黔東南低中山丘陵地區典型小流域土壤理化性質研究

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 550001； 2.貴州省土地整治中心，貴州 貴陽 550001)

黔東南低中山丘陵地區典型小流域土壤理化性質研究

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 550001； 2.貴州省土地整治中心，貴州 貴陽 550001)

采用實地調查野外取樣和實驗室檢測分析的方法，以方祥鄉方祥河小流域為例研究了貴州省黔東南低中山丘陵地區典型小流域內不同土地利用方式下土壤理化性質的空間變化及剖面含量分布。結果表明，該小流域內土壤質量較高，有機質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質含量大小順序為水田>林地>旱地，氮素和磷素的含量分布狀況與有機質含量分布相一致。耕作層中全鉀含量的大小順序為林地>旱地>水田，速效鉀含量的大小順序為水田>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分含量的空間變化趨勢均呈現出下游>中游>上游。本研究為土壤資源管理和進一步實現該小流域土地可持續經營提供了科學依據。

小流域； 土壤理化性質； 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—農業—土壤之間的關系。農業是人類生存的基礎，而土壤是農業的基礎[1]。大范圍看，土壤性質主要受氣候、母質和時間影響，但是在小流域范圍上，土壤性質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治理的基本單元，同時也是研究生態農業的基本單元，具有肥力并能生長植物的土壤則成為小流域開發和治理中一個極其重要的研究內容[3]。大量研究表明，土壤理化性質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]。本研究以方祥鄉方祥河小流域內不同土地利用方式為單元分析說明小流域土壤理化性質的分布特征，旨在揭示黔東南低中山丘陵地區小流域內土地利用方式對土壤理化性質的影響，以期為該區域土地的科學管理和土地的可持續經營提供理論依據。

1 研究區域與研究方法

1.1 研究區概況

研究區地處云貴高原湘、桂丘陵盆地過渡的斜坡地帶，地貌主要為低中山深切割侵蝕-剝蝕地貌，少數區域為中山極深切割侵蝕-剝蝕地貌。方祥河小流域位于黔東南州雷山縣方祥鄉境內，共涉及平祥村、水寨村、陡寨村、雀鳥村、格頭村和提香村6個村，地理位置位于108°12′58″～108°19′33″E， 26°23′20″～26°27′50″N。研究區屬于亞熱帶季風濕潤氣候區，季風氣候明顯，水熱同季，年平均氣溫14.5 ℃，年降雨量1 400 mm，冬無嚴寒，夏無酷暑，日照偏少。區內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。

研究區境內都處在雷公山國家級自然保護區，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)、衛矛科(Celastraceae)、夾竹桃科(Apocynaceae)、蚌殼蕨科(Dicksoniaceae)、紫金牛科(Myrsinaceae)等。

1.2 采樣

根據已有研究區的地形數據資料，于2015年10月下旬，在小流域的上、中、下游分別選取典型水田、旱地和林地區域取樣，每種土地利用類型選取3個剖面，剖面深度100 cm，水田分3個土層(即耕作層、犁底層和心土層)取樣，旱地和林地分2個土層(耕作層和心土層)取樣，共采集63個土樣。將土壤樣品帶回貴州省山地資源研究所實驗室，風干、磨碎、過篩后備用。

1.3 指標測定

土壤理化性質的測定項目均采用常規方法[8]：土壤物理性質采用環刀法(200 cm3)測定；土壤全氮采用KT260凱氏定氮儀測定；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；有機質采用重鉻酸鉀容量法；pH采用pH計測定。

2 結果與分析

2.1 對土壤物理性質的影響

土壤容重和孔隙度對土壤的滲透性、透氣性、持水性、導熱性、緊實度和根系發育等有很大影響，其與土壤質地、壓實狀況、土壤顆粒密度、土壤有機質含量及各種土壤管理措施有關[4,9-10]。由表1可知，不同土地利用類型對土壤的物理性質(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，總孔隙度表現為水田(58.80%)>林地(56.32%)>旱地(54.02%)，田間持水量同樣表現為水田(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；孔隙度變化表現為下游(57.48%)>中游(57.01%)>上游(54.66%)，田間持水量的變化趨勢為下游(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

2.2 對土壤化學性質的影響

pH值。土壤pH受母質、生物、氣候及人為作用等多種因子控制，是影響土壤養分的重要因素之一。土壤pH直接影響著土壤養分的狀態分布、轉化和利用[11]。由表2可知，研究區內3種土地利用類型下土壤呈酸性或強酸性，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。

