貴州赤水低山河谷地區(qū)典型小流域土壤理化性質(zhì)研究
——以赤水市長期鎮(zhèn)半山溝小流域為例

廖小鋒，肖玖軍，謝元貴，盧 蘭，謝 剛，董艷艷

(貴州科學(xué)院 貴州省山地資源研究所，貴州 貴陽 550001)

貴州赤水低山河谷地區(qū)典型小流域土壤理化性質(zhì)研究
——以赤水市長期鎮(zhèn)半山溝小流域為例

廖小鋒，肖玖軍，謝元貴，盧 蘭，謝 剛，董艷艷

(貴州科學(xué)院 貴州省山地資源研究所，貴州 貴陽 550001)

典型小流域；土壤理化性質(zhì)；低山河谷區(qū)；貴州赤水

采用野外調(diào)查取樣和室內(nèi)試驗分析相結(jié)合的方法，研究了貴州赤水低山河谷地區(qū)典型小流域——赤水市長期鎮(zhèn)半山溝小流域內(nèi)不同土地利用方式下土壤剖面理化性質(zhì)及其空間變化，結(jié)果表明：①從空間分布看，耕作層土壤有機(jī)質(zhì)及部分土壤養(yǎng)分出現(xiàn)了下游>上游>中游的現(xiàn)象。②不同土地利用方式下，耕作層土壤容重表現(xiàn)為旱地>竹林>樹林>水田，土壤孔隙度和田間持水量則表現(xiàn)為水田>樹林>竹林>旱地，樹林土壤的各種養(yǎng)分含量均高于竹林土壤，水田土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、速效氮及全磷、全鉀含量均略高于旱地，但有效磷和速效鉀含量略低于旱地。③從土壤剖面分布看，土壤容重、pH值隨土層深度的增加而增加，田間持水量則隨土層深度的增加而減少，有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、有效磷含量呈現(xiàn)出從上往下依次遞減的趨勢，而水田的鉀素含量呈現(xiàn)出自上而下先增大后減少的特點(diǎn)。

土壤不僅是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)，同時也是森林生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，是植物群落生存和發(fā)展的基礎(chǔ)[1]。由于受到自然和人為因素的共同影響，因此在一定的景觀內(nèi)，同一時間不同地點(diǎn)的土壤屬性存在明顯的差異性和多樣性[2-4]?？茖W(xué)的土地資源管理和利用建立在正確理解區(qū)域土壤屬性的空間分布特征的基礎(chǔ)之上，研究分析小流域內(nèi)土壤屬性的空間變異性和剖面分布特征對于土地資源的合理開發(fā)和可持續(xù)利用具有重要作用[5]。近年來，以小流域為基本單元進(jìn)行土壤理化性質(zhì)分析預(yù)測、生態(tài)風(fēng)險評價、水土流失治理和面源污染防治等成為國內(nèi)外學(xué)者研究的熱點(diǎn)[6]。小流域是水土資源配置的基本單元，其理化性質(zhì)特征是制定各種規(guī)劃，進(jìn)行農(nóng)林牧合理布局和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的主要依據(jù)之一[2]。所以，對土壤理化性質(zhì)的空間分布特征進(jìn)行準(zhǔn)確分析不僅能夠正確規(guī)劃土地的利用方式，還能保護(hù)土地資源和環(huán)境質(zhì)量，減少土壤資源浪費(fèi)。我們以貴州赤水低山河谷地區(qū)典型小流域——赤水市長期鎮(zhèn)半山溝小流域為例，研究小流域內(nèi)土壤理化性質(zhì)的空間變異和剖面垂直變化特性，旨在為該地區(qū)土壤資源管理和進(jìn)一步的土地經(jīng)營提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)域與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

貴州赤水低山河谷地區(qū)位于貴州省西北角，主要包括赤水市全部及習(xí)水縣西部地區(qū)。該地區(qū)地處長江谷地，區(qū)內(nèi)以紫色砂巖、泥巖為主，表現(xiàn)為低山、丘陵、臺地為主的紅層景觀，具有高溫高濕的盆地氣候特征，植被組成中有南亞熱帶成分，是貴州省北部自然環(huán)境獨(dú)具特色的一個非巖溶區(qū)。區(qū)內(nèi)侵蝕切割較強(qiáng)，河谷多呈V形，溝谷密布，地表較破碎。土壤以紫色土、黃壤為主，是貴州省紫色土集中分布區(qū)。主要河流有赤水河、習(xí)水河、大同河和豐水河。

