黔東南低中山丘陵地區(qū)典型小流域土壤理化性質(zhì)研究

謝元貴，廖小鋒，肖玖軍，朱紅蘇，董艷艷

(1.貴州省山地資源研究所，貴州 貴陽(yáng) 550001； 2.貴州省土地整治中心，貴州 貴陽(yáng) 550001)

黔東南低中山丘陵地區(qū)典型小流域土壤理化性質(zhì)研究

謝元貴1，廖小鋒1，肖玖軍1，朱紅蘇2*，董艷艷1

(1.貴州省山地資源研究所，貴州 貴陽(yáng) 550001； 2.貴州省土地整治中心，貴州 貴陽(yáng) 550001)

采用實(shí)地調(diào)查野外取樣和實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)分析的方法，以方祥鄉(xiāng)方祥河小流域?yàn)槔芯苛速F州省黔東南低中山丘陵地區(qū)典型小流域內(nèi)不同土地利用方式下土壤理化性質(zhì)的空間變化及剖面含量分布。結(jié)果表明，該小流域內(nèi)土壤質(zhì)量較高，有機(jī)質(zhì)含量及土壤中氮磷鉀等元素含量均較豐富。從土地利用類型看，土壤耕作層孔隙度、田間持水量和平均有機(jī)質(zhì)含量大小順序?yàn)樗?林地>旱地，氮素和磷素的含量分布狀況與有機(jī)質(zhì)含量分布相一致。耕作層中全鉀含量的大小順序?yàn)榱值?旱地>水田，速效鉀含量的大小順序?yàn)樗?旱地>林地。從空間分布看，容重變化為上游>中游>下游；土壤總孔隙度、田間持水量及土壤養(yǎng)分含量的空間變化趨勢(shì)均呈現(xiàn)出下游>中游>上游。本研究為土壤資源管理和進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)該小流域土地可持續(xù)經(jīng)營(yíng)提供了科學(xué)依據(jù)。

小流域； 土壤理化性質(zhì)； 空間分布； 土地利用方式

“民以食為天，食以土為本”，精辟地概括了人類—農(nóng)業(yè)—土壤之間的關(guān)系。農(nóng)業(yè)是人類生存的基礎(chǔ)，而土壤是農(nóng)業(yè)的基礎(chǔ)[1]。大范圍看，土壤性質(zhì)主要受氣候、母質(zhì)和時(shí)間影響，但是在小流域范圍上，土壤性質(zhì)受地形和土地利用方式的影響更為突出[2]。小流域是水土流失和開發(fā)治理的基本單元，同時(shí)也是研究生態(tài)農(nóng)業(yè)的基本單元，具有肥力并能生長(zhǎng)植物的土壤則成為小流域開發(fā)和治理中一個(gè)極其重要的研究?jī)?nèi)容[3]。大量研究表明，土壤理化性質(zhì)的不同很大程度上受土地利用方式及覆蓋植被種類的影響[4-7]。本研究以方祥鄉(xiāng)方祥河小流域內(nèi)不同土地利用方式為單元分析說(shuō)明小流域土壤理化性質(zhì)的分布特征，旨在揭示黔東南低中山丘陵地區(qū)小流域內(nèi)土地利用方式對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響，以期為該區(qū)域土地的科學(xué)管理和土地的可持續(xù)經(jīng)營(yíng)提供理論依據(jù)。

1 研究區(qū)域與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)地處云貴高原湘、桂丘陵盆地過(guò)渡的斜坡地帶，地貌主要為低中山深切割侵蝕-剝蝕地貌，少數(shù)區(qū)域?yàn)橹猩綐O深切割侵蝕-剝蝕地貌。方祥河小流域位于黔東南州雷山縣方祥鄉(xiāng)境內(nèi)，共涉及平祥村、水寨村、陡寨村、雀鳥村、格頭村和提香村6個(gè)村，地理位置位于108°12′58″～108°19′33″E， 26°23′20″～26°27′50″N。研究區(qū)屬于亞熱帶季風(fēng)濕潤(rùn)氣候區(qū)，季風(fēng)氣候明顯，水熱同季，年平均氣溫14.5 ℃，年降雨量1 400 mm，冬無(wú)嚴(yán)寒，夏無(wú)酷暑，日照偏少。區(qū)內(nèi)的主要土地利用方式為水田、旱地和林地，土壤隨海拔高度呈帶狀分布，土壤類型為硅鋁質(zhì)中層黃壤、紅泥田，水稻土以黃泥田為主，兼有紅泥田，旱地以黃泥土為主。

