摘 要：本文以烏蘭布和沙漠綠洲區(qū)為研究區(qū)，分別對喬木、灌木、農(nóng)田、棄荒地四種土地利用方式下土壤氮素含量進行測定。結(jié)果表明，不同利土地用方式對土壤氮素含量影響很大。（1）喬木林地是堿解氮含量最高，但全氮和有機質(zhì)含量最低的林地；農(nóng)田是有機質(zhì)含量最高，全氮和堿解氮含量稍次的土地；灌木是全氮含量最高，有機質(zhì)、堿解氮含量不算最差的林地；對照棄荒地有機質(zhì)和全氮含量是高于喬木的。（2）堿解氮含量喬木整體稍高于灌木，全氮和有機質(zhì)含量卻相反。故而建議有條件灌溉時，多造喬木林，既可較快改善土壤質(zhì)量，又可防護農(nóng)地；在沙區(qū)干旱條件下，建議推廣對土壤質(zhì)量提高和生態(tài)環(huán)境改善更具潛力的固氮沙生灌木。（3）在0～40cm土層中，各林地間氮素含量有差異。小美旱楊林地有機質(zhì)、全氮、堿解氮含量都是最高的。所選灌木林地的氮素含量都高于棄荒地。旱柳和新疆楊林地全氮和堿解氮含量都比較低。（4）各形態(tài)氮素在不同林地剖面內(nèi)的分異規(guī)律不同。各林地有機質(zhì)含量絕大部分表現(xiàn)為表層高于下層(與荒漠對照相反)，這說明造林對表層有機質(zhì)狀況的改善作用更明顯。
關鍵詞:林地；農(nóng)田；烏蘭布和沙漠；土壤氮素
Soil Nitrogen Characteristics on Farmland and Woodland in the Northeast Sandy Area of Ulanbuh Desert
Abstract: This study investigated the effects of changes in land-use type on soil Nitrogen content in Ulanbuh desert. Four land-use types include forest, Shrub land, farmland, abandoned land. Results show that the effects of changes in land-use type on soil is significant. (1) Land alkali-hydro nitrogen content is the highest, but total nitrogen and organic matter content of forest is the lowest; Soil organic matter of Farmland is the highest, and content of total nitrogen and alkali-hydro nitrogen content of land is good; a Bush was the highest content of total nitrogen, and organic matter and alkali-hydro nitrogen content is not the worst forest, Controls the wasteland nitrogen content and the content of soil organic is higher than the trees. (2) Trees overall alkali-hydro nitrogen levels above the shrubs, but total nitrogen and organic content instead. So suggest that conditional irrigation, planting the arbor can quickly improve soil quality and protection of farmland; in drought sandy area, sandy shrubs of nitrogen fixation with the potential for enhancing soil quality and improving eco-environment should be extended widely.(3) In the 0-40cm in soil, the nitrogen content is different between the woodland. Populus simonii ×(Populus pyramidalis + Salix matsudana) cv. Poplaris trees organic matter, total nitrogen, alkali-hydro nitrogen content is the highest. The nitrogen content of shrub land is higher than the farmland. Populus bolleana Lauche and hankow willow nitrogen fixation is poor. (4) Differentiation rules of the form of nitrogen in different sections of forestland are different. The organic matter content of forest in the surface apparent is mostly higher than in the sub layer. It indicate that forest have an obvious mend effect in surface.
Keywords: woodland; farmland; Ulanbuh desert; soil nitrogen
1 緒論
1.1研究目的與意義
土地資源可以為人類社會提供廣泛的用途。它不僅是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與植物生長的基礎；還是非再生資源儲存和持續(xù)供應的基地，只有加強土地管理，合理利用土地資源，把土地作為重要生態(tài)環(huán)境要素進行保護，保障合理的生態(tài)用地，才能避免土地利用造成生態(tài)環(huán)境破壞。隨著我國社會經(jīng)濟的飛速發(fā)展，人們對土地資源開發(fā)利用的強度越來越大，所面臨的生態(tài)安全問題也越來越嚴重。土地利用結(jié)構(gòu)的變化引起各種土地利用類型種類、面積和空間位置的變化，即導致了各種生態(tài)系統(tǒng)類型、面積和空間分布的變化。土地利用變化過程、規(guī)律以及驅(qū)動因素的分析研究，是生態(tài)環(huán)境變化研究的重要基礎，也是調(diào)控人類行為的科學決策依據(jù)。土地利用變化可以改變土地被覆狀況并影響許多生態(tài)過程，如生物多樣性的分布和地球化學循環(huán)等。合理的土地利用方式可以改善土壤結(jié)構(gòu)，增強土壤對外界環(huán)境變化的抵抗力，不合理的土地利用方式會導致土壤質(zhì)量下降，增加土壤侵蝕，降低生物多樣性。研究不同土地利用方式可以為合理利用土地自然提供科學依據(jù)，使人類獲得生態(tài)經(jīng)濟雙收益。
