贵州赤水低山河谷地区典型小流域土壤理化性质研究——以赤水市长期镇半山沟小流域为例

廖小锋，肖玖军，谢元贵，卢 兰，谢 刚，董艳艳

(贵州科学院 贵州省山地资源研究所，贵州 贵阳 550001)

贵州赤水低山河谷地区典型小流域土壤理化性质研究
——以赤水市长期镇半山沟小流域为例

廖小锋，肖玖军，谢元贵，卢 兰，谢 刚，董艳艳

(贵州科学院 贵州省山地资源研究所，贵州 贵阳 550001)

典型小流域；土壤理化性质；低山河谷区；贵州赤水

采用野外调查取样和室内试验分析相结合的方法，研究了贵州赤水低山河谷地区典型小流域——赤水市长期镇半山沟小流域内不同土地利用方式下土壤剖面理化性质及其空间变化，结果表明：①从空间分布看，耕作层土壤有机质及部分土壤养分出现了下游>上游>中游的现象。②不同土地利用方式下，耕作层土壤容重表现为旱地>竹林>树林>水田，土壤孔隙度和田间持水量则表现为水田>树林>竹林>旱地，树林土壤的各种养分含量均高于竹林土壤，水田土壤有机质、全氮、速效氮及全磷、全钾含量均略高于旱地，但有效磷和速效钾含量略低于旱地。③从土壤剖面分布看，土壤容重、pH值随土层深度的增加而增加，田间持水量则随土层深度的增加而减少，有机质、全氮、全磷、有效磷含量呈现出从上往下依次递减的趋势，而水田的钾素含量呈现出自上而下先增大后减少的特点。

土壤不仅是农业生产的基础，同时也是森林生态系统的重要组成部分，是植物群落生存和发展的基础[1]。由于受到自然和人为因素的共同影响，因此在一定的景观内，同一时间不同地点的土壤属性存在明显的差异性和多样性[2-4]。科学的土地资源管理和利用建立在正确理解区域土壤属性的空间分布特征的基础之上，研究分析小流域内土壤属性的空间变异性和剖面分布特征对于土地资源的合理开发和可持续利用具有重要作用[5]。近年来，以小流域为基本单元进行土壤理化性质分析预测、生态风险评价、水土流失治理和面源污染防治等成为国内外学者研究的热点[6]。小流域是水土资源配置的基本单元，其理化性质特征是制定各种规划，进行农林牧合理布局和产业结构调整的主要依据之一[2]。所以，对土壤理化性质的空间分布特征进行准确分析不仅能够正确规划土地的利用方式，还能保护土地资源和环境质量，减少土壤资源浪费。我们以贵州赤水低山河谷地区典型小流域——赤水市长期镇半山沟小流域为例，研究小流域内土壤理化性质的空间变异和剖面垂直变化特性，旨在为该地区土壤资源管理和进一步的土地经营提供科学依据。

1 研究区域与研究方法

1.1 研究区概况

贵州赤水低山河谷地区位于贵州省西北角，主要包括赤水市全部及习水县西部地区。该地区地处长江谷地，区内以紫色砂岩、泥岩为主，表现为低山、丘陵、台地为主的红层景观，具有高温高湿的盆地气候特征，植被组成中有南亚热带成分，是贵州省北部自然环境独具特色的一个非岩溶区。区内侵蚀切割较强，河谷多呈V形，沟谷密布，地表较破碎。土壤以紫色土、黄壤为主，是贵州省紫色土集中分布区。主要河流有赤水河、习水河、大同河和丰水河。

赤水市长期镇半山沟小流域范围主要涉及长期镇白田村、凤仪村、红卫村3个村(东经106°00′38″～106°04′23″、北纬28°38′01″～28°42′02″)，半山沟源于凤仪村半山，在南面大德桥处汇入习水河，流域海拔为270～1 070 m。半山沟小流域气候兼有南亚热带气候特征，年平均气温16～18 ℃，年均降水量1 100～1 200 mm，雨量充沛，夏季炎热，冬暖少霜。

根据调查，该小流域土地利用类型主要为水田、旱地、林地、村庄建设用地。林地主要为竹林和树林(常绿阔叶林)。竹林是主要的人工植被，分布广、面积大，竹种有楠竹、慈竹、黄竹、撑绿竹、麻竹等；自然植被多为常绿阔叶林，种类较为丰富，主要涉及樟科、壳斗科、桑科、豆科、禾本科、番荔枝科、杨梅科、卫矛科、五加科、山茶科等植物。

1.2 采样方法

根据研究区的地形数据资料，于2015年10月在小流域范围内选取典型的竹林和树林样地各3个，并在小流域的上、中、下游分别选取典型水田、旱地样地各3个。每个样地选取3个土壤剖面，剖面深度100 cm，除水田分3个土层(即耕作层、犁底层和心土层)取样外，其余地类分2个土层(耕作层和心土层)取样。将土壤样品带回实验室，风干、磨碎、过筛后备用。

