喀斯特紅裸土植被恢復(fù)的土壤有機(jī)質(zhì)及速效養(yǎng)分支撐能力

肖夢(mèng)景 王嘉學(xué) 張磊 趙茜 余潔芳

摘要：為揭示云貴高原強(qiáng)烈土壤侵蝕條件下表土侵蝕后紅裸土植被生長的有機(jī)質(zhì)與速效養(yǎng)分能力，在紅裸土典型發(fā)育地帶選取5處不同氣候環(huán)境下紅裸土剖面進(jìn)行有機(jī)質(zhì)及速效養(yǎng)分含量分析。結(jié)果表明，5個(gè)剖面有機(jī)質(zhì)含量無明顯分布規(guī)律，速效氮含量呈現(xiàn)表土層>心土層>底土層的分布規(guī)律，速效磷含量呈現(xiàn)底土層>表土層>心土層的分布規(guī)律，速效鉀含量呈現(xiàn)表土層>底土層>心土層的分布規(guī)律。降水量居中的富源（年降水量1 000～1 500 mm）所采3處土樣有機(jī)質(zhì)及速效氮含量高于羅平土隴（年降水量1 743.9 mm）及呈貢龍?zhí)渡剑杲邓?89.6 mm）所采土樣，但速效磷及速效鉀含量則在降水量最少的呈貢所采土樣中最高。紅裸土速效養(yǎng)分含量整體低于全國第二次土壤普查土壤分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)中6級(jí)土壤標(biāo)準(zhǔn)，屬于極度缺乏，因而紅裸土難以提供植被生長條件，恢復(fù)植被需采取人工補(bǔ)給方式。

關(guān)鍵詞：喀斯特；紅裸土；有機(jī)質(zhì)；速效養(yǎng)分

中圖分類號(hào)：S153 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2015）13-3131-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.13.015

Analysis on Soil Organic Matter and Available Nutrient of the form of Red Bare

Soil landscape in Karst Area

XIAO Meng-jing，WANG Jia-xue，ZHANG Lei，ZHAO Qian，YU Jie-fang

（School of Tourism and Geographical Science， Yunnan Normal University， Kunming 650500， China）

Abstract： To investigate the soil organic matter （SOM） and available nutrient of red bare soil， soil samples were taken from 5 typical red bare soil sites. The results showed that there was no obvious regularity of distribution in the content of SOM， the surface layer content of available N was higher than sub-surface and bottom layer，the bottom layer content of available P was higher than surface and sub-surface layer， the surface layer content of available K was higher than bottom and sub-surface layer. The content of SOM and available N of three soil samples from Fuyuan（annual precipitation 1 000～1 500 mm） was more than that in Luoping Tulong （annual precipitation 1 743.9 mm） and Chenggong Longtanshan （annual precipitation 789.6 mm），while the contents of available P and available K were highest in Chenggong Longtanshan. The contents of available nutrients of red bare soil were lower than level 6 in soil classification standard of the second national soil survey，which meaned extreme lack. Therefore the red bare soil could not provide growth conditions for vegetation，and vegetation restoration needed artificial recharge.

Key words： karst； red bare soil； soil organic matter； available nutrient

山原紅壤是在第四紀(jì)紅色風(fēng)化殼上發(fā)育的土壤[1]，廣泛分布于云南高原喀斯特地區(qū)。山原紅壤區(qū)，是云南人口密集區(qū)和糧食主產(chǎn)區(qū)之一，但近年來退化嚴(yán)重，一些地方已成為與石漠化伴生、多年寸草不生的“紅色荒原”——紅裸土景觀。土壤有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分是土壤肥力的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，在土壤肥力、環(huán)境保護(hù)以及作物生長等方面都起著極其重要的作用[2]，是植被生長的關(guān)鍵條件。相關(guān)研究表明，滇東石漠化地區(qū)裸露山原紅壤呈中強(qiáng)酸性，表層有機(jī)質(zhì)含量遠(yuǎn)低于同區(qū)域草地灌叢喬木林下山原紅壤，與處于昆明準(zhǔn)靜止鋒東側(cè)大致同緯度的貴州喀斯特黃壤和黑色石灰土相比也較低，是其難以生長植被的重要原因之一[3，4]。云南高原喀斯特山原紅壤區(qū)降雨量較大，水土流失嚴(yán)重。植被難以生長的表土被侵蝕后，心土層和底土層是否具有植被恢復(fù)的有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分條件，是紅裸土及石漠化防治與生態(tài)恢復(fù)中的關(guān)鍵科學(xué)問題。