氮是植物生長發(fā)育必需的三大營養(yǎng)元素之一，也是植物從土壤中吸收量最大的礦質(zhì)元素，它是蛋白質(zhì)、核糖核酸(RNA)等的關鍵成分。土壤氮含量的高低會干擾生物圈物質(zhì)的正常循環(huán)過程,進而影響生態(tài)環(huán)境安全。由于土壤氮含量存在時空分異特征,需比較兩個或多個時相變化才能更好的了解土壤氮含量變化的本質(zhì)和機理。土地利用方式的變化一方面導致進入土壤中的肥料和植物殘體的數(shù)量和性質(zhì)各異；另一方面土壤施肥管理、耕作方式等農(nóng)藝措施的差異，影響土壤氮素的礦化、運輸和植物的吸收與利用，從而導致土壤氮素的差異，引起土壤氮素肥力的不同。土壤有機質(zhì)和氮素是土壤肥力的重要物質(zhì)基礎，對于土壤生產(chǎn)力和土地可持續(xù)利用及環(huán)境保護等方面有著重要作用和意義。研究表明，在氣候和土壤等自然條件基本相同的條件下，土地利用方式對土壤有機碳和全氮及其組分（土壤微生物生物量碳和氮）的含量具有影響[1,2,3]。
烏蘭布和沙漠位于我國西北荒漠區(qū)，自然環(huán)境敏感易變，風蝕強烈，但光熱資源豐富，位于黃灌區(qū)，目前仍有大面積宜耕荒地，占該區(qū)總面積的一半，且地勢平坦，土層深厚，沙丘密度小，平均覆沙厚度30cm，都有引黃灌溉和發(fā)展井灌的條件。所以此處綠洲農(nóng)業(yè)有一定發(fā)展，是在荒漠中可貴的可利用土地，因此怎樣更合理的利用本區(qū)土地成為一個急待解決的課題。本文就以烏蘭布和沙區(qū)磴口縣為研究基地，選擇喬木林地、灌木林地、農(nóng)田、棄荒地四種土地利用方式，研究土地利用方式的調(diào)整對土壤有機質(zhì)及氮素的影響，旨在為烏蘭布和沙漠的土地合理利用提供依據(jù)。
1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
隨著人口迅速增加，人類活動對區(qū)域的影響日益增強，土地利用與土地覆被變化成為當前全球變化研究的熱點問題。土地利用，作為人類利用土地各種活動的綜合反映，會引起許多自然現(xiàn)象和生態(tài)過程變化，因此土地利用方式對土壤理化性質(zhì)的影響這一課題的研究已有很多人在做。
有些單獨研究某一土地利用方式的，探求單一利用方式中何種樹種達到最優(yōu)。有探求灌木林地對土壤理化的影響，如許文強等選擇天山北坡綠洲荒漠過渡帶的3種類型的灌叢為研究對象，研究灌叢土壤資源的聚集效應，結(jié)果表明，灌叢土壤有機質(zhì)、全氮含量在冠幅下最高，其次為灌叢見低矮植物下，灌叢間裸地最低，呈現(xiàn)明顯“肥島”[4]。Whitford等研究認為荒漠中灌木植物的根冠結(jié)構(gòu)及樹葉特征有利于大氣降塵在葉面及枝干表面積累，大氣降塵和植物葉子分泌物中的營養(yǎng)物質(zhì)由樹冠截留的降雨形成的樹干徑流輸送到灌木根系周圍的土壤形成“肥島”[5]。這與蘇永中等的研究一致，同樣研究灌木“肥島”，研究表明灌叢對土壤風蝕物質(zhì)，降塵和凋落物等的截獲，形成灌叢“肥島”，并通過發(fā)達的根系沉積的形式向土壤輸入大量的有機物質(zhì)，從而使周圍土壤的肥力性狀得以改善[6]。因為種植防護林不人為施肥，林木生長所需營養(yǎng)元素主要通過自身生長過程中，代謝物質(zhì)分解形成的灰分元素補充，一般認為種植防護林會導致土壤肥力下降。但在某些地區(qū)卻是相反，阿迪力等一準噶爾盆地新建防護林為研究對象，發(fā)現(xiàn)防護林對土壤肥力起改善作用[7]。
不同地區(qū)，不同土地利用方式對土壤理化性質(zhì)的影響也沒有一個統(tǒng)一的規(guī)律。在黃土高原，喬木灌木混交林是較好的生態(tài)重建和植被恢復方式，粗放農(nóng)耕是土地退化，而摞荒地一定程度上起到培肥作用[8]。李生等在云南石漠化地區(qū)，尹剛強等在湖南地區(qū)得到結(jié)論相同[9,10]。但在城市中，土壤肥力卻是農(nóng)田高于林地，這與城市農(nóng)田耕作方式有密切聯(lián)系，土壤氮含量的變化在不同用地類型之間存在著明顯的規(guī)律,很大程度上歸結(jié)于農(nóng)戶對農(nóng)田的肥料投入、耕作方式和作物吸收的差異[11]。研究區(qū)域土地利用變化受自然因素和人文因素的共同影響,其中自然因素具有相對穩(wěn)定性,社會經(jīng)濟政策因素是區(qū)域土地利用格局變化的直接驅(qū)動[3,11]。自然土壤植被被破壞或轉(zhuǎn)為農(nóng)田，土壤傘氮含量持續(xù)下降，但農(nóng)田化肥和有機肥配施后，土壤全氮含量顯著增加；草地經(jīng)過多年的植被恢復，土壤全氮含量顯著高于農(nóng)田化肥和無肥處理，土壤氮庫儲量顯著提高[1]。
I.Celik等研究對退草還耕和退林還耕進行了研究，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)化為耕地后，原來的草地變得容易遭受侵蝕，草地和林地對土地生態(tài)恢復有積極作用[12]。草地轉(zhuǎn)化為耕地時，耕地0-20cm土層土壤有機質(zhì)庫相對于草地同土層有了明顯減少，減少了49%。0-20cm土層的土壤容重也有很大差別：耕地(1.33Mgm-3),草地(1.19Mgm-3),林地(1.25Mgm-3)。只有林地，0-10cm土層和10-20cm土層的土壤容重不同。0-20cm土層的土壤容重也有很大差別：耕地(1.33Mgm-3),草地(1.19Mgm-3),林地(1.25Mgm-3)。只有林地，0-10cm土層和10-20cm土層的土壤容重不同。
2 研究內(nèi)容與方法
2.1研究區(qū)概況
2.1.1研究區(qū)自然狀況
烏蘭布和沙漠是中國境內(nèi)八大沙漠之一，地處我國西北干旱荒漠區(qū)的東緣，也是中國北方東部季風氣候區(qū)的最西緣，自然環(huán)境敏感而易變。烏蘭布和沙漠綠洲分布于烏蘭布和沙漠東北緣沙區(qū)，其地理位置為106°09′～107°10′E，40°09′～40°55′N，絕大部分隸屬于內(nèi)蒙古西部巴彥淖爾市磴口縣。烏蘭布和沙漠區(qū)內(nèi)固定沙丘、半固定沙丘、丘間低地與流動沙丘相間分布，丘間多分布有粘土質(zhì)平地，是烏蘭布和沙漠中最優(yōu)越的區(qū)域，現(xiàn)許多地方已開發(fā)成為沙漠中的綠洲。氣候終年為西風環(huán)流控制，屬于溫帶荒漠大陸性氣候。氣候干旱，降水稀少，分配不均,降水多集中于6～9月。年均氣溫7.6℃，絕對最高氣溫39℃，絕對最低氣溫－29.6℃。≥10℃的有效積溫為3289.1℃。風沙頻繁，地表風蝕強烈。
