不同母巖發(fā)育土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)

熊忠華+周瑋

摘要：本文以土壤化學(xué)性質(zhì)、物理性質(zhì)及可氧化有機(jī)碳為指標(biāo)，應(yīng)用數(shù)值綜合評(píng)價(jià)法對(duì)8種母巖發(fā)育的土壤進(jìn)行質(zhì)量評(píng)價(jià)，最后得出，土壤的質(zhì)量指數(shù)從大到小的排序?yàn)椋好合瞪绊?yè)巖>第四紀(jì)粘土>長(zhǎng)石石英砂巖>石英砂巖>紫色砂頁(yè)巖>變余砂巖>玄武巖>灰質(zhì)白云巖。土壤質(zhì)量最好的為煤系砂頁(yè)巖發(fā)育的土壤，質(zhì)量指數(shù)為0.90，土壤質(zhì)量最差的為灰質(zhì)白云巖發(fā)育的土壤，質(zhì)量指數(shù)為0.038。

關(guān)鍵詞：評(píng)價(jià)；土壤質(zhì)量；母巖

中圖分類(lèi)號(hào)： S152；S153 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A DOI編號(hào)： 10.14025/j.cnki.jlny.2017.09.036

成土母巖不同，其發(fā)育的土壤也不一樣，其土壤的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)也受到影響，導(dǎo)致形成的土壤質(zhì)量也有差異。貴州氣候復(fù)雜、地形多樣，有高山、中低山、丘陵，土壤形成過(guò)程中的關(guān)鍵是風(fēng)化和沉積，同時(shí)，貴州巖石豐富多樣，從而形成豐富多樣的土類(lèi)。因此對(duì)不同母巖發(fā)育形成的土壤質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)有重要的意義。土壤質(zhì)量的評(píng)價(jià)方法主要有數(shù)值綜合評(píng)價(jià)法（曹承綿，1983）、指數(shù)和法（Edward，1999；孫波，1999）、分?jǐn)?shù)定級(jí)法、Fuzzy綜合評(píng)判法、聚類(lèi)分析法及地統(tǒng)計(jì)學(xué)方法（Doran，1994；Pennock，1994；Shen，2004；Smith，1993）等，本文應(yīng)用數(shù)值綜合評(píng)價(jià)法對(duì)母巖—煤系砂頁(yè)巖、第四紀(jì)粘土、長(zhǎng)石石英砂巖、石英砂巖、紫色砂頁(yè)巖、變余砂巖、玄武巖、灰質(zhì)白云巖共8種發(fā)育的土壤進(jìn)行評(píng)價(jià)，為土壤的合理利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 土壤樣品的采集

本實(shí)驗(yàn)樣品采自貴州大學(xué)林學(xué)院苗圃場(chǎng)樣地，了解土壤可氧化態(tài)有機(jī)碳與土壤的發(fā)育母巖的關(guān)系，土樣采集時(shí)直接從發(fā)育母巖的c層心土層采樣，發(fā)育母巖是煤系砂頁(yè)巖（來(lái)自花溪）、第四紀(jì)粘土（來(lái)自貴州大學(xué)南區(qū)）、長(zhǎng)石石英砂巖（來(lái)自花溪區(qū)黔陶鄉(xiāng)）、石英砂巖（來(lái)自黔南龍里）、紫色砂頁(yè)巖（來(lái)自花溪孟關(guān)）、變余砂巖（來(lái)自清鎮(zhèn)云歸鄉(xiāng)）、玄武巖（來(lái)自清鎮(zhèn)市干溝林場(chǎng)）、灰質(zhì)白云巖（來(lái)自花溪），見(jiàn)圖1。樣品采集后拿回室內(nèi)風(fēng)干，用2毫米篩過(guò)篩，共采集土壤樣品五十二個(gè)（煤系砂頁(yè)巖、第四紀(jì)粘土、石英砂巖、變余砂巖、玄武巖分別采集八個(gè)樣品；灰質(zhì)白云巖、長(zhǎng)石石英砂巖、紫色砂頁(yè)巖分別采集四個(gè)樣品），所有土壤樣品分別為三個(gè)重復(fù)。

