神农架山地土壤的基本肥力特征

杨兰芳，万梦雪，汪正祥，廖明尧，杨敬元

（1.湖北大学资源环境学院，湖北 武汉430062；2.神农架国家级自然保护区管理局，湖北 神农架442421）

0 引言

神农架林区是神农架山脉的主要部分，地跨东经109°5 6′～110°58′，北纬31°15′～31°57′，总面积3 000多km2，是我国唯一以林区命名的行政区［1］.由于神农架山势复杂，地貌类型丰富多样，海拔差异大，导致生物、气候和土壤的垂直分异规律比较明显，因此有关神农架土壤方面的研究主要是土壤的垂直规律［1-2］，以及垂直土壤带谱中主要土类的微形态［3］、粘土矿物特征［4-5］、土壤腐殖质［6］、物理性质［7］等方面.有关神农架山地土壤基本肥力状况的综合研究并不丰富，而成瑞喜等［8］只报道了垂直土壤类型的全氮、全磷、全钾和速效磷的含量范围.为了了解神农架土壤基本状况，2012年7月期间，我们在神农架进行了实地土壤调查，共采集了156个土壤样品，带回实验室后分析测定了土壤砾石含量、土壤酸碱性、土壤有机质、碱解氮、速效磷、速效钾等土壤基本农化性质.本文中通过对神农架山地土壤基本农化性质特征的分析总结，有利于认识神农架山地土壤资源的肥力特征，为神农架山地土壤资源的合理利用和保护提供依据.

1 材料与方法

1.1 样品采集与制备 2012年7月初至7月底在神农架进行了实地土壤调查采样，剖面样品按发生层分层采样，每层采取约500g土样装入布袋中，标上标记.有的样点没有挖至典型剖面，就采取表层0～20cm土壤约500g装入布袋中，并标记.土壤带回实验室后，摊开在塑料盘中，剔除植物残体，在室内自然风干后，先过2mm筛，混均匀后保留约50g，其余的过1mm筛，混合均匀后，取出约20g过0.15mm筛，分别转入塑料瓶中供分析测试之用.

1.2 土壤基本农化性质分析 土壤基本农化性质均用常规法分析［9］，即土壤pH值用过1mm筛的土壤，无气水浸提，水土比2.5∶1.0，精密酸度计直接测定；土壤速效磷用pH8.5的0.5mol L-1NaHCO3溶液浸提，液土比20∶1，钼蓝分光光度法测定，标准曲线法定量；速效钾用1mol L-1中性醋酸铵浸提，液土比10∶1，火焰光度法测定，标准曲线法定量；碱解氮用碱解扩散法，硼酸吸收，标准酸滴定法测定；土壤有机质用外加热氧化还原滴定法测定.

土壤砾石含量用称重法测定：土壤自然风干后，首先称重为总重，然后选出石块，再过2mm筛，将过不下的大于2mm的砾石与选出的石块合并一起称重即为砾石重量，砾石重量除以总重换算成百分数，即为砾石的百分含量.

1.3 数据处理 所有结果用Excel 2003进行数据计算、相关分析和作图.

2 结果

2.1 神农架山地土壤的砾石含量 图1表明，神农架山地土壤具有较多的砾石含量，砾石含量小于10%占34.6%，10%～30%的占35.9%，大于30%的占大约39.5%，其中大于70%并不多，只占5.1%.

2.2 神农架山地土壤的酸碱性 一般把根据土壤pH值把土壤酸碱性分为5级，小于5.0为强酸性、5.0～6.5为酸性、6.5～7.5为中性、7.5～8.5为碱性，大于8.5为强碱性［10］.图2可见，神农架山地土壤以酸性土壤为主，在所有的土壤样品中，强酸性土壤有54个，占34.6%，酸性土壤有60个占38.5%，二者共占73.1%，中性土壤有29个，占18.6%，碱性土壤只有13个，近8.3%，而没有发现强碱性土壤.

图1 土壤砾石含量分布情况

图2 土壤酸碱性状况

2.3 神农架山地土壤的有机质含量 根据土壤有机质含量（g kg-1），可以把土壤分为6级，小于6为极缺乏，6～10为很缺乏，10～20为缺乏，20～30为中等，30～40为丰富，大于40为很丰富［11］.在所采集的156个土壤样品中，有机质极缺乏的只有14个，占约9%，很缺乏的有16个，占10.3%，缺乏的有18个，占11.5%，中等的有30个，占19.3%，丰富的13个，占8.3%，很丰富的有65个，占41.7%（图3）.

2.4 神农架山地土壤的碱解氮含量 按土壤碱解氮含量（mg kg-1）可以把土壤分为6级，小于30为极缺乏，30～60为很缺乏，60～90为缺乏，90～120为中等，120～150为丰富，大于150为很丰富.在所有土壤样品中，极缺乏的有2个，占2.6%，很缺乏的有21个，占13.5%，缺乏的有13个，占8.3%，中等有13个，占8.3%，丰富的有14个，占9.0%，很丰富的有91个，占58.3%（图4）.

