喀斯特小流域土壤厚度的影響因素

摘要：在貴州普定縣后寨河小流域75km2面積內，采用150m×150m的網格布點方式，挖設2755個土壤剖面，研究了土壤厚度在小流域內的分布及其影響因素，并對喀斯特小流域土壤概念進行了探討，結果表明從流域尺度來看，當前研究的熱點問題中存在的一個新詞匯即喀斯特土壤，需要定義為由喀斯特巖石發育形成的土壤，而不應該理解為分布在喀斯特區域內的土壤，否則極易導致理解差異而形成誤解。流域尺度下土壤的分布特征表現為8度以下坡度條件下多分布厚度大的土層，而隨著坡度的增加土層厚度減小；喀斯特與非喀斯特的土壤厚度存在差別，海拔條件下的土壤厚度與地貌特征關聯度較大；而人為作用則由于主動選擇的結果，人為影響大的土壤厚度較大；小流域內土壤厚度的影響因素主要與水動力條件相關，表現在坡度、坡位的主要影響方面，因此小流域土壤的利用需要考慮到土壤厚度的分布特征，即土壤厚度大的區域可以進行利用，但土層薄的區域則需要加強保護，尤其是坡度較大的區域；而石漠化區域則需要進行治理并加強保護。

關鍵詞：喀斯特小流域； 喀斯特土壤；土壤厚度；分布特征；利用與保護

中圖分類號：S1522

文獻標識碼：A

文章編號：1008-0457（2017）03-0001-05國際DOI編碼：10.15958/j.cnki.sdnyswxb.2017.03.001

Abstract：2755 profiles were dug according grid of 150m×150m 75km2 area of small watershed of Houzhaihe，Puding，Guizhou provinceInfluencing factors of soil thickness distribution were studied，and the concept of karst soil was discussed，the results showed as follow，currently，karst soil，a new word of extremely used，is difficult to understand for the meanings’ confusion，which needed to be defined exactly to be developed from the karst rocks and to be distinguished from the soil distributed in karst areaSoil was thicker when slope was lower than 8 degree，but thinner as the slope increasedThe thickness of karst soil thinner than non-karst soil，soil thickness was increased with the decrease of altitude about sea level in the small watershedSoil was thicker owing to the selection of humanFrom about，soil thickness was controlled by hydrodynamic force such as degree of slope and position of slopeIt is needed to consider soil thickness while utilizing of soil in the small watershed，which means soil can be used while soil thickness is larger，but need to be protected while soil thickness is thinner，especially area of larger slope degreeThe area of karst rocky desertification is needed to be managed and strengthened protection

Key words：karst small watershed；karst soils；soil thickness；distributional characteristics；utilization and protection

喀斯特地區由于特殊的二元水文結構以及復雜的峰叢、峰林、洼地和漏斗等地貌形態，成土速率慢，土層淺薄且不連續[1]。受成土母質地形氣候植被等成土因素及人為干擾活動影響，喀斯特土壤具有復雜性和高度的空間變異性 [2，3]。強烈的土壤侵蝕導致喀斯特地區石漠化現象嚴重，在微地貌基礎上，喀斯特土壤就地流失加大了土壤的水平異質性。土壤異地流失使土壤沿坡面向下位移，增大了土壤縱向上的異質性[4，5]。喀斯特土壤厚度決定了喀斯特土壤生產力水平及其可持續能力[6]，是土壤生產力的重要體現[7]，更是喀斯特石漠化治理的重要影響因素[8]，喀斯特土壤厚度的認知對于喀斯特石漠化的有效防治及其生態恢復具有重要意義。