1.2 研究方法

堿解N：擴(kuò)散法；全N：半微量開(kāi)氏發(fā)；速效P：雙酸浸提—分光光度計(jì)發(fā)；速效K：1N醋酸浸提——火焰光度計(jì)法：pH值：電位法；石礫含量：簡(jiǎn)易比重法；土壤容重：環(huán)刀法；有機(jī)質(zhì)：重鉻酸鉀——硫酸氧化法；可氧化態(tài)有機(jī)碳：高錳酸鉀氧化法（姜培坤，2005）。

1.3數(shù)據(jù)處理

一般的數(shù)據(jù)處理采用Excel計(jì)算，主成分分析采用SPSS應(yīng)用軟件進(jìn)行處理。

2評(píng)價(jià)體系的選擇

土壤質(zhì)量的評(píng)價(jià)需要有規(guī)范科學(xué)的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，在指標(biāo)體系的建立中應(yīng)包括土壤的化學(xué)性質(zhì)、物理性質(zhì)及生物學(xué)特性，同時(shí)要滿(mǎn)足最小指標(biāo)的需要，也要合符可度量、可測(cè)量的特點(diǎn)（Edward，1999）。參考過(guò)去經(jīng)驗(yàn)可分為三類(lèi)：物理性質(zhì)指標(biāo)（見(jiàn)表1）：土壤顆粒組成、土壤容重；土壤化學(xué)性質(zhì)（見(jiàn)表2）：有機(jī)質(zhì)，全氮，速效氮，速效磷，速效鉀，pH值；土壤酶可氧化有機(jī)碳含量：研究表明（Biederbeck，1994；Herrick，1997； Karlen，1999），土壤有機(jī)碳在很大程度上影響土壤結(jié)構(gòu)的形成和穩(wěn)定性、土壤的持水性能、植物營(yíng)養(yǎng)的生物有效性以及土壤的緩沖能力和土壤生物多樣性等，緩解和調(diào)節(jié)與土壤退化以及土壤生產(chǎn)力有關(guān)的一系列土壤過(guò)程。因此本文采用土壤化學(xué)性質(zhì)、物理性質(zhì)、土壤可氧化有機(jī)碳含量對(duì)土壤肥力狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)。具體的土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，如圖2。

3 土壤的質(zhì)量評(píng)價(jià)

3.1 每個(gè)因子隸屬度的確定

在土壤質(zhì)量的綜合評(píng)價(jià)中一般分為三步，一是因子的選擇，二是權(quán)重的確定，三是綜合指標(biāo)的獲得。由于土壤因子變化具有連續(xù)性質(zhì)，故各評(píng)價(jià)指標(biāo)采用連續(xù)質(zhì)的隸屬度函數(shù)，并從主成分因子負(fù)荷量值的正負(fù)性確定隸屬度函數(shù)分布的升降性。升型分布函數(shù)和降型分布函數(shù)的計(jì)算公式如下（劉世梁，1999；張慶費(fèi)，1999）。

Q（xi）=（xij-ximin）/（ximax-ximin） 升型函數(shù)

Q（xi）=（ximax - xij）/（ximax-ximin） 降型函數(shù)

其中，Q（xi）表示各土壤因子的隸屬度值，xij表示各因子值ximax，ximin.分別表示第 i 項(xiàng)因子中的最大值和最小值。本文通過(guò)土壤因子中的化學(xué)性質(zhì)、土壤可氧化有機(jī)碳以及物理性質(zhì)的含量來(lái)評(píng)價(jià)土壤質(zhì)量的高低。因此采用升型函數(shù)計(jì)算化學(xué)性質(zhì)、土壤酶的隸屬度，用降型函數(shù)計(jì)算土壤物理性質(zhì)的隸屬度，見(jiàn)表3～表5。

3.2 土壤中每一個(gè)因子權(quán)重的確定

土壤肥力質(zhì)量的各個(gè)因子的狀況與重要性常有差異，故一般用權(quán)重系數(shù)來(lái)表示各個(gè)因子的重要性程度。這次實(shí)驗(yàn)中采用了SPSS 軟件計(jì)算各因子主成分的貢獻(xiàn)率和累計(jì)貢率，利用主成分分析因子負(fù)荷量，計(jì)算各因子作用的大小，確定它們的權(quán)重（胡小平，2001），見(jiàn)表6。