1 研究區(qū)概況

云南高原屬揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)的最西組成部分，古生界至中三疊統(tǒng)沉積蓋層發(fā)育，滇中由紫色砂頁巖組成，又稱紅色高原，滇東由碳酸鹽巖類組成，喀斯特地貌發(fā)育。紅裸土景觀主要發(fā)育在海拔1 100～2 500 m的喀斯特地區(qū)，結(jié)合衛(wèi)星影像解譯和野外調(diào)查，目前已初步探明紅裸土斑塊23 000多個(gè)，面積1～500 m2不等，多與石漠化伴生。

2 材料與方法

2.1 樣品的采集

在同一熱量帶，坡度、坡向、降水量的差異可能影響到土壤有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分的遷移與儲(chǔ)存能力。為此，本研究選擇近似坡度、坡向及年均溫度條件下的5個(gè)典型紅裸土剖面分層采樣分析，剖面位置見圖1。擬通過富源3個(gè)剖面（年平均降水量1 000～1 500 mm）的分析揭示降水量大致相同的地區(qū)山原紅壤有機(jī)質(zhì)及速效養(yǎng)分的分布規(guī)律，并通過與呈貢龍?zhí)渡剑昶骄邓?89.6 mm）、羅平土垅（年平均降水量1 743.9 mm）2個(gè)剖面的對(duì)比分析揭示不同降水條件對(duì)有機(jī)質(zhì)及速效養(yǎng)分的影響，樣地選擇和剖面基本情況見圖1和表1。

使用陶瓷工具采樣，剖面挖至下覆巖石，各土壤樣品重1.5～2.0 kg，帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行風(fēng)干、去雜等，過篩后備用。由于紅裸土有機(jī)質(zhì)層缺失，分析中統(tǒng)一將0～20 cm層定義為表土層，20 cm至基巖部分按土壤發(fā)生層次分2層采集土壤剖面樣品，定義為心土層和底土層進(jìn)行分析（表1）。

2.2 測(cè)定方法

有機(jī)質(zhì)采用水合熱—光比色法，速效氮采用堿解擴(kuò)散法，速效磷采用NaHCO3浸提—鉬銻抗比色法，速效鉀采用四苯硼鈉比濁法，每樣測(cè)定3次，取平均值。

