1. 引言
陕西关中地区土层深厚、土体疏松、气候条件优越，拥有悠久的农耕历史文明，是陕西乃至全国重要的粮食主产区。该地区的塿土是典型的土垫旱耕人为土，是两千年来人类施加土粪、农业耕作与粉尘堆积同时作用的综合产物，其特征主要受人类活动强度和方式的影响 [1] [2]。随着城市化、工业化进程推进，大量耕地被占用，农田土地集约化利用成为保障粮食安全的重要方式，而技术与投入密集型的集约化生产模式必然引起土壤质量退化、土壤养分利用率低等问题。土壤理化性质作为影响农田土壤质量最为显著的因素 [3]，对于维持土壤生产力、保障动植物健康意义重大。
土壤理化性质受气候、耕种、灌溉等影响 [4] [5]，处于动态变化中，且改变土壤理化性质可以相应地改变土壤生物学特性 [6] [7]。因此掌握农田质量及其演变规律，已成为农业可持续发展的研究热点，受农田承包制影响，关中农田土壤理化性质在人为管理水平及农业利用历史尺度上存在空间变异性，开展关中农田土壤理化性质的空间变异研究，对关中农田土壤质量提升和精确管理具有重要的理论和实践意义。
2. 材料与方法
2.1. 研究内容
通过现场实地考察及奥维地图地位技术，最终确定取样点位于富平县谢家村、辛庄村中间平原区农田区域，按照试验方案初步确定了土样研究的实验区域，如图1所示，取样时选择了三条分别间隔平行线，在每条平行线上分别定位6~7个点，每个点间隔80米，取样深度为表层土壤向下20 cm左右。另选择其中一条平行线，分别间隔200米进行深度取样，共取4个点分别标记为B1、B2、B3、B4，每个点取样深度分别为0~20 cm、20~40 cm、40~60 cm，共取土样12个，检测其相关指标参数。
2.2. 实验方法
选取关中地区两个典型村庄，由村庄a到村庄b选取三条平行线，在每条线品谈的地面上选取未经人为扰动的采样点。采样时间为2019年4月17日。图示中的村庄a和村庄b分别为富平县谢家村和富平县辛庄村(见图1)。
土样采集方法：历史尺度(剖面)土样采集：每间距100 m确定一个采样点，确定4~6个采样点，采集100 cm深土壤剖面样品，采样深度为0~20、20~40、40~60 cm。每块地采三个点，混匀后立即装入无菌塑料袋中。现代尺度(耕作层)土样采集：每间距50 m确定一个采样点，确定20~21个采样点，采集0~20 cm表层土壤，每块采样地采三个点，混匀后立即装入无菌塑料袋。
注：“·”为耕作层采样点；“o”为剖面采样点
Figure 1. Sampling map of the experimental scheme for studying soil quality spatial variation and its driving factors in Guanzhong
图1. 关中农田土壤质量空间变异及其驱动因子研究试验方案采样图
3. 结果与分析
本研究从水平和垂直两个方向，测定土壤有机质、活性有机碳、碳酸钙理化性质，分析关中农田土壤表层和剖面土壤理化性质的变化特征，掌握关中农田土壤质量变化规律。
3.1. 土壤水平方向上理化性质的空间分布
水平方向上对土壤样品进行了碳酸钙、活性有机碳和有机质的测定，其结果分别如图2、图3、图4所示。
Figure 2. Changes in calcium carbonate content at different sampling points in the horizontal direction
图2. 水平方向上不同取样点碳酸钙含量的变化
如图2所示，谢家村到辛庄村之间的碳酸钙含量值位于45~85 g/Kg之间。从横向的取样线上看，a线上的碳酸钙含量变化浮动普遍较b线和c线含量大，a线和c线上的碳酸钙含量平均高于b线含量。从谢家村到辛庄村，含量在维持一个相对稳定距离后，在接近辛庄村时b线碳酸钙含量逐渐降低；a线突然升高，纵向对比，a线、b线上相同距离的采样点在距离谢家村50 m (a1、b1、c1)、100 m (a2、b2、c2)、150 m (a3、b3、c3)、200 m (a4、b4、c4)时碳酸钙含量差别不大，而在250 m (a3、b3、c3)时，a线上的碳酸钙含量骤升，成为所有取样点中含量最高的一个位置点。总体来看，采样点在距离辛庄村越近时，碳酸钙含量波动越明显，可能由于辛庄村的人为扰动造成。
Figure 3. Changes in active organic carbon at different sampling points in the horizontal direction
图3. 水平方向上不同取样点活性有机碳的变化
如图3所示，谢家村到辛庄村之间的活性有机碳含量值位于0.68~2.71 mg/Kg之间。从横向的取样线上看，a线上的活性有机碳含量变化大致呈现这样的规律，即从谢家村到辛庄村含量降低到某一值，在距离谢家村250 m后升高。c线上的活性有机碳含量也有同样现象，但最低值位于距离谢家村150 m处。而b采样线却有所不同，从谢家村到辛庄村，含量在维持一个相对稳定的值200 m距离后，在接近辛庄村时逐渐降低；纵向对比，相同距离的采样点在距离谢家村50 m (a1、b1、c1)、100 m (a2、b2、c2)、250 m (a5、b5、c5)时活性有机碳含量差别不大，在150 m时，c线上的活性有机碳含量(c3)显著低于a线(a3)和b线(b3)。在200 m时，b线上的活性有机碳含量(b4)显著高于a线(a4)和c线(c4)。在300 m和350 m时，b线上的活性有机碳含量(b6、b7)显著低于a线(a6、a7)和c线(c6)。总体来看，采样点在距离谢家村越远，整体活性有机碳含量降低，但在接近辛庄村时，活性有机碳含量波动明显，推测村庄附近，由于人为扰动，影响了土壤中的活性有机碳的分布。