3.3 土壤肥力質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)值

土壤的最終質(zhì)量質(zhì)素由土壤物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)、土壤可氧化有機(jī)碳等質(zhì)量指數(shù)采用加權(quán)求和法（鄭昭佩，2003）進(jìn)行計(jì)算：

SQR 是土壤質(zhì)量指數(shù)，Ci是各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的隸屬度值，Ki是第 i 個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重，n 是評(píng)價(jià)指標(biāo)的個(gè)數(shù)。

從圖3中可以看出，在8種母巖發(fā)育土壤中，土壤質(zhì)量指數(shù)大小順序?yàn)椋好合瞪绊?yè)巖>第四紀(jì)粘土>長(zhǎng)石石英砂巖>石英砂巖>紫色砂頁(yè)巖>變余砂巖>玄武巖>灰質(zhì)白云巖。土壤質(zhì)量最好的為煤系砂頁(yè)巖發(fā)育的土壤，質(zhì)量指數(shù)為0.90，土壤質(zhì)量最差的為灰質(zhì)白云巖發(fā)育的土壤，質(zhì)量指數(shù)為0.038。

4 結(jié)論與討論

發(fā)育母巖不同，土壤質(zhì)量存在明顯差異，分析研究不同母巖、母質(zhì)發(fā)育的土壤特性，對(duì)指導(dǎo)農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)具有重要的意義。本文研究8種母巖發(fā)育土壤的土壤質(zhì)量指數(shù)變化幅度為0.038～0.90。在8種母巖發(fā)育土壤中，土壤質(zhì)量指數(shù)大小順序?yàn)椋好合瞪绊?yè)巖>第四紀(jì)粘土>長(zhǎng)石石英砂巖>石英砂巖>紫色砂頁(yè)巖>變余砂巖>玄武巖>灰質(zhì)白云巖。土壤質(zhì)量最好的為煤系砂頁(yè)巖發(fā)育的土壤，質(zhì)量指數(shù)為0.90，土壤質(zhì)量最差的為灰質(zhì)白云巖發(fā)育的土壤，質(zhì)量指數(shù)為0.038。質(zhì)量指數(shù)最大的是煤系砂頁(yè)巖發(fā)育的土壤，煤系砂頁(yè)巖發(fā)育的土壤為壤質(zhì)粘土，土壤的通氣、透水性能較好，土壤的呼吸作用較強(qiáng)，有利于微生物的活動(dòng)；石礫含量最低，為3.84%，土壤的蓄水能力相對(duì)較好；第四紀(jì)黏土是黏土，石英砂巖是砂質(zhì)黏土，灰質(zhì)白云巖為砂質(zhì)黏壤土。說(shuō)明石英砂巖的通氣、透水性能要好一些，但它的保水性能較差，容易發(fā)生水土流失。第四紀(jì)黏土的保水性能要好，水土不容易流失，但通透性能較差，從而影響微生物活動(dòng)。第四紀(jì)粘土發(fā)育土壤的水解性氮、速效磷、速效鉀含量高于其他巖石發(fā)育土壤的含量。紫色砂頁(yè)巖、變余砂巖發(fā)育土壤的含量相對(duì)要低。有機(jī)質(zhì)含量最高的是第四紀(jì)黏土發(fā)育的土壤，為0.732 g·kg-1。最低的長(zhǎng)石石英巖石發(fā)育的土壤，為0.135 g·kg-1。但土壤的有機(jī)質(zhì)含量只是作為評(píng)價(jià)土壤肥力的其中一個(gè)指標(biāo)，不能只由土壤的有機(jī)質(zhì)的含量來(lái)簡(jiǎn)單評(píng)價(jià)土壤肥力。第四紀(jì)黏土的土壤肥力比其他的要好，但土壤的通透性差，抑制了土壤中微生物的活動(dòng)。土壤微生物的活動(dòng)、土壤有機(jī)質(zhì)的分解、土壤營(yíng)養(yǎng)元素的釋放與轉(zhuǎn)化以及土壤的發(fā)生過(guò)程中營(yíng)養(yǎng)的遷移等，都與土壤酸堿度有關(guān)。由這8種巖石發(fā)育形成的土壤的pH值在4.82～7.36，最大的灰質(zhì)白云巖發(fā)育的土壤，最小的是長(zhǎng)石石英砂巖發(fā)育的土壤，說(shuō)明長(zhǎng)石石英砂巖發(fā)育的土壤酸度最大。除灰質(zhì)白云巖發(fā)育的土壤屬于中性土壤，其他土壤多為酸性或弱酸性土壤。

