黔东北低山丘陵喀斯特地区典型小流域土壤理化性质研究

廖小锋+肖玖军+谢刚

摘要：采用实地野外取样调查和实验室检测分析的方法，以高墙河小流域为例研究黔东北低山丘陵喀斯特地区典型小流域内不同土地利用方式下土壤理化性质的空间变化及剖面含量分布。结果表明，①该小流域内土壤质量较高，有机质含量及土壤中氮、磷、钾等元素含量均较丰富。②从土地利用类型看，土壤耕作层孔隙度、田间持水量大小顺序为水田>林地>旱地，有机质平均含量表现为林地>水田>旱地，而氮、磷、钾3种元素的含量没有呈现出共同的规律性，主要是受人为施肥的影响。③从空间分布看，容重大小顺序为上游>中游>下游；孔隙度和田间持水量的变化趋势与之相反。土壤有机质、氮素、磷素、钾素等的含量空间变化趋势均呈现出下游>中游>上游，尤其以旱地的有机质含量变化最为明显，表明该小流域存在一定的水土流失现象，且主要发生在旱地。

关键词：小流域；土地利用类型；土壤理化性质；空間分布；土壤剖面

中图分类号：S151.9 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2017）22-4271-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2017.22.015

Abstract： Adopting the analysis method of field sampling investigation and laboratory testing， taking the small watershed of Gaoqiang River as an example， the spatial distribution and content distribution profile of soil physical and chemical properties of the northeastern Guizhou hilly area of Karst watershed under different land uses were studied. The results showed that： ①the quality of soil in the small watershed was higher， and the content of organic matter and nitrogen， phosphorus and potassium in soil were rich. ②From the land use types， the magnetism of soil porosity and the water holding capacity of the order of paddy land > woodland > dry land. The average content of organic matter was paddy land > woodland > dry land， but not the content of three elements of nitrogen， phosphorus and potassium showed the common law， which was mainly influenced by artificial fertilization. ③From the view of spatial distribution， the order of the bulk density was upstream > middle reaches > lower reaches； The variation trend of porosity and field capacity was opposite. The content of spatial variation of soil organic matter， nitrogen， phosphorus， potassium all showed lower reaches > middle reaches > upstream， which especially changes in the content of organic matter in the most obvious， indicating that the phenomenon had certain water loss and soil erosion of small watershed， and mainly in the dry land.

Key words： small watershed； land use types； soil physical and chemical properties； space distribution； soil profile

土壤作为生物、气候、母质、地形、时间等自然因素和人类活动综合作用下的产物，不仅是人类生存的物质基础，还是人类最早开发利用的生产资料[1]。土壤质量作为土壤的固有属性，是自然和人为因素共同作用的结果[2]，而土壤理化性质是土壤质量最直观的表现，土地利用方式的变化直接影响着土壤理化性质的变化[3]。大量研究表明，土壤容重、孔隙率、含水量、有机质、全量养分以及有效养分等在不同土地利用方式下都有较大差异[4-6]。

黔东北低山丘陵喀斯特地区土壤肥力贫富差距大，农业生产活动较强烈，且降水多以夏季暴雨为主，导致夏季时期该地区存在较严重的土壤侵蚀现象。在贵州省大力推进高标准基本农田建设的背景下，本研究选择该地区高墙河小流域为研究区，研究该小流域土壤理化性质在不同土地利用方式下的变化，探讨土壤质量状况，为黔东北低山丘陵喀斯特地区进行以小流域为基本单元进行高标准基本农田建设及后续的土地经营活动提供科学依据，同时为该地区的水土保持防治、生态修复和农业生产结构调整提供理论依据。endprint

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究区位于贵州省铜仁市江口县坝盘镇高墙村、坝盘镇的北部，处于东经108°53′07″-108°56′36″，北纬27°43′57″-27°47′07″，地处贵州高原向湘西丘陵过渡的斜坡地带，是在黔东北低山丘陵区，低中山深切割侵蚀-溶蚀地貌。研究区属亚热带大陆季风气候，据江口县气象站1961～2010年气象资料统计（缺1969年），多年平均气温16.3 ℃，年均日照1 257.3 h，无霜期288 d左右，年均相对湿度81%，多年平均最大风速7.8 m/s。流域降水量充沛，但年内分配不均匀，年际变化较大。研究区内的主要土地利用方式为水田、旱地和林地。水田的土种为红泥田，旱地的土种为硅铝层薄层红壤土和硅铝质厚层黄红壤。研究区属于亚热带常绿落叶、阔叶林植被类型，现多演变为次生植被，种类较为丰富，主要涉及大戟科（Euphorbiaceae）、金缕梅科（Hamamelidaceae）、榆科（Ulmaceae）、蚌壳蕨科（Dicksoniaceae）、樟科（Lauraceae）、蔷薇科（Rosaceae）、禾本科（Gramineae）、鳞始蕨科（Lindsaeaceae）、紫萁科（Osmundaceae）、猕猴桃科（Actinidiaceae）、葡萄科（Vitaceae）、壳斗科（Fagaceae）等。

