不同植被類型紫色土腐殖質的剖面分布特征

張健瑜，李 燦，曾和平，胡夢淩，董達誠

（昆明理工大學 環境科學與工程學院，云南 昆明650500）

龍川江是長江上游金沙江的一級支流，位于云南省西部楚雄州中北部。流域基巖為三疊紀頁巖、砂巖、少量花崗巖、石灰巖和第四紀沉積物。該地區主要以紫色土為主，土地利用破碎化較為嚴重，不但影響著農業生產，而且關系到整個龍川江流域生態環境建設［1］。在全球生態環境中，土壤所構成的土壤圈是最活躍最富生命力的圈層之一［2］，土壤是在頻繁的風化作用和侵蝕作用下形成的，其過程特點是：物理風化強烈、化學風化微弱、石灰開始淋溶［3-4］。土壤有機質是評價土壤肥力的重要指標，土壤腐殖質是土壤有機質的主要組成，是土壤肥力的物質基礎［5］，在促進土壤結構的形成［6］、調控養分供應［7］、保持土壤溫度和水分等方面有著至關重要的作用［8-9］。一般來說，土壤腐殖質（humus，HS）由胡敏酸（humic acid，HA）、富里酸（fulvic acid，FA）和胡敏素（humin，HM）等組分組成，其含量和組成可以反映一定的成土條件和過程，也可以用來區別和分辨土壤類型，是評價土壤肥力的重要指標［10-11］。所以研究不同類型土壤腐殖質是人們近年來研究的熱點。

但是近年來，關于土壤腐殖質的研究主要集中在黃土高原地區以及黃土高原以北的地區［12-13］，對于西南地區的不同植被下土壤腐殖質研究甚少。因此，加強西南地區龍川江流域不同植被類型下土壤腐殖質剖面特征的研究，對揭示龍川江流域植被類型對土壤腐殖質組分的影響特征有著至關重要的作用。

本文以紫色土為研究對象，選擇果園、暖溫性針葉林、灌叢、針闊混交林、落葉闊葉林和桉樹林6種龍川江流域典型植被類型，研究不同植被類型下不同土層中土壤腐殖質組成和土壤養分分布特征，并探討土壤腐殖質組成與土壤養分之間的關系，以土壤腐殖質分布特征為探究基礎，對如何減少實驗區紫色土土壤腐殖質流失，改善龍川江流域紫色土肥力提供理論指導。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

龍 川 江 流 域 位 于 北 緯24°45′—26°15′，東 經100°56′—102°02′之間約9 255 km2的區域內。龍川江流域位于低緯度亞熱帶季風區，受季風影響明顯，冬夏季短，春秋季長；日溫差大，年溫差小；冬無嚴寒，夏無酷暑；干濕分明，雨熱同季；日照充足，霜期較短；蒸發旺盛，降水較云南大部偏少；冬春少雨，初夏旱突出。因地形和海拔的差異，有明顯的立體氣候和區域小氣候特征，呈“一山分四季，十里不同天”的特點。2017年全州平均年降水量844 mm，年平均氣溫16.5 ℃，年日照時數2 450 h。

1.2 樣點的布設與采集

在野外實地調查基礎上，于2017年6月采自龍川江流域楚雄彝族自治州牟定縣颯馬場村紫色土，植被覆蓋類型分別是果園、暖溫性針葉林、桉樹林、灌叢、針闊混交林、落葉闊葉林。每一種植被類型區域采用鋸齒形布點法，布設10個采樣點，每個樣點用原狀取土器分層采集紫色土，每層10 cm，分別為0—10，10—20，20—30 cm 的紫色土樣品各1 kg。然后將紫色土每一層10個樣點在原地混均勻，用3次4分法分離出多余樣品，獲得每一種植被類型區域3份不同深度的紫色土樣品各1 kg，6種植被類型區域共獲得18份紫色土樣品。其中，暖溫性針葉林、灌叢、針闊混交林和落葉闊葉林由于有較厚的枯枝落葉層，所以另取枯枝落葉層（以下圖表中顯示為0 cm 層）進行了研究。紫色土樣品經風干，磨碎，過100目篩后，用自封袋密封保存。該地區紫色土偏酸性，平均值為5.16±0.57，具體采樣信息見表1。

表1 采樣點主要信息

1.3 分析項目及測定方法

①土壤中總磷（TP）用HClO4－H2SO4消煮法測定；②全氮（TN）用半微量開氏法測定；③速效磷（AP）用氟化銨—鹽酸法測定；④堿解氮（AN）用堿解擴散法測定；⑤土壤有機質（OM）用重鉻酸鉀氧化—外加熱法測定；⑥腐殖質（HM）待測溶液的制備：焦磷酸鈉浸提法浸提；⑦胡敏酸（HA）和富里酸（FA）的分離：加H2SO4溶液分離得到胡敏酸沉淀，并用熱NaOH 溶液洗滌胡敏酸沉淀后得到胡敏酸待測液；⑧腐殖質各組分含碳量測定：測定同土壤有機質測定（重鉻酸鉀氧化—外加熱法），上述測定方法參考鮑士旦主編的土壤農化分析［14］。