赤水市長期鎮(zhèn)半山溝小流域范圍主要涉及長期鎮(zhèn)白田村、鳳儀村、紅衛(wèi)村3個村(東經(jīng)106°00′38″～106°04′23″、北緯28°38′01″～28°42′02″)，半山溝源于鳳儀村半山，在南面大德橋處匯入習(xí)水河，流域海拔為270～1 070 m。半山溝小流域氣候兼有南亞熱帶氣候特征，年平均氣溫16～18 ℃，年均降水量1 100～1 200 mm，雨量充沛，夏季炎熱，冬暖少霜。

根據(jù)調(diào)查，該小流域土地利用類型主要為水田、旱地、林地、村莊建設(shè)用地。林地主要為竹林和樹林(常綠闊葉林)。竹林是主要的人工植被，分布廣、面積大，竹種有楠竹、慈竹、黃竹、撐綠竹、麻竹等；自然植被多為常綠闊葉林，種類較為豐富，主要涉及樟科、殼斗科、?？啤⒍箍?、禾本科、番荔枝科、楊梅科、衛(wèi)矛科、五加科、山茶科等植物。

1.2 采樣方法

根據(jù)研究區(qū)的地形數(shù)據(jù)資料，于2015年10月在小流域范圍內(nèi)選取典型的竹林和樹林樣地各3個，并在小流域的上、中、下游分別選取典型水田、旱地樣地各3個。每個樣地選取3個土壤剖面，剖面深度100 cm，除水田分3個土層(即耕作層、犁底層和心土層)取樣外，其余地類分2個土層(耕作層和心土層)取樣。將土壤樣品帶回實驗室，風(fēng)干、磨碎、過篩后備用。

1.3 指標(biāo)的測定方法

土壤理化性質(zhì)的測定均采用常規(guī)方法[7]：土壤物理性質(zhì)采用環(huán)刀法(200 cm3)；土壤全氮采用KT260凱氏定氮儀測定；全磷采用HClO4-H2SO4消煮，鉬銻抗比色法；全鉀采用HF-HClO4消煮，火焰光度法；水解氮采用堿解擴(kuò)散法；有效磷采用鉬銻抗比色法；速效鉀采用火焰光度法；有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法；pH值采用pH計測定。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同土地利用方式下土壤物理性質(zhì)的對比分析

土壤容重是土壤基本的物理性狀之一，是反映土壤緊實程度、孔隙狀況等結(jié)構(gòu)性特征的重要指標(biāo)[8]，其直接影響著土壤肥力和植物的根系發(fā)育等[9]；土壤孔隙度也從多方面對土壤肥力產(chǎn)生影響；田間持水量是土壤毛管懸著水的最大量，是土壤保持水分的一種基本特性，它與土壤一系列的物理、化學(xué)性質(zhì)有關(guān)。大量的資料表明，影響田間持水量的主要因素有土壤質(zhì)地和結(jié)構(gòu)、土壤容重、有機(jī)質(zhì)含量，以及地下水埋深等，而最主要的因素一致被認(rèn)為是土壤質(zhì)地和容重，因為土壤容重能反映土壤的壘結(jié)特性，在一定容重范圍內(nèi)，田間持水量與土壤容重呈線性相關(guān)[10-11]。在不同土地利用方式下，土壤容重和田間持水量存在一定的差異[12]。由于耕作層受農(nóng)事活動干擾和外界自然因素的影響最大，與作物生產(chǎn)關(guān)系密切，所以我們主要考查

表1 半山溝小流域不同土地利用方式下耕作層土壤物理性質(zhì)對比

注：表中數(shù)據(jù)均為均值±標(biāo)準(zhǔn)差(下同)。

耕作層土壤性質(zhì)(下同)。由表1可知，4種不同土地利用方式下土壤容重的大小關(guān)系為旱地>竹林>樹林>水田；而土壤總孔隙度和田間持水量正好與之相反，水田>樹林>竹林>旱地。從空間分布情況看，旱地土壤容重大小表現(xiàn)為中游>下游>上游，水田土壤容重大小表現(xiàn)為中游>上游>下游，土壤總孔隙度和田間持水量旱地和水田均表現(xiàn)為下游>上游>中游。

2.2 不同土地利用方式下土壤化學(xué)性質(zhì)的對比分析

2.2.1 pH值

土壤pH值是影響土壤肥力的重要因素[13]，對土壤微生物的生命活動有很大影響。半山溝小流域的土壤pH值見表2。由表2可知，該小流域內(nèi)耕地(旱地和水田，下同)土壤pH值平均為5.34，呈強(qiáng)酸性(根據(jù)全國土壤pH值的等級劃分表判斷)，尤其是上游土壤，pH值平均為4.81，酸性最強(qiáng)，下游次之，中游酸性程度最低。就土地利用方式而言，土壤pH值的大小順序為水田>旱地>樹林>竹林。