有機質。土壤有機質是土壤的重要組成部分，對土壤物理、化學、生物學性質都有影響。由表2可知，方祥河小流域內土壤有機質含量較高，達到國家三級水平及以上(依據全國第二次土壤普查的分級標準，下同)。就土地利用類型而言，該小流域內土壤有機質含量呈現出水田(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，有機質及動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，該小流域存在一定的水土流失現象，且主要體現在旱地上，因為旱地土壤有機質表現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，方祥河小流域內從空間分布上看土壤全氮含量呈現出下游(2.97%)>中游(2.72%)>上游(2.33%)，速效氮含量表現為下游(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，氮素含量均呈現出下游含量最大，可能是由于長期的水力沖刷作用使許多礦物風化產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，依次表現為林地>水田>旱地，原因可能是研究區林地多為原始森林，人為干擾少，常年富集較多土壤養分，而水田和旱地由于人為施肥追肥等對土壤養分影響較大。

磷素。從表2可以看出，方祥河小流域內耕地土壤磷素平均含量較高，水田及林地土壤含量達到國家一級標準，而旱地土壤含量處于二、三級水平。從空間分布看，全磷含量呈現出下游(1.28 g·kg-1)>中游(1.03 g·kg-1)>上游(1.01 g·kg-1)的趨勢，速效磷含量也同樣呈現出此趨勢，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，均達到國家一級標準。從空間部分看，全鉀含量表現出下游(34.78 g·kg-1)>中游(31.79 g·kg-1)>上游(31.56 g·kg-1)的現象，但中游與上游含量相差甚微；速效鉀則呈現出下游(350.63 mg·kg-1)>上游(348.25 mg·kg-1)>中游(318.87 mg·kg-1)的趨勢。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，依次表現為林地>旱地>水田，通過對數據的分析，這種現象出現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，表現為水田>旱地>林地。

表2 不同土地利用方式下土壤化學性質

2.3 對剖面土壤理化性質的影響

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會出現不同程度的變化。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相關，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。土壤有機質含量隨土層的加深而降低，其中水田下降趨勢最為明顯，旱地其次。耕作層土壤pH最低，其均值為5.0，且各耕作層pH低于各區域pH的平均值。氮素和磷素在各層的含量呈現出很明顯的自上而下減小的現象，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出自上而下先增大后降低的特點，即犁底層的鉀素含量最高。水田土壤各層的有機質、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 小結與討論

通過對方祥河小流域3種土地利用類型下土壤理化性質的分析，得出不同的土地利用類型對土壤理化性質的影響。

整體上看，方祥河小流域內土壤質量較高，有機質含量較豐富，達到國家三級標準及以上。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到國家一級標準，磷素含量達到國家三級水平及以上。

表3 不同土地利用方式下土壤剖面物理性質

表4 不同土地利用方式下土壤剖面化學性質

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質含量大小順序為水田>林地>旱地，氮素和磷素的含量分布狀況與有機質含量分布相一致，表現為水田>林地>旱地，而容重大小與之相反，旱地>林地>水田。出現該種情況的原因主要是水田常年浸水造成的，有機質及動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，林地土壤中有機質含量相對較高。土壤中氮、磷的含量與有機質含量息息相關，有機質是氮磷元素的重要來源，所以，氮磷元素在3種土地利用類型中的分布狀況與有機質相一致，這與李建輝等[12-13]的研究結果相似。耕作層中全鉀含量的大小順序為林地>旱地>水田，速效鉀含量的大小順序為水田>旱地>林地，出現這種現象的原因主要是土壤中的鉀一般以離子態存在，淋溶作用越強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，但速效鉀含量相對較高，說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正好與之相反，變化表現為下游>中游>上游。土壤有機質、氮素、磷素、鉀素等的含量空間變化趨勢均呈現出下游>中游>上游，尤其以旱地的有機質含量變化最為明顯，說明該小流域存在一定的水土流失現象，且主要發生在旱地上。為有效減少水土流失，建議對可能產生水土流失的區域，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量較高，肥力較強，應在保護好現有耕地的基礎上適度開發，發展生態農業等特色產業，提高土地利用率。同時，采取水土保持工程措施降低水土流失的風險，提高耕地的保水保肥能力。

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(責任編輯：張瑞麟)

2017-06-13

貴州省科技計劃項目(黔科合SY字〔2013〕3169)；貴州省科技計劃項目(黔科合SY字〔2009〕3084)；貴州省國土資源廳財政專項；貴州科學院土地資源可持續利用創新人才團隊項目

謝元貴(1982—)，四川達州人，副研究員，高級工程師，碩士，從事土地資源、水土保持及林學方面研究工作，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

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