3 結(jié)果與分析

3.1 紅裸土剖面有機(jī)質(zhì)含量分析

有機(jī)質(zhì)是土壤的重要物質(zhì)組成，含有植物生長所需要的各種營養(yǎng)元素，提供土壤微生物生命活動(dòng)的能源，在土壤肥力、土地可持續(xù)利用等方面具有十分重要的作用和意義，有機(jī)質(zhì)對(duì)土壤物理、化學(xué)和生物學(xué)性質(zhì)有著深刻的影響[5]。5個(gè)剖面有機(jī)質(zhì)平均含量為1.99%，相比貴州喀斯特地區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量平均值9.60%[6，7]，研究區(qū)內(nèi)土壤有機(jī)質(zhì)含量整體較低，介于輕度石漠化（1.15%）和潛在石漠化（2.72%）之間[8]。5個(gè)紅裸土剖面表土層有機(jī)質(zhì)含量在1.03%～3.20%之間，平均值為1.97%；心土層有機(jī)質(zhì)含量在0.67%～4.26%之間，平均值為2.17%；底土層有機(jī)質(zhì)含量在0.46%～4.04%之間，平均值為1.83%（表2、圖2）。其中心土層土壤有機(jī)質(zhì)平均含量最高，但剖面土壤有機(jī)質(zhì)含量無明顯規(guī)律。其他西南喀斯特地區(qū)相關(guān)研究表現(xiàn)出相同的規(guī)律[9]。研究區(qū)內(nèi)降水集中，土壤有機(jī)質(zhì)含量低且裸露，使土壤膠體狀況變劣，減小了土壤顆粒之間的膠結(jié)，土壤結(jié)構(gòu)緊實(shí)，降低了地表徑流的入滲量，地表產(chǎn)生的超滲徑流會(huì)進(jìn)一步?jīng)_蝕表土，進(jìn)而造成有機(jī)質(zhì)淋失[10]。這可能是導(dǎo)致紅裸土剖面有機(jī)質(zhì)含量不符合有機(jī)質(zhì)隨土壤深度下降一般規(guī)律的原因。紅裸土表層有機(jī)質(zhì)含量偏低導(dǎo)致土壤結(jié)構(gòu)性不穩(wěn)定，水分蒸發(fā)加快，加之紅壤質(zhì)地黏重，土壤脹縮性顯著，在降水集中的情況下，極易使表層土壤產(chǎn)生龜裂。一方面有機(jī)質(zhì)隨雨水淋失或者下滲，導(dǎo)致剖面表層有機(jī)質(zhì)含量減少，另一方面土壤脹縮程度嚴(yán)重易造成植物根系損傷，惡化土壤物理性質(zhì)。這可能是紅裸土表層無植被覆蓋的原因之一，這一結(jié)果反過來又減少了回歸土壤凋落物的數(shù)量，形成土壤退化的惡性循環(huán)。

富源所采3處土樣表土層有機(jī)質(zhì)平均含量為2.45%，羅平土隴所采土壤樣品表土層有機(jī)質(zhì)含量為1.47%，高于呈貢的1.03%，心土層及底土層也表現(xiàn)出相同規(guī)律。說明降水量適中地區(qū)有機(jī)質(zhì)流失緩于降水量過多或過少區(qū)域。

3.2 紅裸土剖面速效養(yǎng)分含量分析

土壤速效養(yǎng)分對(duì)土壤質(zhì)量及植物的生長發(fā)育具有重要作用，其含量反映了土壤中氮磷鉀的實(shí)際供應(yīng)狀況。氮素在生態(tài)系統(tǒng)中是一種限制植物生長的重要元素，速效氮是土壤中的可直接被植物吸收利用的氮，其含量顯著影響土壤生產(chǎn)力[11]。5個(gè)剖面平均速效氮含量為12.55 mg/kg，根據(jù)全國第二次土壤普查土壤分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，平均值在30 mg/kg以下則為6級(jí)（表3），含量極低。5個(gè)紅裸土剖面表土層速效氮含量在18.43～41.34 mg/kg之間，心土層速效氮含量在5.98～10.58 mg/kg之間，底土層速效氮在2.49～7.17 mg/kg之間（表2、圖3）。速效氮含量呈現(xiàn)表土層>心土層>底土層的分布規(guī)律，與周煉川等[8]在西南喀斯特地區(qū)研究結(jié)果一致。富源所采3處土樣表土層速效氮平均含量為29.07 mg/kg，羅平土隴所采土壤樣品表土層速效氮含量為25.01 mg/kg，高于呈貢的18.43 mg/kg，心土層及底土層也表現(xiàn)出大致相同的規(guī)律。說明降水量適中地區(qū)速效氮流失緩于降水量過多或過少區(qū)域。