1材料與方法

11研究區概況

研究區在貴州省普定縣后寨河小流域，屬高原型喀斯特小流域，覆蓋該縣城關鎮、馬官鎮和白巖鎮等地，流域面積75km2，經緯度在E105°40′43″～105°48′2″，N26°12′29″～26°17′15″ 之間，海拔在1 1904～1 5674m 之間。流分布地層為T2g，屬中三疊關嶺組的地層，該地層為石灰巖、白云巖和泥灰巖3種類型的巖石[9]。域內共有石灰土、水稻土、黃壤3大土類，9 大土屬，其中，石灰土包括黑色石灰土、黃色石灰土、大土泥、小土泥、白大土泥、白沙土5 大土屬，水稻土包括大泥田和黃泥田2 個土屬，黃壤僅有黃泥土1 個。植被主要有柏木（Cupressus funebris Endl）、響葉楊（Populus AdenopodaMaxim）、香椿[Toona sinensis （AJuss）Roem]、砂梨（Pyrus pyrifolia Burm Nakai）等；農作物主要有水稻（Oryzasativa Oryzaglaberrima）、玉米（Zea mays LinnSp）、大豆[Glycine max（Linn）Merr]、向日葵（Helianthus annuus）等。

12土壤厚度調查

根據后寨河流域的具體情況，在流域內以150m×150m設置并挖掘典型土壤剖面，共計挖設2755個土壤剖面，量取并記錄土壤厚度，同時記錄環境特征。

2結果與分析

21巖性與土壤厚度

后寨河流域巖石類型多樣，主要有白云巖、石灰巖、泥灰巖、砂頁巖和第四紀黃粘土5 大類巖石，且不同巖性的土壤厚度差異較大（表1）。不同巖性下土壤厚度平均值大小為：砂頁巖（9078cm）>第四紀黃粘土（8827cm）>泥灰巖（6797cm）>白云巖（5330cm）>石灰巖（5108cm），總體上第四紀黃粘土土壤厚度最大，其主要集中分布于中、下游崗地，土層較為深厚；白云巖和石灰巖土壤厚度較小，因白云巖和石灰巖主要集中分布于上游的峰林、峰叢區域，峰林、峰叢和孤峰等區域土壤較為淺薄。泥灰巖主要集中塊狀分布于上游的坡耕地，其他區域也有少量零星分布，土層較為淺薄。砂頁巖主要集中塊狀分布于上游的坡耕地、水田等區域，其他區域也有少量零星分布，土層較為淺薄。

從變異系數來看，不同巖性的土壤厚度變異系數的大小不同，不同土壤厚度變系數為39245～104939之間。變異系數≤10%時為弱變異，變異系數為10%≤CV≤100%為中等強度變異，變異系數≥100%時為強變異。后寨河流域不同巖性的土壤厚度呈現出強度變異，喀斯特地區的空間異質性體現在水平和垂直雙重方向上，尤其是碳酸鹽可溶性巖石的存在，導致了地形地貌的復雜性和多樣性，也就形成了巖性等的空間分布格局較為復雜的異質性。

22土壤類型對土壤厚度的影響

不同土壤類型土層厚度差異較大，黃壤土層最為深厚，剖面土壤平均厚度近9015cm，這是因為351區多為旱地，由第四紀黃粘土發育的黃壤較為深厚，多數土壤剖面厚度超過100cm，采樣時挖至100cm，厚度按100cm計，而極少部分由砂頁巖發育而成的黃壤較為淺薄。水稻土平均土層厚度略薄，821和813兩種土屬平均土層厚度較接近，分別為8346cm和8085cm。石灰土土層淺薄，且各土屬深淺不一，最薄的黑色石灰土和白沙土平均土層厚度不足40cm，部分黑色石灰土分布區域土層甚至薄至幾厘米，551土壤相對較為深厚（圖1）。

23不同坡位土壤厚度

不同坡位土壤土層厚度差異較大（圖2），洼地土壤土層最為深厚，達8423cm，坡腳和坡頂土壤土層厚度次之，分別為5970cm和5196cm，下坡、中坡、上坡土層厚度依次減小，上坡土壤土層最為淺薄，僅為3320cm。由此可知，從上坡到中坡到下坡再到坡腳和洼地，土層厚度依次增加。這與地形影響密切相關，上坡土壤向下流失，在坡腳、洼地積累。坡頂土壤厚度高于坡上的原因在于坡頂相對平坦，土壤不易向下流失。