1.4 數據處理

試驗數據采用Origin 8.0 擬合作圖，用Excel 2010和SPSS 19.0 統計軟件進行數據分析；數據處理分析采用One-way ANOVA 進行方差分析，并用Tukey多重比較進行差異顯著性分析，顯著性水平p＜0.05；采用Pearson檢驗法進行相關性分析，分析相關變量的相關性。

2 結果與分析

2.1 不同植被類型下土壤養分分布特征

不同植被類型土壤基本理化性質詳見表2。在不同植被類型下，總磷（TP）含量隨土壤深度呈現下降趨勢，但變化不顯著。枯枝落葉層不同植被類型土壤TP無顯著差異，在0—10，10—20，20—30 cm 土層深度中，所有植被類型土壤中，果園土壤TP 含量最高，且顯著高于其他類型土壤。

在任何植被類型下，枯枝落葉層速效磷（AP）顯著高于其他土層AP含量，并且土壤深度越大，AP含量越小，但是，土壤深度對AP含量影響不顯著。枯枝落葉層不同植被類型土壤AP無顯著差異，0—10，10—20 cm土層果園土壤AP顯著高于其他類型土壤；20—30 cm 土層AP在不同植被類型下有差異，但是除果園土壤外差異不顯著，果園顯著高于桉樹林、灌叢和暖溫性針葉林；除了果園和落葉闊葉林之外，其他植被類型AP含量偏低（酸性土壤AP 的標準是：0～15 g／kg為低；16～30 g／kg為中；＞30 g／kg為高）。

表2 龍川江流域土壤的基本理化性質［15］

總氮（TN）含量在各個植被類型土壤中，枯枝闊葉層顯著高于其他土層，且隨土壤深度增加而減小，無顯著差異。在枯枝落葉層各植被類型土壤TN 含量無顯著差異；在0—10，10—20，20—30 cm 土層中，不同植被土壤TN 含量變化與土壤TP分布于規律相同，果園土壤TN 顯著高于其他。

6種植被類型下，土壤堿解氮（AN）在枯枝落葉層的含量顯著高于其它層的AN，并且隨著土壤深度的增加而出現減小趨勢，但不存在顯著差異。0—10 cm 土層土壤AN 在果園、灌叢、桉樹林覆蓋下有顯著差異，且果園土壤AN 含量顯著高于暖溫性針葉林、灌叢、落葉闊葉林和桉樹林，10—20，20—30 cm 土層果園AN 含量顯著高于其他類型土壤AN 含量。

枯枝落葉層有機質（OM）的含量顯著高于0—30 cm 層的含量，并且隨著土壤深度的增加而出現減小趨勢，暖溫性針葉林、灌叢、針闊混交林0—10 cm 的有機質含量顯著高于20—30 cm 土層有機質含量。0—10 cm 土層下，6種植被類型土壤0—10 cm 土層有機質含量無顯著差異，10—20，20—30 cm 土層中果園土壤有機質含量顯著高于暖溫性針葉林、灌叢、針闊混交林、落葉闊葉林和桉樹林覆蓋土壤有機質含量。

2.2 不同植被類型下土壤腐殖質組成差異

不同植被類型下紫色土腐殖質組分含量分布如圖1所示。枯枝落葉層腐殖質的碳量高于其他土層腐殖質的碳量，但是不同植被類型土壤腐殖質碳量無顯著差異，說明在枯枝落葉層的腐殖質碳量跟土壤的植被類型無關。

0—10 cm 桉樹林腐殖質碳量顯著低于暖溫性針葉林、落葉闊葉林和果園的覆蓋下的腐殖質碳量；10—20 cm 土層果園的腐殖質碳量顯著高于暖溫性針葉林、針闊混交林和桉樹林的腐殖質碳量；20—30 cm 土層果園腐殖質碳量最高，為14.03±0.89 g／kg，且顯著高于暖溫性針葉林、針闊混交林、桉樹林和灌叢的腐殖質碳量。

