河北省張家口市塞北林區(qū)不同土地利用類型土壤養(yǎng)分對比分析

河北省張家口市塞北林區(qū)不同土地利用類型土壤養(yǎng)分對比分析

我國北方的農(nóng)業(yè)交錯帶位于中國東部季風(fēng)氣候和西北干旱地區(qū)之間的過渡帶。這不僅是中國最敏感的區(qū)域土壤條件發(fā)展地區(qū)，也是土壤退化最嚴(yán)重的區(qū)域。相交帶的生態(tài)具有很強的過渡和動蕩。人類的活動使該地區(qū)的生態(tài)環(huán)境容易受到影響和破壞。生態(tài)環(huán)境具有明顯的復(fù)雜性和脆弱性。北方的農(nóng)業(yè)交錯帶位于東南風(fēng)區(qū)的盡頭，年降水量變化較大，導(dǎo)致土地利用類型的變化，農(nóng)業(yè)和畜牧業(yè)的邊界多次變大。北方農(nóng)牧交錯帶由于其地理條件的特殊性,廣受學(xué)者的重視,從多方面探討北方農(nóng)牧交錯帶的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略與對策.程序提出北方農(nóng)牧交錯帶系統(tǒng)生產(chǎn)力的概念,開拓一種新的思潮,也為提高本區(qū)的系統(tǒng)生產(chǎn)力提供了具體的方法.2000年開始的退耕還林還草工程,已產(chǎn)生明顯的生態(tài)經(jīng)濟效應(yīng).然而目前北方農(nóng)牧交錯帶仍未能充分發(fā)揮對農(nóng)區(qū)應(yīng)有的生態(tài)屏障作用,因長期掠奪式和高強度的土地資源開發(fā),加上極單一性的糧食生產(chǎn),成為一種特殊的“生態(tài)脆弱帶”.高明、盛學(xué)斌、焦家國等以不同區(qū)域為例研究過不同土地利用類型的土壤養(yǎng)分的分布及其對環(huán)境的影響.本文中,筆者通過對地處北方農(nóng)牧交錯帶中段河北省張家口市塞北管理區(qū)不同土地利用類型地塊的土壤采樣研究,在地方(土地系統(tǒng))尺度上揭示不同土地利用類型對土壤養(yǎng)分的影響,并以此提出合理利用土地資源的一些建議,以期對北方農(nóng)牧交錯帶的土地可持續(xù)利用起到借鑒作用.1氣候自然條件張家口市塞北管理區(qū)(前身為河北省國營沽源牧場)位于河北省壩上高原沽源縣北部,北緯41°42′~41°57′,東經(jīng)115°32′~115°59′,屬于內(nèi)蒙古高原東南緣,自然景觀屬冷溫帶半干旱典型草原栗鈣土地帶.全區(qū)地勢平坦,具有舒緩丘陵、波狀高原的地貌.年平均氣溫1.4℃,最高氣溫31.5℃,最低氣溫-37℃,常年降雨量約350~370mm.年大風(fēng)日數(shù)約65d,風(fēng)向以西北和偏北風(fēng)為主.日照時數(shù)2939.7h.年不低于10℃的積溫約1850℃.年無霜期約100d.自然氣候特點是干旱少雨,氣溫低,無霜期短,日照長,熱量資源較缺,大風(fēng)日數(shù)多.全區(qū)總面積27000hm2,2007年耕地8374hm2,林地4281hm2,草地11524hm2,總?cè)丝?4000多人.2土壤養(yǎng)分分析土壤是歷史發(fā)展的自然體,是農(nóng)、林、牧業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ).土地利用不僅改變自然景觀的面貌,而且改變景觀中土地物質(zhì)循環(huán)和能量交換,對區(qū)域土地產(chǎn)生深刻的影響.土壤中氮、碳等在水土保持、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力以及全球環(huán)境變化研究中起重要作用,土地利用和管理措施極大地影響土壤中這些營養(yǎng)元素的水平.2007年9月底,農(nóng)作物收獲后且牧草近枯黃時,在波狀高原典型地方尺度上,在毗鄰的或相距不遠的自然草地、喬木林地、退耕還灌草地、旱耕地等地塊采土樣,對采集的土壤樣品進行化驗分析,對比不同土地利用類型或不同土地利用程度狀況的地塊土壤養(yǎng)分差異.