基于文獻計量的貴州喀斯特地區土壤養分特征研究

曹 洋，徐 嬌，謝冬冬

(貴州省山地資源研究所，貴州 貴陽 550001)

1 引言

土壤養分是土壤肥力的重要組分，提供植被生長發育所必需的營養元素，養分豐缺程度及存在形態決定著土壤的肥力狀況，影響著植被的生長與演替[1，2]。以貴州為中心的中國南方喀斯特是世界三大喀斯特集中連片區之一，該區域碳酸鹽巖古老堅硬，受季風氣候的水熱配套等影響，加上人類活動強度高，具有顯著生態脆弱性，是我國西部四大生態環境脆弱類型區之一[3，4]。石漠化是該區域最嚴重的生態環境問題，加強植被保護、進行植被恢復和重建是防治石漠化的根本[5]。土壤是植被恢復的關鍵因子[6，7]，了解喀斯特地區土壤養分含量對植被恢復與施肥管理具有重要意義。本研究總結前人研究成果，通過文獻收集、數據整理與分析，分析貴州省喀斯特地區土壤有機質(SOC)、全氮(TN)、全磷(TP)、全鉀(TK)、碳氮比(C∶N)、碳磷比(C∶P)、碳鉀比(C∶K)、氮磷比(N∶P)、氮鉀比(N∶K)，揭示養分含量和分布特征，以及不同土地利用類型和土壤類型養分含量差異，為喀斯特地區植被恢復提供理論支撐。

2 材料與方法

2.1 數據收集

本文收集的原始數據均來自中國知網(CNKI)檢索平臺2005～2018年期間發表的研究性論文，共31篇；為了避免引起數據誤差，本研究取0～15 cm土層，有部分案例按照0～10 cm、10～20 cm土層取土，則按0～10 cm的數據為準，最終得到31篇可用的實驗數據。本文需要收集的原始數據指標有地理位置、取樣時間、土壤利用類型、土壤類型、SOC、TN、TP、TK，如文獻中碳的表示為有機質(SOM)為標準，則用有機質乘以Bemmelen系數，換算為有機碳。由于每篇文獻所涉及的指標不同，造成各個指標數量上存在差異，表1為貴州各地區喀斯特環境SOC、TN、TP、TK指標的樣本數量。

表1 貴州喀斯特地區SOC、TN、TP、TK指標樣本數量

2.2 數據分析

所有試驗數據均使用Excel 2010進行整理，SPSS 20.0和Origin 22.0進行統計分析和制圖。

3 結果與分析

3.1 不同土地利用類型土壤養分特征

比較了貴州喀斯特地區旱地、果園、林地、灌木林地、草地以及其他用地等6種土地利用類型土壤養分含量。由表2可見，SOC、TN、TP、TK含量均值最大分別是灌木林地、草地、林地、灌木林地，分別為32.61 g/kg、3.13 g/kg、0.92 g/kg、9.95 g/kg；最小值分別是果園、果園、草地、其他用地，分別為19.48 g/kg、1.88 g/kg、0.59 g/kg、8.22 g/kg。不同土地利用類型SOC、TN、TP、TK變異系數分別在0.27～0.64、0.22～0.73、0.27～0.60、0.34～1.18，變異程度最高的分別是草地、草地、林地、草地；變異程度最小的分別是果園、果園、旱地、果園。從各養分指標在不同土地利用類型的分布形態看，SOC、TN、TP、TK在所有土地利用類型上均呈正偏，其中SOC在旱地偏度最大，林地偏度最小，分別為1.79、0.09；TN在灌木林地偏度最大，其他用地偏度最小，分別為1.54、0.08；TP在林地偏度最大，果園偏度最小，分別為2.07、0.06；TK在草地偏度最大，林地偏度最小，分別為2.43、0.20。SOC、TN、TP、TK總體數據分布與正態分布相比皆較為陡峭。

表2 不同土地利用類型土壤養分描述性統計

3.2 土壤C、N、P、K化學計量比

表3為不同土地利用類型土壤化學計量特征，土壤C：N范圍在8.04～10.90之間，林地最高，旱地最低，總體各土地利用類型C∶N相差不顯著；C∶P中最高的為草地(49.64)，比最低的其他用地高47.34%；C∶K的變化范圍在2.16～3.39之間，變化幅度為56.94%；N∶P除草地比值較高外，其他地類均處于較小的變化幅度；N∶K的變化范圍在0.21～0.33之間，變化幅度為57.14%，比值最高為草地，最低為果園。總體上，草地C∶P、N∶P、N∶K計量比最高，林地C∶N、C∶K計量比最高，而果園C∶K、N∶P、N∶K計量比均比較低。

