顏萍 熊康寧 王恒松 楊皓 胡晚枚

摘要：【目的】研究貴州典型喀斯特地區(qū)不同等級石漠化的土壤性質(zhì)特征，為喀斯特石漠化脆弱生態(tài)環(huán)境的綜合治理提供理論依據(jù)。【方法】選取喀斯特地區(qū)4種等級石漠化（強度石漠化、中度石漠化、輕度石漠化和潛在石漠化）的12個樣地，采樣后測定并分析土壤物理及化學(xué)性質(zhì)指標(biāo)?！窘Y(jié)果】土壤物理性質(zhì)方面，隨石漠化等級程度增加，土壤持水能力降低、土壤容重增加、總孔隙度降低。土壤化學(xué)性質(zhì)方面，隨石漠化等級程度增加，土壤pH變化規(guī)律不明顯，但整體養(yǎng)分含量降低。中度、輕度和潛在石漠化土壤有機質(zhì)含量分別比強度石漠化高12.78%、41.49%和48.84%。全氮含量為0.97～1.14 g/kg，堿解氮含量為81.86～171.81 mg/kg，兩者均表現(xiàn)為潛在石漠化>輕度石漠化>中度石漠化>強度石漠化。不同等級石漠化土壤的全磷、全鉀含量無顯著性差異（P>0.05，下同）。土壤速效磷含量為8.55～11.17 mg/kg，潛在石漠化顯著高于其他等級石漠化（P<0.05，下同）。土壤速效鉀含量為84.87～110.87 mg/kg，強度石漠化顯著低于其他等級石漠化。相關(guān)性分析結(jié)果表明，土壤水含量與田間持水量、總孔隙度、毛管孔隙度、有機質(zhì)、全氮、堿解氮、速效磷和速效鉀呈極顯著正相關(guān)（P<0.01，下同），與容重呈極顯著負(fù)相關(guān)；有機質(zhì)與土壤水含量、全氮、堿解氮和速效鉀呈極顯著正相關(guān)，與田間持水量、總孔隙度、毛管孔隙度、全磷、全鉀和速效磷呈顯著正相關(guān)，與容重呈顯著負(fù)相關(guān)；土壤全氮與土壤水含量、田間持水量、有機質(zhì)、堿解氮和速效磷呈極顯著正相關(guān)，與總孔隙度、毛管孔隙度和速效鉀呈顯著正相關(guān)?！窘Y(jié)論】喀斯特地區(qū)隨石漠化等級增加，其土壤理化性質(zhì)減弱，養(yǎng)分含量降低。土壤各理化性質(zhì)指標(biāo)間緊密相關(guān)，其中土壤水含量、有機質(zhì)和全氮含量是反映該地區(qū)不同等級石漠化土壤理化性質(zhì)的重要指標(biāo)。

關(guān)鍵詞： 喀斯特；石漠化；土壤物理性質(zhì)；土壤化學(xué)性質(zhì)

中圖分類號： S151.9 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-1191（2016）04-0557-07

0 引言

【研究意義】貴州屬裸露型喀斯特典型發(fā)育地區(qū)，該地區(qū)生態(tài)環(huán)境脆弱，加上人類不合理的社會經(jīng)濟活動，導(dǎo)致土壤水分虧缺、生境干旱、巖石裸露、水土流失、土地生產(chǎn)力喪失，從而出現(xiàn)石漠化現(xiàn)象（Drew，1983；熊康寧等，2011）?？λ固厥沁^程與結(jié)果的統(tǒng)一，石漠化在空間分布上存在強度差異，在治理時存在難易區(qū)別（熊康寧等，2012）。開展針對喀斯特地區(qū)土壤性質(zhì)在不同等級石漠化環(huán)境中演變特征的研究，可為掌握土壤理化性質(zhì)的變化規(guī)律及制定適合喀斯特石漠化脆弱生態(tài)環(huán)境的有效治理措施提供科學(xué)依據(jù)和實踐指導(dǎo)?！厩叭搜芯窟M展】近年來，已有許多學(xué)者進行了有關(guān)喀斯特地區(qū)土壤理化特性的研究，并取得了顯著成果（龍健等，2006；司彬等，2009；黃金國等，2014；盛茂銀等，2015）。王金樂等（2012）研究認(rèn)為，喀斯特地區(qū)植被覆蓋率越低，土壤養(yǎng)分含量也越低，通過封山育林可提高植被覆蓋率，可促進土壤養(yǎng)分積累和保肥固土；尹輝（2012）運用RS影像解譯總結(jié)了不同喀斯特環(huán)境對土壤理化指標(biāo)空間分布的影響因子；盛茂銀等（2013）研究了不同等級石漠化環(huán)境土壤理化性質(zhì)的差異，認(rèn)為隨著石漠化程度的增加，土壤理化性質(zhì)顯示了先退化后改善的響應(yīng)過程；魏媛等（2014）研究認(rèn)為，喀斯特地區(qū)的土壤肥力在植被恢復(fù)后，不同的植被模式有不同程度地提高，以榿木純林、紅豆杉+光皮樹混交林、鵝掌楸+大葉樟混交林、榿木+大葉樟混交林配置模式最佳?！颈狙芯壳腥朦c】目前針對不同等級石漠化環(huán)境土壤性質(zhì)差異性的研究報道較少。本研究試圖從石漠化治理的角度，分析喀斯特地區(qū)不同等級石漠化對土壤性質(zhì)的響應(yīng)。【擬解決的關(guān)鍵問題】通過研究喀斯特地區(qū)不同等級石漠化土壤的理化性質(zhì)，探討不同等級石漠化對土壤性質(zhì)的響應(yīng)情況，為不同等級石漠化治理措施的制定及實現(xiàn)喀斯特地區(qū)的石漠化治理和生態(tài)建設(shè)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1. 1 研究區(qū)概況

