喀斯特紅裸土植被恢復的土壤有機質及速效養分支撐能力

肖夢景 王嘉學 張磊 趙茜 余潔芳

摘要：為揭示云貴高原強烈土壤侵蝕條件下表土侵蝕后紅裸土植被生長的有機質與速效養分能力，在紅裸土典型發育地帶選取5處不同氣候環境下紅裸土剖面進行有機質及速效養分含量分析。結果表明，5個剖面有機質含量無明顯分布規律，速效氮含量呈現表土層>心土層>底土層的分布規律，速效磷含量呈現底土層>表土層>心土層的分布規律，速效鉀含量呈現表土層>底土層>心土層的分布規律。降水量居中的富源（年降水量1 000～1 500 mm）所采3處土樣有機質及速效氮含量高于羅平土隴（年降水量1 743.9 mm）及呈貢龍潭山（年降水量789.6 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。紅裸土速效養分含量整體低于全國第二次土壤普查土壤分級標準中6級土壤標準，屬于極度缺乏，因而紅裸土難以提供植被生長條件，恢復植被需采取人工補給方式。

關鍵詞：喀斯特；紅裸土；有機質；速效養分

中圖分類號：S153 文獻標識碼：A 文章編號：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紅色風化殼上發育的土壤[1]，廣泛分布于云南高原喀斯特地區。山原紅壤區，是云南人口密集區和糧食主產區之一，但近年來退化嚴重，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。土壤有機質和養分是土壤肥力的重要物質基礎，在土壤肥力、環境保護以及作物生長等方面都起著極其重要的作用[2]，是植被生長的關鍵條件。相關研究表明，滇東石漠化地區裸露山原紅壤呈中強酸性，表層有機質含量遠低于同區域草地灌叢喬木林下山原紅壤，與處于昆明準靜止鋒東側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降雨量較大，水土流失嚴重。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的有機質和養分條件，是紅裸土及石漠化防治與生態恢復中的關鍵科學問題。

1 研究區概況

云南高原屬揚子準地臺的最西組成部分，古生界至中三疊統沉積蓋層發育，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，喀斯特地貌發育。紅裸土景觀主要發育在海拔1 100～2 500 m的喀斯特地區，結合衛星影像解譯和野外調查，目前已初步探明紅裸土斑塊23 000多個，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質和養分的遷移與儲存能力。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山原紅壤有機質及速效養分的分布規律，并通過與呈貢龍潭山（年平均降水量789.6 mm）、羅平土垅（年平均降水量1 743.9 mm）2個剖面的對比分析揭示不同降水條件對有機質及速效養分的影響，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，帶回實驗室進行風干、去雜等，過篩后備用。由于紅裸土有機質層缺失，分析中統一將0～20 cm層定義為表土層，20 cm至基巖部分按土壤發生層次分2層采集土壤剖面樣品，定義為心土層和底土層進行分析（表1）。

2.2 測定方法

有機質采用水合熱—光比色法，速效氮采用堿解擴散法，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，每樣測定3次，取平均值。

