移土培肥工程对土壤质量的改善研究

时间：2024-05-24

罗文倩，孙家宾，彭朝晖

(成都市农林科学院再生能源研究所，四川成都 611130)

移土培肥工程对土壤质量的改善研究

罗文倩，孙家宾，彭朝晖

(成都市农林科学院再生能源研究所，四川成都 611130)

以重庆市忠县段移土培肥示范区3种典型经济作物为代表的土地利用类型为研究对象，对比分析了移土培肥和未采用移土培肥措施条件下，土壤有机质、全效养分、速效养分、土壤颗粒分布的差异，结果表明：在3种种植模式下，移土培肥措施有效地提高了土壤有机质、全效养分、速效养分的含量，提高幅度分别达到了15.4%～80.9%、6.4%～114.2%、13.7%～77.5%。同时，移土培肥工程措施也有效提高了土壤粘粒在土壤颗粒体积含量中的比例，提高幅度在5.3%～166.2%。因此，移土培肥措施有效地改善了土壤潜在的肥力、土地生产力以及土壤结构，对于改善库区相对贫瘠的土壤质量有积极的作用，而如何加强移土培肥工程措施后续的管理，将其发挥更大的土壤生态-经济效益还有待进一步研究。

移土培肥；土壤颗粒；土壤质量；效应

Abstract： In this study, we selected three representative farmland use types in Soil-Transferring and Muck-Increasing Project (STMIP) demonstration area of Zhongxian county, Chongqing city as the researched objects, and comparatively analyzed the differences in soil organic matter (SOM), total nutrients, available nutrients, and soil particle distribution (PSD) between STMIP treatment and un-STMIP treatment. The results showed that: in the three farmland use types, comparing with un-STMIP, STMIP effectively increased the contents of SOM, total nutrients and available nutrients, and the volume proportion of clay particle in PSD by 15.4%～80.9%, 6.4%～114.2%, 13.7%～77.5%, and 5.3%～166.2%, respectively. Therefore, STMIP effectively improved the potential soil fertility, land productivity and soil structure.

Keywords： Soil-transferring and muck-increasing project; Soil particle; Soil quality; Efficiency

移土培肥工程措施(Soil Transfer and Muck Increase Project, STMIP)主要是一种针对三峡库区表土迁移的工程，将库区淹没线下土壤肥力和土壤质量较好的耕层表土进行移除剥离，然后将其迁移到土壤肥力和质量相对贫瘠的库区非淹没区的土壤耕层的一种表土剥离，迁移以及重新覆盖的工程措施[1-3]。一方面，从土地管理的角度来看，移土培肥工程措施是对库区土地资源的合理保护和高效利用，使其淹没线以下的高质量耕作土层能够发挥应有的生产价值，而避免因淹水作用而导致其应有的经济价值受到损害[4]。另一方面，从土壤改良的技术角度来看，移土培肥工程措施也可以视为一种土壤整治措施，通过直接用高质量的耕层土壤覆盖低质量坡地土壤的方式，相对其他土壤治理措施，能够更加快速、彻底地提高土壤的生态效益[5-12]。

本文以三峡库区忠县段移土培肥实施区为研究对象，选取研究区主要种植的经济作物作为研究的土地利用类型，对比采用移土培肥措施和未采用移土培肥措施条件下，土壤养分、土壤颗粒的差异，及其之间的相关关系，在一定程度上对移土培肥对土壤的生态效应进行了评价，同时也为移土培肥措施治理后合理地选择作物种植及其管理提供了一定的参考依据，最终对优化库区移土培肥措施后的土壤生态-经济效应有益的实践意义。

1 材料与方法

1.1研究区概况

研究区位于重庆市忠县复兴镇天台村和东溪镇双新村，是忠县移土培肥的典型示范区。研究区位于北纬30°15′～30°16′，东经108°04′～108°07′之间，平均海拔高度在221～353 m之间，研究区属于亚热带东南季风山地气候区，年均气温17.2 ℃，年降水量1000～1300 mm，研究区内广泛分布着中性紫色土。