表3 不同地類土壤化學計量比結果

3.3 不同地區土壤養分分布特征

以研究區所在的地級行政區為基準，統計每個行政區土壤養分分布特征(圖1)。安順、黔西南、畢節、六盤水、黔南、遵義分別有141、146、32、44、81、36個樣本，其中SOC含量最高的地區是遵義，為38.12 g/kg；TN含量最高的地區是黔南，為3.40 g/kg；TP含量最高的地區是黔西南，為1.02 g/kg；TK含量最高的地區是遵義，為14.69 g/kg；SOC和TN含量最低的均是畢節，分別為19.04 g/kg、1.75 g/kg；TP和TK含量最低分別是黔南和六盤水，分別為0.56 g/kg、3.10 g/kg。總體上，遵義土壤養分指標SOC、TK含量相對較高，畢節地區土壤養指標SOC、TN分含量較低。

圖1 不同地區土壤養分特征(圖中數值代表樣本數量)

3.4 不同土壤類型養分差異

土壤養分數據主要有地帶性黃壤、棕黃色石灰土以及黑色石灰土3種土壤類型。由表4可以看出，3種土壤類型黑色石灰土SOC和TN含量最高，分別為42.72 g/kg、4.62 g/kg，另外2種土壤類型SOC和TN含量較為相近，但地帶性黃壤皆高于棕黃色石灰土；TP和TK含量最高的均是棕黃色石灰土，分別為0.82 g/kg和11.08 g/kg，地帶性黃壤TP和TK含量最低，分別為2.51 g/kg和8.97 g/kg。

表4 不同土壤類型養分差異 g/kg

4 結論與討論

4.1 討論

植被-土壤系統是相互作用的反饋系統，土壤理化性質、生物地球化學過程、土壤動物與微生物影響著植被生長，而植被通過吸收、利用以及歸還養分影響土壤環境[8，9]。土地利用方式改變會改變土壤理化性質以及土壤環境[10]，不同土壤養分統計表明不同土地利用類型土壤存在差異，受認為活動影響較大的旱地和果園變異程度均比較低，處于中等變異，其他地類養分變異程度處于高度變異，主要原因喀斯特地區土被不連續，土壤薄、土壤侵蝕等原因，造成了土壤養分空間異質性強[11]。而受生產活動影響較小的林地、灌木林地以及草地土壤碳、氮、磷、鉀等某些元素含量較高，這與鄭華等[12]研究結果一致，其原因可能是在受人類活動影響小的情況下，凋落物積累返還土壤養分增加，加上土壤環境相對農耕地比較穩定，有利于養分的積累。土壤C∶N∶P可以反映土壤C、N、P平衡特征以及礦化與固持程度[13]。貴州喀斯特地區土壤C∶N的變化范圍在8.04～10.90之間，低于中國土壤C∶N的平均范圍(12～16)。土壤C：P能反映磷有效性的高低，比值低表明磷有效性高，貴州喀斯特地區C：P在26.14～49.64，表明喀斯特地區在一定程度上受磷限制。N∶P能反映氮磷的限制，當N∶P>16時表明受磷限制，N∶P<14時表明受氮限制[14]，貴州喀斯特地區所有土壤類型土壤N：P均小于14，表受氮限制。總體上，無論何種土地利用類型均存在不同程度的C、N、P限制。

從不同地區土壤養分分布特征統計可以得出，遵義土壤養分相對較好，指標SOC、TK含量相對較高，畢節地區土壤養分相對較差，指標SOC、TN分含量最低。從石漠化角度看，畢節地區石漠化國土面積遠高于遵義地區，加上畢節地區深切峽谷較多，地表破碎，水土流失嚴重，造成了土壤養分流失[15]。雖然同為喀斯特環境，不同土壤類型養分存在明顯的差異，黑色石灰土SOC和TN含量是三種土壤類型中最高的，而棕黃色石灰土TP和TK含量最高，地帶性黃壤養分整體偏低，可能是黃壤地區土壤層薄，易發生地下漏失，已經成土速率慢等因素造成土壤養分含量較低[16]。

4.2 結論

(1)灌木林地土壤SOC和TK含量均值最高，分別為32.61 g/kg、9.95 g/kg，草地和林地分別TN和TP含量均值最大，分別為3.13 g/kg、0.92 g/kg；果園土壤SOC和TN含量最小值分別是19.48 g/kg、1.88 g/kg，草地和其他用地土壤TP和TK含量最小，分別為0.59 g/kg、8.22 g/kg；不同土地利用類型土壤化學計量特征，草地C∶P、N∶P、N∶K計量比最高，林地C∶N、C∶K計量比最高，而果園C∶K、N∶P、N∶K計量比均比較低。

(2)遵義土壤養分相對較好，指標SOC、TK含量相對較高，畢節地區土壤養分相對較差，指標SOC、TN分含量最低；不同土壤類型養分存在明顯的差異，黑色石灰土SOC和TN含量是三種土壤類型中最高的，而棕黃色石灰土TP和TK含量最高，地帶性黃壤養分整體偏低。