湘北壺瓶山主峰地區土壤性質與分類初探

沈珍珠，田 宇，盛 浩，尹澤潤，劉 鑫，袁 紅

（湖南農業大學資源環境學院，湖南 長沙 410128）

湖南省東、南、西三面環山，山丘合計占全省總面積的約80%，由于氣候資源（光、熱和水）優越，植物組成豐富，母巖/母質類型多樣，山地土壤多樣性高、生產潛力大[1]。山地既承載著巨大的農林產品供給、生態系統服務與環境調節功能，也是經濟社會發展重要的生態屏障和原材料供應地[2]。因此，深入了解山地土壤性質、類型與功能，對于科學評估山區人地關系脆弱性以及制定可持續的山區產業發展規劃具有重要意義。

湖南省山地土壤分類最早可追溯到20 世紀60 年代，如高冠民等[3]報道的衡山土壤發生分類和利用對策。20 世紀80 年代，全省第二次土壤普查表明，山地土壤具有明顯的垂直地帶分布規律，在亞類等級上，基帶主要分布紅壤，紅壤以上依次出現山地黃紅壤、山地黃壤、山地暗黃棕壤和山地草甸土[4]。2000年以來，湖南山地土壤分類逐漸由地理發生分類過渡到系統分類，研究主要集中在湘東花崗巖、板巖山地（如大圍山、井崗山）[1,5-7]。然而，由于山地面積廣大、土壤類型多樣，有關石灰巖山地土壤的野外調查、分類與性質仍有待深入探索，特別是石灰巖山地土壤分類研究更是缺乏。

壺瓶山屹立于湘鄂邊境，素稱“湖南屋脊”，主峰海拔2 098.7 m，山體主要為石灰巖和板巖組成。近30 a 來，關于壺瓶山植被群落、動物多樣性和大型真菌分類等已有相關研究報道[8]，但關于壺瓶山土壤形成、分類和土壤質量特征等的研究鮮有報道。因此，筆者通過收集壺瓶山成土環境的歷史資料，結合野外土壤實地調查、取樣和實驗室分析，初步探討了湘北壺瓶山的成土環境、土壤理化性質和土壤類型分布，以期明晰湘北地區石灰巖/板巖山地土壤發生分類體系，確定山地土壤垂直帶譜，為亞熱帶巖溶山區土壤資源保護和利用提供參考。

1 壺瓶山成土環境概述

1.1 地質環境與成土母巖/母質

在區域地質上，壺瓶山地區屬湘西北褶皺帶東山峰復背斜西翼的壺瓶山向斜，其主峰位于向斜的核部，該核部為震旦系地層。從元古界板溪群到新生界第三系，幾乎各個時代地層均有出露，以下古生界寒武系出露面積最廣。壺瓶山主要成土母質為石灰巖和板巖殘積物、坡積物；其中，淺海相碳酸巖（鹽）類巖層占主峰面積的2/3，山頂為中生界三疊系石灰巖，巖石成分雜質較多，可溶性程度不高[9]。野外調查表明，硬軟巖層分異十分明顯；硬巖成山，發育薄層土；軟巖成谷，母質以坡積物為主，發育土層較厚。石灰巖風化物發育的土壤，多呈中性或微堿性（pH 值＞6.5），而板巖風化物發育土壤多呈酸性（4.9 ＜pH 值＜6.0）。

1.2 地形、地貌

壺瓶山主峰地區地處武陵山脈東北端、貴州高原向東南丘陵平原延伸的過渡地帶，屬典型向斜中山、山原地貌[8]。地勢總體由西向東傾斜，四周高、中間較低，形似“壺口”，主峰與最低處的壺瓶山鎮相對高差達1 878.7 m，坡向具有半陰坡、半陽坡特點。由于新構造運動和流水侵蝕作用強烈，形成年輕的地貌景觀，呈現出多級的剝蝕夷平面、深切峽谷和明顯斷層[9]。這種地形條件導致土壤產生后容易剝蝕與堆積，形成的土壤厚薄不一，具有高度的空間異質性。

1.3 氣 候

壺瓶山基帶氣候為典型中亞熱帶濕潤季風氣候，山腳的壺瓶山鎮年平均氣溫16～17℃，年降雨量1 400～1 600 mm，主要集中在4—6 月，水熱資源充沛。這種氣候條件有利于礦物化學風化和土壤發育。但在山體中上部轉變為山地濕潤溫涼氣候，年平均氣溫8～9℃，年降雨量1 900～2 100 mm，山頂有季節性積雪和冰凍。山體中上部的溫暖、潮濕、季節性冰凍氣候條件有利于礦物物理風化和化學風化的進行[8]。

