湘西慈利县不同石漠化程度下土壤理化性质特征

侯自航，王忠诚

（中南林业科技大学 林学院，湖南 长沙 410004）

石漠化（Rocky desertification）是一种在人类活动和自然环境影响下发生的土壤退化现象[1]，严重影响着我国西南地区的生态平衡、粮食安全和社会经济发展。据《岩溶地区石漠化综合治理规划大纲（2006—2015年）》，我国南方八省区（黔、云、桂、湘、鄂、渝、川、粤）岩溶地区石漠化面积超过12 万km2，涉及451 个县，其中轻度石漠化面积达3.56 万km2，中度石漠化5.91万km2，重度石漠化3.49 万km2，分别占总面积的27.4%、45.6%和26.93%。自1987年来，石漠化面积年平均增长1 856 km2，石漠化土地年平均增长速度超过2%，仅湖南省湘西地区石漠化面积就达到了3 125 km2，轻度和中度石漠化面积持续增加[2]。石漠化现象造成了基岩裸露、耕地减少和水源涵养能力下降，并改变土壤理化性质[3]，深度影响土壤肥力[4]，土壤随着不同程度的石漠化演替出现不同程度的退化。开展石漠化地区土壤理化性质研究有利于依据石漠化的不同程度，有目的、有区分和有针对地进行生态经济重建、土地综合整治和林果业发展等。

目前大量研究集中在石漠化土壤理化性质[5]、生物多样性[6]和综合治理[7]等方面。盛茂银等指出随着石漠化程度增加，土壤理化性质因为聚集效应会先退化后改善[8]，同时研究认为因为植被均匀度指数不同，应优先选择重度石漠化地区开展人工造林，改良土壤理化性质[9]；崔高仰等[10]对土壤理化性质的研究表明石漠化地区的生态重建应将重点放在潜在、轻度地区；Cao 等[11]在广西的研究表明，轻度石漠化的土壤改良应从约束耕作放牧入手，针对石漠化垂直分布特点开展保持水土措施。此外，研究表明，潜在、轻度石漠化地区全钾含量低于中度、重度石漠化地区，适宜种植灌木林增加植被覆盖；重度石漠化地区基岩裸露率高，土壤有机质低，宜逐步发展垂直生态系统[5]。

湘西地处湖南西部，区内石漠化地区土层较浅、岩石裸露决定了不同程度石漠化土壤的部分理化性质差异不显著[12]，故多数研究采用土样混合的方式进行采样[13]，鲜有研究依据土壤深度分层分析土壤理化性质的差异，不同石漠化程度下的深层土壤的理化性质和岩溶现象间的响应特征尚不清晰[14]，因此，从垂直层面探索不同土壤深度和不同石漠化程度的土壤理化性质差异特征具有较强的研究价值和科学指导意义。以湘西石漠化典型地区慈利县为研究区域，选取全氮（TN）、全钾（TK）、全磷（TP）、有效磷（AP）、速效钾（AK）、有机质（SOM）、土壤容重（BD）、总孔隙度（TTP）、毛管孔隙度（CP）、非毛管孔隙度（NCP）、饱和持水量（SM）、毛管持水量（CMC）、田间持水量（FMC）共13 项土壤理化指标，按0～10、10～20、＞20 cm 划分土层，探讨不同土壤深度下土壤理化性质的异变特征，以期为湘西地区不同石漠化程度地区开展国土空间整治、生态修复和农林果业发展提供理论依据。

1 研究区与研究方法

1.1 研究区概况

研究区位于湖南省张家界市慈利县（110°28′～111°20′E，29°04′～29°42′N），地处中亚热带季风湿润气候区，年平均气温为17.3℃，极端低温-15.5℃，极端高温43.2℃，年日照时数1 382.6 h，无霜期302 d，年降雨量1 383.5 mm，相对湿度76.1%；境内成土母岩、母质主要有石灰岩、板页岩、砂岩、第四纪红色粘土以及河流冲积物，由上述母质发育成的森林土壤中，红壤占62.2%，山地黄壤占8.8%，石灰土占24.6%，紫色土占4.4%，境内岩性组成主要是碳酸盐岩类，占总面积的54%，地势西北高、东南低，地貌类型多样，以山地、山原为主，占总面积的64%。全县岩溶地貌面积2 072.5 km2，占全县国土面积的59.55%，其中石漠化土地面积500.4 km2，占全县国土面积的14.38%，呈带状分布在澧水流域。