研究區(qū)境內(nèi)都處在雷公山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)，有豐富多彩的高山植被和蒼茫幽深的原始森林群落，植被為常綠闊葉林，常綠落葉闊葉混交林等森林類型，種類較為豐富，主要涉及杉科(Taxodiaceae)、金縷梅科(Hamamelidaceae)、樟科(Lauraceae)、大戟科(Euphorbiaceae)、山礬科(symplocaceae)、殼斗科(Fagaceae)、衛(wèi)矛科(Celastraceae)、夾竹桃科(Apocynaceae)、蚌殼蕨科(Dicksoniaceae)、紫金?？?Myrsinaceae)等。

1.2 采樣

根據(jù)已有研究區(qū)的地形數(shù)據(jù)資料，于2015年10月下旬，在小流域的上、中、下游分別選取典型水田、旱地和林地區(qū)域取樣，每種土地利用類型選取3個(gè)剖面，剖面深度100 cm，水田分3個(gè)土層(即耕作層、犁底層和心土層)取樣，旱地和林地分2個(gè)土層(耕作層和心土層)取樣，共采集63個(gè)土樣。將土壤樣品帶回貴州省山地資源研究所實(shí)驗(yàn)室，風(fēng)干、磨碎、過(guò)篩后備用。

1.3 指標(biāo)測(cè)定

土壤理化性質(zhì)的測(cè)定項(xiàng)目均采用常規(guī)方法[8]：土壤物理性質(zhì)采用環(huán)刀法(200 cm3)測(cè)定；土壤全氮采用KT260凱氏定氮儀測(cè)定；全磷采用HClO4-H2SO4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；速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采用pH計(jì)測(cè)定。

2 結(jié)果與分析

2.1 對(duì)土壤物理性質(zhì)的影響

土壤容重和孔隙度對(duì)土壤的滲透性、透氣性、持水性、導(dǎo)熱性、緊實(shí)度和根系發(fā)育等有很大影響，其與土壤質(zhì)地、壓實(shí)狀況、土壤顆粒密度、土壤有機(jī)質(zhì)含量及各種土壤管理措施有關(guān)[4,9-10]。由表1可知，不同土地利用類型對(duì)土壤的物理性質(zhì)(包括容重、孔隙度和田間持水量等)有很大影響，容重變化表現(xiàn)為旱地(1.19 g·cm-3)>林地(1.14 g·cm-3)>水田(1.07 g·cm-3)；總孔隙度及田間持水量的變化正好與容重相反，總孔隙度表現(xiàn)為水田(58.80%)>林地(56.32%)>旱地(54.02%)，田間持水量同樣表現(xiàn)為水田(45.40%)>林地(34.37%)>旱地(33.35%)。從空間分布看，上游容重最大，中游次之，下游最小，其值分別為1.18、1.12、1.11 g·cm-3；孔隙度變化表現(xiàn)為下游(57.48%)>中游(57.01%)>上游(54.66%)，田間持水量的變化趨勢(shì)為下游(39.95%)>中游(37.51%)>上游(35.66%)。

表1 不同土地利用方式下土壤物理性質(zhì)

2.2 對(duì)土壤化學(xué)性質(zhì)的影響

pH值。土壤pH受母質(zhì)、生物、氣候及人為作用等多種因子控制，是影響土壤養(yǎng)分的重要因素之一。土壤pH直接影響著土壤養(yǎng)分的狀態(tài)分布、轉(zhuǎn)化和利用[11]。由表2可知，研究區(qū)內(nèi)3種土地利用類型下土壤呈酸性或強(qiáng)酸性，旱地土壤pH值最低，其值為4.63；水田土壤pH為5.14，略大于林地。

有機(jī)質(zhì)。土壤有機(jī)質(zhì)是土壤的重要組成部分，對(duì)土壤物理、化學(xué)、生物學(xué)性質(zhì)都有影響。由表2可知，方祥河小流域內(nèi)土壤有機(jī)質(zhì)含量較高，達(dá)到國(guó)家三級(jí)水平及以上(依據(jù)全國(guó)第二次土壤普查的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，下同)。就土地利用類型而言，該小流域內(nèi)土壤有機(jī)質(zhì)含量呈現(xiàn)出水田(57.56 g·kg-1)>林地(35.87 g·kg-1)>旱地(33.86 g·kg-1)，這主要是由于水田常年浸水，通氣性差，有機(jī)質(zhì)及動(dòng)植物等的殘留物以嫌氣分解為主，所以積累比較多[12]。從空間分布看，下游(44.69 g·kg-1)>中游(43.91 g·kg-1)>上游(38.69 g·kg-1)。可見(jiàn)，該小流域存在一定的水土流失現(xiàn)象，且主要體現(xiàn)在旱地上，因?yàn)楹档赝寥烙袡C(jī)質(zhì)表現(xiàn)出明顯的空間分布不均，下游(39.08 g·kg-1)>中游(35.75 g·kg-1)>上游(26.75 g·kg-1)。

