河北省张家口市塞北林区不同土地利用类型土壤养分对比分析

河北省张家口市塞北林区不同土地利用类型土壤养分对比分析

我国北方的农业交错带位于中国东部季风气候和西北干旱地区之间的过渡带。这不仅是中国最敏感的区域土壤条件发展地区，也是土壤退化最严重的区域。相交带的生态具有很强的过渡和动荡。人类的活动使该地区的生态环境容易受到影响和破坏。生态环境具有明显的复杂性和脆弱性。北方的农业交错带位于东南风区的尽头，年降水量变化较大，导致土地利用类型的变化，农业和畜牧业的边界多次变大。北方农牧交错带由于其地理条件的特殊性,广受学者的重视,从多方面探讨北方农牧交错带的可持续发展战略与对策.程序提出北方农牧交错带系统生产力的概念,开拓一种新的思潮,也为提高本区的系统生产力提供了具体的方法.2000年开始的退耕还林还草工程,已产生明显的生态经济效应.然而目前北方农牧交错带仍未能充分发挥对农区应有的生态屏障作用,因长期掠夺式和高强度的土地资源开发,加上极单一性的粮食生产,成为一种特殊的“生态脆弱带”.高明、盛学斌、焦家国等以不同区域为例研究过不同土地利用类型的土壤养分的分布及其对环境的影响.本文中,笔者通过对地处北方农牧交错带中段河北省张家口市塞北管理区不同土地利用类型地块的土壤采样研究,在地方(土地系统)尺度上揭示不同土地利用类型对土壤养分的影响,并以此提出合理利用土地资源的一些建议,以期对北方农牧交错带的土地可持续利用起到借鉴作用.1气候自然条件张家口市塞北管理区(前身为河北省国营沽源牧场)位于河北省坝上高原沽源县北部,北纬41°42′~41°57′,东经115°32′~115°59′,属于内蒙古高原东南缘,自然景观属冷温带半干旱典型草原栗钙土地带.全区地势平坦,具有舒缓丘陵、波状高原的地貌.年平均气温1.4℃,最高气温31.5℃,最低气温-37℃,常年降雨量约350~370mm.年大风日数约65d,风向以西北和偏北风为主.日照时数2939.7h.年不低于10℃的积温约1850℃.年无霜期约100d.自然气候特点是干旱少雨,气温低,无霜期短,日照长,热量资源较缺,大风日数多.全区总面积27000hm2,2007年耕地8374hm2,林地4281hm2,草地11524hm2,总人口24000多人.2土壤养分分析土壤是历史发展的自然体,是农、林、牧业发展的基础.土地利用不仅改变自然景观的面貌,而且改变景观中土地物质循环和能量交换,对区域土地产生深刻的影响.土壤中氮、碳等在水土保持、农业生产力以及全球环境变化研究中起重要作用,土地利用和管理措施极大地影响土壤中这些营养元素的水平.2007年9月底,农作物收获后且牧草近枯黄时,在波状高原典型地方尺度上,在毗邻的或相距不远的自然草地、乔木林地、退耕还灌草地、旱耕地等地块采土样,对采集的土壤样品进行化验分析,对比不同土地利用类型或不同土地利用程度状况的地块土壤养分差异.化验方法:有机质采用油浴加热重铬酸钾氧化-容重法;全氮采用半微量凯式蒸馏法;碱解氮采用1?mol/L氢氧化钠碱解扩散吸收法(康卫皿法);速效磷采用0.5?m碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法;速效钾采用乙酸铵浸提-火焰光度法进行测定.3试验结果和分析从2个角度来比较不同土地利用状况地块下的土壤养分的差异:一是相同土地利用类型、不同覆盖状况的地块;二是不同土地利用类型的毗邻地块.3.1相同土地利用类型和不同覆盖状态下土地的养分比较3.1.1中覆盖草地养分含量与有机积累的关系在坡度约为7°的缓坡地上部低覆盖草地和毗邻其的中部中覆盖草地分别采土样.由表1计算可知中覆盖草地的有机质较低覆盖自然草地高8.75%,全氮高7.1%,碱解氮高11.11%,速效磷低48.84%,速效钾略低.中覆盖草地有机质积累高于低覆盖草地,而氮含量与有机质含量密切相关.土壤的磷含量与土壤母质、有机质、土壤pH等因素有关.研究表明,当pH>7时土壤磷的含量随着pH的增加而降低,表1的中覆盖土壤pH略高于低覆盖土壤pH,因此中覆盖自然草地的磷含量较低.总体上看,牧草地植被覆盖程度越高,土壤的养分含量越高,这也表明自然草地覆被对土壤的保护作用.3.1.2麦高留茬地的推广分别在毗邻的莜麦高留茬地与莜麦秋翻茬地采集土样化验,结果见表2.由表2计算可知,莜麦高留茬地的养分元素普遍高于秋翻莜麦茬地,有机质高7.8%,全氮高18.6%,碱解氮高40%,速效磷高10.5%,速效钾高8.3%.这是2种不同的耕作方式引起的土地质量的差异.莜麦高留茬地是指莜麦收获后不进行秋翻,留麦茬约15cm.