1.2 样地设置与样品采集

参照熊康宁的石漠化强度分级标准[15]，将慈利县境内的石漠化土地分为潜在（I）、轻度（II）、中度（III）、重度（IV）和极重度（V）5个等级（表1）；在石漠化土地中，轻度、中度、重度和极重度石漠化区域占比分别为43.03%、43.08%、12.67%和1.22%。采用线性分布采样方式，沿澧水流域选择不同石漠化程度的典型区域设置15 个样地（图1）。每个样地设3 个20 m×20 m 标准样方，共计45 个样方。在每个标准样方内开挖土壤剖面，使用100 cm3的标准环刀按照0～10、10～20和＞20 cm 的土壤分层进行采集，每层重复取3个环刀样，去除岩石等杂质后测定土壤物理性质，实验室风干过筛后测定土壤化学性质。由于石漠化地区土壤深度普遍较浅，为保证采集到足够分层数量的土样，在样地中按照优先厚土层剖面的原则进行取土，其中重度、极重度石漠化样地土壤深度均低于20 cm，采样时仅分为0～10 cm和10～20 cm 两个土层。

表1 石漠化土地强度等级分级标准Table 1 Classification standard of rocky desertification

图1 样地点位置Fig.1 Location of sample plots

1.3 土壤样品测定与数据处理

土壤物理性质测定：参照行业标准《NY/T 1121-2006》[16]，采用环刀法测定容重、总孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度、饱和持水量、毛管持水量、田间持水量等物理性质。

土壤化学性质测定：参照行业标准《LY/T 1275-1999》[17]和刘光崧[18]的研究，采用定氮仪蒸馏测定全氮；采用火焰光度计法测定全钾和速效钾；采用硫酸-高氯酸-钼锑抗比色法测定全磷；采用紫外分光光度计法测定有效磷；采用重铬酸钾-浓硫酸高温外热法测定有机质。

本研究采用SPSS 25.0 软件进行单因素方差分析和多重比较分析，利用R 语言进行主成分分析，采用Canoco 5 进行冗余分析，采用PhotoShop 2019 和Origin 2018 软件进行图形绘制。

2 结果与分析

2.1 不同石漠化程度下土壤理化性质

2.1.1 不同石漠化程度下土壤物理性质

慈利县土壤物理性质在不同石漠化程度间均存在显著性差异，且随石漠化程度的加深呈现不同的变化趋势（表2）。不同程度石漠化土壤容重为1.11～1.46 g·cm-3，随石漠化程度加深逐渐增大，增幅为31.5%；土壤总孔隙度、毛管孔隙度、饱和持水量、毛管持水量和田间持水量分别为39.38%～49.83%、32.95%～41.14%、29.67%～47.44%、24.55%～41.05%、23.36%～38.16%，均随石漠化程度的加深而逐渐降低，降幅分别为21.0%、19.9%、37.5%、40.2%、38.8%；土壤非毛管孔隙度为4.70%～8.69%，呈现出不规律的变化特征，轻度石漠化的土壤非毛管孔隙度最低，潜在石漠化为最高。

表2 慈利县不同程度石漠化土壤物理性质†Table 2 Physical properties of rocky desertification soils in different levels in Cili county

2.1.2 不同石漠化程度下土壤化学性质

慈利县土壤化学性质在不同石漠化程度间均存在显著性差异，随石漠化程度的加深表现出不同的变化趋势（表3）。不同石漠化程度土壤全氮含量、有机质含量分别为1.08～1.69、26.87～48.39 g·kg-1，均随石漠化程度的加深而逐渐降低，降幅分别为36.1%、44.5%；土壤全磷含量为0.19～0.26 g·kg-1，随石漠化程度加深呈现小幅波动的趋势，其中潜在石漠化、轻度石漠化和重度石漠化间不存在显著性差异，中度石漠化和极重度石漠化间亦不存在显著性差异；土壤全钾、有效磷和速效钾含量分别为10.39～13.54、0.21～2.18、95.59～109.15 mg·kg-1，随石漠化程度加深均呈现先下降再上升后下降的趋势，其中全钾、有效磷的上升拐点均出现在重度石漠化，速效钾的上升拐点则出现在中度石漠化。有效磷和速效钾含量在中度或重度石漠化时显著高于潜在和极重度石漠化，可能是石漠化土壤养分聚集效应的体现。

表3 慈利县不同程度石漠化土壤化学性质†Table 3 Chemical properties of rocky desertification soils in different levels in Cili county

2.2 不同土壤深度下石漠化土壤理化性质

2.2.1 不同土壤深度下土壤物理性质

慈利县石漠化土壤物理性质在不同土壤深度间均存在显著性差异，除土壤容重随着土壤深度增加而增加外，其他各项指标均呈下降趋势（表4）。潜在石漠化土壤中，0～10 cm 与10～20 cm 以及10～20 cm 与＞20 cm 土层间不存在显著性差异，中度石漠化土壤中，10～20 cm 与＞20 cm土层间亦不存在显著性差异，其余同一石漠化程度不同土层间均存在显著性差异。