Figure 4. Changes in organic matter content at different sampling points in the horizontal direction
图4. 水平方向上不同取样点有机质含量的变化
如图4所示，谢家村到辛庄村之间的有机质含量值位于8.05~22.2 g/Kg之间。从横向的取样线上看，b线上的有机质含量变化相较a线和c线上较稳定，在距离谢家村250 m时，b线上该位置点的有机质最高，达到22.2 g/Kg。a线上的有机质含量也有同样现象，但最高点值位于距离谢家村300 m处。而c采样线却有所不同，但最高点值位于距离谢家村仅仅100 m处。纵向对比，相同距离的采样点在距离谢家村50 m (a1、b1、c1)时有机质含量差别不大，在100 m时，c线上的有机质含量(c2)显著高于a线(a2)和b线(b2)。在350 m时，b线上的有机质含量(b6)显著低于a线(a6)和c线(c6)。总体来看，采样点在距离谢家村越远，整体有机质含量降低，但在接近辛庄村时，有机质含量波动较明显，和土壤中活性有机碳含量变化趋势相近，推测村庄附近由于人为扰动，影响了土壤中有机质的分布。
3.2. 土壤垂直方向上理化性质的空间分布
垂直方向上对土壤剖面进行了采样及碳酸钙、活性有机碳和有机质的测定，其结果分别如图5、图6、图7所示。
Figure 5. Changes in calcium carbonate content at different sampling points in the vertical direction
图5. 垂直方向上不同取样点碳酸钙含量的变化
如图5所示，B1取样点处，0~20 m、20~40 m、40~60 m深度处碳酸钙含量分别为83 g/kg、80 g/kg和72 g/kg，在B2取样点处，0~20 m、20~40 m、40~60 m深度处碳酸钙含量分别为77 g/kg、77 g/kg和79 g/kg，在B3取样点处，0~20 m、20~40 m、40~60 m深度处碳酸钙含量分别为85 g/kg、87 g/kg和75 g/kg，在B4取样点处，0~20 m、20~40 m、40~60 m深度处碳酸钙含量分别为46 g/kg、45 g/kg和52 g/kg，每个取样点碳酸钙含量变化趋势受土层深度影响较小。水平来看，在距离谢家村200 m的c线上的B3采样点，碳酸钙含量相对较高，在距离谢家村400 m的c线上的B3采样点B4点为最低。而a线上的B1、B2点上的碳酸钙含量没明显变化趋势。
Figure 6. Changes in active organic carbon at different sampling points in the vertical direction
图6. 垂直方向上不同取样点活性有机碳的变化
如图6所示，B1取样点处，0~20 m深度的活性有机碳含量为2.6 mg/kg，大大高于20~40 m深度的含量(0.9 mg/kg)和40~60 m深度处的含量(0.7 mg/kg)。B2取样点处，20~40 m深度的活性有机碳含量为1.9 mg/kg，高于0~20 m深度的含量(1.0 mg/kg)和40~60 m深度处的含量(0.7 mg/kg)。在B3取样点处，0~20 m深度的活性有机碳含量为1.7 mg/kg，大大高于20~40 m深度的含量(1.0 mg/kg)和40~60 m深度处的含量(0.6 mg/kg)。而在B4取样点处，0~20 m深度的活性有机碳含量极低，另外两个深度的含量也相对较低，20~40 m深度的含量约为0.8 mg/kg，40~60 m深度处的含约为0.7 mg/kg。c线上的B2、B4相对a线上的B1、B2点，活性有机碳含量较低，且在表层(0~20 m)时的含量远远低于a线上的B1、B2点表层(0~20 m)的活性有机碳含量。说明在谢家村和辛庄村之间的农田中南部活性有机碳低于北部，表层(0~20 m)土壤中含量明显发生变化。
Figure 7. Changes in organic matter content at different sampling points in the vertical direction
图7. 垂直方向上不同取样点有机质含量的变化
如图7所示，B1取样点处，0~20 m深度的有机质含量为21.1 g/kg，大大高于20~40 m深度的含量(8.74 g/kg)和40~60 m深度处的含量(8.82 g/kg)。B2取样点处，0~20 m深度的有机质含量为16.5 g/kg，高于20~40 m含量(8.05 g/kg)和40~60 m深度处的含量(7.04 g/kg)。在B3取样点处，0~20 m深度的有机质含量为14.9 g/kg，高于20~40 m深度的含量(9.37 g/kg)和40~60 m深度处的含量(7.61 g/kg)。而在B4取样点处，0~20 m深度的有机质含量极低，另外两个深度的含量也相对较低，20~40 m深度的含量约为8.36 g/kg，40~60 m深度处的含约为8.40 g/kg。
4. 结论
综上分析，该部分研究主要得出以下结论。
1) 谢家村和辛庄村之间农田在接近村庄部分受人为干扰影响较大，主要体现在土壤中有机质、活性有机碳、碳酸钙的含量变化趋势较为明显。
2) 作为有机质的活性部分，活性有机碳的变化趋势和有机质一致，说明有机质含量发生变化后，活性有机碳部分始终保持一定含量，为土壤中微生物的新陈代谢提供营养元素，可以推测，农田中的微生物活性较高。
3) 土壤中碳酸钙含量分布较为稳定，且在不同的深度其含量分布也较为均匀。说明农田土壤中的碳酸钙含量稳定，不易受外界环境变化发生改变，碳酸钙中的钙离子,作为土壤胶结剂，可以改变酸性土壤结构差的问题，可以推测，农田中土壤结构也较稳定。
参考文献