土壤容重最大。旱田有农作物种植,农业活动相对活跃,土壤定期翻耕,其土壤容重较小。而水稻田处于休耕时期,土壤中根系较少,导致其土壤容重相对较高。由此可见,农业活动的存在,在一定程度上使得土壤容重变小,土壤结构变好。2.3 不同农业土地利用方式土壤孔隙度特征 土壤孔隙度是土壤结构的重要成分,它能够影响土壤与大气之间、水和气体的交换以及农作物对土壤中水分和养分的吸收,是土壤通气和水分渗透的一个重要指数21。不同农业土地利用方式土壤毛管孔隙度特征如图3 所示。图 3 不同农业土地利用方式土壤毛管孔隙度特征 hPWtt100
11、00=hPWcc10000=0200400600800撂荒地水稻田旱田0-10cm10-20cm20-50cm土壤含水量(gkg-1)0.000.300.600.901.201.501.80撂荒地水稻田旱田0-10cm10-20cm20-50cm土壤容重(gcm-3)020406080撂荒地水稻田旱田0-10cm10-20cm20-50cm土壤毛管孔隙度(%)114 萍乡学院学报 2023 年 由图 3 可知,050 cm 土层范围内,撂荒地土壤毛管孔隙度随着土层深度增加有增大的趋势,即 010 cm土层土壤毛管孔隙度最小,其值为 38.047.69%。水稻田土壤毛管孔隙度随着土层深度的增加呈
12、先增大后减小的趋势,其 2050 cm 土层土壤毛管孔隙度最小,其值为 40.648.13%,1020 cm 土层土壤毛管孔隙度最大,其值为 48.448.88%。旱田土壤毛管孔隙度随着土层深度的增加呈先减小后增大的趋势,其 1020 cm土层土壤毛管孔隙度最小,其值为 51.042.02%,2050 cm 土层土壤毛管孔隙度最大,其值为 56.2814.67%。在 010 cm 和 1020 cm 土层,三种不同农业土地利用方式下土壤毛管孔隙度大小表现为:旱田水稻田撂荒地。2050 cm 土层内,土壤毛管孔隙度大小表现为:旱田(56.2814.67%)撂荒地(45.004.38%)水稻田(4
13、0.648.13%)。整个 050 cm 土层来看,三种不同农业土地利用方式下土壤毛管孔隙度平均值大小表现为:旱田(53.132.77%)水稻田(45.054.00%)撂荒地(42.403.80%)。不同农业土地利用方式土壤总孔隙度特征如图 4所示。图 4 不同农业土地利用方式土壤总孔隙度特征 由图 4 可以看出,在 050 cm 土层范围内,撂荒地和水稻田土壤总孔隙度均随着土层深度增加呈先增大后减小的趋势,即 1020 cm 土层土壤总孔隙度最大,其值分别为 47.061.07%和 51.538.88%。旱田土壤总孔隙度随着土层深度的增加呈先减小后增大的趋势,即1020 cm 土层土壤孔隙度
14、最小,其值为 55.321.27%。整个 050 cm 土层土壤总孔隙度平均值大小表现为:旱田(57.011.48%)水 稻 田(48.304.52%)撂 荒 地(46.610.47%),不 同 层 次 土 壤 总 孔 隙 度 范 围 在43.14%58.03%之间。有学者提出最适合植被生长的土壤总孔隙度为 50%及以上22-23,旱田各土层的土壤总孔隙度均在 50%以上;撂荒地则均低于 50%;而水稻田020 cm 土层的土壤总孔隙度在 50%以上,2050 cm 土层的土壤总孔隙度为 43.147.04%。由此可知,旱田的土壤总孔隙度和毛管孔隙度较高,分析原因可能为水稻田和旱田的农业翻耕活
15、动,一定程度上使土壤孔隙增加,而撂荒地由于受到矿场废物堆放压实的影响较大,导致其土壤总孔隙度最小。2.4 不同农业土地利用方式土壤毛管蓄水量特征 不同农业土地利用方式土壤毛管蓄水量特征如图5 所示。图 5 不同农业土地利用方式土壤毛管蓄水量特征 由图 5 不同农业土地利用方式土壤毛管蓄水量特征图可知,撂荒地土壤毛管蓄水量随着土层深度增加有增大的趋势,即 010 cm 土层土壤毛管蓄水量最小,其值为 380.4276.85 t/hm2,2050 cm 土层土壤毛管蓄水量最大,其值为 450.0143.79 t/hm2。水稻田土壤毛管蓄水量随着土层深度增加呈先升高后降低的趋势,即1020 cm 土
16、层土壤毛管蓄水最大,其值为 484.3788.82 t/hm2,2050 cm 土层土壤毛管蓄水量最小,其值为406.3781.31 t/hm2。旱田土壤毛管蓄水量随着土层深度增加呈先降低后升高的趋势,1020 cm 土层土壤毛管蓄水量最小,其值为 510.4320.20 t/hm2,2050 cm土层土壤毛管蓄水量最大,其值为 562.80146.71 t/hm2。从同一土层深度来看,010 cm 和 1020 cm 土层土壤毛管蓄水量大小均表现为:旱田水稻田撂荒地。2050 cm 土层土壤毛管蓄水量表现为:旱田(562.80146.71 t/hm2)撂荒地(450.0143.79 t/hm
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