1.2土壤样品采集方法

根据对研究区农户种植模式的实地调查，主要选择3种种植模式的耕地类型(萝卜地、红薯地、玉米地)为研究对象，考察不同种植模式下，移土培肥措施对土壤养分及其颗粒的影响。土壤样本一共分为2类：一类是采取移土培肥措施后(覆土条件下)，萝卜地(L-S)、红薯地(H-S)、玉米地(Y-S)的土壤样本；另一类是未采取移土培肥措施(未覆土条件下)，萝卜地(L-NS)、红薯地(H-NS)、玉米地(Y-NS)的土壤样本作为对照。在2类样本中，相同种植模式的耕作和施肥等管理措施相似，主要的区别就是前者进行了移土培肥的覆土措施，而后者未采取覆土措施。

确定耕地类型之后，主要采集0～20 cm的耕层土壤，采样避开施肥点，并选择一固定点作为采样中心点，根据种植面积的大小，以该中心点为圆心，半径10～20 m的范围内，随机采集5～8个耕层土样，并等量均匀混合为一个重约1 kg的土壤样本[1]，同时剔除土壤样本中的石粒、残根等碎屑物质。土壤样品基本特征具体见表1。

表1 土壤样品基本特征

注：未覆土：未采用移土培肥措施的土地利用类型；覆土3年：采用移土培肥措施且持续3年的土地利用类型。

1.3土壤样品测定方法

主要测定的指标包括土壤有机质、全效养分、速效养分、土壤颗粒。采用重铬酸钾测定土壤有机质(SOM)，分别采用凯氏消化法和碱解扩展法测定土壤全氮(TN)和碱解氮(AN)，采用氢氧化钠熔融法并结合钼兰比色法测定土壤全磷(TP)和有效磷(AP)，最后采用火焰光度计测定土壤全钾(TK)，采用NH4OAC结合火焰光度计测定速效钾(AK)。每个样本的养分测定重复3次，计算平均值[1]。

土壤颗粒测定主要采用Malvern公司的Mastersize 2000激光粒度仪测定土壤颗粒的体积百分比。根据土壤的酸碱性，首先用六偏磷酸钠对土样进行酸碱调试，浸泡20 h，然后依据美国粒径分级标准用超声波对土壤颗粒进行分散5 min，主要测定土壤砂粒(0.05～1.00 mm)、粉粒(0.002～0.050 mm)、粘粒(<0.002 mm)的体积百分含量。

2 结果与分析

2.1土壤养分移土培肥效应特征

2.1.1 有机质移土培肥效应特征通过对比覆土与未覆土条件下，3种不同土地利用类型(萝卜、红薯、玉米)土壤有机质，全效养分以及植物可利用养分的差异，分析土壤养分的移土培肥效应特征。图1显示了土壤有机质的移土培肥效应特征，其中，在萝卜地，虽然采用覆土措施(L-S)比未采用覆土措施(L-NS)的有机质含量增长了15.4%，但是差异显著性不明显，但是在红薯地和玉米地中，采用覆土措施比未采用覆土措施有机质含量分别增长了近81%和50%，且差异显著。

不同小写字母表示差异达到P<0.05的显著水平。下同。

2.1.2 全效养分移土培肥效应特征由全氮、全磷和全钾所构成的土壤全效养分中，不同土地利用类型也表现出不同的移土培肥效应特征。其中，在覆土条件下，萝卜地(L-S)土壤样本的全氮平均含量为6.5 g/kg比未覆土(L-NS)全氮平均含量增加了35.4%；而覆土条件下，红薯地(H-S)土壤样本全氮平均含量为8.1 g/kg，比未覆土(H-NS)全氮含量增加了39.7%。萝卜地和红薯地在覆土条件下，土壤样本平均全氮含量都与相应未覆土条件下的土壤样本全氮含量存在差异显著的特征。而对于玉米地覆土(Y-S)和未覆土(Y-NS)条件，土壤样本全氮含量分别达到了6.4、6.8 g/kg，且差异不显著(图2)。

