土地利用变化对土壤肥力影响研究进展

土地利用变化对土壤肥力影响研究进展

肖　烨

1,2

3

　张于光　张小全　易图永

221

(1湖南农业大学生物安全科技学院,长沙410128;

2中国林业科学研究院森林生态环境与保护研究所,国家林业局森林生态环境重点实验室,北京100091)

摘要:随着人类活动对土地利用的范围不断扩大、强度不断加剧,不同的土地利用方式改变了土壤的理化性质、养分状况、土壤酶活性,进而对土壤肥力造成了不同程度的影响。文中从土壤微生物、养分状况、土壤酶活性和土壤的物理性质4个方面综述了土地利用变化对土壤肥力的影响。关键词:土地利用变化,土壤酶活性,土壤有机质,土壤肥力

中图分类号:S714　　　文献标识码:A　　　文章编号:1001-4241(2007)01-0006-04

ReviewontheInfluenceofLandUseChangesonSoilFertility

XiaoYe1,2

ZhangYuguangZhangXiaoquanYiTuyong

221

(1CollegeofBiosafetyScienceandTechnology,HunanAgriculturalUniversity,Changsha410128,China;

2InstituteofForestryEcology,EnvironmentandProtection,ChineseAcademyofForestry,

theKeyLaboratoryofForestEcologyandEnvironmentofStateForestryAdministration,Beijing100091,China)

Abstract:Landuseisageneralreflectionofthehumanactivitiesofusinglandandthemostexten2sive,directandprofoundinfluencefactorstothesoilfertility.Withtheintensityandamplificationoflanduse,landusechangesimpactsthesoilphysicochemicalproperties,whichdirectlyimpactedthesoilfertility,nutrientstatusandsoilenzymeactivities.Thispaperreviewedtheeffectoflandusechangesonsoilfertilityfollowingthechangesofsoilmicrobe,nutrientstatus,soilenzymeac2tivitiesandsoilphysicalproperties.

Keywords:landusechanges,soilenzymeactivities,soilorganicmatter,soilfertility

　　土地利用是指人类使用土地的方式或目的,

如农业、林业、居住地、草地、湿地、果园等;土地利用变化主要指农业、林业和其他土地管理活动

[1]

对整个景观的改变。土地利用方式的变化以及不同的管理措施等必然会导致土壤性质的变化以及土地生产力的改变。我国是土地利用/覆盖变化巨大的国家,几千年的人类活动使得土地利用方式发生了很大的变化,近些年来又开展了大规模的退耕还林还草工作和天然林保护工程,这些活动无疑导致了土地利用/覆盖发生巨大变化进而影响着许多自然现象与生态过程。土地利用作为人类利用土地各种活动的综合反

3收稿日期:2006-04-21

[3]

[2]

映,又是影响土壤肥力变化最普遍、最直接、最深

[4]

刻的因素。

土地利用变化与土壤肥力关系的研究对于了解生态过程、动态和进行生态系统适应性管理是十分必要的,目前,土地利用变化与土壤肥力的关系已经成为国内外科学家关注的热点之一

[5]

。

1　土地利用变化对土壤微生物的影响

一般而言,生境条件越适宜,土壤微生物种类多样性就越高,即群落的多样性指数可用来衡量其环境的优劣。土壤微生物的多样性除了受土壤本身性质影响外,还受到许多外在因素

[6]

基金项目:国家自然科学基金(40271109)

作者简介:肖烨(1979-),女,硕士研究生,E-mail:xiaoye417@yahoo.com.cn通讯作者:张小全(1965-),Tel:(010)628512,E-mail:xiaoquan@forestry.ac.cn

第1期肖　烨　张于光　张小全等:土地利用变化对土壤肥力影响研究进展7

的影响,其中土地利用及耕作管理方式对土壤微

生物多样性的影响尤为突出,LalR的研究认为,农林混合或混农(多种作物轮作)系统能够增加

[7]

土壤微生物多样性,提高土壤质量。姚槐应等采用碳素利用(BDLOG)和磷酸酯脂肪酸(PLFA)2种方法研究了8种供试红壤微生物群落的功能

利用方式不同,则地表覆盖及人为干扰的程度不同,直接影响土壤养分物质的输入和输出,进而深刻影响土壤的养分贮量和有效性等肥力状况。2.1　对土壤有机质的影响

土壤有机质是反映土壤质量的一个主要属性,其含量是评价土壤肥力和质量的一项重要指标。王清奎等对湖南会同低山丘陵的研究表明,不同土地利用方式对土壤有机质总量有明显的影响,总体上为:林地>农田>竹林,但农田和竹