土壤表層主要由第四紀河湖沼紅棕色粘土層組成，為中細沙、亞粘土和粘土層的湖相沉積物。全境以風沙土為主，其他土壤類型有鹽土、灌淤土、草甸土、龜裂土、原始沼澤土等。其中，風沙土主要以沙丘形態(tài)分布著。地下水埋深淺，淺層水資源豐富，水質(zhì)良好宜于灌溉。研究區(qū)發(fā)育的自然植被以荒漠植被種類較多，區(qū)內(nèi)植物群落中的建群種均為旱生植物，優(yōu)勢種多半為強旱生植物。常見植物群落類型有油蒿沙質(zhì)荒漠、籽蒿沙質(zhì)荒漠、白刺沙質(zhì)荒漠。人工植被主要由兩部分組成。一部分為綠洲內(nèi)部防護林網(wǎng)、小面積片林和農(nóng)作物，這是綠洲的主體部分，另一部分為綠洲開發(fā)時在綠洲外圍營造的許多固沙林、防護林帶、防護林網(wǎng)等。天然植被以白刺(Nitraria tangutorum)、沙竹(Psammochloa mongolica Hitchc)、沙蓬(A riophyllum squarrosum)、油蒿(A rtemisia ordosica Kraschen.)等居多；在原植被基本一致的基礎上，新造主要人工植被有沙棘(Hippophae rhamnoides L.)、沙棗(Eaeagnus angustifolia L.)、新疆楊(Populus alba L.var.pyramidalis Bunge.)、小美旱(Populus simonii×(Populus pyramidalis+Salix matsudana)cv.Poplaris)等。
2.1.2研究區(qū)社會狀況
實驗區(qū)土地資源廣闊，總面積為32.62×104hm2，占磴口縣土地面積78.3%。其中耕地27.73×104hm2、林地6862.2hm2，牧草地22.98×104hm2。研究區(qū)人均耕地0.75hm2，遠高于全國人均0.07hm2，全部采用黃灌或井灌。研究區(qū)目前仍有宜耕荒地18.58×104hm2，占該區(qū)總面積的57%，且地勢平坦，土層深厚，沙丘密度小，平均覆沙厚度30cm，都有引黃灌溉和發(fā)展井灌的條件。
據(jù)統(tǒng)計，1999年實驗區(qū)人口3.7萬，其中農(nóng)牧民占91.5%，占全縣人口的31.0%，研究區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)為主導產(chǎn)業(yè)，并已有一定基礎，農(nóng)業(yè)水利化程度也較高，耕地、園地和林地共3.5×104hm2，全部采用井灌或黃灌。研究區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總值12877×104元，農(nóng)牧民人均純收入2413元，現(xiàn)已建成蔬菜、瓜果、肉食品、啤酒花、甘草、飼料加工等龍頭項目，帶動了各業(yè)全面發(fā)展，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟高效、快速前進。
2.2 研究內(nèi)容
本文以磴口縣農(nóng)田（苜蓿、籽瓜地、玉米），喬木（旱柳、小美旱楊、新疆楊），灌木（向陽沙棘、向陽沙棗、棕丘沙棘），棄荒地為研究對象，對各個景觀的土地氮素及有機質(zhì)含量特征進行研究。以土壤學為理論基礎，探討土地調(diào)整對土壤氮素及有機質(zhì)影響的規(guī)律：
（1）探討四種不同的土地利用方式對土壤氮素和有機質(zhì)的積累規(guī)律：對四種土地利用方式選取某些植被做代表，對其土壤進行處理分析，對其氮素和有機質(zhì)進行測定
（2）探討各形態(tài)氮素和有機質(zhì)的垂直分布規(guī)律：氮素和有機質(zhì)的垂直變異分析是準確選擇造林樹種和進行合理施肥管理的重要基礎。比較同一植物地不同土壤深度的氮素和有機質(zhì)含量，對作物不同土層對氮素的積累效果進行比評。
（3）對相同土地利用方式不同林地對土地氮素和有機質(zhì)改善規(guī)律探討：對同種土地利用方式不同林地土壤氮素和有機質(zhì)含量進行比較，探求改善土壤氮素含量最顯著的樹種。
2.3研究方法
2.3.1樣品采集
為了減少農(nóng)田施肥帶來的分析誤差，采樣在土壤開凍未施肥以前；喬灌林地按不同樹種進行土樣采集，農(nóng)田分區(qū)域按照不同開墾或耕種年限采集土樣，按“X”型分0～20cm和20～40cm兩層取樣，每層2點混合。以油蒿荒漠3點混合樣為對照。
2.3.2樣品處理
采集的土樣帶回實驗室后及時進行自然風干，以避免發(fā)霉而引起性質(zhì)的改變。具體將土壤樣品平鋪在干凈的紙上，趁半干狀態(tài)時，把土壤壓碎，挑出殘根等雜物，弄成碎塊，攤成薄層放于室內(nèi)陰涼通風處，慢慢風干，可以經(jīng)常翻動，加速其干燥。
將風干后的土樣，碾碎，過2mm的標準篩子。將過篩后的細土反復按照四分法棄取。留下250g左右的土樣，裝袋備用。
根據(jù)不同分析實驗的要求，取出部分過2mm標準篩的土壤樣品，繼續(xù)碾碎，磨細，過0.5mm的標準篩。
2.3.3樣品分析
（1）有機質(zhì)(organic matter)：采用重鉻酸鉀容量法測定。稱取制備好的風干試樣0.5g，置入150mL三角瓶中，加粉末狀的硫酸銀0.1g，然后用自動調(diào)零滴定管，準確加入0.4mol/L重鉻酸鉀-硫酸溶液10mL搖勻。將盛有試樣的三角瓶裝一個簡易的空氣冷凝管，移置已預熱到200～230℃的電砂浴上加熱。當簡易空氣冷凝管下端落下第一滴冷凝液，開始記時，消煮5±0.5min。冷卻后，將試管內(nèi)溶物洗入原三角瓶，總體積控制在60～80mL，加3～5滴菲啉指示劑，用硫酸亞鐵標準溶液滴定剩余的重鉻酸鉀。溶液的變色過程是先由橙黃變?yōu)樗{綠，再變?yōu)樽丶t，即達終點。記錄所消耗硫酸亞鐵體積數(shù)。取0.5g粉末狀二氧化硅代替試樣，其他步驟與試樣測定相同，取其平均值。
土壤有機質(zhì)含量X（按烘干土計算），由式（1）計算：
X= [(V0-V)×C2×0.003×1.724×100]/m……………………（1）
式中：X——土壤有機質(zhì)含量，%
V0——空白滴定時消耗硫酸亞鐵標準溶液的體積，mL
V——測定試樣時消耗硫酸亞鐵標準溶液的體積，mL
C2——硫酸亞鐵標準溶液的濃度，mol/L
0.003——1/4碳原子的摩爾質(zhì)量數(shù)，g/mol
1.724——由有機碳換算為有機質(zhì)的系數(shù)
m——烘干試樣質(zhì)量，g
平行測定的結(jié)果用算術(shù)平均值表示，保留三位有效數(shù)字。