3 結果與分析

3.1 紅裸土剖面有機質含量分析

有機質是土壤的重要物質組成，含有植物生長所需要的各種營養元素，提供土壤微生物生命活動的能源，在土壤肥力、土地可持續利用等方面具有十分重要的作用和意義，有機質對土壤物理、化學和生物學性質有著深刻的影響[5]。5個剖面有機質平均含量為1.99%，相比貴州喀斯特地區土壤有機質含量平均值9.60%[6，7]，研究區內土壤有機質含量整體較低，介于輕度石漠化（1.15%）和潛在石漠化（2.72%）之間[8]。5個紅裸土剖面表土層有機質含量在1.03%～3.20%之間，平均值為1.97%；心土層有機質含量在0.67%～4.26%之間，平均值為2.17%；底土層有機質含量在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質平均含量最高，但剖面土壤有機質含量無明顯規律。其他西南喀斯特地區相關研究表現出相同的規律[9]。研究區內降水集中，土壤有機質含量低且裸露，使土壤膠體狀況變劣，減小了土壤顆粒之間的膠結，土壤結構緊實，降低了地表徑流的入滲量，地表產生的超滲徑流會進一步沖蝕表土，進而造成有機質淋失[10]。這可能是導致紅裸土剖面有機質含量不符合有機質隨土壤深度下降一般規律的原因。紅裸土表層有機質含量偏低導致土壤結構性不穩定，水分蒸發加快，加之紅壤質地黏重，土壤脹縮性顯著，在降水集中的情況下，極易使表層土壤產生龜裂。一方面有機質隨雨水淋失或者下滲，導致剖面表層有機質含量減少，另一方面土壤脹縮程度嚴重易造成植物根系損傷，惡化土壤物理性質。這可能是紅裸土表層無植被覆蓋的原因之一，這一結果反過來又減少了回歸土壤凋落物的數量，形成土壤退化的惡性循環。

富源所采3處土樣表土層有機質平均含量為2.45%，羅平土隴所采土壤樣品表土層有機質含量為1.47%，高于呈貢的1.03%，心土層及底土層也表現出相同規律。說明降水量適中地區有機質流失緩于降水量過多或過少區域。

3.2 紅裸土剖面速效養分含量分析

土壤速效養分對土壤質量及植物的生長發育具有重要作用，其含量反映了土壤中氮磷鉀的實際供應狀況。氮素在生態系統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力[11]。5個剖面平均速效氮含量為12.55 mg/kg，根據全國第二次土壤普查土壤分級標準，平均值在30 mg/kg以下則為6級（表3），含量極低。5個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）。速效氮含量呈現表土層>心土層>底土層的分布規律，與周煉川等[8]在西南喀斯特地區研究結果一致。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出大致相同的規律。說明降水量適中地區速效氮流失緩于降水量過多或過少區域。

5個紅裸土剖面平均速效磷含量為1.60 mg/kg，根據張桃林等[11]提出的土壤養分退化評價標準，嚴重退化土壤的速效磷含量下限為5.00 mg/kg。研究區5個剖面速效磷含量最高值均低于此標準，紅裸土速效磷含量極低。根據全國第二次土壤普查土壤分級標準，平均值在3.00 mg/kg以下則為6級（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致速效磷含量低的原因。5個剖面速效磷含量基本呈現底土層>表土層>心土層的分布規律，與一般土壤表土層含量最大的規律不符，但與陳效良等[12]在貴州喀斯特地區的研究中輕度石漠化和中度石漠化土樣結果相似。

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速效磷流失緩于降水量較多區域。

5個剖面平均速效鉀含量為11.17 mg/kg，作為速效鉀的主要部分，交換態鉀含量低于40 mg/kg為土壤嚴重退化標志，其上限為100 mg/kg[13]，本研究中5個紅裸土剖面均屬于嚴重退化。根據全國第二次土壤普查土壤分級標準，速效鉀平均含量低于30 mg/kg為6級（表3），5個紅裸土剖面速效鉀含量均小于30 mg/kg，低于6級土壤所規定的上限值。由此可見，研究區內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律，說明降水量少的地區速效鉀流失緩于降水量較多區域。

4 結論

5個剖面有機質無明顯分布規律，速效氮含量呈現表土層>心土層>底土層的分布規律，速效磷含量呈現底土層>表土層>心土層的分布規律，速效鉀含量呈現表土層>底土層>心土層的分布規律。降水量居中的富源（年降水量1 000～1 500 mm）所采3處土樣表層土有機質及速效氮平均含量高于羅平土隴（年降水量1 743.9 mm），二者均高于呈貢龍潭山（年降水量789.6 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。紅裸土速效養分含量均低于全國第二次土壤普查土壤分級標準中6級土壤標準，屬于極度缺乏。因而紅裸土難以提供植被生長條件，恢復植被需采取人工補給方式。

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