氮素。從表2可以看出，方祥河小流域內(nèi)從空間分布上看土壤全氮含量呈現(xiàn)出下游(2.97%)>中游(2.72%)>上游(2.33%)，速效氮含量表現(xiàn)為下游(270.67 mg·kg-1)>上游(265.96 mg·kg-1)>中游(264.42 mg·kg-1)，但中游與上游相差甚微，氮素含量均呈現(xiàn)出下游含量最大，可能是由于長(zhǎng)期的水力沖刷作用使許多礦物風(fēng)化產(chǎn)物隨著地表和地下徑流水由上游向下游淋洗遷移造成的。在水田、旱地和林地三種土地利用類型中，土壤全氮平均含量分別為2.93%、2.34%、2.77%，依次表現(xiàn)為水田>林地>旱地；速效氮的平均含量分別為318.3、235.32、335.69 mg·kg-1，依次表現(xiàn)為林地>水田>旱地，原因可能是研究區(qū)林地多為原始森林，人為干擾少，常年富集較多土壤養(yǎng)分，而水田和旱地由于人為施肥追肥等對(duì)土壤養(yǎng)分影響較大。

磷素。從表2可以看出，方祥河小流域內(nèi)耕地土壤磷素平均含量較高，水田及林地土壤含量達(dá)到國(guó)家一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，而旱地土壤含量處于二、三級(jí)水平。從空間分布看，全磷含量呈現(xiàn)出下游(1.28 g·kg-1)>中游(1.03 g·kg-1)>上游(1.01 g·kg-1)的趨勢(shì)，速效磷含量也同樣呈現(xiàn)出此趨勢(shì)，下游(188.84 mg·kg-1)>中游(179.27 mg·kg-1)>上游(149.05 mg·kg-1)。從土地利用類型看，全磷在水田、旱地、林地中的含量分別為1.31、0.77、1.24 g·kg-1，依次表現(xiàn)為水田>林地>旱地；速效磷在水田、旱地、林地中的含量分別為195.15、149.05、171.68 mg·kg-1，依次表現(xiàn)為水田>林地>旱地。

鉀素。從表2可以看出，方祥河小流域土壤鉀素含量豐富，其中全鉀含量均值為32.71 g·kg-1，速效鉀含量為339.25 mg·kg-1，均達(dá)到國(guó)家一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。從空間部分看，全鉀含量表現(xiàn)出下游(34.78 g·kg-1)>中游(31.79 g·kg-1)>上游(31.56 g·kg-1)的現(xiàn)象，但中游與上游含量相差甚微；速效鉀則呈現(xiàn)出下游(350.63 mg·kg-1)>上游(348.25 mg·kg-1)>中游(318.87 mg·kg-1)的趨勢(shì)。就土地利用類型而言，全鉀在旱地、水田、林地土壤中的含量分別為31.80、29.63、36.70 g·kg-1，依次表現(xiàn)為林地>旱地>水田，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的分析，這種現(xiàn)象出現(xiàn)的原因可能是水田土壤中全鉀受淋溶影響向下遷移速率快，導(dǎo)致耕作層全鉀含量較旱地與林地更低；速效鉀在旱地、水田、林地土壤中的含量分別為335.3、347.85、334.6 mg·kg-1，表現(xiàn)為水田>旱地>林地。

表2 不同土地利用方式下土壤化學(xué)性質(zhì)

2.3 對(duì)剖面土壤理化性質(zhì)的影響

隨著土壤層次的加深，不同土地利用方式下土壤的理化性質(zhì)會(huì)出現(xiàn)不同程度的變化。由表3～4可知，在同一土壤層，土壤容重與總孔隙度和田間持水量呈負(fù)相關(guān)，隨著土壤層次的加深，容重增大，孔隙度和田間持水量則呈下降趨勢(shì)。土壤有機(jī)質(zhì)含量隨土層的加深而降低，其中水田下降趨勢(shì)最為明顯，旱地其次。耕作層土壤pH最低，其均值為5.0，且各耕作層pH低于各區(qū)域pH的平均值。氮素和磷素在各層的含量呈現(xiàn)出很明顯的自上而下減小的現(xiàn)象，即耕作層>犁底層>心土層，具有明顯的表聚性；水田土壤中鉀素含量呈現(xiàn)出自上而下先增大后降低的特點(diǎn)，即犁底層的鉀素含量最高。水田土壤各層的有機(jī)質(zhì)、氮素和鉀素含量均高于同層的林地和旱地土壤含量，旱地含量最低；而全鉀含量卻相反，林地和旱地的耕作層全鉀含量均高于水田土壤含量。