（2）全氮（total nitrogen)：用半微量開氏蒸餾法測定。稱取風干土樣(0.25mm篩)1g克，放入干燥的50mL開氏瓶中，分別加入催化劑1.8g、2mL水和5mL濃硫酸，搖勻。蓋上小漏斗，放在電爐上，開始用小火加熱，然后微消煮，當消煮液呈灰白色時，加高溫度，待完全變?yōu)榛野咨詭ЬG色后，再繼續(xù)消煮1小時，仔細觀察消煮液中及瓶壁是否有黑色炭粒，如有，應延長消煮時間至炭粒消失為止，取下開氏瓶，冷卻。冷卻完全后用去離子水將消化液轉(zhuǎn)移至100mL容量瓶定容，用FIAstar5000流動注射分析儀測定。
用公式（2）計算土壤中全氮含量
N(%in sample)=（C×0.001×0.1/m）×100………………（2）
C——FIAstar獲得的被測液濃度，單位mg/N
m——樣品質(zhì)量，單位g
（3）堿解氮(available nitrogen)：用堿解擴散法測定。稱取通過1mm篩的風干土樣2g和硫酸亞鐵粉劑0.2g均勻鋪在擴散皿外室。在擴散皿的內(nèi)室中，加入2mL2％含指示劑的硼酸溶液，然后在皿的外室邊緣涂上堿性甘油，蓋上毛玻璃與擴散皿邊緣完全粘合，再慢慢轉(zhuǎn)開毛玻璃的一邊，使擴散皿露出一條狹縫，迅速加入10mL1.07mol/LNaOH液于擴散皿的外室中，立即將毛玻璃旋轉(zhuǎn)蓋嚴，在實驗臺上水平地輕輕旋轉(zhuǎn)擴散皿，使溶液與土壤充分混勻，并用橡皮筋固定；隨后小心放入40℃的恒溫箱中。24小時后取出，用微量滴定管以0.005mol/L的H2SO4標準液滴定擴散皿內(nèi)室硼酸液吸收的氨量，其終點為紫紅色。另取一擴散皿，做空白試驗，不加土壤，其他步驟與有土壤的相同。
根據(jù)公式（3）計算土壤中堿解氮的含量
土壤堿解氮=×1000………………………（3）
公式中C——H2S04標準液的濃度,mol/L
V——樣品測定時用去H2S04標準液的體積，mL
V0——空白測定時用去H2S04標準液的體積，mL
14——氮的摩爾質(zhì)量，g/mol
1000——換算系數(shù)
m——土壤重量，g
2.3.4數(shù)據(jù)處理
數(shù)據(jù)用Excel軟件進行處理，并繪制圖表。
3結(jié)果與分析
3.1不同土地利用方式土壤氮素變化特征
地表植被覆蓋越大，土壤表層獲取的光和熱越少，進而增加有機質(zhì)的積累。隨著有機質(zhì)的逐步礦化，N素逐步釋放出來，土壤全氮量提高。因此，有機質(zhì)常常與各形態(tài)的氮素含量具有緊密聯(lián)系。氮素是構(gòu)成蛋白酶的主要成分，在成土過程中由生物的固氮作用積累而成，是評價土壤氮素肥力的一個重要指標。
（1）不同土地利用方式有機質(zhì)變化特征
土壤有機質(zhì)是指土壤中來源生命的物質(zhì)，包括土壤微生物和土壤動物及其分泌物，土體中植物殘體和植物分泌物和腐殖質(zhì)。土壤有機質(zhì)被認為是土壤質(zhì)量一個重要的指示指標,它是土壤養(yǎng)分的源與庫,能改善土壤的物理和化學性狀,促進土壤生物活性。土壤有機質(zhì)是土壤固相的一個重要組成部分，也是土壤營養(yǎng)的的主要來源。土壤有機質(zhì)是反應土壤潛在肥力的主要指標，它是植物N、P、K等營養(yǎng)的主要來源。有機質(zhì)含量不僅取決于自然因素，也取決于人類生產(chǎn)活動，如利用方式、施肥與灌溉等管理措施。分析土壤有機質(zhì)的含量，對于合理利用和改良土壤是十分重要的[11,13,14]。
圖1各土地利用方式有機質(zhì)含量
從圖1可以看出，(Ⅰ)不同土地利用方式下，0～20cm表層土壤有機質(zhì)含量變化次序為：農(nóng)田>灌木林地>喬木林地>棄荒低，表明農(nóng)田、灌木林地有利于提高0～20cm土層有機質(zhì)含量。而在0～40cm土層有機質(zhì)含量變化依次為：農(nóng)田>灌木林地>棄荒地>喬木林地，表明農(nóng)田、灌木林地無論在表層土壤還是整個土層對有機質(zhì)含量都有積累作用。(Ⅱ)0～40cm表層土壤有機質(zhì)含量為1.94～3.07g/kg,變化幅度較小，其中農(nóng)田有機質(zhì)含量最高，這可能是因為農(nóng)田施肥及良好的管理措施等有關。灌木林地的枯落物在土壤動物和微生物的分解作用下形成養(yǎng)分元素進入土壤，從而在一定程度上增加了土壤中有機質(zhì)含量[6,14]。喬木林地的有機質(zhì)含量在表層略高于棄荒地，但整個土層有機質(zhì)含量明顯低于棄荒地，林地有機質(zhì)含量低可能是因為喬木林不人為施肥，林木生長所需要的營養(yǎng)元素主要是通過自身生長過程中，代謝物質(zhì)分解形成的灰分元素來補充。所以種植喬木林會導致土壤肥力下降。
（2）不同土地利用方式氮素變化特征
圖2各土地利用方式全氮含量 圖3各土地利用方式堿解氮含量
土壤全氮包括所有形式的有機和無機氮素，是標志土壤氮素總量和供應植物有效氮素的源和庫，綜合反映了土壤的氮素狀況。從圖2可以看出在0～20cm土層，有全氮含量灌木林地>農(nóng)田>喬木林地>棄荒地，灌木林地在表層聚氮效果最好。但因為裸地植被被人為破壞，缺乏植物蔭蔽，強烈氣象條件增強土壤氮素礦化速率，產(chǎn)生的礦質(zhì)態(tài)氮很容易隨降水滲入到土層深處或隨徑流損失，導致土壤全氮含量低于草地[1]。在整個土層中，全氮含量變化為灌木林地>農(nóng)田>喬木林地>棄荒地，這與有機質(zhì)含量趨勢有相似性，灌木林地和農(nóng)田全氮含量較高，喬木林地全氮含量最低。在風蝕強烈的烏蘭布和沙漠，灌木土壤養(yǎng)分的積累主要是其自身掉落物及對周圍風蝕物質(zhì)的截獲、沉積和分解以及根系的活動，同時一定程度上提高了全氮含量。說明在沙區(qū)極端干旱條件下，供水狀況稍好時，推廣沙旱生灌木對土壤質(zhì)量的提高和生態(tài)環(huán)境的改善最具潛力，特別是具有固氮能力的抗逆沙生灌木樹種。
土壤堿解氮也稱土壤水解性氮或土壤有效氮，它包括無機態(tài)氮和部分有機物質(zhì)中易分解的比較簡單的有機態(tài)氮，是氨態(tài)氮，硝態(tài)氮，氨基酸，酰胺和易水解的蛋白質(zhì)氮的總和。堿解氮的含量和有機質(zhì)含量及質(zhì)量有關，有機質(zhì)含量高，熟化程度高，有機性氮含量也高；反之，有機質(zhì)含量低，熟化程度低，有效性氮的含量也低。堿解氮含量作為植物氮素營養(yǎng)較無機氮有更好的相關性，所以測定堿解氮比測定氨態(tài)氮和硝態(tài)氮更能確切的反映出近期內(nèi)土壤的供氮水平。從圖3可以看出在0～20cm土層，土壤堿解氮變化依次是棄荒地>灌木林地>喬木林地>農(nóng)田。結(jié)合圖2可以看出棄荒地在表土層全氮含量低，但堿解氮含量卻最低，這說明棄荒地表層土壤有機氮的礦化作用明顯，在表層植物可利用的有效氮相對較高，近期土壤供氮能力較好。這是由于棄荒地長期閑置，沒有植物吸收，堿解氮在全氮中含量較高。農(nóng)田表土層堿解氮含量較少主要是因為農(nóng)作物為自身生長對有效氮的吸收利用，農(nóng)田的氮素各個狀態(tài)的含量變受人為因素影響較大，穩(wěn)定性較差。在0～40cm土層，土壤堿解氮含量為喬木林地>農(nóng)田>灌木林地>棄荒地。這說明喬木林地雖說全氮含量低，但堿解氮含量卻相對時最高的，這應該是因為喬木林地的微環(huán)境有利于堿解氮的轉(zhuǎn)化。結(jié)合圖2灌木林地和農(nóng)田雖說堿解氮含量稍微次于喬木林地，但全氮含量較高，這就是說著這些土地中雖說近期內(nèi)可供植物利用的氮量不是最好但土地長期供氮能力還是由于喬木林地和棄荒地的。
