黔東北低山丘陵喀斯特地區(qū)典型小流域土壤理化性質(zhì)研究

廖小鋒+肖玖軍+謝剛

摘要：采用實(shí)地野外取樣調(diào)查和實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)分析的方法，以高墻河小流域?yàn)槔芯壳瓥|北低山丘陵喀斯特地區(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，①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。②從土地利用類(lèi)型看，土壤耕作層孔隙度、田間持水量大小順序?yàn)樗?林地>旱地，有機(jī)質(zhì)平均含量表現(xiàn)為林地>水田>旱地，而氮、磷、鉀3種元素的含量沒(méi)有呈現(xiàn)出共同的規(guī)律性，主要是受人為施肥的影響。③從空間分布看，容重大小順序?yàn)樯嫌?中游>下游；孔隙度和田間持水量的變化趨勢(shì)與之相反。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，表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。

關(guān)鍵詞：小流域；土地利用類(lèi)型；土壤理化性質(zhì)；空間分布；土壤剖面

中圖分類(lèi)號(hào)：S151.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2017）22-4271-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2017.22.015

Abstract： Adopting the analysis method of field sampling investigation and laboratory testing， taking the small watershed of Gaoqiang River as an example， the spatial distribution and content distribution profile of soil physical and chemical properties of the northeastern Guizhou hilly area of Karst watershed under different land uses were studied. The results showed that： ①the quality of soil in the small watershed was higher， and the content of organic matter and nitrogen， phosphorus and potassium in soil were rich. ②From the land use types， the magnetism of soil porosity and the water holding capacity of the order of paddy land > woodland > dry land. The average content of organic matter was paddy land > woodland > dry land， but not the content of three elements of nitrogen， phosphorus and potassium showed the common law， which was mainly influenced by artificial fertilization. ③From the view of spatial distribution， the order of the bulk density was upstream > middle reaches > lower reaches； The variation trend of porosity and field capacity was opposite. The content of spatial variation of soil organic matter， nitrogen， phosphorus， potassium all showed lower reaches > middle reaches > upstream， which especially changes in the content of organic matter in the most obvious， indicating that the phenomenon had certain water loss and soil erosion of small watershed， and mainly in the dry land.

Key words： small watershed； land use types； soil physical and chemical properties； space distribution； soil profile

土壤作為生物、氣候、母質(zhì)、地形、時(shí)間等自然因素和人類(lèi)活動(dòng)綜合作用下的產(chǎn)物，不僅是人類(lèi)生存的物質(zhì)基礎(chǔ)，還是人類(lèi)最早開(kāi)發(fā)利用的生產(chǎn)資料[1]。土壤質(zhì)量作為土壤的固有屬性，是自然和人為因素共同作用的結(jié)果[2]，而土壤理化性質(zhì)是土壤質(zhì)量最直觀的表現(xiàn)，土地利用方式的變化直接影響著土壤理化性質(zhì)的變化[3]。大量研究表明，土壤容重、孔隙率、含水量、有機(jī)質(zhì)、全量養(yǎng)分以及有效養(yǎng)分等在不同土地利用方式下都有較大差異[4-6]。

黔東北低山丘陵喀斯特地區(qū)土壤肥力貧富差距大，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)較強(qiáng)烈，且降水多以夏季暴雨為主，導(dǎo)致夏季時(shí)期該地區(qū)存在較嚴(yán)重的土壤侵蝕現(xiàn)象。在貴州省大力推進(jìn)高標(biāo)準(zhǔn)基本農(nóng)田建設(shè)的背景下，本研究選擇該地區(qū)高墻河小流域?yàn)檠芯繀^(qū)，研究該小流域土壤理化性質(zhì)在不同土地利用方式下的變化，探討土壤質(zhì)量狀況，為黔東北低山丘陵喀斯特地區(qū)進(jìn)行以小流域?yàn)榛締卧M(jìn)行高標(biāo)準(zhǔn)基本農(nóng)田建設(shè)及后續(xù)的土地經(jīng)營(yíng)活動(dòng)提供科學(xué)依據(jù)，同時(shí)為該地區(qū)的水土保持防治、生態(tài)修復(fù)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)調(diào)整提供理論依據(jù)。endprint