表2 半山溝小流域不同土地利用方式下耕作層土壤pH值對比

2.2.2 有機(jī)質(zhì)

土壤有機(jī)質(zhì)中含有大量的植物生長必不可少的營養(yǎng)元素。一般把耕作層含有機(jī)質(zhì)比例在20%以上的土壤稱為有機(jī)質(zhì)土壤，含有機(jī)質(zhì)比例在20%以下的土壤稱為礦質(zhì)土壤[14]。從表3可知，半山溝小流域耕地土壤有機(jī)質(zhì)含量均值為15.15 g/kg，屬于國家四級水平(依據(jù)全國第二次土壤普查的分級標(biāo)準(zhǔn)，下同)，其比例在1.03%～2.57%，屬礦質(zhì)土壤類型。就空間分布情況而言，該小流域上、中、下游的耕地土壤有機(jī)質(zhì)含量分別為12.18、11.74、12.43 g/kg，大小順序為下游>上游>中游。就土地利用方式而言，土壤有機(jī)質(zhì)含量樹林>竹林>水田>旱地，樹林和竹林相對較高。

2.2.3 氮素

氮素是植物生長發(fā)育不可缺少的營養(yǎng)元素，土壤供氮不足會導(dǎo)致作物產(chǎn)量和品質(zhì)的降低。由表3可知，就空間分布而言，耕地全氮含量下游>中游>上游，分別為0.94%、0.88%和0.85%；耕地速效氮含量中游>下游>上游，分別為263.61、243.60和223.37 mg/kg。從土地利用方式看，全氮含量水田>樹林>旱地>竹林，速效氮含量水田>旱地>樹林>竹林。

2.2.4 磷素

磷素是作物生長的重要元素，它對作物高產(chǎn)及品種優(yōu)良特性的保持有明顯作用，土壤中磷的含量受成土母質(zhì)、土壤類型、耕作方式、施肥等因素的影響[15-16]。由表3可知，就該小流域內(nèi)不同土地利用方式而言，全磷含量水田>旱地>樹林>竹林，有效磷含量旱地>水田>樹林>竹林；就空間分布而言，耕地全磷含量下游>上游>中游，其值分別為1.06、0.82和0.73g/kg；耕地有效磷含量下游>中游>上游，其值分別為99.10、94.97和84.37 mg/kg。

表3 半山溝小流域不同土地利用方式下耕作層土壤養(yǎng)分統(tǒng)計分析

2.2.5 鉀素

鉀是土壤中含量最高的營養(yǎng)元素之一，參與植物的碳氮代謝等多種過程，對植物生長發(fā)育、抗逆能力、產(chǎn)品產(chǎn)量等有重要影響。由表3可知，就空間分布而言，耕地全鉀含量下游為23.82 g/kg，與上游含量23.14 g/kg相當(dāng)，大于中游含量16.76 g/kg；耕地速效鉀含量上游>中游>下游，其值分別為235.76、200.93和155.29 mg/kg。從土地利用方式看，全鉀含量樹林>水田>竹林>旱地，速效鉀含量旱地>樹林>水田>竹林。

2.3 不同土地利用方式下土壤剖面理化性質(zhì)的對比分析

不同的土地利用方式也會導(dǎo)致土壤剖面理化性質(zhì)分布的差異。由表4可知，土壤容重隨著土層深度的增加而增加，而土壤孔隙度和田間持水量則隨著土層深度的增加而減少；同一深度的土壤，田間持水量與土壤孔隙度呈正相關(guān)關(guān)系，而土壤容重與土壤孔隙度及田間持水量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。土壤pH值以耕作層最低，其均值為5.08，且各耕作層pH值低于各區(qū)域pH值的平均值。有效磷在各層的含量呈現(xiàn)出很明顯的自上而下遞減的現(xiàn)象，即耕作層>犁底層>心土層，具有明顯的表聚性；水田的鉀素含量呈現(xiàn)出自上而下先升高后降低的特點(diǎn)，如耕作層、犁底層和心土層的全鉀含量依次為21.82、25.02和17.86 g/kg，速效鉀含量依次為180.23、212.92和183.37 mg/kg。

由表4還可以看出，個別元素在各層的變化趨勢有所不同，造成這種現(xiàn)象的原因可能有以下兩點(diǎn)：一是不同土地利用方式下植物對養(yǎng)分的利用和吸收有差異[16]；二是旱地和水田的施肥種類及施肥量不同。