1.3 指标的测定方法

土壤理化性质的测定均采用常规方法[7]：土壤物理性质采用环刀法(200 cm3)；土壤全氮采用KT260凯氏定氮仪测定；全磷采用HClO4-H2SO4消煮，钼锑抗比色法；全钾采用HF-HClO4消煮，火焰光度法；水解氮采用碱解扩散法；有效磷采用钼锑抗比色法；速效钾采用火焰光度法；有机质采用重铬酸钾容量法；pH值采用pH计测定。

2 结果与分析

2.1 不同土地利用方式下土壤物理性质的对比分析

土壤容重是土壤基本的物理性状之一，是反映土壤紧实程度、孔隙状况等结构性特征的重要指标[8]，其直接影响着土壤肥力和植物的根系发育等[9]；土壤孔隙度也从多方面对土壤肥力产生影响；田间持水量是土壤毛管悬着水的最大量，是土壤保持水分的一种基本特性，它与土壤一系列的物理、化学性质有关。大量的资料表明，影响田间持水量的主要因素有土壤质地和结构、土壤容重、有机质含量，以及地下水埋深等，而最主要的因素一致被认为是土壤质地和容重，因为土壤容重能反映土壤的垒结特性，在一定容重范围内，田间持水量与土壤容重呈线性相关[10-11]。在不同土地利用方式下，土壤容重和田间持水量存在一定的差异[12]。由于耕作层受农事活动干扰和外界自然因素的影响最大，与作物生产关系密切，所以我们主要考查

表1 半山沟小流域不同土地利用方式下耕作层土壤物理性质对比

注：表中数据均为均值±标准差(下同)。

耕作层土壤性质(下同)。由表1可知，4种不同土地利用方式下土壤容重的大小关系为旱地>竹林>树林>水田；而土壤总孔隙度和田间持水量正好与之相反，水田>树林>竹林>旱地。从空间分布情况看，旱地土壤容重大小表现为中游>下游>上游，水田土壤容重大小表现为中游>上游>下游，土壤总孔隙度和田间持水量旱地和水田均表现为下游>上游>中游。

2.2 不同土地利用方式下土壤化学性质的对比分析

2.2.1 pH值

土壤pH值是影响土壤肥力的重要因素[13]，对土壤微生物的生命活动有很大影响。半山沟小流域的土壤pH值见表2。由表2可知，该小流域内耕地(旱地和水田，下同)土壤pH值平均为5.34，呈强酸性(根据全国土壤pH值的等级划分表判断)，尤其是上游土壤，pH值平均为4.81，酸性最强，下游次之，中游酸性程度最低。就土地利用方式而言，土壤pH值的大小顺序为水田>旱地>树林>竹林。

表2 半山沟小流域不同土地利用方式下耕作层土壤pH值对比

2.2.2 有机质

土壤有机质中含有大量的植物生长必不可少的营养元素。一般把耕作层含有机质比例在20%以上的土壤称为有机质土壤，含有机质比例在20%以下的土壤称为矿质土壤[14]。从表3可知，半山沟小流域耕地土壤有机质含量均值为15.15 g/kg，属于国家四级水平(依据全国第二次土壤普查的分级标准，下同)，其比例在1.03%～2.57%，属矿质土壤类型。就空间分布情况而言，该小流域上、中、下游的耕地土壤有机质含量分别为12.18、11.74、12.43 g/kg，大小顺序为下游>上游>中游。就土地利用方式而言，土壤有机质含量树林>竹林>水田>旱地，树林和竹林相对较高。

2.2.3 氮素

氮素是植物生长发育不可缺少的营养元素，土壤供氮不足会导致作物产量和品质的降低。由表3可知，就空间分布而言，耕地全氮含量下游>中游>上游，分别为0.94%、0.88%和0.85%；耕地速效氮含量中游>下游>上游，分别为263.61、243.60和223.37 mg/kg。从土地利用方式看，全氮含量水田>树林>旱地>竹林，速效氮含量水田>旱地>树林>竹林。

2.2.4 磷素

磷素是作物生长的重要元素，它对作物高产及品种优良特性的保持有明显作用，土壤中磷的含量受成土母质、土壤类型、耕作方式、施肥等因素的影响[15-16]。由表3可知，就该小流域内不同土地利用方式而言，全磷含量水田>旱地>树林>竹林，有效磷含量旱地>水田>树林>竹林；就空间分布而言，耕地全磷含量下游>上游>中游，其值分别为1.06、0.82和0.73g/kg；耕地有效磷含量下游>中游>上游，其值分别为99.10、94.97和84.37 mg/kg。

表3 半山沟小流域不同土地利用方式下耕作层土壤养分统计分析

2.2.5 钾素

钾是土壤中含量最高的营养元素之一，参与植物的碳氮代谢等多种过程，对植物生长发育、抗逆能力、产品产量等有重要影响。由表3可知，就空间分布而言，耕地全钾含量下游为23.82 g/kg，与上游含量23.14 g/kg相当，大于中游含量16.76 g/kg；耕地速效钾含量上游>中游>下游，其值分别为235.76、200.93和155.29 mg/kg。从土地利用方式看，全钾含量树林>水田>竹林>旱地，速效钾含量旱地>树林>水田>竹林。