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于貴州省銅仁市江口縣壩盤(pán)鎮(zhèn)高墻村、壩盤(pán)鎮(zhèn)的北部，處于東經(jīng)108°53′07″-108°56′36″，北緯27°43′57″-27°47′07″，地處貴州高原向湘西丘陵過(guò)渡的斜坡地帶，是在黔東北低山丘陵區(qū)，低中山深切割侵蝕-溶蝕地貌。研究區(qū)屬亞熱帶大陸季風(fēng)氣候，據(jù)江口縣氣象站1961～2010年氣象資料統(tǒng)計(jì)（缺1969年），多年平均氣溫16.3 ℃，年均日照1 257.3 h，無(wú)霜期288 d左右，年均相對(duì)濕度81%，多年平均最大風(fēng)速7.8 m/s。流域降水量充沛，但年內(nèi)分配不均勻，年際變化較大。研究區(qū)內(nèi)的主要土地利用方式為水田、旱地和林地。水田的土種為紅泥田，旱地的土種為硅鋁層薄層紅壤土和硅鋁質(zhì)厚層黃紅壤。研究區(qū)屬于亞熱帶常綠落葉、闊葉林植被類(lèi)型，現(xiàn)多演變?yōu)榇紊脖?，種類(lèi)較為豐富，主要涉及大戟科（Euphorbiaceae）、金縷梅科（Hamamelidaceae）、榆科（Ulmaceae）、蚌殼蕨科（Dicksoniaceae）、樟科（Lauraceae）、薔薇科（Rosaceae）、禾本科（Gramineae）、鱗始蕨科（Lindsaeaceae）、紫萁科（Osmundaceae）、獼猴桃科（Actinidiaceae）、葡萄科（Vitaceae）、殼斗科（Fagaceae）等。

1.2 方法

1.2.1 采樣方法 根據(jù)已有研究區(qū)的地形數(shù)據(jù)資料，于2015年10月中下旬，在高墻河小流域的上、中、下游分別選取3種土地利用類(lèi)型的土壤取樣，即典型水田、旱地和林地區(qū)域。依據(jù)每種土地利用方式在研究區(qū)域內(nèi)的空間分布狀況，均勻地選擇樣點(diǎn)進(jìn)行土壤采樣，每種土地利用類(lèi)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。將土壤樣品帶回實(shí)驗(yàn)室，在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。

1.2.2 指標(biāo)的測(cè)定方法 土壤物理性質(zhì)測(cè)定方法[7]：容重、最大田間持水量和土壤孔隙度均采用環(huán)刀法（200 cm3）測(cè)定。其中，土壤總孔隙度用Pt=（1-D/ρs）×100%來(lái)計(jì)算，Pt為土壤總孔隙度，D為土壤容重，ρs為土壤密度，本研究取值2.60 g/cm3；毛管孔隙度用Pc=土壤田間持水量×D計(jì)算，Pc為毛管孔隙度；非毛管孔隙度用P0=Pt-Pc計(jì)算，P0為非毛管孔隙度。

土壤化學(xué)性質(zhì)測(cè)定方法[7]：土壤全氮采用KT260凱氏定氮儀測(cè)定；全磷采用HClO4-H2SO4法測(cè)定；全鉀采用HF-HClO4消煮、火焰光度法測(cè)定；水解氮采用堿解擴(kuò)散法測(cè)定；速效磷采用鉬銻抗比色法測(cè)定；速效鉀采用火焰光度法測(cè)定；有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法測(cè)定；pH采用pH計(jì)測(cè)定[7]。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同土地利用類(lèi)型對(duì)土壤物理性質(zhì)的影響