化驗方法:有機質(zhì)采用油浴加熱重鉻酸鉀氧化-容重法;全氮采用半微量凱式蒸餾法;堿解氮采用1?mol/L氫氧化鈉堿解擴散吸收法(康衛(wèi)皿法);速效磷采用0.5?m碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法;速效鉀采用乙酸銨浸提-火焰光度法進行測定.3試驗結(jié)果和分析從2個角度來比較不同土地利用狀況地塊下的土壤養(yǎng)分的差異:一是相同土地利用類型、不同覆蓋狀況的地塊;二是不同土地利用類型的毗鄰地塊.3.1相同土地利用類型和不同覆蓋狀態(tài)下土地的養(yǎng)分比較3.1.1中覆蓋草地養(yǎng)分含量與有機積累的關(guān)系在坡度約為7°的緩坡地上部低覆蓋草地和毗鄰其的中部中覆蓋草地分別采土樣.由表1計算可知中覆蓋草地的有機質(zhì)較低覆蓋自然草地高8.75%,全氮高7.1%,堿解氮高11.11%,速效磷低48.84%,速效鉀略低.中覆蓋草地有機質(zhì)積累高于低覆蓋草地,而氮含量與有機質(zhì)含量密切相關(guān).土壤的磷含量與土壤母質(zhì)、有機質(zhì)、土壤pH等因素有關(guān).研究表明,當(dāng)pH>7時土壤磷的含量隨著pH的增加而降低,表1的中覆蓋土壤pH略高于低覆蓋土壤pH,因此中覆蓋自然草地的磷含量較低.總體上看,牧草地植被覆蓋程度越高,土壤的養(yǎng)分含量越高,這也表明自然草地覆被對土壤的保護作用.3.1.2麥高留茬地的推廣分別在毗鄰的莜麥高留茬地與莜麥秋翻茬地采集土樣化驗,結(jié)果見表2.由表2計算可知,莜麥高留茬地的養(yǎng)分元素普遍高于秋翻莜麥茬地,有機質(zhì)高7.8%,全氮高18.6%,堿解氮高40%,速效磷高10.5%,速效鉀高8.3%.這是2種不同的耕作方式引起的土地質(zhì)量的差異.莜麥高留茬地是指莜麥?zhǔn)斋@后不進行秋翻,留麥茬約15cm.據(jù)筆者2008年5月末春播前實地觀察和實驗(另文詳細討論),莜麥高留茬地具有很好的防風(fēng)固土效果,甚至能攔截、沉積上風(fēng)向刮來的土壤,使耕作層增厚,可見保護性耕作具有重要的實踐意義.3.2不同土地利用類型相鄰?fù)寥鲤B(yǎng)分的比較3.2.1長期種植的草地以保護土地在緊鄰的自然草地和莜麥地分別采集土樣化驗,結(jié)果見表3.由表3計算可知,自然草地的養(yǎng)分含量要優(yōu)于多年開墾的旱耕地:有機質(zhì)高24.9%,全氮高13.6%,堿解氮高45.7%,速效磷高26.3%,速效鉀高16.67%.可見,連年耕作會消耗土壤養(yǎng)分,而自然草地具有保持土壤養(yǎng)分的能力.在半干旱典型草原地帶適宜生長牧草而不宜大面積連年種植農(nóng)作物,應(yīng)提倡草田輪牧,以保護土地.3.2.2農(nóng)田防護林帶喬木林地楊樹在造林地的土壤養(yǎng)分分別在自西向東緊鄰分布的退耕還灌草地、農(nóng)田防護林帶喬木林地和耕地(油菜茬)采土樣,化驗結(jié)果見表4.由表4可知上述3者土壤養(yǎng)分含量多少的順序:喬木林地>耕地>退耕還灌草地.喬木林地較耕地:有機質(zhì)高11.81%,全氮高11.49%,堿解氮高4.8%,速效磷低60%,速效鉀高71.4%.耕地總體優(yōu)于退耕還灌草地:有機質(zhì)高11.4%,全氮高0.68%,堿解氮高35%,速效磷高150%,速效鉀低12.5%.農(nóng)田防護林帶喬木林地(楊樹)樹齡25a,樹高約15m,林帶寬約25m,由表4可見,防護林地土壤養(yǎng)分保持較好,而林地較耕地(油菜)速效磷含量低可能是因植物種類不同和耕地施肥所致.采樣的油菜地塊位于喬木防護林防護下,土地未沙化,加之施肥,因此土壤養(yǎng)分質(zhì)量尚可.退耕還灌牧枸杞地則為2003年由缺少農(nóng)田林網(wǎng)防護而沙化的耕地轉(zhuǎn)化而來的,但是約一半以上還灌枸杞因干旱而死亡,在灌木行間是覆蓋度約30%的野生雜類草,加之灌木地積累養(yǎng)分速度較慢,因而土壤養(yǎng)分較低.