[18]

林差别较小。傅伯杰等对河北省遵化县近20年土地利用研究结果为,旱地转换为林地土壤有机质提高21%,这是由于林地凋落物量和质量均

[19]

较高且易分解,将养分有效地归还到土壤中。史衍玺等对黄土高原林地开垦后土壤养分的变化研究表明:林地开垦20年后,土壤有机质含量的下降与开垦年限呈指数关系,土壤腐殖质组成

[20]

也随着开垦年限而发生变化。森林植被被农田作物代替后,水土流失加剧,加之施用有机肥不够,入不敷出,导致表层土壤有机质含量下降。同时山地土壤的农业利用在我国土壤利用中占有较大的比重,山地土壤开垦后,由于植被类型和土壤条件的改变,土壤养分的转化过程会发生明显的变化。因此植被和土壤条件的改变是导致山地土壤有机质含量下降的主要因素。2.2　对氮、磷、钾的影响氮、磷、钾是植物的必需营养元素,是土壤肥力的重要物质基础。许多研究表明,耕作可以引起土壤中营养元素水平的降低,张玉斌等对黄土高原泥河沟流域的研究表明,在相同土层,农田

[21]

氮素养分含量比林草地低,尤以表层为甚。刘世梁等研究四川卧龙自然保护区发现,在坡耕地中有机碳、总氮、速效磷和速效钾含量最低,而

[22]

灌丛土壤含量偏高。这是由于在湿润高山地区,气候有利于灌丛的生长,灌丛有着更好的土壤肥力维持功能,可以考虑在退耕条件下实现灌丛种植或次生演替。这些研究表明,土地利用与覆被的变化影响着土壤元素的迁移转化过程。

人为活动也可以造成土壤养分的流失。廖晓勇等探讨三峡库区小流域不同土地利用方式对土壤肥力的影响特征,结果表明,氮、磷、钾养

[23]

分含量为旱地<柑橘园<林地。巩杰等研究了安家坡小流域荒草地、山杏林地、农地、油松林

多样性和结构多样性,2种方法均表明土地利用

[8]

方式能显著影响微生物的多样性。土壤微生物多样性还与覆盖于土壤上的植物群落多样性

[9]

呈正相关,原始森林遭破坏后,土壤放线菌的种类按次生林、荒地、旱地的顺序减少。姜成林等经过20多年的考察发现,在云南省22个地区不同植被的土壤放线菌,以原始森林中的种类最多,平均分离到9个属,很多是罕见菌或称非[11]

常见菌。这是因为表层土壤环境受植被的影响,加上由于植物根系存在而导致的空间异质性,当植被被人为破坏后,可供微生物利用的各种资源不足,不能满足各种微生物的生存需求,因此微生物的多样性受到严重影响。

通过对土壤中微生物数量的测定,也可以了解土壤的肥力状况。郑华等研究了不同森林恢复类型与方式对南方红壤丘陵区退化生态系统土壤微生物群落的影响,得出4种森林恢复类型土壤微生物生物量碳和细菌数量差异显著,2项指标均以天然次生林土壤最高,人工林次之,荒地最差。这是因为人工林的水土流失较自

[14]

然恢复的天然次生林严重,人工抚育后则更为严重,从而加剧了作为土壤微生物群落碳源的土壤有机质和土壤营养元素的流失,使土壤微生物生存的环境条件受到影响,因而人工林土壤微生物量和细菌数量相应减少。章家恩等研究不同土地利用方式下土壤微生物的总量,结果为干鱼塘底泥>菜地>水稻田>果园>粮作旱地>

[15]

荒草地。这是由于菜地、果园等土壤养分比旱地、荒草地丰富,土壤环境状况(如通气透光)较好,各类微生物都能很好地生长,因而其微生物总数较高。

[13]

[12]

[10]

2　土地利用变化对土壤养分的影响

土壤养分是土壤肥力的重要标志,土壤有机质和氮、磷、钾是养分的重要组成部分。土地利用变化对土壤养分变化有着明显的影响。土地

8世　界　林　业　研　究第20卷

地、灌木林地、弃耕地等地类的土壤养分特征,主

要表现在农用地的全氮、全磷、速效磷、速效钾等各种养分含量均为最低,这说明植被恢复有一定

[24]

的土壤培肥作用。因此,有必要进一步增强对土地合理的人为干扰,如耕作中加强水土保持措施和加大有机肥的施入量。人工灌木植被对土壤的培肥作用高于乔木植被;农地弃耕(撂荒)有一定的土壤培肥作用,尤其对水土流失极为严重的黄土丘陵沟壑区来说。在退耕还林还草时应优先考虑恢复灌木和草本等先锋植被;在土壤质量改善到一定程度时,再进行乔木的间植;农地弃耕是一种节省人力物力而其生态环境效应又很好的双赢途径。