3.2土壤氮素的垂直變異
土壤氮素的垂直變異分析是準確選擇造林樹種和進行合理施肥管理的重要基礎。從整體來看，各林地各形態(tài)氮素素在剖面內(nèi)的分異規(guī)律并不一致。
（1）有機質(zhì)的垂直分異
圖4各林地有機質(zhì)垂直分異 圖5各農(nóng)田有機質(zhì)垂直分異
從圖4中，各林地有機質(zhì)在土層內(nèi)的分異規(guī)律并不一致。灌木和喬木中的新疆楊都是表層有機質(zhì)含量大于下層，但棄荒地和小美旱楊表層有機質(zhì)含量低于下層。從圖5中可以看出，農(nóng)作物有機質(zhì)垂直變異規(guī)律也不一致，只有苜蓿地表層有機質(zhì)含量低于下層，其他作物有機質(zhì)含量表層都大于下層。表層土壤有機質(zhì)含量高于下層不僅受植物根系影響，而且受枯落葉及小氣候環(huán)境影響較大有關。土壤養(yǎng)分含量表現(xiàn)為表土層大于下層，反映了植被對土壤養(yǎng)分的表聚效應[7]。
（2）全氮的垂直分異
圖6各林地全氮垂直變異 圖7各農(nóng)田全氮垂直變異
從圖6和圖7中可以看出全氮在土層中的垂直分布情況。對于荒漠對照地而言，各形態(tài)氮素含量均表現(xiàn)為表層明顯低于下層，這是因為對照地屬半流動性沙丘油蒿荒漠景觀，其表層土壤多是由風力客移堆積而成的未經(jīng)熟化(施肥或林地改善)的土壤，其養(yǎng)分含量自然較下層低。
農(nóng)田總體有機質(zhì)含量是表層全都低于下層。而在林地中，只有向陽沙棘、旱柳、新疆楊林表現(xiàn)出了聚氮效應，其他都顯出了與農(nóng)田相同的情況。在農(nóng)田還可以看出上下層全氮含量差值（下土層高出上土層）范圍在0.016g/kg～0.092g/kg，而在林地上下層全氮含量差值是-0.073g/kg～0.094g/kg。
（3）堿解氮的垂直分異
圖8各林地堿解氮垂直分異 圖9各農(nóng)田堿解氮垂直分異
從圖8和圖9中可以看出，對于各林地而言,堿解氮含量絕大部分表現(xiàn)為表層高于下層，但整體差異性顯著。一方面說明造林對沙區(qū)土壤堿解氮狀況的提升表層快于下層,這是因為沙區(qū)造林若干年后，林地土壤基本被固定,表層腐殖質(zhì)等營養(yǎng)源較豐，加之表層土壤較為疏松，水熱條件和通氣狀況較好，有利于微生物活動，從而提升土壤有效養(yǎng)分水平，而下層土壤的這些性狀相對較差,有效氮素含量因此而降低；另一方面說明在惡劣的沙區(qū)生境條件下，造林對土壤氮素的提升(特別是表層土壤)是一個持久性過程。
沒有表現(xiàn)出表聚效應的有向陽沙棘、小美旱楊和玉米，這些土地中表土層堿解氮含量低于下層。各林地堿解氮上下層差值（下層含量高于上層含量）范圍是-14.658mg/kg～8.848mg/kg，農(nóng)田各作物用地堿解氮上下層差值為-17.130mg/kg～6.283mg/kg。
在多種利用方式中，只有旱柳林地、小美旱楊林地、玉米地全氮垂直型和堿解氮垂直型規(guī)律一致。其他土地中堿解氮與全氮分布方式呈相反趨勢，這可能是因為林木對有效氮素的常年消耗，反而促進了難以被植物利用的有機氮轉(zhuǎn)換為容易被植物利用有效氮的過程。
3.3不同林地土壤氮素變化特征
（1）各林地土壤氮素變化特征
圖10各林地有機質(zhì)含量 圖11各林地全氮、堿解氮含量
因為有機質(zhì)與各態(tài)氮素的緊密聯(lián)系，所以，在比較各林地氮素含量的變化時先比較它們的有機質(zhì)含量變化。從圖10中可以看出，在各個林地中小美旱楊的有機質(zhì)含量最高，但喬木與灌木總的來看，顯然灌木林地有機質(zhì)含量較高，這可能是因為灌木一般會有灌叢效應。
從圖11可以看出堿解氮和全氮含量在但趨勢是相同的，和圖10相結(jié)合發(fā)現(xiàn)，全氮含量的變化更貼近有機質(zhì)含量變化。從圖11可以看出在個別樹種林地中如向陽沙棘和新疆楊，全氮含量不高堿解氮含量高，這說明在這些林地中，有機氮的礦化作用受到促進。從圖11總體上看小美旱楊和灌木樹種全氮含量較高，這說明所選灌木和小美旱楊改善土壤氮素狀況的能力好，旱柳和新疆楊相對較差。這可能是因為，一方面沙棗和沙棘是固氮樹種，有利于提高氮素含量；另一方面，測定顯示土壤含水量小美旱(10.48%)相對較高，而新疆楊(6.01%)相對較低。在沙區(qū)干旱條件下，土壤含水量較高更有利于微生物的滋長，進而提高有效氮素含量。需要說明的是，小美旱楊是造林密度較大的多行片狀農(nóng)田防護林，土壤含水量高于2～3行的新疆楊道旁樹[15]。
（2）農(nóng)田氮素變化特征
圖12各農(nóng)田有機質(zhì)含量 圖13各農(nóng)田全氮堿解氮含量
從圖12可以看出農(nóng)田各作物用地有機質(zhì)含量情況，番茄地>苜蓿地>籽瓜地>玉米地>棄荒地。番茄地是蔬菜用地，精耕細作使得土壤有機質(zhì)含量豐富，這也是農(nóng)田有機質(zhì)高于棄荒地的原因。從圖12看出，農(nóng)田全氮含量番茄地>苜蓿地>籽瓜地>玉米地>棄荒地，而堿解氮含量變化依次是苜蓿地>籽瓜地>番茄地>玉米地>棄荒地。番茄地全氮含量最高，意味著土壤氮素總量和供應植物有效氮素的源和庫較大，土壤的氮素狀況豐富，但堿解氮也就是有效氮含量相對卻不是最好的，這說明土壤近期供氮水平不高。不同作物用地的全氮和堿解氮的含量不同于作物自身及植物生長所造成的微環(huán)境有關。這也可以看出種植蔬菜和牧草是本地區(qū)改善土地狀況中農(nóng)業(yè)措施中較好的作物選擇。
4 結(jié)論
（1）本研究區(qū)內(nèi)，在不同的土地利用方式中氮素含量不同。喬木林地是堿解氮含量最高，但全氮和有機質(zhì)含量最低的林地；農(nóng)田是有機質(zhì)含量最高，全氮和堿解氮含量稍次的土地；灌木是全氮含量最高，有機質(zhì)、堿解氮含量不算最差的林地；對照棄荒地有機質(zhì)和全氮含量是高于喬木的。農(nóng)田中土地養(yǎng)分受人為因素作用較大，雖然有機質(zhì)含量最高，但氮素供應能力不是最好的，且它的氮素含量穩(wěn)定性較差，一旦棄耕氮素含量就會變化。綜合講，在沙漠地區(qū)要改善環(huán)境，恢復沙漠生態(tài)，栽植耐旱沙生性的灌木是最佳選擇。