在全磷的移土培肥效应特征方面，在覆土条件与未覆土条件下，萝卜地土壤样本的全磷平均含量差异不显著，分别为0.75、0.91 g/kg。而对于覆土条件下的红薯地，其土壤样本全磷平均含量显著高于未覆土条件，前者是后者的1.14倍。相似地，覆土条件下，玉米地土壤样本全磷平均含量为1.30 g/kg，比未覆土条件下的玉米地显著提高了62.5%。

对于全钾的移土培肥效应特征，3种土地利用覆土条件的土壤样本全钾平均含量都高于未覆土条件，而且这种差异具有显著性特征。其中覆土条件下的萝卜地、红薯地、玉米地的土壤样本全钾平均含量分别增加了37.8%、23.9%、20.0%。

图2 土壤全效养分移土培肥效应特征

2.1.3 有效养分移土培肥效应特征碱解氮、有效磷、速效钾作为衡量土壤养分的另外一种形式，反映了可以被植物直接利用的养分状态。首先，在覆土条件下，萝卜地土壤样品的碱解氮平均含量达54.5 mg/kg，比未覆土土壤碱解氮平均含量显著增加了25.8%。而红薯地土壤样品碱解氮平均含量在覆土条件下增加效应更加显著，达到了35.2%。对于玉米地土壤样品碱解氮平均含量在覆土和未覆土条件下虽然分别达到了48.1、54.7 mg/kg，但两者之间差异不显著(图3)。

其次，对于有效磷而言，萝卜地，红薯地以及玉米地覆土条件下土壤样本有效磷的平均含量都显著高于各自未覆土条件下的有效磷含量，分别增加了27.7%、77.5%、69.6%，且差异显著。

最后，对于速效钾的移土培肥效应特征中，在覆土条件下萝卜地土壤样品速效钾平均含量为86.2 mg/kg，而未覆土也达到了80.8 mg/kg，两者差异不显著。而在覆土条件下红薯地土壤样本速效钾平均含量为98.6 mg/kg，比未覆土条件下的红薯显著增加了28.4%。而在玉米地速效钾的移土培肥效应更加明显，覆土条件下玉米地土壤样品速效钾平均含量比未覆土显著增加了75.9%。

图3 土壤有效养分移土培肥效应特征

2.2土壤颗粒移土培肥效应特征

通过对比覆土与未覆土条件下，3种土地利用类型(萝卜、红薯、玉米)土壤粘粒、粉粒、沙粒含量的差异，分析了土壤颗粒的移土培肥效应特征。首先，从整体而言，3种土地利用类型在覆土后，土壤粘粒的体积百分比含量都出现了不同程度的增加，从而导致覆土前后粘粒含量出现了一定的差异显著性。其中，萝卜地在覆土后，粘粒体积百分比含量达到了4.06%，与覆土前差异变化不大，只增加了5.3%，而对红薯地，粘粒体积百分比在覆土前后出现了显著增加，从覆土前的6.05%增大到了16.12%；而在玉米地中，覆土后的土壤粘粒的体积含量比覆土前也显著增加了33.7%(图4)。

其次，3种土地利用类型砂粒体积百分比在覆土前后变化并不显著，其中萝卜地覆土后砂粒体积百分含量降低了7.2%，而对于红薯地和玉米地砂砾体积百分含量在覆土后则出现了轻微的增加，分别增加了1.7%、3.6%。

最后，对于不同土地利用类型粉粒体积含量的移土培肥效应也有所不同，其中萝卜地覆土后粉粒的体积含量比未覆土显著增加了29.8%，而对于红薯地和玉米地粉粒的体积含量，未覆土条件下平均值分别为23.5%和24.4%，而覆土条件下相应土地利用类型的粉粒体积含量则分别减少了48.3%和20.2%。因此，移土培肥措施后土壤粘粒和砂粒的平均体积含量得到了不同程度的增加和降低，但是粉粒的变化出现了波动。

