貴州赤水低山河谷地區典型小流域土壤理化性質研究
——以赤水市長期鎮半山溝小流域為例

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典型小流域土壤理化性質研究
——以赤水市長期鎮半山溝小流域為例

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；低山河谷區；貴州赤水

采用野外調查取樣和室內試驗分析相結合的方法，研究了貴州赤水低山河谷地區典型小流域——赤水市長期鎮半山溝小流域內不同土地利用方式下土壤剖面理化性質及其空間變化，結果表明：①從空間分布看，耕作層土壤有機質及部分土壤養分出現了下游>上游>中游的現象。②不同土地利用方式下，耕作層土壤容重表現為旱地>竹林>樹林>水田，土壤孔隙度和田間持水量則表現為水田>樹林>竹林>旱地，樹林土壤的各種養分含量均高于竹林土壤，水田土壤有機質、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，有機質、全氮、全磷、有效磷含量呈現出從上往下依次遞減的趨勢，而水田的鉀素含量呈現出自上而下先增大后減少的特點。

土壤不僅是農業生產的基礎，同時也是森林生態系統的重要組成部分，是植物群落生存和發展的基礎[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，同一時間不同地點的土壤屬性存在明顯的差異性和多樣性[2-4]。科學的土地資源管理和利用建立在正確理解區域土壤屬性的空間分布特征的基礎之上，研究分析小流域內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和可持續利用具有重要作用[5]。近年來，以小流域為基本單元進行土壤理化性質分析預測、生態風險評價、水土流失治理和面源污染防治等成為國內外學者研究的熱點[6]。小流域是水土資源配置的基本單元，其理化性質特征是制定各種規劃，進行農林牧合理布局和產業結構調整的主要依據之一[2]。所以，對土壤理化性質的空間分布特征進行準確分析不僅能夠正確規劃土地的利用方式，還能保護土地資源和環境質量，減少土壤資源浪費。我們以貴州赤水低山河谷地區典型小流域——赤水市長期鎮半山溝小流域為例，研究小流域內土壤理化性質的空間變異和剖面垂直變化特性，旨在為該地區土壤資源管理和進一步的土地經營提供科學依據。

1 研究區域與研究方法

1.1 研究區概況

貴州赤水低山河谷地區位于貴州省西北角，主要包括赤水市全部及習水縣西部地區。該地區地處長江谷地，區內以紫色砂巖、泥巖為主，表現為低山、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境獨具特色的一個非巖溶區。區內侵蝕切割較強，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。主要河流有赤水河、習水河、大同河和豐水河。

赤水市長期鎮半山溝小流域范圍主要涉及長期鎮白田村、鳳儀村、紅衛村3個村(東經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。

根據調查，該小流域土地利用類型主要為水田、旱地、林地、村莊建設用地。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、桑科、豆科、禾本科、番荔枝科、楊梅科、衛矛科、五加科、山茶科等植物。

1.2 采樣方法

根據研究區的地形數據資料，于2015年10月在小流域范圍內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，風干、磨碎、過篩后備用。

1.3 指標的測定方法

土壤理化性質的測定均采用常規方法[7]：土壤物理性質采用環刀法(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；有機質采用重鉻酸鉀容量法；pH值采用pH計測定。

2 結果與分析

2.1 不同土地利用方式下土壤物理性質的對比分析

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、孔隙狀況等結構性特征的重要指標[8]，其直接影響著土壤肥力和植物的根系發育等[9]；土壤孔隙度也從多方面對土壤肥力產生影響；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、化學性質有關。大量的資料表明，影響田間持水量的主要因素有土壤質地和結構、土壤容重、有機質含量，以及地下水埋深等，而最主要的因素一致被認為是土壤質地和容重，因為土壤容重能反映土壤的壘結特性，在一定容重范圍內，田間持水量與土壤容重呈線性相關[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]。由于耕作層受農事活動干擾和外界自然因素的影響最大，與作物生產關系密切，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對比

注：表中數據均為均值±標準差(下同)。

耕作層土壤性質(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為中游>下游>上游，水田土壤容重大小表現為中游>上游>下游，土壤總孔隙度和田間持水量旱地和水田均表現為下游>上游>中游。

2.2 不同土地利用方式下土壤化學性質的對比分析

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，該小流域內耕地(旱地和水田，下同)土壤pH值平均為5.34，呈強酸性(根據全國土壤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，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 有機質

土壤有機質中含有大量的植物生長必不可少的營養元素。一般把耕作層含有機質比例在20%以上的土壤稱為有機質土壤，含有機質比例在20%以下的土壤稱為礦質土壤[14]。從表3可知，半山溝小流域耕地土壤有機質含量均值為15.15 g/kg，屬于國家四級水平(依據全國第二次土壤普查的分級標準，下同)，其比例在1.03%～2.57%，屬礦質土壤類型。就空間分布情況而言，該小流域上、中、下游的耕地土壤有機質含量分別為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，土壤有機質含量樹林>竹林>水田>旱地，樹林和竹林相對較高。

2.2.3 氮素

氮素是植物生長發育不可缺少的營養元素，土壤供氮不足會導致作物產量和品質的降低。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，它對作物高產及品種優良特性的保持有明顯作用，土壤中磷的含量受成土母質、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分統計分析

2.2.5 鉀素

鉀是土壤中含量最高的營養元素之一，參與植物的碳氮代謝等多種過程，對植物生長發育、抗逆能力、產品產量等有重要影響。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，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的對比分析

不同的土地利用方式也會導致土壤剖面理化性質分布的差異。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關系，而土壤容重與土壤孔隙度及田間持水量呈負相關關系。土壤pH值以耕作層最低，其均值為5.08，且各耕作層pH值低于各區域pH值的平均值。有效磷在各層的含量呈現出很明顯的自上而下遞減的現象，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出自上而下先升高后降低的特點，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，造成這種現象的原因可能有以下兩點：一是不同土地利用方式下植物對養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分析

3 結論和討論

(1)半山溝小流域內耕地土壤的pH值呈酸性，尤其是上游土壤呈強酸性。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[13]。土壤酸性過高不利于農作物生長，建議采取一定的措施減弱土壤酸性，并適當補充作物所需營養元素。

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

(3)不同土地利用方式下，耕作層土壤容重表現為旱地>竹林>樹林>水田，田間持水量為水田>樹林>竹林>旱地。各土壤養分的含量表現不一，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致各養分在不同土壤中沒有呈現出明顯的規律。但竹林與樹林相比，則呈現出樹林土壤的各種養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。水田耕作層土壤有機質、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，有機質及動植物和微生物殘留體缺氧分解較慢，養分積累較多所致[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[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，且低于各區域pH值的平均值，說明研究區土壤有一定的淋溶作用[19]。土壤剖面各層有機質、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，在各層的含量呈現出很明顯的自上而下減小的現象，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出自上而下先升高后降低的特點，造成這種現象的原因可能是鉀的遷移性較強，易隨著水分向下淋溶，使得下層土壤鉀素含量發生改變，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，養分含量不一，且存在一定的水土流失現象。建議對該小流域的坡地實施坡改梯工程，在水土流失嚴重的中游地段營造防護林，降低水土流失的風險；對該小流域的耕地適當施用有機肥，提高有機質含量；根據不同耕地養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。

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(責任編輯 徐素霞)

貴州省科技計劃項目(社發攻關)(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，主要從事生態學、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、水土保持及林學方面的研究和工作。

2016-08-20