5個(gè)紅裸土剖面平均速效磷含量為1.60 mg/kg，根據(jù)張?zhí)伊值萚11]提出的土壤養(yǎng)分退化評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)重退化土壤的速效磷含量下限為5.00 mg/kg。研究區(qū)5個(gè)剖面速效磷含量最高值均低于此標(biāo)準(zhǔn)，紅裸土速效磷含量極低。根據(jù)全國第二次土壤普查土壤分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，平均值在3.00 mg/kg以下則為6級(jí)（表3），含量極低。

表土層速效磷含量在1.51～2.00 mg/kg之間，平均值為1.75 mg/kg；心土層速效磷含量在0.43～2.02 mg/kg之間，平均值為1.14 mg/kg；底土層速效磷含量在0.38～2.46 mg/kg之間，平均值為1.92 mg/kg（表2、圖4）。植物歸還是土壤中有效磷的重要來源[12]，紅裸土無植被覆蓋是導(dǎo)致速效磷含量低的原因。5個(gè)剖面速效磷含量基本呈現(xiàn)底土層>表土層>心土層的分布規(guī)律，與一般土壤表土層含量最大的規(guī)律不符，但與陳效良等[12]在貴州喀斯特地區(qū)的研究中輕度石漠化和中度石漠化土樣結(jié)果相似。

富源所采3處土樣表土層速效磷平均含量為1.73 mg/kg，羅平土隴所采土壤樣品表土層速效磷含量為1.67 mg/kg，均低于呈貢的1.88 mg/kg，但心土層及底土層含量最高的分別為富源及羅平土隴，說明降水量少的地區(qū)速效磷流失緩于降水量較多區(qū)域。

5個(gè)剖面平均速效鉀含量為11.17 mg/kg，作為速效鉀的主要部分，交換態(tài)鉀含量低于40 mg/kg為土壤嚴(yán)重退化標(biāo)志，其上限為100 mg/kg[13]，本研究中5個(gè)紅裸土剖面均屬于嚴(yán)重退化。根據(jù)全國第二次土壤普查土壤分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，速效鉀平均含量低于30 mg/kg為6級(jí)（表3），5個(gè)紅裸土剖面速效鉀含量均小于30 mg/kg，低于6級(jí)土壤所規(guī)定的上限值。由此可見，研究區(qū)內(nèi)土壤普遍缺少速效鉀。

表土層速效鉀含量在6.66～28.86 mg/kg之間，平均值為13.84 mg/kg，心土層速效鉀含量在3.81～14.27 mg/kg之間，平均值為7.75 mg/kg，底土層速效鉀含量在1.54～16.60 mg/kg之間，平均值為9.41 mg/kg（表2、圖5）。

富源所采3處土樣表土層速效鉀平均含量為10.84 mg/kg，羅平土隴所采土壤樣品表土層速效鉀含量為7.81 mg/kg，均低于呈貢的28.86 mg/kg，心土層含量也有相同規(guī)律，說明降水量少的地區(qū)速效鉀流失緩于降水量較多區(qū)域。

4 結(jié)論

5個(gè)剖面有機(jī)質(zhì)無明顯分布規(guī)律，速效氮含量呈現(xiàn)表土層>心土層>底土層的分布規(guī)律，速效磷含量呈現(xiàn)底土層>表土層>心土層的分布規(guī)律，速效鉀含量呈現(xiàn)表土層>底土層>心土層的分布規(guī)律。降水量居中的富源（年降水量1 000～1 500 mm）所采3處土樣表層土有機(jī)質(zhì)及速效氮平均含量高于羅平土隴（年降水量1 743.9 mm），二者均高于呈貢龍?zhí)渡剑杲邓?89.6 mm）所采土樣，但降水量較少的呈貢所采土樣速效磷及速效鉀含量高于富源、羅平土隴。紅裸土速效養(yǎng)分含量均低于全國第二次土壤普查土壤分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)中6級(jí)土壤標(biāo)準(zhǔn)，屬于極度缺乏。因而紅裸土難以提供植被生長條件，恢復(fù)植被需采取人工補(bǔ)給方式。

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