图3 土壤有机质含量状况

图4 土壤碱解氮的情况

2.5 神农架山地土壤的速效磷含量 根据土壤速效磷含量（mg kg-1）可以将土壤分为6级，小于3为极缺乏，3～5为很缺乏，5～10为缺乏，10～20为中等，20～40为丰富，大于40为很丰富［11］.所有样品中，属于极缺乏的有17个，占10.9%，很缺乏的有33个，占21.2%，缺乏的有48个，占30.8%，中等的有26个，占16.7%，丰富有20个，占12.8%，很丰富的有12个，占7.7%（图5）.

2.6 神农架山地土壤的速效钾含量 按土壤速效钾含量（mg kg-1）的不同，土壤可以分为6级，小于30为极缺乏，30～50为很缺乏，50～100为缺乏，100～150为中等，150～200为丰富，大于200为很丰富［11］.在所有样品中，属于极缺乏的只有1个，占0.6%，很缺乏有3个，占1.9%，缺乏的有44个，占28.2%，中等的有58个，占37.2%，丰富的有27个，占17.3，很丰富的有23个，占14.7%（图6）.

图5 土壤速效磷的分布情况

图6 土壤速效钾的分布情况

2.7 土壤有机质、碱解氮、速效磷、速效钾、pH相互之间的关系 由表1可见，土壤有机质跟碱解氮、速效钾、速效磷均呈显著的线性正相关，与碱解氮的相关系数最高，其次是速效钾，再次是速效磷，有机质跟土壤pH呈极显著的线性负相关，但该相关系数的绝对值明显低于有机质跟碱解氮、速效钾和速效磷的相关系数.

从碱解氮的相关系数中可见，碱解氮与有机质、速效钾和速效磷均呈极显著的线性正相关，相关系数呈有机质＞速效钾＞速效磷，而与土壤pH呈显著的线性负相关，但相关系数的绝对值也明显低于碱解氮与有机质、速效钾和速效磷的相关系数.

从速效磷来看，速效磷跟有机质、碱解氮和速效钾均呈极显著的线性正相关，相关系数呈碱解氮＞有机质＞速效钾；速效磷与土壤pH虽然是负相关，但是相关系数没有达到显著水平.

在速效钾的相关系数中，速效钾与土壤有机质、碱解氮和速效磷均呈极显著的线性正相关，其相关系数为碱解氮＞有机质＞速效磷；速效钾虽然与土壤pH呈负相关，但相关系数也没有达到显著水平.

土壤pH只与有机质和碱解氮呈极显著的线性负相关，而且与碱解氮的相关性比与有机质的相关性高，但与速效钾和速效磷的相关性都没有达到显著水平.

表1 线性相关系数表

3 讨论与结论

本调查结果表明，神农架山地土壤的pH在在3.8～8.0之间，酸性与强酸性土壤占73.1%，碱性土壤只有8.3%，没有发现强碱性土壤.这主要是神农架所处自然环境和气候条件有关.神农架处于中亚热带和北亚热带，深受东南和西南季风影响而气候温暖湿润，但由于巨大的海拔差异，气候具有明显的垂直梯度变化［12］.海拔升高，降水增加，气温降低.一般每上升100m，年均温下降0.5～0.6℃，年降雨量增加50～55mm，年积温减少170～180℃，无霜期减少7～8d［1］.因此在这样的气候条件下，土壤淋溶强烈，导致土壤向酸性发展.虽然神农架地区分布有大量的碳酸盐母岩，但是由于气候湿润，淋溶作用强，大都发展成为酸性土壤了，一般中性和碱性土壤都是土层浅薄或受新近坡积洪积的影响，土壤砾石含量高.

神农架大都含有砾石，砾石含量大于10%的土壤在65%以上，这与神农架土壤以山地土壤为主有关.神农架地区主要是山地，而且山高坡陡，高差起伏大，导致成土母质以坡积、洪积母质为主，这类母质形成土壤的特点就是土壤与砾石混杂.

从速效养分来看，速效磷变化范围在1.8～115.3mg kg-1，磷缺乏的土壤占62.8%，接近三分之二，磷丰富和很丰富的土壤不到20%，说明神农架山地土壤中多数土壤缺磷.磷缺乏的原因主要是以酸性土壤为主，因为本研究表明，酸性和强酸性土壤占到了73.1%.在酸性土壤中磷容易被固定，使得磷的有效性低.酸性土壤有效磷低的原因，一是在酸性条件下，磷容易被土壤固相吸附，一般发生的专性吸附，随pH降低，吸附固定能力增强［13］；二是土壤酸性土壤活性铁铝多，容易形成磷酸铁铝盐类，其溶解度低，大大降低磷的有效性；三是酸性土壤中的铁铝氧化物胶膜会在磷外面形成包膜，使土壤有效磷转化为闭蓄态磷而失去有效性，这类磷很难释放出来，只有铁铝氧化物胶膜破坏后，才有机会释放出来.