研究了西俄勒冈地区森林砍伐后,不同耕作方式对密实土壤的影响,开始的前4年与修复的土壤相比,10～60cm土层中的磷酸酶活性显著下降,10～20cm土壤中各种测定的酶活性(磷酸酶、酰胺酶、脱氢酶和芳基硫酸酶)都受到抑制,抑制程度从41%到75%不等,因此,将土壤生物学指标,如土壤酶活性,提供给森林管理者,以判别不同的管理措施对土壤质量的可能影响,以便及时采取有效措施,提高土壤的性能。

[32]

4　土地利用变化对土壤物理性质的影响土壤体积质量、孔隙度、渗透率和颗粒组成是土壤物理性质的重要指标。土地利用对表层土壤物理性质影响明显,如廖晓勇等研究三峡库区小流域3种不同土地利用方式得出,土壤体积质量由大到小的顺序为旱地、柑橘园、林地,土壤颗粒组成中[33]

序为林地、柑橘园、旱地。这均反映了土壤的肥力状况,因为土壤体积质量与土壤有机质含量

[34]

呈负相关关系,而[35]

3　土地利用变化对土壤酶活性的影响土壤酶是土壤的组成成分之一,数量虽少,但作用很大,是表征土壤肥力的一个重要指标。

土地利用变化可能改变森林植物群落结构、土壤生物区系、土壤水热状况和土壤理化性质等,从而对森林土壤酶活性产生深刻影响。例如,植被扰动,尤其是森林生态系统转变成农业生态系统,将导致土壤生态退化,土壤β-葡萄

[25,26]

糖苷酶和磷酸单脂酶降低。间伐等人工措施因其改变了林下生境的光热条件,土壤酶活性升高,施肥管理也会导致森林土壤酶活性的变[27,28]化。此外,Prietzel等发现,施用(NH4)2SO4后,挪威云杉(Piceaabies)林下土壤芳基硫酸酯酶活性降低。Clarholm等研究表明,施用化学肥料后,云杉林腐殖质层酸性磷酸酶活性发生明

[30]

显改变。黄承才等研究浙江会稽山主要人工林得出,人为干扰较少的马尾松林的过氧化氢酶、脲酶与土壤肥力呈显著或极显著相关;而人为干扰比较大的茶园和毛竹林土壤酶活性与土

[31]

壤肥力多数不相关。这表明,监测森林土壤酶活性的变化将有助于预见人类活动可能对森林土壤生态系统发展和功能产生的长期后果。

土壤酶活性与土壤耕作方式具有不同的相关性。Gupta和Germida比较了耕作土壤(69a)和与它毗邻的林区土壤,发现耕作抑制了磷酸酶和芳基硫酸酶活性。耕作对土壤生物的影响随耕作方式的不同而不同。森林生态系统中,土壤酶与土壤干扰之间的关系研究的不多。Dick等

[29]

5　结　语

(1)土壤理化性质是影响土壤肥力的内在因

素,是综合反映土壤质量的重要组成。在母质、气候、生物条件基本一致的区域内,土壤性质主要受人类利用活动的影响。植被种类及生长状况、林下植被、凋落物数量及化学组成和人为干扰程度等直接影响土壤理化性质及其有效性。研究表明,林地受扰动少,土壤蓄水和透气性良好,养分含量高;而农田区土壤受施肥、灌溉等农事活动影响大,因经济产出效益不同,农户对土地的劳力与经济投入不同,对土壤肥力影响较大。

(2)林地土壤开垦后其养分状况和酶发生了明显的变化,尤其是土壤有机质呈下降趋势。因此在土地的开发利用上必须针对不同的土壤立地条件及其养分特征进行合理的开发利用。自然土壤的肥力水平较高,要因土因坡、因沟制宜,开展多种经营,一山多用,综合利用,合理开发。

第1期肖　烨　张于光　张小全等:土地利用变化对土壤肥力影响研究进展9

农田土壤要注意养用结合,进行必要的秸秆还田

或退耕还林,防治水土流失,坚持山区生态平衡与经济发展的双赢规则。

总之,要扩大森林面积,尤其是天然林面积,控制水土流失,恢复退化土地,扩大造林或种植长久作物,保护低承载力草地,实行轮作种植,把低产农田变成草地或森林,集约管理农田,实行农林复合、林草复合经营方式。

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