1.4 植 被

壺瓶山主峰地區物種豐富，起源古老，其保護區是中國亞熱帶地區保存比較完好、且范圍較大的地區之一。植被分區屬華中植物區系，地帶性植被在森林分區上為中亞熱帶北部常綠闊葉林亞地帶。植被垂直帶分異明顯，從山腳到山頂主要分布4 個植被類型[10]。在海拔＜1 100 m 的區域，主要分布常綠闊葉林帶，以殼斗科、樟科、木蘭科和杜英科為主，人為干擾較大；在海拔1 100～1 500 m 的區域，分布常綠落葉闊葉混交林帶，以殼斗殼、薔薇科為主，存在一定人為干擾；在海拔1 500～1 700 m 的區域，分布落葉闊葉林帶，主要植物有殼斗科、薔薇科和豆科；海拔＞1 700 m 的區域為山地灌叢草甸帶，植物主要以楊柳科、繡球花科、薔薇科為主。中、高海拔帶保存完整的植被覆蓋有利于礦物的生物風化和土壤腐殖質積累。

1.5 人類活動

主峰地區產業以旅游業為龍頭，特色農業為支撐，茶葉、煙葉和高山反季節蔬菜為重點。人類活動主要集中在中、低海拔帶（海拔＜1 500 m），高海拔帶人為干擾少。山腳一部分原生常綠闊葉林轉換為杉木人工林、園地（茶葉、柑橘）和坡耕地。僅在地勢低平地方有少量水田。農業土地利用方式以旱地（玉米、烤煙）為主，引用井水灌溉，施用農藥化肥，覆蓋塑料地膜，局地也有土壤污染現象。例如，20 世紀50 年代起，當地利用雄黃礦土法冶煉，可能導致部分土壤中As、Ni、Pb、Cd 等含量超標[11]。

2 采樣分析方法

2.1 土壤樣品采集

從山腳至主峰山頂，在主要海拔帶（200～2 000 m）選取10 個典型土壤調查樣點，根據土壤野外調查與描述手冊標準，挖掘土壤剖面，劃分土壤發生層，采集表層（淋溶層、腐殖質層或耕作層）土壤樣品，帶回室內自然風干后，研磨過篩。

2.2 室內分析方法

采用環刀法測定土壤容重；采用吸管法測定土壤顆粒組成；采用USDA 標準劃分土壤質地；采用電位法測定浸提土壤pH 值（H2O 和KCl 溶液浸提）；采用重鉻酸鉀-硫酸消化法測定土壤有機質；采用硒粉、硫酸銅、硫酸消化-蒸餾法測定土壤全氮；采用NaOH 熔融-鉬銻抗比色法測定土壤全磷；采用NaOH 熔融-火焰光度計法測定土壤全鉀[12]。

根據土壤理化性質、發育程度，結合實地考察，將壺瓶山主峰地區劃分為低海拔帶（＜900 m）、中海拔帶（900～1 700 m）和高海拔帶（＞1 700 m）。該研究的壺瓶山主峰地區土壤調查僅涉及水田（43—CD20）、茶園（43—CD21）和林地（其他樣點）3 種土地利用方式。基于《中國土壤普查技術》中土壤指標分等定級的標準，進行土壤資源初步評價[13]。

3 結果與分析

3.1 土壤物理性質

由表1 可知，調查區域的表層土壤較薄，平均土層厚度為12.5 cm，厚度區間大，為8～22 cm。低海拔帶的土壤緊實，土壤容重為1.13～1.68 g/cm3。這可能與較強烈的人為土地利用（如人工林地、園地和耕地）活動有關。中、高海拔帶土壤疏松，土壤容重為0.85～1.15 g/cm3，可能與原生植被保存完好有關。根據經驗公式[14]，估算主峰地區10 個調查樣點50 cm處的土壤溫度為10.7～17.6℃。據此，將海拔＜600 m的地帶劃分為熱性土壤溫度狀況（16～23℃），海拔＞600 m 的地帶劃分為溫性土壤溫度狀況（9～16℃）。

表1 壺瓶山主峰地區調查樣點概況與表土的物理性質

土壤質地涉及粉黏壤土、粉壤土和壤土，土壤質量屬林地類一等水平[13]。在細土顆粒組成中，黏粒含量表現出隨海拔升高而明顯升高的趨勢，土壤質地逐漸由壤土演變為粉黏壤土。與山腳石灰巖、板巖交錯分布相比，高海拔帶和山頂主要分布石灰巖，降雨量也更大，有利于石灰巖的化學溶蝕與成土，從而加重土質黏性。