1.2 方法

1.2.1 采样方法 根据已有研究区的地形数据资料，于2015年10月中下旬，在高墙河小流域的上、中、下游分别选取3种土地利用类型的土壤取样，即典型水田、旱地和林地区域。依据每种土地利用方式在研究区域内的空间分布状况，均匀地选择样点进行土壤采样，每种土地利用类型选取3个剖面，剖面深度100 cm，水田分3个土层（即耕作层、犁底层和心土层）取样，旱地和林地分2个土层（耕作层和心土层）取样，共采集63个土样。将土壤样品带回实验室，在贵州省山地资源研究所实验室风干、磨碎、过筛后备用。

1.2.2 指标的测定方法 土壤物理性质测定方法[7]：容重、最大田间持水量和土壤孔隙度均采用环刀法（200 cm3）测定。其中，土壤总孔隙度用Pt=（1-D/ρs）×100%来计算，Pt为土壤总孔隙度，D为土壤容重，ρs为土壤密度，本研究取值2.60 g/cm3；毛管孔隙度用Pc=土壤田间持水量×D计算，Pc为毛管孔隙度；非毛管孔隙度用P0=Pt-Pc计算，P0为非毛管孔隙度。

土壤化学性质测定方法[7]：土壤全氮采用KT260凯氏定氮仪测定；全磷采用HClO4-H2SO4法测定；全钾采用HF-HClO4消煮、火焰光度法测定；水解氮采用碱解扩散法测定；速效磷采用钼锑抗比色法测定；速效钾采用火焰光度法测定；有机质采用重铬酸钾容量法测定；pH采用pH计测定[7]。

2 结果与分析

2.1 不同土地利用类型对土壤物理性质的影响

土壤容重的大小反映了土壤松紧状况，且与土壤孔隙的大小和数量密切相关[8]。容重小说明土壤疏松多孔，有良好的通气透水性能，更适宜作物生长；容重大则表明土壤相对紧实，透水通气性能较差。土壤孔隙度的大小决定了土壤的水气状况，故田间持水量的大小主要取决于土壤的孔隙状况。最大程度地改善土壤的持水性能，对于水土保持具有重要意义[9]。不同土地利用类型下耕作层土壤的物理性质见表1。从表1可以看出，不同土地利用类型对土壤的物理性质有很大影响，旱地土壤容重最大，林地次之，水田容重最小，平均分别为1.20、1.13和1.10 g/cm3；而土壤总孔隙度及田间持水量的变化正好与之相反，3种土地利用类型土壤总孔隙度表现为水田>林地>旱地，平均值分别为57.40%、56.20%和53.80%，田间持水量同样表现为水田（39.04%）>林地（33.50%）>旱地（31.33%）。从整个小流域的空间分布来看，上游土壤容重最大，中游次之，下游最小，分别为1.22、1.13、1.09 g/cm3；孔隙度与田间持水量的变化表现为下游>中游>上游。可见，田间持水量与土壤孔隙度呈正相关，与容重呈明显负相关关系。

2.2 不同土地利用类型对土壤化学性质的影响

2.2.1 土壤酸碱性 土壤酸碱性是影响土壤肥力的重要因素之一，一方面它直接影响作物的生长，另一方面，它能够使部分土壤性质发生变化，如土壤酸碱性影响着微生物的生命活动及分布，进而对土壤可溶性养分的含量分布产生影响；土壤酸度对土壤中钙、镁、磷等元素的形态和有效性、有机质的分解、土壤营养元素的释放与转化等都有直接影响[10]。由表2可知，不同土地利用类型下表层土壤pH平均处于4.75～5.10，差异不大，表现为林地（5.10）>水田（4.97）>旱地（4.75）。研究区旱地、水田和林地土壤pH整体都呈强酸性，表明成土母质对土壤酸碱性起着决定性作用[10]。

2.2.2 有机质 土壤有机质是衡量土壤肥力高低的重要标志，不仅是植物养分的重要来源，且对改善土壤物理性质、提高土壤保蓄性和供给性能起重要作用[11]。由表2可知，高墙河小流域内土壤有机质含量达到国家三级标准及以上（依據全国第二次土壤普查的分级标准，下同）。就土地利用类型而言，该小流域内土壤有机质平均含量呈现出林地（44.82 g/kg）>水田（41.26 g/kg）>旱地（31.97 g/kg）。从空间分布看，下游（42.68 g/kg）>中游（39.71 g/kg）>上游（35.67 g/kg），由此可知，该小流域存在水土流失现象，且主要发生在旱地，旱地土壤有机质的空间分布明显不均，表现为下游（38.04 g/kg）>中游（30.79 g/kg）>上游（27.07 g/kg）。