（2）有效氮含量喬木整體稍高于灌木,全氮和有機質(zhì)含量卻相反。故而建議有條件灌溉時，多造喬木林，既可較快改善土壤質(zhì)量，又可防護農(nóng)地；水分條件不好時，大力推廣具有固氮能力的抗逆灌木對土壤質(zhì)量提高和生態(tài)環(huán)境改善更具潛力。
（3）在0～40cm土層中，各林地間氮素含量有差異。小美旱楊林地有機質(zhì)、全氮、堿解氮含量都是最高的。所選灌木林地的氮素含量也都高于棄耕地。旱柳和新疆楊固氮作用明顯較差。
（4）各形態(tài)氮素在不同林地剖面內(nèi)的分異規(guī)律不同。各林地有機質(zhì)含量絕大部分表現(xiàn)為表層高于下層(與荒漠對照相反)，這說明造林對表層有機質(zhì)狀況的改善作用更明顯；灌木中向陽沙棗堿解氮含量表層低于下層，其他兩種表層堿解氮含量高于下層，而全氮含量相反。農(nóng)田中苜蓿地、玉米地堿解氮含量在土層中有顯著差異，但籽瓜地、番茄地沒有；農(nóng)田中全氮含量表現(xiàn)為表層低于下層，這說明耕作主要消耗表層土壤的氮素。
5討論
地表植被覆蓋越大，土壤表層獲取的光和熱越少，進而增加有機質(zhì)的積累。隨著有機質(zhì)的逐步礦化，N素逐步釋放出來，土壤全氮量提高。因此，所研究的各個指標中有全氮含量和有機質(zhì)含量相一致的情況，如，各景觀比較、喬木各樹中比較，這也是通常以全氮含量衡量有機質(zhì)含量的原因。
在多數(shù)同類研究中式農(nóng)田有機質(zhì)含量一般是較低的，如趙仕花等[16]的研究，這是因為闊葉林地凋落物量多，且受人為擾動少，植被覆蓋度和生物量相對較高，土壤有機質(zhì)積累多分解少，所以林地土壤有機質(zhì)含量普遍較高。王清奎等[17]對湖南會同低山丘陵的研究也表明，不同土地利用方式對土壤有機質(zhì)總量有明顯的影響，總體上表現(xiàn)為林地>農(nóng)田>竹林地，但農(nóng)田和竹林地差別較小。農(nóng)田粗放的耕作措施和作物對N的吸收同化作用，是使得農(nóng)田有機質(zhì)含量在土地類型中較低。但本文結(jié)論卻相反，農(nóng)田的有機質(zhì)含量確實最高的，這可能是因為人為因素的影響。研究區(qū)域土地利用變化受自然因素和人文因素的共同影響，其中自然因素具有相對穩(wěn)定性，社會經(jīng)濟政策因素是區(qū)域土地利用格局變化的直接驅(qū)動。這里顯然是人為因素占了決定性因素，因為在研究區(qū)目前仍有宜耕荒地18.58×104hm2，占該區(qū)總面積的57%，且地勢平坦，土層深厚，沙丘密度小，平均覆沙厚度30cm，都有引黃灌溉和發(fā)展井灌的條件；研究區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)為主導產(chǎn)業(yè)，并已有一定基礎，農(nóng)業(yè)水利化程度也較高，耕地、園地和林地共3.5×104hm2，全部采用井灌或黃灌�？梢钥闯鲛r(nóng)田管理較好，因此是因為人工管理使得農(nóng)田土壤結(jié)構(gòu)較好，小氣候環(huán)境優(yōu)越，使得土壤有機質(zhì)含量較高。這與馮萬忠等[11]的研究是一致的，農(nóng)田土壤肥力最高，這是因為城市農(nóng)田耕作時間長，大多為菜地，當?shù)剞r(nóng)民精耕細作，投入較大。在相識研究中，灌木對土壤有機質(zhì)含量的提高是有利的。如同夏志光等[14]的研究，栽植沙棗以后土壤有機質(zhì)含量得到很大的改善，尤其表現(xiàn)在表層，這是由于栽植沙棗以后能有效的防止風對表層土壤的侵蝕，沙棗的枯落物在土壤動物和微生物的分解作用下形成養(yǎng)分元素進入土壤從而在一定程度上增加了土壤中的有機質(zhì)含量。有研究表明，恢復的植被不但可以起到防風固沙的作用，還可以在很大程度上改善土壤的理化性質(zhì)。鞏杰等[18]對黃土丘陵小流域植被恢復對土壤有機質(zhì)的影響進行了研究表明，灌木林地土壤有機質(zhì)含量大于喬木林地，人工灌木林地對土壤培肥作用那個高于喬木林地。在本研究中，灌木有機質(zhì)含量僅次于農(nóng)田，這可能是因為灌木有灌叢效應。Whitford等[5]認為，灌叢下土壤養(yǎng)分的富集是植物、土壤和土壤風蝕物質(zhì)和掉落物的截獲、沉積和分解，根系對養(yǎng)分的吸收，大氣降塵、葉子的分泌物以及莖桿粗糙層中的微生物活動產(chǎn)物和其它物質(zhì)通過灌叢莖流和透灌雨輸入土壤，以及動物對養(yǎng)分的輸入等均會促進肥島的形成和發(fā)育，在風蝕作用極為強烈的烏蘭布和東北區(qū)地區(qū)，灌叢下土壤養(yǎng)分的積累主要是其自身凋落物及對周圍風蝕物質(zhì)的截獲、沉積和分解以及根系的活動。不同灌木種類，不同的空間位置養(yǎng)分含量存在明顯的差異，說明同一生境下的不同灌木種對土壤環(huán)境的適應性存在一定的差異。
本文研究的林地有機質(zhì)含量比棄荒地含量還低。棄耕地的土壤質(zhì)量綜合指數(shù)比林地的還高，人類干擾活動大大減少，逐漸形成了以灌木為主的植物群落，土壤質(zhì)地得到明顯改善，土壤結(jié)構(gòu)得到恢復，營養(yǎng)元素逐漸積累。林地有機質(zhì)含量低可能是因為喬木林不人為施肥，林木生長所需要的營養(yǎng)元素主要是通過自身生長過程中，代謝物質(zhì)分解形成的灰分元素來補充。所以種植喬木林會導致土壤肥力下降。
[1]朱霞,韓曉增.不同土地利用方式下黑土氮素含量變化特征[J].江蘇農(nóng)業(yè)學報,2008,24(6):843～847.
[2]周莉,曹建華,程陽,黃民福.不同土地利用方式對土壤有機質(zhì)和氮含量的影響研究[J].廣東農(nóng)業(yè)科學,2007,10:41～43.
[3]艾瓊,張健.經(jīng)濟發(fā)達區(qū)土地利用方式對土壤氮含量的影響-以江蘇省原錫山為例[J].安徽農(nóng)業(yè)大學學報,2006,33(4):569～573.
[4]許文強,羅格平,陳曦.干旱區(qū)綠洲-荒漠過渡帶灌叢土壤屬性研究[J].應用生態(tài)學報,2006,17(4):583～586.
[5]Withford WG, Anderson J, Rice PM .1997.Stemflow contribution to the “fertile island” effect in creosote bush, Larrea tridentate. [J]Arid Environ, 35:383～398.
[6]蘇永中,趙哈林,張銅會.幾種灌木、半灌木對沙地土壤肥力影響機制的研究[J].應用生態(tài)學,2002,13(7):802～806.
[7]阿迪力·吾彼兒,袁素芬,趙萬羽.準噶爾盆地新疆防護林對林下土壤理化性質(zhì)的影響[J].干旱區(qū)地理,2007,30(3):420～425.