3 小結(jié)與討論

通過(guò)對(duì)方祥河小流域3種土地利用類型下土壤理化性質(zhì)的分析，得出不同的土地利用類型對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響。

整體上看，方祥河小流域內(nèi)土壤質(zhì)量較高，有機(jī)質(zhì)含量較豐富，達(dá)到國(guó)家三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)及以上。且土壤中氮磷鉀等元素含量均較豐富，其中氮素和鉀素含量達(dá)到國(guó)家一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，磷素含量達(dá)到國(guó)家三級(jí)水平及以上。

表3 不同土地利用方式下土壤剖面物理性質(zhì)

表4 不同土地利用方式下土壤剖面化學(xué)性質(zhì)

從土地利用類型看，土壤耕作層孔隙度、田間持水量和平均有機(jī)質(zhì)含量大小順序?yàn)樗?林地>旱地，氮素和磷素的含量分布狀況與有機(jī)質(zhì)含量分布相一致，表現(xiàn)為水田>林地>旱地，而容重大小與之相反，旱地>林地>水田。出現(xiàn)該種情況的原因主要是水田常年浸水造成的，有機(jī)質(zhì)及動(dòng)植物等的殘留物以嫌氣分解為主，所以積累比較多；林地土壤積累的植被凋落物較多，凋落物的覆蓋以及表層土中植被根系的分布，使得土壤溫度較高，濕度較大，且微生物活動(dòng)頻繁[10-11]，受人為干擾小，故相較于旱地土壤，林地土壤中有機(jī)質(zhì)含量相對(duì)較高。土壤中氮、磷的含量與有機(jī)質(zhì)含量息息相關(guān)，有機(jī)質(zhì)是氮磷元素的重要來(lái)源，所以，氮磷元素在3種土地利用類型中的分布狀況與有機(jī)質(zhì)相一致，這與李建輝等[12-13]的研究結(jié)果相似。耕作層中全鉀含量的大小順序?yàn)榱值?旱地>水田，速效鉀含量的大小順序?yàn)樗?旱地>林地，出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因主要是土壤中的鉀一般以離子態(tài)存在，淋溶作用越強(qiáng)烈的土壤其耕作層的鉀素含量越低；且表層土壤的全鉀含量低，但速效鉀含量相對(duì)較高，說(shuō)明耕作層土壤中鉀素的利用率較高，這與周瑋等[14]的研究結(jié)果相似。

從空間分布看，上游容重最大，中游次之，下游最小，孔隙度和田間持水量的變化趨勢(shì)正好與之相反，變化表現(xiàn)為下游>中游>上游。土壤有機(jī)質(zhì)、氮素、磷素、鉀素等的含量空間變化趨勢(shì)均呈現(xiàn)出下游>中游>上游，尤其以旱地的有機(jī)質(zhì)含量變化最為明顯，說(shuō)明該小流域存在一定的水土流失現(xiàn)象，且主要發(fā)生在旱地上。為有效減少水土流失，建議對(duì)可能產(chǎn)生水土流失的區(qū)域，采取水土保持工程措施，如修建截流溝改變水流沖刷，坡耕地梯土化，采取修建土坎或石坎，溝渠坡度較大的地方修建跌水等措施。

綜上所述，方祥河小流域土壤質(zhì)量較高，肥力較強(qiáng)，應(yīng)在保護(hù)好現(xiàn)有耕地的基礎(chǔ)上適度開發(fā)，發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè)等特色產(chǎn)業(yè)，提高土地利用率。同時(shí)，采取水土保持工程措施降低水土流失的風(fēng)險(xiǎn)，提高耕地的保水保肥能力。

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(責(zé)任編輯：張瑞麟)

2017-06-13

貴州省科技計(jì)劃項(xiàng)目(黔科合SY字〔2013〕3169)；貴州省科技計(jì)劃項(xiàng)目(黔科合SY字〔2009〕3084)；貴州省國(guó)土資源廳財(cái)政專項(xiàng)；貴州科學(xué)院土地資源可持續(xù)利用創(chuàng)新人才團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目

謝元貴(1982—)，四川達(dá)州人，副研究員，高級(jí)工程師，碩士，從事土地資源、水土保持及林學(xué)方面研究工作，E-mail:yuangui_xie@163.com。

朱紅蘇，E-mail: 350955445@qq.com。

10.16178/j.issn.0528-9017.20170853

S159；S156

A

0528-9017(2017)08-1477-04

文獻(xiàn)著錄格式：謝元貴，廖小鋒，肖玖軍，等. 黔東南低中山丘陵地區(qū)典型小流域土壤理化性質(zhì)研究[J].浙江農(nóng)業(yè)科學(xué)，2017，58(8)：1477-1480，1484.