圖1 不同植被類型下土壤腐殖質組成特征

枯枝落葉層胡敏素、胡敏酸、富里酸的分布情況與腐殖質類似，不同植被類型覆蓋下胡敏素、胡敏酸、富里酸碳量無顯著差異。對胡敏酸而言，0—10 cm 落葉闊葉林和果園土壤胡敏酸碳量分別為6.69±1.01，6.53±1.26 g／kg顯著高于灌叢、桉樹林覆蓋土壤胡敏酸碳量；果園10—20 cm 土層胡敏酸碳量顯著高于針闊混交林和桉樹林覆蓋土壤胡敏酸碳量；20—30 cm 土層果園胡敏酸碳量顯著高于其他植被類型土壤，為3.04±0.76 g／kg。

相對于胡敏素而言，0—10 cm 暖溫性針葉林的碳量最高，為10.58±1.78 g／kg，但不同植被覆蓋下胡敏素碳量無顯著差異；10—20，20—30 cm 土層果園土壤胡敏素碳量最高，分別為9.47±1.08，8.56±1.29 g／kg；果園土壤胡敏素碳量在20—30 cm 土層顯著高于暖溫性針葉林、灌叢、落葉闊葉林、針闊混交林覆蓋下土壤胡敏素碳量。

0—10 cm落葉闊葉林和果園的土壤富里酸碳量高于其他植被覆蓋下土壤富里酸碳量，分別為6.08±0.90，5.84±1.07 g／kg；10—20 cm 土層果園土壤富里酸碳量為4.59±0.54 g／kg，顯著高于暖溫性針葉林、灌叢、針闊混交林、桉樹林覆蓋下土壤富里酸碳量；20—30 cm土層落葉闊葉林和果園土壤富里酸碳量顯著高于其他植被類型土壤，分別為2.96±0.39，2.43±0.92 g／kg。

2.3 土壤腐殖質各組分與土壤理化性質之間的關系

土壤中腐殖質各組分與土壤理化性質進行相關分析，結果（見表3）表明，腐殖質及各組分與土壤速效磷、總氮、堿解氮均存在極顯著正相關；總磷只與胡敏酸和腐殖質存在極顯著正相關，與富里酸和胡敏素存在顯著正相關。說明腐殖質各組分與土壤養分之間存在著密切聯系。而土壤中腐殖質各組分之間的相關性分析表明，胡敏酸、富里酸和胡敏素兩兩之間均存在極顯著正相關。

表3 土壤腐殖質與土壤理化性質的相關性及土壤腐殖質組分之間的相關性

3 討論

3.1 不同類型植被覆蓋對土壤養分含量的影響

由同一土層深度，不同植被類型下土壤總磷（TP）和速效磷（AP）的結果分析表明，除果園外，其他植被類型下的土壤TP 和AP 無顯著性差異，土壤中磷的含量跟植被類型無關，但隨著土壤深度增加而減小，與崔宏［16］研究結果類似。磷在土壤中的含量與土壤質地、土壤酸堿性、土壤中元素有關。由于磷在土壤中常與其他元素相結合存在，如磷酸鹽吸附在黏土顆粒、有機泥炭以及鐵鋁的氫氧化物和氧化物的表面，形成復合物，而在酸性土壤中由于有大量的活性AL3＋，Fe3＋離子，會和土壤中的磷形成磷酸鋁鐵沉淀，AP含量偏低［15］。土壤磷素有效率在相同土層不同植被群落差異不顯著，但總體有著隨著土壤剖面深度增加而降低的趨勢［17］。當地果園處于耕作期，施用有機肥導致土壤中有機質的含量增加，該地區果園的TP和AP 含量顯著高于其他植被類型下的TP 和AP含量可能與人為管理有關。

不同植被類型下土壤總氮（TN）和堿解氮（AN）的結果研究發現，除果園外，不同植被類型土壤總氮無差異，堿解氮在0—10 cm 土層中不同植被類型土壤有差異但是不顯著。氮在土壤剖面中的累積受諸多因素的影響，如：土壤性質（土壤質地、土體構型、土壤p H 值、有機質、游離AL3＋，游離Fe3＋含量、土壤中氮等）、氣候因子（降水量、降水強度等）、水文地理因子（坡度、地下水位等）和農業管理因子（種植結構差異、氮磷施肥時間和方法、灌溉和耕作制度）的影響［18］，在該地區果園的TN 和AN 含量顯著高于其他植被類型下的TN 和AN 含量可能與農業管理因子有關。

不同植被類型下土壤有機質的研究結果可知，土壤有機質與植被類型無關，與土層深度有關。土壤有機質隨土壤深度的增加而減小，這與張濤等［19］研究土壤表層有機質質量分數的分布規律基本類似。土壤表層會有很多枯枝落葉及其他動植物的殘體，它們都以有機質的形式進入到土壤中，這是枯枝落葉層有機質含量較高的原因。由于深層土壤的有機物質減少和生物群活動能力降低可能是導致深層土壤養分減少的潛在因素［20］，因此各植被類型下有機質含量均隨土層深度增加而降低。