2.3 不同土地利用方式下土壤剖面理化性质的对比分析

不同的土地利用方式也会导致土壤剖面理化性质分布的差异。由表4可知，土壤容重随着土层深度的增加而增加，而土壤孔隙度和田间持水量则随着土层深度的增加而减少；同一深度的土壤，田间持水量与土壤孔隙度呈正相关关系，而土壤容重与土壤孔隙度及田间持水量呈负相关关系。土壤pH值以耕作层最低，其均值为5.08，且各耕作层pH值低于各区域pH值的平均值。有效磷在各层的含量呈现出很明显的自上而下递减的现象，即耕作层>犁底层>心土层，具有明显的表聚性；水田的钾素含量呈现出自上而下先升高后降低的特点，如耕作层、犁底层和心土层的全钾含量依次为21.82、25.02和17.86 g/kg，速效钾含量依次为180.23、212.92和183.37 mg/kg。

由表4还可以看出，个别元素在各层的变化趋势有所不同，造成这种现象的原因可能有以下两点：一是不同土地利用方式下植物对养分的利用和吸收有差异[16]；二是旱地和水田的施肥种类及施肥量不同。

表4 半山沟小流域不同土地利用方式下剖面土壤理化性质分析

3 结论和讨论

(1)半山沟小流域内耕地土壤的pH值呈酸性，尤其是上游土壤呈强酸性。这可能与酸雨污染及大量施用酸性肥料(如过磷酸钙、氯化铵等)有关[13]。土壤酸性过高不利于农作物生长，建议采取一定的措施减弱土壤酸性，并适当补充作物所需营养元素。

(2)从该小流域的空间分布看，旱地土壤容重表现为中游>下游>上游，水田土壤容重表现为中游>上游>下游，田间持水量旱地和水田均为下游>上游>中游。有机质及部分土壤养分出现了下游>上游>中游的现象，说明该小流域内存在一定的水土流失现象，且中游段水土流失较严重。上游和中游的表层土壤被冲刷到下游累积，有机质在下游富集[14]，所以下游有机质含量最高，土壤容重较中游小，田间持水量和氮素等养分含量较高。

(3)不同土地利用方式下，耕作层土壤容重表现为旱地>竹林>树林>水田，田间持水量为水田>树林>竹林>旱地。各土壤养分的含量表现不一，这主要是由于水田和旱地常年施肥，施肥种类与施肥量的不同导致各养分在不同土壤中没有呈现出明显的规律。但竹林与树林相比，则呈现出树林土壤的各种养分含量均高于竹林土壤，这是由于竹林生长密集，土壤采光差，植被单一，与树林土壤相比易板结。水田耕作层土壤有机质、全氮、速效氮、全磷、全钾含量均略高于旱地土壤，这可能是因为水田常年渍水，通气性较差，有机质及动植物和微生物残留体缺氧分解较慢，养分积累较多所致[17]，另外与这两种土地利用方式下的施肥量及施肥种类也有关[18]。

(4)从土壤剖面看，土壤容重、pH值大小随土层深度的增加而增加，土壤孔隙度和田间持水量则随深度的增加而减少。各耕作层pH值明显低于犁底层和心土层，且低于各区域pH值的平均值，说明研究区土壤有一定的淋溶作用[19]。土壤剖面各层有机质、全氮、全磷、有效磷含量存在从上往下依次递减的趋势，尤其是有效磷，在各层的含量呈现出很明显的自上而下减小的现象，具有明显的表聚性，这主要是由于磷的迁移率较小；而水田的钾素含量呈现出自上而下先升高后降低的特点，造成这种现象的原因可能是钾的迁移性较强，易随着水分向下淋溶，使得下层土壤钾素含量发生改变，同时由于犁底层的透水性较差，使得速效钾积聚在此层。

综上可知，半山沟小流域耕地土壤肥力一般，养分含量不一，且存在一定的水土流失现象。建议对该小流域的坡地实施坡改梯工程，在水土流失严重的中游地段营造防护林，降低水土流失的风险；对该小流域的耕地适当施用有机肥，提高有机质含量；根据不同耕地养分含量的多少选择不同的肥料和施用量，做到因地制宜，尽量减少不必要的浪费。

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(责任编辑 徐素霞)

贵州省科技计划项目(社发攻关)(黔科合SY字〔2013〕3169，黔科合SY字〔2009〕3084)；贵州省国土资源厅2014年财政专项资金项目

S158.3

A

1000-0941(2017)06-0038-04

廖小锋(1987—)，男，重庆市人，高级工程师，硕士，主要从事生态学、土地资源与水土保持方面的研究和工作；通信作者谢元贵(1982—)，男，四川达州市人，副研究员/高级工程师，硕士，主要从事土地资源、水土保持及林学方面的研究和工作。

2016-08-20