3.2 土壤化學性質

由表2 可知，土壤反應呈酸性至微堿性，水提pH值為4.9～7.9，鹽提pH 值為3.7～7.1。pH 值隨著海拔升高無明顯規律可循，可能受到母質、植被的交互影響。土壤有機質隨著海拔升高而明顯升高。原因可能是，高海拔帶灌叢草甸植被保存完好，氣候溫涼，土壤含水量高，土壤有機質容易積累。在海拔＜400 m 的區域，土壤有機質水平較低，土壤有機質含量＜20 g/kg，土壤質量劃分為林地類五級水平；在海拔400～1 900 m 的區域，土壤有機質含量介于22.67～75.91 g/kg，屬于三級、四級水平；僅在山頂編號43—CD28 的樣點，土壤有機質水平達到二級水平[13]。

表2 壺瓶山主峰地區表土的化學性質

土壤全氮含量介于1.05～8.81 g/kg，平均含量為3.19 g/kg；土壤全磷含量介于0.62～3.67 g/kg，平均含量為1.71 g/kg。這2 個指標的變化范圍大，且均表現出隨海拔的升高而遞增的趨勢。這可能與石灰巖風化速率慢，土體內部黏粒含量較高，磷素和氮素含量不易流失有關[15]。全鉀平均含量為21.66 g/kg，波動范圍為15.1～34.9 g/kg，隨海拔升高無明顯變化規律。

3.3 土壤類型、分布與綜合利用方向

根據土壤地理發生分類的原則[4]，結合野外成土環境調查和室內土壤分析結果（表3）表明，壺瓶山主峰地區隨著海拔升高，土綱的垂直帶譜分布規律為鐵鋁土/人為土—淋溶土/初育土—初育土，土類的垂直帶譜分布規律為紅壤/水稻土（＜600 m）—黃壤（600～900 m）—石灰土/黃棕壤（900～1 700 m）—石灰土（＞1 700 m），如圖1 所示。

圖1 壺瓶山主峰地區不同等級土壤類型的垂直帶分布

表3 壺瓶山主峰地區土壤地理發生分類

山腳低海拔帶，排水良好的緩坡和低平地，廣泛分布著灰黃泥、板巖紅壤、石灰巖黃紅壤和板巖黃紅壤的土屬，土體發育程度和土壤有機質水平中等。板巖風化物發育的土壤呈酸性，巖石碎屑比例較高，適宜種植茶葉、蔬菜、烤煙、水稻、柑橘和杉木人工林。石灰巖風化物發育的土壤呈中性或微堿性，部分樣點巖石碎屑比例較高，適宜種玉米、蔬菜、烤煙和板栗。山體中部夷平面上主要發育較深厚的黃壤、黃棕壤，而在陡坡地上則主要發育成土層淺薄的黑色石灰土、棕色石灰土。中、高海拔植被為保護完好的原生林、灌叢，宜加強保護和封育。

4 討論與結論

湘北壺瓶山主峰地區地質環境復雜，地形起伏大，小范圍內氣候（光照、降雨和冰凍）變化大，物質剝蝕和堆積過程強烈。大面積原生植被保存完好，成土母巖主要為石灰巖和板巖，成土母質主要為坡積物和殘積物。從山腳到山頂，壺瓶山土壤垂直帶譜可劃分為3 個土綱（人為土/鐵鋁土—初育土/淋溶土—初育土），或者劃分為4 個土類（紅壤/水稻土—黃壤—石灰土/黃棕壤—石灰土）。

該地區土壤厚薄不一，巖石碎屑量較大。在低海拔帶，土壤緊實度較高，而中、高海拔帶土壤疏松。土壤溫度狀況以海拔600 m 為界，其下為熱性，其上為溫性。土壤質地為壤土類，屬一等水平，隨著海拔升高，黏粒含量升高，土質趨黏。土壤質地的垂直帶空間分布規律為：壤土－粉壤土－粉黏壤土。土壤pH 值變化大，呈酸性、中性或弱堿性反應。土壤有機質和全氮含量隨海拔上升而增加，據全國第二次土壤普查的養分分級標準[16]，土壤有機質含量（＞20 g/kg）和全氮含量（＞1.0 g/kg）主要判定為較豐富～豐富等級。土壤磷素含量在中、高海拔帶相對較高，但鉀素含量在中、高海拔帶相對較低。

總體上，壺瓶山主峰地區土壤脆弱度高，不宜大面積開墾和耕作。在中、高海拔帶，特別是陡坡地土壤肥力與質量偏低，應加強保護，實行封育、退耕和生態移民等策略，防止水土流失，適度發展生態旅游業。在山腳低海拔帶，地平坡緩的土壤發育較厚，仍應注意補充土壤有機質和養分，特別是針對板巖風化物發育土壤需補充磷素，針對石灰巖風化物發育土壤需適度補充鉀素。