2.2.3 氮素 由表2可知，高墙河小流域土壤氮素含量丰富，从空间分布上看，下游土壤全氮平均含量最高，为2.74%，中游其次，为2.50%，上游最低，为2.02%；速效氮平均含量表现为中游（277.38 mg/kg）>下游（275.40 mg/kg）>上游（261.4 mg/kg）。在旱地、水田和林地3种土地利用类型中，土壤全氮平均含量分别为2.04%、2.64%、2.58%，表现为水田>林地>旱地；速效氮的平均含量分别为211.81、295.43、306.93 mg/kg，表现为林地>水田>旱地，原因可能是该研究区内林地多为原始森林，人为干扰少，常年富集较多土壤养分，而水田和旱地由于人为活动频繁，施肥追肥不均，导致对土壤养分影响较大。endprint

2.2.4 磷素 由表2可知，高墙河小流域内耕地土壤磷素平均含量较高，水田及林地土壤磷素平均含量均达到国家一级标准，旱地土壤全磷含量较其他两种土壤类型较低。从空间分布看，全磷平均含量呈现出下游（1.16 g/kg）>中游（0.98 g/kg）>上游（0.92 g/kg）的趋势，速效磷平均含量也同样呈现出相同趋势，下游（132.59 mg/kg）>中游（132.43 mg/kg）>上游（109.84 mg/kg）。从土地利用类型看，全磷在旱地、水田、林地中的平均含量分别为0.76、1.20、1.11 g/kg，依次表现为水田>林地>旱地；速效磷在3种土地利用类型中的平均含量表现为林地（158.86 mg/kg）>水田（116.88 mg/kg）>旱地（99.12 mg/kg）。

2.2.5 钾素 由表2可知，高墙河小流域土壤钾素含量虽丰富，但分布不均。从空间分布看，全钾平均含量表现出下游（29.89 g/kg）>中游（23.99 g/kg）>上游（19.98 g/kg）的现象；速效钾平均含量表现为下游（211.50 mg/kg）>中游（196.75 mg/kg）>下游（167.12 mg/kg）。就土地利用类型而言，全钾在旱地、水田、林地耕作层土壤中的平均含量分别为22.85、25.20、25.80 g/kg，依次表现为林地>水田>旱地，速效钾在3种土壤中的平均含量分别为180.29、195.16、199.93 mg/kg，表现为林地>水田>旱地。

2.3 不同土地利用方式下剖面土壤理化性质的对比分析

不同土地利用类型下，垂直剖面土壤的理化性质会出现不同程度的变化。由表3可知，在同一土壤层，土壤容重与总孔隙度和田间持水量呈负相关，随着土壤层次的加深，容重增大，孔隙度和田间持水量则呈下降趋势；耕作层土壤pH最低，其均值为4.94，随着土壤层次的加深，pH增大；土壤有机质含量随土层的加深而降低，其中水田下降趋势最为明显，旱地其次；氮素和磷素在各层的含量呈现出很明显的自上而下减小的现象，即耕作层>犁底层>心土层，具有明显的表聚性；水田土壤中钾素含量呈现出自上而下先增加后降低的特点，即犁底层的钾素含量最高。

3 小结与讨论

通过对高墙河小流域3种不同土地利用类型下土壤理化性质的分析，得出黔东北低山丘陵喀斯特地区不同的土地利用类型对土壤理化性质的影响。

1）从整体上看，高墙河小流域内土壤肥力较好，有机质含量丰富，达到国家三级标准及以上，且土壤中氮、磷、钾等元素含量均较丰富，其中氮素和钾素含量达到国家一级标准，磷素含量达到国家三级标准及以上。

2）从土地利用类型看，土壤耕作层孔隙度、田间持水量顺序为水田>林地>旱地，而容重大小与之相反，表现为旱地>林地>水田。有机质含量大小顺序为林地>水田>旱地，氮素和磷素的含量分布状况表现为水田>林地>旱地，出现该种情况的原因主要是林地土壤积累的植被凋落物较多，凋落物的覆盖以及表层土壤中植被根系的分布，使得土壤温度较高，湿度较大，且微生物活动频繁[12]，受人为干扰小，而耕地人为活动频繁且较强烈，故相较于耕地土壤，林地土壤中有机质含量相对较高[13]，但林地土壤氮、磷、钾等元素的含量低于水田含量，这主要受人为施肥影响。

3）从空间分布看，上游土壤容重最大，中游次之，下游最小，孔隙度和田间持水量的变化趋势正好与之相反，表现为下游>中游>上游。土壤有机质、氮素、磷素、钾素等的含量空间变化趋势均表现为下游>中游>上游，尤其以旱地的有机质含量变化最为明显，说明该小流域存在一定的水土流失现象，且主要发生在旱地。为有效减少水土流失，建议对可能产生水土流失的区域，采取水土保持工程措施，如修建截流沟改变水流冲刷，坡耕地梯土化，采取修建土坎或石坎，沟渠坡度较大的地方修建跌水等措施。

综上所述，高墙河小流域土壤质量较高，肥力较强，应在保护好现有耕地的基础上适度开发，发展生态农业等特色产业，提高土地利用率。同时，采取水土保持工程措施降低水土流失的风险，提高耕地的保水保肥能力。

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