典型岩溶区板栗树下土壤pH值与盐基饱和度关系研究

李光超，杨 慧，张春来，曹建华，梁 毅，王 培

(1.中国地质科学院岩溶地质研究所，国土资源部/广西壮族自治区岩溶动力学重点实验室，广西桂林541004;2.广西师范大学生命科学学院，广西 桂林541004)

岩溶生态系统中，土壤是一个非常重要的因素，是由可溶性岩石经过长期的物理、化学和生物的相互作用形成的［1］。岩溶区土壤有其特殊的理化性质，富钙偏碱性，具有较高的阳离子交换量和盐基饱和度等［2－3］。土壤pH值是研究土壤理化性质的一个重要参数，它对土壤反应过程有很大的影响［4－7］。张宗锦(2004年)研究了西藏酸性土壤盐基饱和度与土壤pH值的关系，但目前对岩溶区土壤pH值与盐基饱和度关系的研究比较少。板栗之乡广西隆安种植了大量的板栗树［8］，且大部分板栗树种植在岩溶区，结果出现了岩溶区板栗树下土壤pH值变低的现象。为了研究与探讨板栗树下土壤pH值变化的机理，我们进行了大量的试验研究，通过对岩溶区板栗树下土壤剖面pH值的测定以及与盐基饱和度关系的研究，来了解岩溶区中板栗树影响土壤pH值的过程，为研究岩溶区板栗树下土壤理化性质提供理论基础，同时为岩溶区通过种植某些植物改良土壤性质提供科学依据。

1 研究区概况

研究区在桂西南岩溶区的隆安县，隆安县位于22°51'—23°21'N和107°21'—108°08'E 之间，地形为东北、西南部高，中部和东南部较低，全县地貌以丘陵为主，洼地、谷地次之。年均气温21.7℃，年均降水量1282.7 mm，年均日照时数1596 h，太阳辐射总量423 kJ/(cm2·a)。

隆安县岩溶广布，地层出露较齐全，从古生代寒武系、泥盆系至中生界三叠系、新生代第三系和第四系均有出露，其中以石炭系、泥盆系分布最广。各地层岩性类型为页岩、砂岩夹泥岩、石灰岩、白云岩、粉砂泥岩、粉砂页岩、砂泥岩夹煤层、第四纪红土、硅质岩［9］。各地层的上覆土壤呈酸性至微碱性，以酸性至中性土壤居多，并且土壤贫瘠，土层厚度最大约2 m，一般为0.5 m［9］。岩石中元素变异系数较大，土壤元素分布相对集中;土壤中元素含量与其母岩之间多数相关性不显著;多数元素在成土过程中富集［10］。

隆安县是广西板栗主产区，全县现有板栗园10300 hm2，年产板栗最高可达10800 t［11］。研究区采样点在离隆安县城约5 km的古潭乡九甲村六队，土壤为棕色石灰土，岩性以石灰岩为主，植被为2000年以来种植的板栗树，有2年生、5年生、10年生的。另外选取洼地草地和坡地灌木丛两种土地利用类型与之对比。

2 研究内容与方法

土壤样品分别在2010年11月(旱季)和2011年7月(雨季)各采集1次。选取洼地草地、坡地灌木丛地与洼地板栗树下的土壤相比较。洼地草地与洼地板栗树下为受人为活动影响的土地类型，坡地灌木丛地为没有受到人为影响的土地类型。

分别在洼地2年生、5年生、10年生板栗树下和洼地草地、坡地灌木丛5个土壤采集点各挖1个1 m深的剖面，每10 cm取一个样品，每个剖面共取10个样品。整个试验过程，旱季取50个样品，雨季取50个样品。

在阴凉通风的室内将土样自然风干，除去碎石、植物残留物等非土壤成分，然后对土壤样品进行预处理，程序为:过10目塑料筛，细磨，过100目筛，用四分法把样品充分混匀，封装备用［12］。

测定每个层面的土壤pH值，用水土比2.5∶1的pH计电位法测定［13］。

土壤阳离子交换量(CEC)的测定采用氯化铵－乙酸铵交换法。交换性盐基成分的测定:交换性Ca2+和Mg2+用乙酸铵交换－原子吸收分光光度法，交换性Na+和K+用乙酸铵交换－火焰光度法。土壤盐基饱和度的计算公式为［13］

数据处理及分析用SPSS17.0和Excel2003软件完成，作图软件使用Origin8.0和Excel2003。

3 结果分析与讨论

3.1 板栗树下的土壤pH值

3.1.1 旱季板栗树下的土壤pH值

旱季板栗树下土壤pH值的变化见图1。无论是哪个生长年龄的板栗树，洼地板栗树下的土壤均比洼地草地和坡地灌木丛下的土壤pH值低。岩溶生态系统中的土壤是受岩溶环境制约的土壤，有其特殊的理化性质，土壤pH值偏碱性［2］。从图1可以看出，洼地草地和坡地灌木丛的土壤pH值仍大于7，呈弱碱性，但是所有板栗树下的土壤pH值均小于7，呈弱酸性。坡地灌木丛、洼地草地、洼地2年生板栗树3种类型的土壤pH值比较，坡地灌木丛和洼地草地在剖面上的土壤pH值平均值分别要比洼地2年生板栗树下的约高出1.25和0.75个单位值。在相同的背景条件下板栗树下的土壤pH值要比其他植被下的土壤pH值偏低，这可能是板栗树对土壤的影响。