“關(guān)嶺—貞豐花江頂壇小流域”位于貴州省西南部，為典型的喀斯特中山峽谷地貌，具有干熱河谷氣候特點（于晨曦等，2013）。流域內(nèi)巖石大多屬三疊系的白云巖、泥質(zhì)白云巖及頁巖，碳酸鹽巖占95%以上（盛茂銀等，2013；崔高仰和熊康寧，2015）。年平均氣溫約18.4 ℃，年平均降水量1100 mm，平均海拔620～ 900 m。土壤以黃壤、黃色石灰土為主。植被主要為針闊葉混交林，以金銀花（Lonicera japonica）、鐵線蓮（Clematis florida）為主的藤刺灌叢，以及零星分布的青岡（Cyclobalanopsis glauca）、香樟（Cinnamomum camphora）、柳杉（Cryptomeria fortunei）為主的喬木林。

1. 2 試驗方法

在對研究區(qū)詳細踏查的基礎(chǔ)上，根據(jù)熊康寧等（2002）提出的喀斯特石漠化強度分級標(biāo)準(zhǔn)（表1），分別選取喀斯特地區(qū)4種等級石漠化（強度石漠化、中度石漠化、輕度石漠化和潛在石漠化）進行研究，每種等級選擇具有代表性的3個10 m×10 m典型樣地為研究對象（表2），共計12個樣地。2013年8月在每個樣地中心按蛇形方式各選3～5個采樣點，環(huán)刀法取土，各點間距約2.5 m，帶回實驗室分析土壤水含量、土壤容重、田間持水量和土壤總孔隙度等物理性質(zhì)指標(biāo)。同時在每一樣地采集3～5個0～20 cm深度土樣，混合后四分法取約1 kg帶回實驗室用于土壤化學(xué)性質(zhì)測定（劉光菘，1996；魯如坤，2000）。

1. 3 測定項目及方法

土壤水含量、土壤容重、田間持水量、總孔隙度、毛管孔隙度和非毛管孔隙度的測定采用環(huán)刀法。pH采用水浸提—電位法（水土比為2.5∶1）測定（GB 7859-1987）；有機質(zhì)含量采用重鉻酸鉀氧化—外加熱法測定（GB 7857-1987）；全氮含量采用半微量開氏法測定（GB 7173-1987）；全磷含量采用2 mol/L的氫氧化鈉堿熔—鉬銻抗比色法測定（GB 7852-1987）；全鉀含量采用氫氧化鈉堿熔—火焰光度法測定（GB 7854-1987）；堿解氮含量采用FeSO4-Zn還原堿解擴散法測定（GB 7849-1987）；速效磷含量采用0.05 mol/L HCL-0.025 mol/L 的1/2 H2SO4溶液浸提土壤樣品；速效鉀含量采用乙酸銨浸提法—火焰光度法測定（GB 7856-1987）。具體操作方法參見《土壤理化分析與剖面描述》（劉光菘，1996）。

1. 4 統(tǒng)計分析

利用Excel 2003軟件對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，以SPSS 19.0軟件進行單因素方差分析（One-way ANOVA）、多重比較（LSD最小顯著性差異法）和皮爾遜（Pearson）相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2. 1 不同等級石漠化的土壤物理性質(zhì)分析