土壤的可氧化態(tài)有機(jī)碳又叫有效碳、水溶性有機(jī)碳、易氧化碳、可礦化碳、微生物量碳（李淑芬，2002）。盡管這部分碳素的比例很小，但它對(duì)土壤碳素的轉(zhuǎn)化則很重要，而且與土壤生產(chǎn)力密切相關(guān)（蘇永中，2002；俞元春，2003）。研究表明（Lal，1994），土壤可氧化態(tài)有機(jī)碳是衡量土壤有機(jī)質(zhì)的敏感性指標(biāo)，可以指示土壤有機(jī)質(zhì)的早期變化。三種濃度高錳酸鉀處理的土壤中石英砂巖、煤系砂頁(yè)巖和長(zhǎng)石石英砂巖發(fā)育形成的土壤可氧化有機(jī)碳含量最多，從它的形成過(guò)程來(lái)看，砂巖、砂頁(yè)巖屬于沉積巖，它是粘土經(jīng)過(guò)壓實(shí)，縮水，膠結(jié)硬化而形成的，并且在石英砂巖中，石英的含量占95%，石英的抗風(fēng)化能力較強(qiáng)，形成的土壤質(zhì)地較輕，土壤中的水分含量相對(duì)較少，微生物也較少，并且微生物的活動(dòng)受到抑制，土壤的呼吸作用較少，有機(jī)碳不容易散失，所以土壤可氧化有機(jī)碳的含量均較高。煤系砂頁(yè)巖發(fā)育的土壤本身的有機(jī)質(zhì)的含量高，而速效磷和速效鉀的成分則相對(duì)較少，植物的生長(zhǎng)受到限制，通過(guò)植物根的呼吸作用帶走CO2較少，所以土壤可氧化有機(jī)碳的含量相對(duì)較高。而玄武巖發(fā)育土壤的含量最低，這是因?yàn)樾鋷r發(fā)育的土壤石礫含量較大，土壤的容重則較小，通透性好，有利于微生物活動(dòng)，并且這種土壤的速效磷和速效鉀的含量也較高，能促進(jìn)植物根的生長(zhǎng)。因此，土壤微生物以及植物根的呼吸作用促使土壤有機(jī)碳均以CO2的形式釋放到空氣中，減少了土壤可氧化有機(jī)碳的含量，并且玄武巖屬于巖漿巖，巖漿巖的形成是由于地下的壓力和溫度，使巖漿從地下噴出，并經(jīng)過(guò)搬運(yùn)過(guò)程的一系列的物理、化學(xué)冷凝形成的。它的主要成分是斜長(zhǎng)石和輝石，抗風(fēng)化的能力比較強(qiáng)，從而增強(qiáng)了土壤的呼吸作用，因此它的可氧化有機(jī)碳的含量低，變余砂巖發(fā)育土壤可氧化有機(jī)碳的含量則比玄武巖發(fā)育土壤的含量高?；屹|(zhì)白云巖發(fā)育土壤在0.167 mol·L-1高錳酸鉀濃度處理時(shí)可氧化有機(jī)碳的含量比較高，說(shuō)明土壤中較容易分解的可氧化有機(jī)碳的含量較高?；屹|(zhì)白云巖為不同于砂巖一類(lèi)的沉積巖，它屬于化學(xué)生物巖石，由化學(xué)分解和生物化學(xué)的共同作用形成，其質(zhì)地比砂巖粘重，但比玄武巖一類(lèi)的質(zhì)地輕。

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作者簡(jiǎn)介：熊忠華，副教授，研究方向：林木、花卉栽培的教學(xué)和科研。