[8]王莉,張強,牛西午,楊治平,張建杰.黃土高原丘陵區(qū)不同土地利用方式對土壤理化性質(zhì)的影響[J].中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學報,2007,15(4):53～56.
[9]尹剛強,田大倫,方晰,洪瑜.不同土地利用方式對湘中丘陵區(qū)土壤質(zhì)量的影響[J],林業(yè)科學,2008,44(8):9～15.
[10]李生,張守攻,姚小華,任華東.黔中石漠化地區(qū)不同土地利用方式對土壤環(huán)境的影響[J].長江流域資源與環(huán)境,2008,17(3):384～388.
[11]馮萬忠,段文標,許皞.不同土地利用方式對城市土壤理化性質(zhì)及其肥力的影響——以保定市為例[J].河北農(nóng)業(yè)大學學報,2008,31(2):61～64.
[12] I.Celik, Land-use effects on organic matter and physical properties of soil in a southern Mediterranean highland of Turkey, Soil & Tillage Research 83 (2005):270～277.
[13]岳慶玲,常慶瑞,劉京,劉夢云,王德彩.黃土高原不同土地利用方式對土壤養(yǎng)分與酶活性的影響[J].西北農(nóng)林科技大學學報（自然科學版）,2007,35(12):103～108.
[14]夏志光,趙雨森,孔祥飛,崔浩然.栗鈣土區(qū)栽植沙棗、榆樹對土壤理化性質(zhì)的影響[J].東北林業(yè)大學學報,2009,37(5):30～32.
[15]趙志強,包耀賢,廖超英,李亮,張瑞,徐軍.烏蘭布和沙漠東北部沙區(qū)人工林土壤鉀素特征研究[J].水土保持學報,2010,24(1):176～180.
[16]趙仕花,章程,夏青.申宏崗.桂林毛村巖溶去土壤有機質(zhì)與氮分析研究[J].廣西科學院學報,2007(1)
[17]王清奎,汪思龍,高洪,劉艷,于小軍.土地利用方式對土壤有機質(zhì)的影響[J].生態(tài)學報,2005,24.
[18]鞏杰,陳利頂,傅伯杰.黃土丘陵區(qū)小流域植被恢復的土壤養(yǎng)分效應研究[J].水土保持學報,2005,19(1)
[19]肖巧琳,羅新建.土壤有機質(zhì)及其礦化影響因子研究進展[J].湖南農(nóng)業(yè)科學,2009,(2):74～76,77.
[20]田茂潔.土壤氮素礦化影響因子研究進展[J].西華師范大學學報（自然科學版）,2004,25(3):298～303.
[21]賈寶全,陳利軍,楊維西,李夢仙,屠志剛.烏蘭布和沙漠地區(qū)土地利用動態(tài)變化分析[J].干旱區(qū)研究,2007.
Land-use effects on organic matter and physical properties of
soil in a southern Mediterranean highland of Turkey
I. Celik*
Faculty of Agriculture, Department of Soil Science, C¸ ukurova University, 01330 Balcalı-Adana, Turkey
Received 8 July 2003; received in revised form 2 June 2004; accepted 6 August 2004
Abstract
Forest and grassland soils in highlands of southern Mediterranean Turkey are being seriously degraded and destructed due to extensive agricultural activities. This study investigated the effects of changes in land-use type on some soil properties in a Mediterranean plateau. Three adjacent land-use types included the cultivated lands, which have been converted from pastures for 12 years, fragmented forests, and unaltered pastures lands. Disturbed and undisturbed soil samples were collected from four sites at each of the three different land-use types from depths of 0–10 cm and 10–20 cm in Typic Haploxeroll soils with an elevation of about 1400 m. When the pasture was converted into cultivation, soil organic matter (SOM) pool of cultivated lands for a depth of 0–20 cm were significantly reduced by, on average 49% relative to SOM content of the pasture lands. There was no significant difference in SOM between the depths in each land-use type, and SOM values of the forest and pasture lands were almost similar. There was also a significant change in soil bulk density (BD) among cultivation (1.33 Mg m3), pasture (1.19 Mg m3), and forest (1.25 Mg m3) soils at depth of 0–20 cm. Only for the pasture, BD of the depth of 0–10 cm was significantly different from that of 10–20 cm. Depending upon the increases in BD and disruption of pores by cultivation, total porosity decreased accordingly. Cultivation of the unaltered pasture obviously increased the soil erodibility measured by USLE-K factor for each soil depth, and USLE-K factor was approximately two times greater in the cultivated land than in the pasture indicating the vulnerability of the cultivated land to water erosion. The mean weight diameter (MWD) and water-stable aggregation (WSA) were greater in the pasture and forest soils compared to the cultivated soils, and didn’t change with the depth for each land-use type. Aggregates of >4.0 mm size were dominant in the pasture and forest soils, whereas the cultivated soils comprised aggregates of the size [1]0.5 mm. I found that samples collected from cultivated land gave the lowest saturated hydraulic conductivity values regardless of soil depths, whereas the highest values were measured on samples from forest soils. In conclusion, the results showed that the cultivation of the pastures degraded the soil physical properties, leaving soils more susceptible to the erosion. This suggests that land disturbances should be strictly avoided in the pastures with the limited soil depth in the southern Mediterranean highlands.
Keywords: Land uses; Mediterranean highlands; Soil degradation; Soil physical properties; Turkey
1. Introduction
Conversion of forest and grassland into agricultural land is of considerable concern worldwide in the context of environmental degradation and global climate change (Wali et al., 1999; Mahtab and Karim, 1992). Ecologically incompatible human land-use and management practices implemented locally such as deforest tion, and soil fertility depletion have led cumulatively to an alteration in the global biogeochemical cycles. Between 1938 and 1991 in Turkey, pasture area decreased by approximately 47% from 41 to 21.8 million hectare (Mha), while arable crop land increased by about 80% from 13.3 to 24 Mha (SIS, 2002). Clearance of forests for agricultural production and grazing is widespread, in particular, in highlands of Turkey. Additionally, semi-arid climate and inclined topography prevailing in the Mediterranean plateaus of Turkey render ecosystems vulnerable and unable to recover from incompatible changes in land-se type.
Upon conversion of the land to arable agriculture, loss of soil organic matter (SOM) occurs, and Elliott (1986) and Grupta and Germida (1988) reported that cultivation of pasture soils has resulted in 25–50% decrease in soil organic carbon. Furthermore, despite its variation as a function of abiotic and biotic factors, organic carbon losses in former grassland and forest soils by conventional tillage practices are estimated to range from 20 to 50% of the initial content in the zone of cultivation within the first 40–50 years of cultivation (Bruce et al., 1999). These losses show a rapid exponential decline over the first 20 years after which soil organic carbon levels gradually stabilize at a new steady state over about the next 30 years.