24不同坡度下土壤厚度

不同坡度土壤土層厚度差異較大（圖3），坡度<5°的區域土層最為深厚，平均土壤厚度為7501cm，坡度為5～8°的區域平均土壤厚度次之，為6343cm，坡度為8～15°的區域平均土壤厚度為4807cm，坡度為15～25°和25～35°的區域平均土壤厚度差異較小，分別為4300cm和4403cm，坡度大于35°的區域土層最為淺薄，平均土壤厚度僅為3045cm。由此可知，土層厚度隨坡度增加而減小。坡度大的地方易發生水土流失，而坡度小的地方易于堆積土壤。

25不同海拔土壤厚度

不同海拔土壤土層厚度差異較大（圖4），區內海拔范圍在1 1904m至1 5674m的范圍，其中海拔<1200m和1200～1250m區域土層最為深厚，平均土壤厚度在90cm左右，海拔為1250～1300m區域平均土壤厚度次之，為6892cm，海拔>1400m區域土層最為淺薄，平均土壤厚度僅為3031cm。由此可知，土層厚度隨海拔增加而變薄。海拔低的地方土層深厚，海拔高的地方土層淺薄。

26土地利用方式對土層厚度的影響

不同土地利用方式土壤土層厚度差異較大（圖5），水田土壤土層最為深厚，剖面土壤平均厚度為8412cm。旱地土壤相對水田略薄，平均土層厚度為6793cm，因為部分旱地分布在土層淺薄的山區。灌木林地土層最為淺薄，平均土壤厚度為4040cm，不及水田平均土層厚度的一半。

27小生境與土壤厚度

喀斯特小生境的土壤厚度見表2，從表中可以看出土壤最薄的小生境為石土面，僅為282cm，其次為石溝小生境為403cm，最厚為土面，平均土壤

厚度達到540cm。石溝、石槽、土面差異不大，土壤總體較薄。

32喀斯特土壤厚度

在我國西南巖溶地區，石漠化和潛在石漠化區域分布廣泛，碳酸鹽巖石及碳酸鹽巖石發育而成的石灰土分布廣大，山區耕地面積有限，群山溝壑間可以耕作的土壤分布零碎并且土層淺薄，為農業生產帶來了很大困難[16，17]。而土層淺薄的原因在于

3討論

31喀斯特土壤

貴州省喀斯特面積占全省土地總面積的736%，全省95%的縣（市）有喀斯特分布[10，11]，由碳酸鹽巖石發育形成的土壤為石灰土，貴州省石灰土的分布面積僅達到1790%（不含碳酸鹽發育形成的水稻土）[12]，表明貴州喀斯特區域內的土壤并不完全屬于石灰土，該流域屬喀斯特流域，分布有石灰巖、白云巖和泥灰巖[13]，由于該區完全為喀斯特分布，這些巖石所發育形成的土壤應該是石灰土，但因還殘存有一定量的砂頁巖以及第四紀黃粘土，該區分布著大量的黃壤（黃壤發育形成的水田稱黃泥田）（見圖1）。當前關于喀斯特土壤的研究文獻很多[2，13-15]，但相關研究論文中的土壤與石灰土相去甚遠[15]，導致研究結果由于土壤定義的不確定而帶來認知的不可靠。喀斯特土壤一般理解是特指由碳酸鹽巖發育形成的土壤即石灰土，按照土壤分類系統，并沒有喀斯特土壤的說法，但隨著喀斯特石漠化研究的深入，喀斯特土壤已經成為1 個重要的詞匯（根據知網查詢篇名關鍵詞“喀斯特土壤”，自1999至2017年有40篇論文），如何理解喀斯特土壤是未來喀斯特研究極其重要的科學問題，而喀斯特是指由碳酸鹽發育演化而成的具有特殊二元結構的地貌類型[1]，因此，喀斯特土壤應該就是由碳酸鹽發育形成的石灰土，即喀斯特土壤就是石灰土的另外一個名稱，但是由于喀斯特地區存在其他的成土母質發育形成的地帶性土壤，為了更好地區別，包含了地帶性土壤類型的就應稱為喀斯特區域土壤，基于此，喀斯特土壤應該從其發育學視角理解，即由喀斯特區內的碳酸鹽巖石發育形成的土壤稱為喀斯特土壤，以區別地帶性土壤。