2. 1. 1 土壤持水能力 由表3可看出，研究區(qū)土壤水含量為10.84%～23.91%，其中潛在石漠化的土壤水含量顯著高于其他3種石漠化（P<0.05，下同），輕度石漠化和中度石漠化間差異不顯著（P>0.05，下同），但兩者均顯著高于強度石漠化。研究區(qū)的土壤田間持水量為25.58%～41.33%，各石漠化等級之間變化規(guī)律與土壤水含量相類似。

2. 1. 2 土壤容重 由表3可知，研究區(qū)土壤容重為1.09～1.26 g/cm3，隨石漠化等級的加強，土壤容重呈上升趨勢，其大小變化順序為強度石漠化>中度石漠化>輕度石漠化>潛在石漠化，前三者間土壤容重差異不顯著，但均顯著高于潛在石漠化?？梢?，強度石漠化等級的土壤較為緊實，不利于土壤的通氣、透水和作物扎根，因此需進行增施有機肥、秸稈還田等以降低土壤容重。

2. 1. 3 土壤孔隙度 由表3可知，研究區(qū)土壤總孔隙度為52.28%～57.89%，土壤的毛管孔隙度為25.81%～

37.30%，土壤非毛管孔隙度為20.59%～26.47%。其中潛在石漠化等級環(huán)境的土壤總孔隙度顯著高于其他等級石漠化。總孔隙度和毛管孔隙度隨石漠化等級的增加呈降低趨勢，表現(xiàn)為潛在石漠化>輕度石漠化>中度石漠化>強度石漠化，但輕度、中度和強度石漠化三者間差異均不顯著。不同等級石漠化間土壤非毛管孔隙度無顯著性差異。

2. 2 不同等級石漠化的土壤化學(xué)性質(zhì)分析

2. 2. 1 土壤pH與有機質(zhì) 從表4可看出，研究區(qū)土壤pH為6.47～7.46，不同石漠化等級間pH變化規(guī)律不明顯。隨石漠化等級的加強，土壤有機質(zhì)含量呈降低趨勢，強度石漠化和中度石漠化的土壤有機質(zhì)含量顯著低于輕度石漠化和潛在石漠化，中度石漠化、輕度石漠化和潛在石漠化分別比強度石漠化高12.78%、41.49%和48.84%。

2. 2. 2 土壤氮素、磷素和鉀素含量 由表5可知，研究區(qū)土壤的氮素含量隨石漠化等級的增加呈降低趨勢，全氮和堿解氮含量均表現(xiàn)為潛在石漠化>輕度石漠化>中度石漠化>強度石漠化，說明石漠化等級越強，土壤供氮能力越低。其中研究區(qū)全氮含量為0.97～1.14 g/kg，潛在石漠化顯著高于其他石漠化等級；堿解氮含量為81.86～171.81 mg/kg，強度石漠化顯著低于其他等級石漠化。不同等級石漠化土壤的全磷、全鉀含量無顯著性差異，可能與土壤全磷、全鉀聚集效果強烈及取樣隨機有關(guān)。土壤速效磷含量為8.55～11.17 mg/kg，其中潛在石漠化的速效磷含量顯著高于輕度、中度和強度石漠化，后三者間差異不顯著。土壤速效鉀含量為84.87～110.87 mg/kg，強度石漠化土壤的速效鉀含量顯著低于其他等級石漠化土壤。

2. 3 喀斯特石漠化環(huán)境土壤理化性質(zhì)的相關(guān)性分析

由表6可知，喀斯特地區(qū)不同等級石漠化土壤的理化性質(zhì)間具有較明顯的相關(guān)性。土壤水含量與田間持水量、總孔隙度、毛管孔隙度、有機質(zhì)、全氮、堿解氮、速效磷和速效鉀間呈極顯著正相關(guān)（P<0.01，下同），與容重呈極顯著負(fù)相關(guān)。說明土壤水含量對土壤理化性質(zhì)有明顯的指示作用。研究區(qū)有機質(zhì)與土壤水含量、全氮、堿解氮和速效鉀呈極顯著正相關(guān)，與田間持水量、總孔隙度、毛管孔隙度、全磷、全鉀和速效磷呈顯著正相關(guān)，與土壤容重呈顯著負(fù)相關(guān)?？梢姡λ固氐貐^(qū)不同等級石漠化的土壤有機質(zhì)與其他土壤理化指標(biāo)因子關(guān)系密切。土壤全氮與土壤水含量、田間持水量、有機質(zhì)、堿解氮和速效磷呈極顯著正相關(guān)，與總孔隙度、毛管孔隙度和速效鉀呈顯著正相關(guān)。由此可見，土壤水含量、有機質(zhì)和全氮是喀斯特地區(qū)不同等級石漠化土壤理化性質(zhì)的重要因子，對該地區(qū)的土壤養(yǎng)分循環(huán)與積累有重要作用。