3.2 不同植被類型對土壤腐殖質及其組分的影響

枯枝落葉層的腐殖質各組分碳量均高于0—10，10—20，20—30 cm 層，并且在不同植被類型下無顯著差異［15］。這是由于枯枝落葉層中大量的枯枝落葉及其它植物殘體均以有機質的形式進入土壤，而且有機質在低溫、潮濕的條件下腐殖化，腐殖質大量積累［21］；凋落物和根系主要分布于土壤表層，有機質和根系分泌物較多，土壤團粒結構較好，參與土壤腐殖質形成的微生物活性較高，有利于土壤表層腐殖質的積累［22］。

0—10，10—20，20—30 cm 土層不同植被類型下土壤腐殖質研究結果表明，果園的腐殖質及各組分碳量高于暖溫性針葉林，桉樹林，灌叢，針闊混交林，落葉闊葉林的碳量，且顯著高于桉樹林土壤腐殖質碳量，這可能與人為管理或農業措施有關，說明人為活動（施肥、澆水、翻耕等）對腐殖質各組分的影響很大［15］。不同植被類型下土壤腐殖質組分研究結果與馬云飛等［23］和馬世五等［24］研究結果基本類似。除果園外落葉闊葉林覆蓋土壤腐殖質及其組分碳量高于其他植被類型土壤，這是由于落葉闊葉林植被茂密，郁閉度高，更加有利于有機質的積累。除果園外，灌叢在0—20 cm 土層腐殖質及其組分碳量較高，且隨土壤深度變化不顯著，說明灌叢根系主要集中于0—20 cm 土層，能夠固持表層土的腐殖質，對防止表層土腐殖質流失有明顯作用。不同植被覆蓋土壤富里酸碳量的分布與腐殖質其它組分有所差異，暖溫性針葉林、落葉闊葉林覆蓋土壤的腐殖質、胡敏酸、胡敏素碳量隨土壤深度的增加變化較快，富里酸碳量隨土壤深度增加變化較慢，在20—30 cm 土層，落葉闊葉林覆蓋土壤的富里酸碳量顯著高于除果園外其他植被類型土壤，由于富里酸具有較強的遷移力和移動性，不同土層的富里酸變化不顯著。

3.3 腐殖質及組分與土壤理化性質之間的關系

土壤腐殖質與土壤理化性質之間的相關性分析研究結果表明，土壤胡敏酸、胡敏素、富里酸兩兩之間存在極顯著正相關，說明土壤腐殖質組分之間存在著緊密的內在聯系。同時土壤腐殖質與土壤氮、磷之間關系密切，相關性分析與張健等［25］研究的結果類似。Navarrete等［26］研究發現，菲律賓萊特典型不同土地利用覆蓋下土壤富里酸和HA／FA 與堿解氮呈極顯著正相關，是由于腐殖質、堿解氮形成都與土壤微生物相關，它們之間有著緊密相關的聯系［26］；對黃土高原丘陵區退耕地土壤腐殖質的研究結果也表明［27］，土壤腐殖質組分與土壤有機碳、全氮存在極顯著正相關。

4 結論

（1）果園土壤總磷、速效磷、總氮、堿解氮、有機質顯著高于暖溫性針葉林、灌叢、落葉闊葉林、針闊混交林、桉樹林覆蓋土壤；除果園外，不同植被類型土壤總磷、速效磷、總氮、堿解氮、有機質不存在顯著差異。相同植被類型土壤中枯枝落葉層土壤總磷、速效磷、總氮、堿解氮、有機質顯著高于其它層；總磷、速效磷、總氮、堿解氮、有機質隨土壤深度的增加而減小，無顯著差異。

（2）腐殖質、胡敏酸、富里酸和胡敏素碳量在枯枝落葉層顯著高于其他土層，不同植被類型土壤無顯著差異，腐殖質及其組分碳量并隨著土壤深度的增加而減小；除枯枝落葉層外，不同植被類型土壤腐殖質組成存在顯著差異，果園＞落葉闊葉林＞暖溫性針葉林＞針闊混交林＞灌叢＞桉樹林，且果園腐殖質、胡敏酸、富里酸和胡敏素碳量顯著高于桉樹林覆蓋土壤。

（3）土壤腐殖質及其組分含量與土壤理化性質密切相關。本研究中，土壤腐殖質各組分之間均存在極顯著正相關，說明土壤腐殖質各組分之間關系密切。同時，腐殖質組分與土壤總磷、速效磷、總氮、堿解氮、有機質均存在顯著正相關，表明在土壤理化性質含量增長的情況下，腐殖質及其各組分碳量顯著增長。