Loss of soil organic carbon with cultivation is connected to the destruction of macroaggregates (Tisdall and Oades, 1982; Elliott, 1986). Pore size distribution and connectivity together with bulk density, aggregation and aggregate stability is important soil physical property that can be to a great extent influenced by the land degradation due to the cultivation. Because of its effect on porosity, soil aggregate stability is significant, and its influence on other soil physical properties is generally high, especially pertaining to bulk density and hydraulic conductivity. (Cerda, 1996). Soil erodibility is also directly linked to the quality of the aggregation in the soil surface. Soil aggregation usually implies the presence of large and linked macropores and largely controls movement of water, particularly near the soil surface, where crust formation and compaction can seal the surface (Morin et al., 1989; Cerda, 1996). The conversion of forest and pastureland into cropland is known to deteriorate soil properties, especially reduce SOM and change the distribution and stability of soil aggregates (Ross, 1993; Singh and Singh, 1996). Soils become more susceptible to erosion since macroaggregates are disrupted (Elliott, 1986; Cambardella and Elliott, 1993; Six et al;2000).
Overgrazing, deforestation, and increase in the agricultural activity have intensified pressures on high-altitude fragile ecosystems. Ecosystems of Turkey with the elevation of 1500 m and higher, and the slope range of 15–40% account for about 26 and 34% of the total land area of 759,978 km2, respectively (Atalay, 1997). High altitude arable agriculture and overgrazing put ecological sustainability of the land resources at risk in southern Mediterranean plateaus of Turkey. Therefore, it is thought that assessment of organic matter and physical properties of soil upon conversion of natural pastures for agriculture is very significance to distinguish early variations in soil quality. The objective of this study was to quantify effects of changes in land-use type on organic matter and physical properties of soil in a Mediterranean highland region of Turkey.
4. Conclusions
The degradation of the highland soils with the restricted depth by the cultivation seriously impaired soil properties and resulted in significant decreases in the soil organic matter, aggregate stability, mean weight diameter and the hydraulic conductivity. Decreases of organic matter up to 49% in such short time of clearance as 12 years and its crucial effects on soil physical properties well explained the vulnerability of the structure and function of the highaltitude ecosystems. Determination of USLE-K factor further showed that the cultivated soils were more susceptible to the water erosion than the forest and pasture soils. The erodibility of the pasture-cleared cultivated land was 2.4 and 2.0 times greater than those of the forest and pasture, respectively. In conclusion, when these systems are converted for agriculture without the use of proper practices of securing organic matter and soil stability, they are easily threatened. Therefore, the measures should be implemented urgently to sustain high-altitude ecosystems and reinstate the degraded lands in the southern Mediterranean region of Turkey.
土地利用方式對土壤理化性質(zhì)的影響
——以土耳其南地中海高原為例
I. Celik*
Faculty of Agriculture, Department of Science , Cukurova University, 01330 Balcalt, Turkey
2003-7-8日收稿；2004-6-2修改；2004-8-6接收
摘要
土耳其的南地中海高原林地及草原地應為廣泛開展的農(nóng)業(yè)活動正遭受著嚴重的破壞與侵蝕。本文要研究的是南地中海高原土地利用方式的轉(zhuǎn)變對土壤理化性質(zhì)的影響。三個相鄰土地類型包括，從草地轉(zhuǎn)化了12年的耕地，不相連的林地，沒有轉(zhuǎn)化的草地。被侵蝕土壤樣本是從海拔1400m的Haploxeroll典型土壤中上述三種土地利用類型中采集的，每種土地利用類型有四個采集地點，采集土層是0-10cm，10-20cm。草地轉(zhuǎn)化為耕地時，耕地0-20cm土層土壤有機質(zhì)庫相對于草地同土層有了明顯減少，減少了49%。每種土地利用類型不同土層之間的有機質(zhì)含量沒有顯著不同，而且林地與草地的有機質(zhì)測定標準幾乎是相同的。0-20cm土層的土壤容重也有很大差別：耕地(1.33 Mg m-3), 草地(1.19 Mg m-3),林地 (1.25 Mg m-3)。只有林地，0-10cm土層和010-20cm土層的土壤容重不同。由于土壤容重的增加和空隙的破壞，總空隙率降低。對每個土層運用通用土壤流失方程，未改變的草地的耕作活動明顯的增加了土壤的流失性，USLE-K因素在耕地中大約是草地的兩倍表明耕地更容易遭受水蝕。重量平均直徑和水穩(wěn)定性團聚體在草地和林地土壤總比耕地土壤中大，而且在每個土地利用類型中不會隨著土層改變.粒徑大于4.00mm的團聚體在草地和林地中含量較大，而耕地則含有大量的粒徑≤0.5mm的團聚體。從耕地采集的樣本顯出不隨土層改變的最低的飽和導水率，而林地土壤則顯出最高值�？傊�，結(jié)論表明：被耕作的草地的土壤理化性質(zhì)更容易退化，容易發(fā)生土壤流失。這表明在南地中海高原，有限的土壤層要求要嚴格避免土地擾動。
關鍵詞：土地利用；地中海高原；土壤退化；土壤物理性質(zhì)；土耳其
1 引言
在全球氣候變化的大背景下，退林還耕和退草還耕研究成為熱門課題(Wali et al., 1999; Mahtab and Karim,1992)。人類的土地利用和生態(tài)相容的管理實踐,實現(xiàn)局部,如森林砍伐和土壤肥力耗竭使累積的變更,在全球的生物地球化學循環(huán)。土耳其在1938年到1991年，牧場面積從41億公頃減少到21.8億公頃，減少了月47%，而耕地種植面積從13.3億公頃增加到24億公頃，增加了80%(SIS,2002)。退林還耕和放牧在土耳其的高原是普遍存在的。此外，干旱的氣候和傾斜的地形使得地中海高原生態(tài)環(huán)境脆弱，并且很難從不兼容的土地利用方式改變中恢復。
退林還耕會導致有機質(zhì)的流失，Elliott(1986)和Germida和 Grupta（1988）報告說草場的耕
本論文是在廖超英教授的指導下完成的，特此感謝廖老師的精心指導。從論文選題到資料查找，從論文提綱到初稿完成，論文的每一步均得到了導師的精心點撥和熱忱鼓勵，這些無不凝聚導師的心血和汗水。導師睿智的思維，廣博精深的知識，嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度以及誨人不倦的高尚師德，讓我受益匪淺。在論文完成之際，衷心的感謝導師廖超英老師！
本次論文的完成還借助于趙志強師兄，師兄在進行試驗時給予了十分及時的指導，在試驗后期數(shù)據(jù)處理又給予了幫助。趙志強師兄不僅幫我解決了很多問題，還讓我學到了很多新東西，在這里要特別感謝他！除了導師和師兄的悉心指導和鼎力幫助外，還得到了實驗室同級同學的無私幫助，在此對他們表示感謝。
感謝大學四年來所有的老師，為我打下了水保專業(yè)知識的基礎；感謝陪伴我在西北農(nóng)林科技大學度過了本科階段學習生活的419宿舍的伙伴以及其他同學，他們給我營造的良好的學習生活環(huán)境，是我試驗能夠順利完成的有力保證。感謝四年來各個輔導員給及的照顧，感謝班主任劉懷老師。感謝在大學期間給予我?guī)椭呐笥眩?/span>
然后，感謝資源環(huán)境學院和我的母校—西北農(nóng)林科技大學四年來給我提供了良好的學習環(huán)境和試驗條件，為我的畢業(yè)論文的完成打下了基礎。
最后要感謝我的父母、家人。感謝他們在生活上給予的精心照顧和精神上的支持和鼓勵，使我能夠全力以赴的地投入到學習和試驗中，并順利完成學業(yè)！
楊鳳粉
2010-5-20