3 討論

本研究結(jié)果表明，由于強度石漠化的土層厚度薄，導(dǎo)致土壤保水性和蓄水能力差，土被覆蓋度低，對水分的截留作用明顯低于潛在石漠化；潛在石漠化具有較強的蓄水保水能力，可避免或減少降雨強度大形成的地表徑流。隨著石漠化等級的增加，田間持水量和土壤含水量有降低的趨勢（劉云，2009），說明土壤的持水能力是土壤肥力的重要促進因素，直接影響石漠化治理的進程。土壤孔隙度是反映土壤通透性的重要指標(biāo)（康冰等，2012）。本研究結(jié)果表明，不同等級石漠化的非毛管孔隙度無顯著性差異，類似的結(jié)果在盛茂銀等（2013）研究我國南方喀斯特石漠化演替過程中土壤理化性質(zhì)的響應(yīng)也有體現(xiàn)，說明喀斯特地區(qū)土壤的非毛管孔隙度與石漠化等級的關(guān)系不明顯。而本研究中隨石漠化等級的增加，土壤總孔隙度有降低的趨勢，說明石漠化等級低的土壤疏松，土壤結(jié)構(gòu)優(yōu)良，通透性好，蓄水保水效果好，與陳洪云等（2007）的研究結(jié)果一致。本研究結(jié)果表明，全氮、全磷和堿解氮均有潛在石漠化>輕度石漠化>中度石漠化>強度石漠化的變化規(guī)律，王恒松等（2012）的研究也表明隨石漠化等級增加，土壤養(yǎng)分含量有降低的趨勢?？梢?，在不同等級石漠化環(huán)境的土壤養(yǎng)分含量與石漠化等級有密切關(guān)系，石漠化等級高的土壤其水分和空氣的通透性低，不利于通過土壤里的微生物活動、有機質(zhì)的分解和礦物質(zhì)的礦化作用來增加土壤的有機質(zhì)、氮素、磷素和鉀素的含量。因此，對貧瘠的強度石漠化的土壤可以采取冬耕曬垡加速土壤礦物的風(fēng)化，增加土壤的養(yǎng)分含量。

相關(guān)性分析結(jié)果表明，土壤水含量、全氮和有機質(zhì)與土壤其他絕大多數(shù)理化因子具有較強的相關(guān)性，是喀斯特地區(qū)保持土壤理化性質(zhì)的主要因子。魏強等（2012）研究表明，土壤的全氮和有機質(zhì)與其他理化特征具有相關(guān)性。說明土壤全氮和有機質(zhì)在調(diào)節(jié)土壤性質(zhì)方面起著關(guān)鍵作用，因此在喀斯特石漠化治理過程中，應(yīng)通過土壤基質(zhì)的能量轉(zhuǎn)換，獲得較多的生物潛能，合理施肥，補充養(yǎng)分，均衡滿足植物生長的需要。盛茂銀等（2013）證實了土壤有機質(zhì)、氮素、毛管持水量、容重和孔隙度與其他絕大多數(shù)理化因子具有明顯的相關(guān)性，在改善土壤理化性質(zhì)和促進養(yǎng)分循環(huán)方面起著關(guān)鍵作用。本研究結(jié)果表明，土壤性質(zhì)是評價石漠化程度的關(guān)鍵因素，石漠化等級越高，土壤性質(zhì)越差。在石漠化治理進程中，針對不同等級石漠化的土壤環(huán)境，應(yīng)采取不同的石漠化治理措施。因此，通過研究喀斯特地區(qū)不同等級石漠化對土壤性質(zhì)的響應(yīng)，可以為喀斯特地區(qū)石漠化生態(tài)治理提供理論依據(jù)和實踐指導(dǎo)。

4 結(jié)論

本研究結(jié)果表明，喀斯特地區(qū)不同等級石漠化土壤的理化性質(zhì)具有明顯差異，與石漠化特征存在明顯的耦合關(guān)系。隨石漠化等級的增加，土壤的物理性質(zhì)減弱，土壤養(yǎng)分含量降低。土壤各理化性質(zhì)指標(biāo)間具有緊密的相關(guān)性，其中土壤水含量、有機質(zhì)和全氮含量是反映喀斯特地區(qū)不同等級石漠化土壤理化性質(zhì)的重要指標(biāo)。

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（責(zé)任編輯 王 暉）