這說明退耕還灌草地應(yīng)因地因時制宜,選擇適當(dāng)?shù)臉浞N和草種,提高成活率和覆蓋度.4多倫河壩上地區(qū)不同土地利用結(jié)構(gòu)對土壤養(yǎng)分的分土地利用/土地覆被變化在改變自然景觀的同時也影響景觀中的物質(zhì)循環(huán)與能量分配,對區(qū)域土壤產(chǎn)生深刻的影響.探討土地利用與土壤養(yǎng)分關(guān)系的報道多從景觀或區(qū)域尺度著手,如劉全友等對多倫縣的5種土地利用類型進行分析,并研究不同土地利用結(jié)構(gòu)對土壤有機質(zhì)、速效磷、速效氮和全氮的影響,為改善生態(tài)環(huán)境提供科學(xué)依據(jù).盛學(xué)斌等通過壩上地區(qū)兩期的土地養(yǎng)分的比較,選取5組變化系列來說明土地利用與覆被變化對土壤養(yǎng)分的影響.本文中,筆者著眼于地方(土地系統(tǒng))尺度,選取塞北管理區(qū)內(nèi)4組不同土地利用類型的相鄰地塊,分別對其有機質(zhì)、全氮、堿解氮、速效磷、速效鉀進行對比分析,從小范圍上揭示不同土地利用類型對土壤養(yǎng)分的影響.5改變土地按資源投入的布局,恢復(fù)重建草原生態(tài)系統(tǒng)北方農(nóng)牧交錯帶作為將我國東部農(nóng)區(qū)與西部草原牧區(qū)分隔開的生態(tài)過渡帶,自然條件嚴(yán)酷,年降雨量少且年際變異劇烈,是傳統(tǒng)種植業(yè)的邊際地區(qū).由于該區(qū)域過度農(nóng)墾,天然草地面積減少,且草場普遍超載過牧,巨大的人畜壓力使生態(tài)系統(tǒng)更加脆弱,農(nóng)牧業(yè)產(chǎn)出低下.2000年以來,農(nóng)牧交錯帶大范圍地實行退耕還林還草工程,目前土地利用和覆被狀況已有所改善:林草地面積增加,坡耕地及沙化耕地減少.進一步提高農(nóng)牧生產(chǎn)力、改善生態(tài)條件應(yīng)從調(diào)整土地利用結(jié)構(gòu)入手:改變傳統(tǒng)以糧為綱的思想,將以農(nóng)為主逐步轉(zhuǎn)化為以牧為主,農(nóng)牧結(jié)合,恢復(fù)重建草原生態(tài)系統(tǒng),尋求“小面積搞生產(chǎn)、大面積搞生態(tài)”的高效而安全的區(qū)域土地利用模式.5.1草原生態(tài)補償機制畜牧業(yè)是農(nóng)牧交錯帶的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè),是農(nóng)民收入的主要來源之一.應(yīng)加大草原建設(shè)力度,防止超載過牧.遏制草原退化,逐步恢復(fù)草原生態(tài)系統(tǒng),實行利用與保護并重,保護優(yōu)先,利用適度.杜絕超載過牧,根據(jù)草原退化程度的不同,實行封圍禁牧及劃區(qū)輪牧制度,控制放牧強度,為草地的休養(yǎng)生息提供保證.建立草原生態(tài)補償機制.在半干旱典型草原地帶,適宜生長牧草,不宜大面積種植作物,研究表明牧草地土壤養(yǎng)分優(yōu)于耕地,牧草地土壤養(yǎng)分含量亦隨覆蓋度的增加而提高.因此,在本區(qū)應(yīng)將以農(nóng)田為主轉(zhuǎn)為以牧草地為主,進一步鞏固提高退耕還林還草成果.積極發(fā)展以檸條、沙棘、山杏等為主的灌木林和以羊草、冰草、披堿草、紫花苜蓿、沙打旺、草木犀等為主的多年生牧草種植.5.2開展保護性耕作,保護土壤水權(quán),使耕地休養(yǎng)生息.與其他草調(diào)整土地利用結(jié)構(gòu),要因地制宜,僅保留少部分水土條件較好的土地用作耕地,實行集約經(jīng)營,精種高產(chǎn).同時推廣草田輪種,使耕地休養(yǎng)生息.加強基本農(nóng)田與草場防護林建設(shè),發(fā)揮其保護作用.保護性耕作是指取消鏵式犁翻耕,盡可能保留地表覆蓋物(如作物茬)以免耕播種,減少冬春大風(fēng)對土壤的風(fēng)蝕,保留土壤自我保護機能和營造機能.研究表明,留茬耕地的土壤養(yǎng)分高于秋翻耕地,保護性耕作有利于土壤養(yǎng)分的保留、防風(fēng)固土、減輕土壤風(fēng)蝕,今后應(yīng)大力提倡保護性耕作方式.5.3健全農(nóng)田防護林體系,加強撫育.針對農(nóng)牧半干