神农架土壤中，有机质缺乏的土壤约占31%，碱解氮缺乏的占大约24%，而有机质丰富的土壤占50%，碱解氮丰富的土壤占三分之二以上，表明神农架土壤的有机质和氮素水平较高，这主要是因为神农架山地土壤绝大部分都是林地，受人为干扰小，加上气候比较湿润，自然林地和湿润气候条件有利于土壤有机质和氮素的积累.

神农架土壤的速效钾缺乏和丰富的土壤都接近30%，而处于中等水平的占三分之一以上，表明神农架山地土壤钾素处于中等水平.在没有人为干扰的自然条件下，土壤钾素来自于土壤母质，自然植被生长会促进土壤肥力提高，但是神农架又处在比较湿润条件下，淋溶作用强，所以总体上导致土壤钾素处于中等水平.

从土壤有机质、碱解氮、速效磷、速效钾和土壤pH的相互关系来看，碱解氮跟有机质的相关性最高，这说明在自然条件下，土壤氮素主要来自土壤有机质，因为土壤中的氮素95%以上以有机态存在，大部分为腐殖质物质，必须经过微生物的分解矿化才能被植物利用［14］.土壤速效磷和速效钾与有机质的相关性均小于碱解氮与有机质的相关性，说明土壤磷和钾主要是来源于土壤母质，以无机态为主.土壤无机态磷占全磷的50%～90%，是土壤磷的主体，含量高低与土壤母质有密切关系，而土壤钾素除了人工使用钾肥外，完全来自含钾矿物的分解，其含量受母质的矿物组成、风化成土条件及土壤本身性质的影响［15］.但是土壤有机质与速效磷和速效钾含量也呈极显著的线性相关关系，说明土壤有机质也是影响速效磷和速效钾的重要因素.因为土壤有机质中积聚着作物生长的多种必需营养元素，如C、H、O、N、P、K、Ca、Mg、S、Fe、B、Mn、Cu、Zn、Mo、Cl等［16］，同时有机物在分解过程中产生的有机无机酸类物质可以促进土壤矿物的溶解，加速岩石矿物的风化，有益于矿质养分的释放和有效化，有机质还可以通过改善土壤的理化性质，促进土壤微生物活动与植物生长而促进母质中矿质养分释放和矿质养分在表层积累，因此一般都把土壤有机质含量作为衡量土壤肥力的重要指标.土壤有机质主要是土壤腐殖质，而腐殖质以腐植酸为主，因此腐殖质一般呈酸性，所以土壤pH跟土壤有机质呈显著的负相关.

总之，神农架钾山地土壤主要特征是砾质性，酸性和强酸性土壤占大多数，近三分之二的土壤缺磷，有机质和碱解氮比较丰富，速效钾处于中等水平，主要肥力特性之间有相互影响.

［1］李学垣，张光远，成瑞喜，等.神农架保护区的土壤（Ⅰ）：保护区的自然条件和土壤类型［J］.华中农业大学学报，1989，8（2）：132-137.

［2］郑泽厚.神农架森林土壤特性及其垂直分布规律探讨［J］.湖北大学学报：自然科学版，1988，10（1）：101-107.

［3］郑泽厚.神农架山地土壤的微形态研究［J］.湖北大学学报：自然科学版，1992，14（4）：106-113.

［4］刘凡，徐凤琳，李学垣.鄂湘两省山地土壤粘粒矿物的研究（Ⅰ）：神农架自然保护区北坡土壤的粘粒矿物与表面化学特性［J］.土壤学报，1996，33（1）：59-69.

［5］刘凡，徐凤琳，李学垣.神农架自然保护区土壤的研究（Ⅲ）：神农架垂直带土壤粘粒矿物组合及其特点［J］.华中农业大学学报，1992，11（1）：64-70.

［6］成瑞喜.神农架自然保护区土壤的研究（Ⅱ）：土壤腐殖质性质［J］.华中农业大学学报，1989，8（3）：273-277.

［7］张光远.神农架自然保护区基质主要土壤的物理性质［J］.华中农业大学学报，1988，7（3）：305-310.

［8］成瑞喜，李卫东，艾云祥.神农架垂直带土壤养分状况及林木立地条件［J］.土壤通报，1993，24（1）：11-13，29.

［9］劳家柽.土壤农化分析手册［M］.北京：中国农业出版社，1988：229-354.

［10］林大仪.土壤学［M］.北京：中国林业出版社，2002：209.

［11］席承藩.中国土壤［M］.北京：中国农业出版社，1998：878，909，934.

［12］沈泽昊，胡会峰，周宇，等.神农架南坡植物群落多样性的海拔梯度格局［J］.生物多样性，2004，12（1）：99-107.

［13］孙桂芳，金继运，石元亮.土壤磷素形态及其生物有效性研究进展［J］.中国土壤肥料，2011（2）：1-9.

［14］徐秀华.土壤肥料［M］.北京：中国农业大学出版社，2007：74.

［15］刘克峰，刘建斌，贾月慧.土壤、植物营养与施肥［M］.北京：气象出版社，2006：214-217.

［16］张琦珠.土壤有机质对土壤肥力的作用［J］.新疆农垦科技，1985，（4）：54-56.