由于可溶性物質易于淋溶流失，只有一些不易溶解的物質殘留下來形成土壤，因此巖溶環境區的巖石成土作用，遠比非巖溶區緩慢[17-19]，喀斯特地區由于特殊的二元水文結構以及復雜的峰叢、峰林、洼地和漏斗等地貌形態，容易產生水土流失，加上成土速率慢，土層淺薄且不連續[1]，喀斯特石漠化是指在亞熱帶脆弱的喀斯特環境背景下，受人類不合理的社會經濟活動的干擾破壞，造成土壤嚴重侵蝕，基巖大面積出露，土地生產力嚴重下降，地表出現類似荒漠景觀的土地退化過程[20]，因此喀斯特土壤土層淺薄已經成為一個廣泛的認識[17，20-22]，但是，從前面的結果可以看出，喀斯特土壤的厚薄受到眾多因素影響，薄土分布有一定規律，從喀斯特土壤厚薄的物質來源巖性來看，5種巖性條件下土有薄有厚，以石灰巖、白云巖發育土壤略薄，平均厚度在51cm以上，而以砂頁巖發育土壤最厚，達到平均9078cm，第四紀黃粘土發育形成的土壤厚度也較大，表明巖性在一定程度上影響到土壤厚薄分布；坡位和坡度對土壤厚度的影響較大，原因在于這2個因素與水的侵蝕力有關，由于山區坡上容易發生片流侵蝕作用，導致土壤在坡上部土層受到侵蝕而較薄，同時在坡度大的區域土層較薄；海拔高度同樣影響到土層厚度分布，原因是研究小流域處于高原地貌特征區域，在這個區域內低海拔地區屬于較為平坦的類型，而高海拔區則屬于坡地，因海拔所產生影響作用的直接因素仍然在水動力差異上；不同土地利用方式下的土層厚度變化則體現出人為作用較弱的區域土壤的厚度較低（如林地、未利用地及灌木林地），而水田、旱地則土層較厚，這是因為人們在選擇耕作用地時的主觀作用結果，土壤厚度是耕作利用的先決條件，因此其土層一般較厚，當前的石漠化之所以嚴重，與土地利用類型之間的關系并沒有必然的聯系；而土壤類型下的土層厚度變化則由于土壤與前述因素之間均有的聯系。因此，表現出顯著的差異，即易產生侵蝕區域土壤類型較薄，土壤發育不明顯，而不易產生侵蝕的區域發育形成的土壤厚，土壤發育明顯。綜上所述，小流域土壤厚度變化的主導因素在于水動力條件的差異，即土壤所處的坡位、坡度的變化影響較大。

33喀斯特土地利用

基于前述結果，喀斯特土地利用中需要特別加以關注的重要因素即土壤所處的坡位及坡度，尤其是坡度，平坦區域，由于來自坡地的土壤均在此類區域堆積，因此可以加以利用，而坡度8度以上的區域，尤其是25度以上區域，需要加強保護，利用方式最好維護植被，較少人為干擾。然而貴州99%的山地，坡耕地所占面積巨大[13]，現在本來就非常少的平地正在逐漸被開發建設占用，坡地不受人為擾動的可能性極小，因此，在進行坡地的利用中，應該減少對坡中、上部土壤的擾動，加強保護。發生石漠化后，小生境土壤仍然具有利用價值，但需要加強保護，石漠化治理中各種小生境土層深厚的可以加以保護性利用，以確保石漠化的有效治理。

4結論

喀斯特小流域土壤厚度受到巖性、土壤類型、地貌及土地利用方式等因素的影響，而影響最重要的因素為坡位和坡度，也即是喀斯特土壤厚薄的變化受到水動力條件的直接影響和控制，片流是土層變薄的直接動力，喀斯特坡地利用中，25°以上區域，需要加強保護，利用方式最好維護植被，較少人為干擾，如果必須利用坡地土壤，應該減少對坡中、上部土壤的擾動；石漠化小生境中仍然保留有一定厚度的土壤，可以進行加強保護的同時加以利用。

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