图1 旱季坡地灌木丛、洼地草地、洼地板栗树土壤pH值

不同生长年龄的板栗树土壤pH值相比，随着板栗树龄的增大，土壤pH值有逐渐降低的趋势。总体来看，板栗树下的土壤pH值依次为10年生＜5年生＜2年生，2年生板栗树下的土壤pH值平均值约比10年生的高出0.5个单位值。随着板栗树龄的增长，板栗树下的土壤pH值降低，进一步说明土壤pH值的变化是受到了板栗树的影响。

3.1.2 雨季板栗树下的土壤pH值

总体来看，雨季不同地类土壤pH值的变化与旱季基本一样，洼地草地、坡地灌木丛均大于洼地板栗树(见图2)。洼地2年生板栗树下的土壤pH值平均值比坡地灌木丛约小1.0个单位值，比洼地草地约小0.5个单位值。

由图2可看出，雨季洼地不同生长年龄板栗树下的土壤pH值变化与旱季相比稍有不同。在雨季时，5年生板栗树与10年生板栗树下的土壤pH值变化范围大致在6.25～6.50之间。这是因为板栗树在雨季生长比较旺盛，根系分泌物比较多，5年生板栗树已成年，根的分泌物也比较充足，在雨季对土壤的影响不比10年生板栗树差。在剖面50 cm深度以下，10年生板栗树比5年生板栗树土壤pH值略大，这可能是因为板栗树的生长必须有一个合适的土壤pH值［14－15］，板栗树不会使土壤pH值过低。总体来看，按剖面上的土壤pH值大小排序为:5年生板栗树≈10年生板栗树＜2年生板栗树。

图2 雨季坡地灌木丛、洼地草地、洼地板栗树土壤pH值

3.2 盐基饱和度以及与土壤pH值的关系

土壤酸化始于土壤溶液中H+进入胶体，使其交换性盐基发生置换性淋溶而逐步减少［16－18］。土壤胶体由盐基饱和向不饱和转变，土壤酸性则由于其胶体表面H+的积累而逐渐加强［18－20］。因此，土壤酸化是土壤交换性盐基淋溶(脱盐基)作用的结果，盐基饱和度的降低是酸化进程的一个重要标志，并导致土壤 pH值的相应降低［16－21］。

表1为土壤样品的测定结果。从表1可看出，土壤交换性盐基中Ca2+的饱和度远远高于其他3种离子。

利用Excel进行统计分析，以pH值为纵坐标、盐基饱和度为横坐标作散点图，见图3。从图3可以看出，在一定pH值范围内，随pH值的增大，盐基饱和度有增加的趋势。对板栗树下土壤pH值与盐基饱和度作相关性分析及显著性检验，得出:y=1.9995x+5.4664(R2=0.451，r=0.670，n=18，p=0.001＜0.01)，说明土壤pH值与盐基饱和度有极其显著的正相关性。这与范宇［16］、毛红安［18］、Klose［22］等人的研究结果非常一致。

对板栗树下土壤pH值与交换性盐基离子作相关性分析及显著性检验，结果见图4—7。显著性检验结果表明:土壤pH值与交换性盐基离子中交换性Ca2+有极显著正相关性(p=0.002＜0.01)，与交换性 Mg2+(p=0.243 ＞0.05)、交换性 Na+(p=0.146 ＞0.05)、交换性 K+(p=0.205 ＞0.05)相关性不明显。

土壤盐基饱和度虽然与 Ca2+、Mg2+、Na+、K+的含量都呈正相关，但其变化主要归因于Ca2+饱和度的变化，在较小程度上也与Mg2+饱和度的变化有关，而受Na+、K+饱和度变化的影响很小。反言之，板栗树下土壤中各交换性盐基离子饱和度对BS和pH值变化的贡献，以Ca2+最大，Mg2+次之，Na+、K+一般很小。这与范宇［16］的研究结果一致。

表1 土样分析结果

图7 土壤pH值与交换性K+的相关性

4 结论

(1)通过试验可以看出，洼地草地和坡地灌木丛的土壤偏碱性，而板栗树下土壤呈弱酸性。总体来看各样地按pH值大小排序为:洼地10年生板栗树＜洼地5年生板栗树＜洼地2年生板栗树＜洼地草地＜坡地灌木丛。草地和灌木丛的土壤pH值与板栗树下土壤pH值的对比，表明了土地因种植板栗树而使土壤pH值变低。随着板栗树年龄的增大，土壤pH值逐渐变低，进一步证明了板栗树的种植改变了土壤的pH值。

(2)无论是旱季还是雨季，板栗树在生长到一定的年龄后其土壤的pH值基本稳定在6.25～6.75之间，不会再发生更大的变化。种植板栗树虽然可以使土壤pH值变低，但是不会让土壤pH值变得过低，在6.25左右达到自己的适生条件，特别是在土壤深度50 cm以下更为明显。

(3)各样地按土壤盐基饱和度大小排序为:坡地灌木丛＞洼地草地＞洼地2年生板栗树＞洼地5年生板栗树＞洼地10年生板栗树。土壤pH值与盐基饱和度、交换性Ca2+呈极显著正相关性，与交换性Mg2+、Na+、K+相关性不明显。

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