表4 半山溝小流域不同土地利用方式下剖面土壤理化性質(zhì)分析

3 結(jié)論和討論

(1)半山溝小流域內(nèi)耕地土壤的pH值呈酸性，尤其是上游土壤呈強(qiáng)酸性。這可能與酸雨污染及大量施用酸性肥料(如過磷酸鈣、氯化銨等)有關(guān)[13]。土壤酸性過高不利于農(nóng)作物生長，建議采取一定的措施減弱土壤酸性，并適當(dāng)補(bǔ)充作物所需營養(yǎng)元素。

(2)從該小流域的空間分布看，旱地土壤容重表現(xiàn)為中游>下游>上游，水田土壤容重表現(xiàn)為中游>上游>下游，田間持水量旱地和水田均為下游>上游>中游。有機(jī)質(zhì)及部分土壤養(yǎng)分出現(xiàn)了下游>上游>中游的現(xiàn)象，說明該小流域內(nèi)存在一定的水土流失現(xiàn)象，且中游段水土流失較嚴(yán)重。上游和中游的表層土壤被沖刷到下游累積，有機(jī)質(zhì)在下游富集[14]，所以下游有機(jī)質(zhì)含量最高，土壤容重較中游小，田間持水量和氮素等養(yǎng)分含量較高。

(3)不同土地利用方式下，耕作層土壤容重表現(xiàn)為旱地>竹林>樹林>水田，田間持水量為水田>樹林>竹林>旱地。各土壤養(yǎng)分的含量表現(xiàn)不一，這主要是由于水田和旱地常年施肥，施肥種類與施肥量的不同導(dǎo)致各養(yǎng)分在不同土壤中沒有呈現(xiàn)出明顯的規(guī)律。但竹林與樹林相比，則呈現(xiàn)出樹林土壤的各種養(yǎng)分含量均高于竹林土壤，這是由于竹林生長密集，土壤采光差，植被單一，與樹林土壤相比易板結(jié)。水田耕作層土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、速效氮、全磷、全鉀含量均略高于旱地土壤，這可能是因為水田常年漬水，通氣性較差，有機(jī)質(zhì)及動植物和微生物殘留體缺氧分解較慢，養(yǎng)分積累較多所致[17]，另外與這兩種土地利用方式下的施肥量及施肥種類也有關(guān)[18]。

(4)從土壤剖面看，土壤容重、pH值大小隨土層深度的增加而增加，土壤孔隙度和田間持水量則隨深度的增加而減少。各耕作層pH值明顯低于犁底層和心土層，且低于各區(qū)域pH值的平均值，說明研究區(qū)土壤有一定的淋溶作用[19]。土壤剖面各層有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、有效磷含量存在從上往下依次遞減的趨勢，尤其是有效磷，在各層的含量呈現(xiàn)出很明顯的自上而下減小的現(xiàn)象，具有明顯的表聚性，這主要是由于磷的遷移率較小；而水田的鉀素含量呈現(xiàn)出自上而下先升高后降低的特點(diǎn)，造成這種現(xiàn)象的原因可能是鉀的遷移性較強(qiáng)，易隨著水分向下淋溶，使得下層土壤鉀素含量發(fā)生改變，同時由于犁底層的透水性較差，使得速效鉀積聚在此層。

綜上可知，半山溝小流域耕地土壤肥力一般，養(yǎng)分含量不一，且存在一定的水土流失現(xiàn)象。建議對該小流域的坡地實施坡改梯工程，在水土流失嚴(yán)重的中游地段營造防護(hù)林，降低水土流失的風(fēng)險；對該小流域的耕地適當(dāng)施用有機(jī)肥，提高有機(jī)質(zhì)含量；根據(jù)不同耕地養(yǎng)分含量的多少選擇不同的肥料和施用量，做到因地制宜，盡量減少不必要的浪費(fèi)。

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(責(zé)任編輯 徐素霞)

貴州省科技計劃項目(社發(fā)攻關(guān))(黔科合SY字〔2013〕3169，黔科合SY字〔2009〕3084)；貴州省國土資源廳2014年財政專項資金項目

S158.3

A

1000-0941(2017)06-0038-04

廖小鋒(1987—)，男，重慶市人，高級工程師，碩士，主要從事生態(tài)學(xué)、土地資源與水土保持方面的研究和工作；通信作者謝元貴(1982—)，男，四川達(dá)州市人，副研究員/高級工程師，碩士，主要從事土地資源、水土保持及林學(xué)方面的研究和工作。

2016-08-20