土地利用方式是人類利用土地各種活動的綜合反映, 包括農業、 林業、 居住地、 草地、 濕地和果園等, 又是影響土壤養分變化最直接、 最深刻、 最普遍的因素[1-2]. 土壤養分是土壤的基本屬性 , 是植物群落的重要環境因子, 在農業生產和科學研究中占重要地位[3]. 土壤養分的高低直接影響著作物生長、 農業生產結構、 布局和效應等方面[4]. 土地利用方式的結構變化會影響土壤養分在生態系統內的循環和分布, 也是引起生態系統退化下, 土壤養分庫降低而空間異質性提高的主要原因[5-6]. 土地利用方式的變化也會導致土地生產力的改變[7]. 在不同生態系統環境下, 土地利用方式與土壤養分相互作用機制還沒有明確定論。 而在紅壤地區, 由于土壤其性質上的酸、 瘦、 粘等弱點, 保肥供肥差,使整個地區農業及經濟受到嚴重影響[8]. 近年來 ,國內外陸續開展了有關不同土地利用對南方紅壤土壤養分影響的試驗研究, 取得了一定的研究效果,但迄今為止, 對于土地利用方式對土壤養分的主要作用機制還需要進一步探討和分析[9]. 筆者總結了近年來國內外相關文獻, 分析闡述各種土地利用條件下土壤物理性質變化及土壤養分變化之間的關系, 以便更好地因地制宜調整生產結構, 在資源開發利用上揚長避短, 減少土壤環境的污染, 降低農用成本。
1 土地利用對土壤物理性質的影響
土壤質量、 顆粒組成、 容重、 孔隙度、 滲透率和貯水量等構成土壤物理性質的重要指標[10]. 土壤物理性質可以反映土壤結構和水文狀況及評價土壤質量, 決定土壤中水、 氣、 熱和生物狀況, 從而影響土壤中植物營養元素的有效性和供應能力[11]. 土地利用對表層土壤物理性質影響明顯, 江恒等[12]指出, 農田與休閑地相比, 土壤容重增加 7.47%, 而孔隙度、 飽和含水量和田間持水量分別下降 2.59、6.04 和 1.90 個百分點 . 單位面積內增加有效大孔隙數目、 大孔隙度及連通性, 可顯著提高土壤入滲性能, 高朝俠等[13]模擬土壤水分及溶質運移, 建立流域水文模型, 以刺槐林地、 草地、 小麥地和蘋果林地為研究, 指出植被恢復可通過植物根系穿插、土壤動物活動等形成大孔隙。 土地利用方式隨土層深度的加深, 土壤儲水量越來越少[14], 程立平等[15]研究得出, 干濕交替層以下深層土壤水分狀況主要受土地利用方式的影響, 水分含水量表現為苜蓿草地>蘋果林地>高產農田>裸地。 不同的土地利用方式, 土壤性質變化較大, 旱地與有林地相比, 旱地的土層和腐殖質層較薄, 顆粒較細, 水穩性團粒較少[16]. 土壤質量退化是由不合理的利用方式造成 ,劉玉等[17]分析研究了重慶市北碚區巖溶槽谷雞公山地區不同土地利用方式, 認為土壤物理性質的變壞與石漠化形成過程有相互促進的正反饋關系。 暴雨加速了水土流失的發展[18], 據統計, 隨著工業的發展, 大量化石燃料燃燒排放出的硫氧化物和氮氧化物與水汽發生化學反應形成酸沉降, 酸沉降的酸雨影響紅壤酸化, 加之不合理的土地利用方式, 導致長江流域以南的紅壤地區水土流失面積嚴重, 年均侵蝕模數達 4 432 t/km2, 土壤流失量就達 15.6 億 t[19-20].
2 土地利用對土壤養分的影響
土壤養分是土壤肥力的重要物質基礎, 一般施肥水平條件下, 植物吸收的氮有 30%~60%, 磷有50%~70%, 鉀有 40%~69%來自土壤 , 土壤養分可以反映土壤對植被提供養分的潛在能力[10,21], 土壤氮、 磷、 鉀含量和有機質以及其動態平衡共同構成了土壤養分的重要指標。 土地利用方式變化對土壤養分變化有著明顯的影響。
2.1 對土壤有機質的影響
土壤有機質是土壤中最活躍的部分, 是土壤養分的基礎, 是衡量評價土壤養分的重要指標之一。
不同土地利用方式引起的土壤有機質含量、 密度及其垂直分布發生了相應的變化, 如有機質含量隨封育、 火燒、 刈割、 刈割除根、 種植牧草、 種植玉米的人為干擾強度增加而減少[22]. 利用方式不同的果園和高投入的玉米地土壤在 0~100 cm 土層中SOC(有機碳)含量均較高, 變化范圍分別為 4.16~10.00和 4.73~9.31 g/kg; 大豆地、 中、 低投入玉米地土壤, 在 0~100 cm 土層中 SOC 含量較低, 變化范圍分 別 為 3.27~7.73、 3.14~8.33、 1.83~7.67 g/kg[23].土壤有機質分解是陸地生態系統碳循環的重要環節,除對土地利用變化十分敏感, 還受溫度和水分的影響, 李杰等[24]研究柑橘園和濕地松人工林的溫度(5、 10、 15、 20、 25 ℃)和水分含量(30%、 60%和90%飽和含水量), 研究結果表明, 柑橘園和濕地松人工林土壤碳礦化速率均與溫度呈正相關, 60%飽和含水量處理下土壤碳礦化速率最高。 而利用13C 穩定同位素示蹤技術探討凋落物對杉木人工林表層(0~5 cm)和深層(40~45 cm)土壤有機碳的分解,結果表明, 杉木人工林中深層土壤有機碳分解速率顯著低于表層土壤, 但其激發效應卻顯著高于表層土壤[25]. 土壤開墾后 , 往土壤添加 2%和 5%的生物炭顯著增加了土壤 CO2(二氧化碳)的體積分數和排放速率[26], 如耕作過程中, 不增施肥料, 土壤有機質將日趨下降, 導致土壤質量退化[27].