据笔者2008年5月末春播前实地观察和实验(另文详细讨论),莜麦高留茬地具有很好的防风固土效果,甚至能拦截、沉积上风向刮来的土壤,使耕作层增厚,可见保护性耕作具有重要的实践意义.3.2不同土地利用类型相邻土壤养分的比较3.2.1长期种植的草地以保护土地在紧邻的自然草地和莜麦地分别采集土样化验,结果见表3.由表3计算可知,自然草地的养分含量要优于多年开垦的旱耕地:有机质高24.9%,全氮高13.6%,碱解氮高45.7%,速效磷高26.3%,速效钾高16.67%.可见,连年耕作会消耗土壤养分,而自然草地具有保持土壤养分的能力.在半干旱典型草原地带适宜生长牧草而不宜大面积连年种植农作物,应提倡草田轮牧,以保护土地.3.2.2农田防护林带乔木林地杨树在造林地的土壤养分分别在自西向东紧邻分布的退耕还灌草地、农田防护林带乔木林地和耕地(油菜茬)采土样,化验结果见表4.由表4可知上述3者土壤养分含量多少的顺序:乔木林地>耕地>退耕还灌草地.乔木林地较耕地:有机质高11.81%,全氮高11.49%,碱解氮高4.8%,速效磷低60%,速效钾高71.4%.耕地总体优于退耕还灌草地:有机质高11.4%,全氮高0.68%,碱解氮高35%,速效磷高150%,速效钾低12.5%.农田防护林带乔木林地(杨树)树龄25a,树高约15m,林带宽约25m,由表4可见,防护林地土壤养分保持较好,而林地较耕地(油菜)速效磷含量低可能是因植物种类不同和耕地施肥所致.采样的油菜地块位于乔木防护林防护下,土地未沙化,加之施肥,因此土壤养分质量尚可.退耕还灌牧枸杞地则为2003年由缺少农田林网防护而沙化的耕地转化而来的,但是约一半以上还灌枸杞因干旱而死亡,在灌木行间是覆盖度约30%的野生杂类草,加之灌木地积累养分速度较慢,因而土壤养分较低.这说明退耕还灌草地应因地因时制宜,选择适当的树种和草种,提高成活率和覆盖度.4多伦河坝上地区不同土地利用结构对土壤养分的分土地利用/土地覆被变化在改变自然景观的同时也影响景观中的物质循环与能量分配,对区域土壤产生深刻的影响.探讨土地利用与土壤养分关系的报道多从景观或区域尺度着手,如刘全友等对多伦县的5种土地利用类型进行分析,并研究不同土地利用结构对土壤有机质、速效磷、速效氮和全氮的影响,为改善生态环境提供科学依据.盛学斌等通过坝上地区两期的土地养分的比较,选取5组变化系列来说明土地利用与覆被变化对土壤养分的影响.本文中,笔者着眼于地方(土地系统)尺度,选取塞北管理区内4组不同土地利用类型的相邻地块,分别对其有机质、全氮、碱解氮、速效磷、速效钾进行对比分析,从小范围上揭示不同土地利用类型对土壤养分的影响.5改变土地按资源投入的布局,恢复重建草原生态系统北方农牧交错带作为将我国东部农区与西部草原牧区分隔开的生态过渡带,自然条件严酷,年降雨量少且年际变异剧烈,是传统种植业的边际地区.由于该区域过度农垦,天然草地面积减少,且草场普遍超载过牧,巨大的人畜压力使生态系统更加脆弱,农牧业产出低下.2000年以来,农牧交错带大范围地实行退耕还林还草工程,目前土地利用和覆被状况已有所改善:林草地面积增加,坡耕地及沙化耕地减少.进一步提高农牧生产力、改善生态条件应从调整土地利用结构入手:改变传统以粮为纲的思想,将以农为主逐步转化为以牧为主,农牧结合,恢复重建草原生态系统,寻求“小面积搞生产、大面积搞生态”的高效而安全的区域土地利用模式.5.1草原生态补偿机制畜牧业是农牧交错带的主导产业,是农民收入的主要来源之一.应加大草原建设力度,防止超载过牧.遏制草原退化,逐步恢复草原生态系统,实行利用与保护并重,保护优先,利用适度.杜绝超载过牧,根据草原退化程度的不同,实行封围禁牧及划区轮牧制度,控制放牧强度,为草地的休养生息提供保证.建立草原生态补偿机制.在半干旱典型草原地带,适宜生长牧草,不宜大面积种植作物,研究表明牧草地土壤养分优于耕地,牧草地土壤养分含量亦随覆盖度的增加而提高.因此,在本区应将以农田为主转为以牧草地为主,进一步巩固提高退耕还林还草成果.积极发展以柠条、沙棘、山杏等为主的灌木林和以羊草、冰草、披碱草、紫花苜蓿、沙打旺、草木犀等为主的多年生牧草种植.5.2开展保护性耕作,保护土壤水权,使耕地休养生息.与其他草调整土地利用结构,要因地制宜,仅保留少部分水土条件较好的土地用作耕地,实行集约经营,精种高产.同时推广草田轮种,使耕地休养生息.加强基本农田与草场防护林建设,发挥其保护作用.保护性耕作是指取消铧式犁翻耕,尽可能保留地表覆盖物(如作物茬)以免耕播种,减少冬春大风对土壤的风蚀,保留土壤自我保护机能和营造机能.研究表明,留茬耕地的土壤养分高于秋翻耕地,保护性耕作有利于土壤养分的保留、防风固土、减轻土壤风蚀,今后应大力提倡保护性耕作方式.5.3健全农田防护林体系,加强抚育.针对农牧半干