土壤容重的大小反映了土壤松緊狀況，且與土壤孔隙的大小和數(shù)量密切相關(guān)[8]。容重小說(shuō)明土壤疏松多孔，有良好的通氣透水性能，更適宜作物生長(zhǎng)；容重大則表明土壤相對(duì)緊實(shí)，透水通氣性能較差。土壤孔隙度的大小決定了土壤的水氣狀況，故田間持水量的大小主要取決于土壤的孔隙狀況。最大程度地改善土壤的持水性能，對(duì)于水土保持具有重要意義[9]。不同土地利用類(lèi)型下耕作層土壤的物理性質(zhì)見(jiàn)表1。從表1可以看出，不同土地利用類(lèi)型對(duì)土壤的物理性質(zhì)有很大影響，旱地土壤容重最大，林地次之，水田容重最小，平均分別為1.20、1.13和1.10 g/cm3；而土壤總孔隙度及田間持水量的變化正好與之相反，3種土地利用類(lèi)型土壤總孔隙度表現(xiàn)為水田>林地>旱地，平均值分別為57.40%、56.20%和53.80%，田間持水量同樣表現(xiàn)為水田（39.04%）>林地（33.50%）>旱地（31.33%）。從整個(gè)小流域的空間分布來(lái)看，上游土壤容重最大，中游次之，下游最小，分別為1.22、1.13、1.09 g/cm3；孔隙度與田間持水量的變化表現(xiàn)為下游>中游>上游?？梢?jiàn)，田間持水量與土壤孔隙度呈正相關(guān)，與容重呈明顯負(fù)相關(guān)關(guān)系。

2.2 不同土地利用類(lèi)型對(duì)土壤化學(xué)性質(zhì)的影響

2.2.1 土壤酸堿性 土壤酸堿性是影響土壤肥力的重要因素之一，一方面它直接影響作物的生長(zhǎng)，另一方面，它能夠使部分土壤性質(zhì)發(fā)生變化，如土壤酸堿性影響著微生物的生命活動(dòng)及分布，進(jìn)而對(duì)土壤可溶性養(yǎng)分的含量分布產(chǎn)生影響；土壤酸度對(duì)土壤中鈣、鎂、磷等元素的形態(tài)和有效性、有機(jī)質(zhì)的分解、土壤營(yíng)養(yǎng)元素的釋放與轉(zhuǎn)化等都有直接影響[10]。由表2可知，不同土地利用類(lèi)型下表層土壤pH平均處于4.75～5.10，差異不大，表現(xiàn)為林地（5.10）>水田（4.97）>旱地（4.75）。研究區(qū)旱地、水田和林地土壤pH整體都呈強(qiáng)酸性，表明成土母質(zhì)對(duì)土壤酸堿性起著決定性作用[10]。

2.2.2 有機(jī)質(zhì) 土壤有機(jī)質(zhì)是衡量土壤肥力高低的重要標(biāo)志，不僅是植物養(yǎng)分的重要來(lái)源，且對(duì)改善土壤物理性質(zhì)、提高土壤保蓄性和供給性能起重要作用[11]。由表2可知，高墻河小流域內(nèi)土壤有機(jī)質(zhì)含量達(dá)到國(guó)家三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)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(lèi)型而言，該小流域內(nèi)土壤有機(jī)質(zhì)平均含量呈現(xiàn)出林地（44.82 g/kg）>水田（41.26 g/kg）>旱地（31.97 g/kg）。從空間分布看，下游（42.68 g/kg）>中游（39.71 g/kg）>上游（35.67 g/kg），由此可知，該小流域存在水土流失現(xiàn)象，且主要發(fā)生在旱地，旱地土壤有機(jī)質(zhì)的空間分布明顯不均，表現(xiàn)為下游（38.04 g/kg）>中游（30.79 g/kg）>上游（27.07 g/kg）。

2.2.3 氮素 由表2可知，高墻河小流域土壤氮素含量豐富，從空間分布上看，下游土壤全氮平均含量最高，為2.74%，中游其次，為2.50%，上游最低，為2.02%；速效氮平均含量表現(xiàn)為中游（277.38 mg/kg）>下游（275.40 mg/kg）>上游（261.4 mg/kg）。在旱地、水田和林地3種土地利用類(lèi)型中，土壤全氮平均含量分別為2.04%、2.64%、2.58%，表現(xiàn)為水田>林地>旱地；速效氮的平均含量分別為211.81、295.43、306.93 mg/kg，表現(xiàn)為林地>水田>旱地，原因可能是該研究區(qū)內(nèi)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活動(dòng)頻繁，施肥追肥不均，導(dǎo)致對(duì)土壤養(yǎng)分影響較大。endprint