2.3土壤养分-颗粒相关分析

表2分析了移土培肥措施与未采用移土培肥措施2种条件下，土壤颗粒与养分的相关关系。从表2可知，在未覆土条件下，粘粒体积含量与有机质，土壤全效养分、有效养分大多表现出显著正相关关系，其中与有机质、碱解氮的正相关关系相对更显著。而砂粒体积含量则与土壤养分呈现出负相关，但是相关关系不显著。另一方面，在覆土条件下，土壤粘粒体积含量与土壤养分的正相关性比未覆土条件更强，且显著性更明显，特别是对土壤有机质、全氮、碱解氮的正相关关系更强。而土壤砂粒体积含量与有机质呈现显著负相关关系。此外，无论是覆土还是未覆土条件下，土壤粉粒体积含量与有机质、全效养分、速效养分都没有表现出显著的正相关关系，其与土壤养分的相关关系强度介于土壤粘粒和土壤砂粒之间。

图4 土壤颗粒移土培肥效应特征

处理土壤颗粒有机质全氮全磷全钾碱解氮有效磷速效钾未覆土粘粒0.689**0.5120.4430.642*0.621**0.3430.228粉粒0.3110.4110.2850.1120.2310.1110.081砂粒-0.433-0.342-0.2560.124-0.223-0.411-0.511覆土3年粘粒0.766**0.632**0.522*0.4350.672**0.531*0.333粉粒0.3450.3320.4140.1210.2220.3610.062砂粒-0.555*-0.412-0.311-0.128-0.222-0.0240.092

注：*、**分别表示相关性达到P<0.05、P<0.01的显著水平。

3 结论

通过对重庆忠县移土培肥示范区土壤样品的采集、测定和分析，主要从土壤2个重要的理化性质为切入点，评估了土壤养分以及颗粒的移土培肥效应特征。对于以萝卜、红薯、玉米为主要种植模式的土地利用类型而言，采用覆土措施的移土培肥工程措施在不同程度上都提高了土壤有机质、全效养分、有效养分的含量，对于土壤肥力重要的评价指标土壤有机质而言，其提高的幅度在15.4%～80.9%之间，作为代表土壤潜在肥力的关键要素之一的土壤全效养分也在采用移土培肥措施后增加了6.4%～114.2%，而可以作为直接被作物利用的有效养分，移土培肥的覆土措施也将其提高了13.7%～77.5%。因此作为一种改善土壤肥力的重要人为措施，移土培肥工程对补充作物养分，保持稳定持续的土壤肥力以及改善土壤潜在的生产力有着重要的生态意义和经济价值。

同时，移土培肥对于土壤固相物质的改善，特别是土壤粘粒体积百分比的提高也在对比分析中有所发现，在通过对比土壤颗粒的移土培肥效应特征中，粘粒体积百分比提高的幅度达到了5.30%～166.3%。粘粒比例的提高不单单为土壤养分的蓄积提供了重要的载体保障，同时也有效地改善了土壤结构，提高了土壤水分的有效涵养以及土壤空气的合理流动，为植物吸收稳定、均匀、充足的养分提供了一个合理的环境。也可以有效地抑制土壤侵蚀、水土流失等极端生态水文现象的发生。

实际上，移土培肥措施为土壤颗粒与养分构建了一个相对高效的耦合平台，使得土壤的理化性质通过人为干扰得到进一步的调整和优化，从长远的角度看，移土培肥措施是对土地生产力以及表土资源进行了调控和二次分配，在一定程度上整合了土地资源的生态和经济效应，在理论和实践中都有比较广阔的发展前景。

此外，“移土”的工程措施和“移土”之后的“培肥”措施实际上是一个不可分割的整体，因此，根据不同作物的生理生态特征采用不同的耕作措施和养分管理是“培肥”的核心，也是发挥移土培肥措施效果的关键，因此如何避免只重视“移土”而忽视后期的“培肥”，如何有效地对移土培肥措施后期的管理还需要进一步的研究。

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