2.2.4 磷素 由表2可知，高墻河小流域內(nèi)耕地土壤磷素平均含量較高，水田及林地土壤磷素平均含量均達(dá)到國(guó)家一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，旱地土壤全磷含量較其他兩種土壤類(lèi)型較低。從空間分布看，全磷平均含量呈現(xiàn)出下游（1.16 g/kg）>中游（0.98 g/kg）>上游（0.92 g/kg）的趨勢(shì)，速效磷平均含量也同樣呈現(xiàn)出相同趨勢(shì)，下游（132.59 mg/kg）>中游（132.43 mg/kg）>上游（109.84 mg/kg）。從土地利用類(lèi)型看，全磷在旱地、水田、林地中的平均含量分別為0.76、1.20、1.11 g/kg，依次表現(xiàn)為水田>林地>旱地；速效磷在3種土地利用類(lèi)型中的平均含量表現(xiàn)為林地（158.86 mg/kg）>水田（116.88 mg/kg）>旱地（99.12 mg/kg）。

2.2.5 鉀素 由表2可知，高墻河小流域土壤鉀素含量雖豐富，但分布不均。從空間分布看，全鉀平均含量表現(xiàn)出下游（29.89 g/kg）>中游（23.99 g/kg）>上游（19.98 g/kg）的現(xiàn)象；速效鉀平均含量表現(xiàn)為下游（211.50 mg/kg）>中游（196.75 mg/kg）>下游（167.12 mg/kg）。就土地利用類(lèi)型而言，全鉀在旱地、水田、林地耕作層土壤中的平均含量分別為22.85、25.20、25.80 g/kg，依次表現(xiàn)為林地>水田>旱地，速效鉀在3種土壤中的平均含量分別為180.29、195.16、199.93 mg/kg，表現(xiàn)為林地>水田>旱地。

2.3 不同土地利用方式下剖面土壤理化性質(zhì)的對(duì)比分析

不同土地利用類(lèi)型下，垂直剖面土壤的理化性質(zhì)會(huì)出現(xiàn)不同程度的變化。由表3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)；耕作層土壤pH最低，其均值為4.94，隨著土壤層次的加深，pH增大；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；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)出自上而下先增加后降低的特點(diǎn)，即犁底層的鉀素含量最高。

3 小結(jié)與討論

通過(guò)對(duì)高墻河小流域3種不同土地利用類(lèi)型下土壤理化性質(zhì)的分析，得出黔東北低山丘陵喀斯特地區(qū)不同的土地利用類(lèi)型對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響。

1）從整體上看，高墻河小流域內(nèi)土壤肥力較好，有機(jī)質(zhì)含量豐富，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)標(biāo)準(zhǔn)及以上。

2）從土地利用類(lèi)型看，土壤耕作層孔隙度、田間持水量順序?yàn)樗?林地>旱地，而容重大小與之相反，表現(xiàn)為旱地>林地>水田。有機(jī)質(zhì)含量大小順序?yàn)榱值?水田>旱地，氮素和磷素的含量分布狀況表現(xiàn)為水田>林地>旱地，出現(xiàn)該種情況的原因主要是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壤中植被根系的分布，使得土壤溫度較高，濕度較大，且微生物活動(dòng)頻繁[12]，受人為干擾小，而耕地人為活動(dòng)頻繁且較強(qiáng)烈，故相較于耕地土壤，林地土壤中有機(jī)質(zhì)含量相對(duì)較高[13]，但林地土壤氮、磷、鉀等元素的含量低于水田含量，這主要受人為施肥影響。

3）從空間分布看，上游土壤容重最大，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，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)均表現(xiàn)為下游>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。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，高墻河小流域土壤質(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(kāi)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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