土壤总孔隙度在不同土层间差异显著，潜在到中度石漠化土壤中，土壤总孔隙度在0～10 cm到10～20 cm 土层和10～20 cm 到＞20 cm 土层分别降低了6.05%和12.2%、4.8%和4.66%、10.88%和11.63%，重度和极重度石漠化土壤中，土壤总孔隙度在不同土层间分别降低了6.82%和3.76%；毛管孔隙度在不同土层间差异显著，潜在到中度石漠化土壤中，毛管孔隙度在0～10 cm 到10～20 cm 土层和10～20 cm 到＞20 cm 土层分别降低了2.14%和11.92%、3.41%和2.91%、9.04%和10.07%，重度和极重度石漠化土壤中，毛管孔隙度在0～10 cm 到10～20 cm 土层分别降低了3.78%和1.8%；非毛管孔隙度在不同土层间的差异显著，潜在到中度石漠化土壤中，非毛管孔隙度在0～10 cm 到10～20 cm 土层和10～20 cm到＞20 cm 土层分别降低了20.08%和14.64%、13.84%和3.04%、22.22%和22.71%，重度和极重度石漠化土壤中，非毛管孔隙度在0～10 cm 到10～20 cm 土层分别降低了15.06%和15.37%。

潜在石漠化土壤中，饱和持水量在0～10 cm和10～20 cm 土层间的差异不显著，与＞20 cm土层差异显著，重度和极重度石漠化土壤中，饱和持水量在不同土层间分别降低了5.73%和6.87%；轻度石漠化土壤中，毛管持水量在0～10 cm 和10～20 cm 土层间的差异不显著，与＞20 cm 土层差异显著，重度和极重度石漠化土壤中，毛管持水量在不同土层间分别降低了4.28%和7.94%；轻度石漠化土壤中，田间持水量在0～10 cm 土层和10～20 cm 土层间的差异不显著，与＞20 cm差异显著，重度和极重度石漠化土壤中，田间持水量在不同土层间分别降低了8.52%和7.94%。

2.2.2 不同土壤深度下土壤化学性质

慈利县石漠化土壤化学性质在不同土层间存在显著性差异（表4），各项指标均随着土壤深度增加呈下降趋势。全氮含量在不同土层间的差异显著，从潜在到中度石漠化土壤中，全氮在0～10 cm 到10～20 cm 土层和10～20 cm 到＞20 cm土层中的含量分别降低了16.1% 和24.42%、21.24% 和29.01%、18.54% 和25.52%；全磷含量在不同土层间的差异显著，从潜在到中度石漠化土壤中，全磷在0～10 cm 到10～20 cm 土层和10～20 cm 到＞20 cm 土层中的含量分别降低了25% 和25%、21.21% 和26.92%、12%和31.82%；全钾含量在不同土层间的差异显著，从潜在到中度石漠化土壤中，全钾在0～10 cm 到10～20 cm 土层和10～20 cm 到＞20 cm 土层中的含量分别降低了32.51%和11.28%、13.29%和21.35%、9.66%和7.77%；重度和极重度石漠化土壤中，全氮、全磷和全钾在不同土层间的含量分别降低了25.9%和32.03%、22.22%和39.13%、44.44%和42.36%。

V 20 10 ～10 0 ～1.51±0.04 0.33 0.27 0.19 0.26 0.25 1.42 0.36 b 38.66±a 32.65±a 5.89±0.08 b 28.61±b 23.53±b 22.33±b 0.87±0.03 b 0.14±0.01 b 8.90±0.22 b 0.17±0.03 a 88.64±b 24.50±b 1.41±0.02 a 0.46 40.17±a 0.32 33.25±a 6.96±0.14 a 0.26 30.72±a 0.22 25.56±a 0.18 24.38±a 1.28±0.07 a 0.23±0.01 a 0.39 15.44±a 0.24±0.05 a 102.54±1.08 a 0.71 29.24±a 20 0.24 0.19 0.42 0.14 0.14 2.33 0.52 10 ～b 1.41±0.04 42.48±b 34.83±b b 7.56±0.11 32.86±b b 26.41±b 22.76±b b 1.03±0.05 0.21±0.01 b 9.39±0.31 0.39±0.02 b IV 90.32±b 29.47±b 10 1.34±0.03 0.11 45.59±a 0.31 0.24 36.58±a 8.90±0.17 0.31 a a 0.09 34.86±a 27.59±a 0.25 24.88±a 1.39±0.04 0.49 a 0.27±0.02 0 ～a 16.90±a 0.52±0.05 a 118.58±1.44 a 37.66±a 0.29 20＞20 0.1 0.23 1.34±0.02 0.15 39.66±c 0.16 35.37±c 4.22±0.06 0.49 c 33.58±c b 28.64±c 0.33 28.11±c 1.08±0.07 c 0.15±0.10 c 9.49±0.03 c 0.21±0.01 c 80.65±b 26.70±c 0.14 0.07 III 0.16 5.46±0.20 1.31±0.02 0.09 0.20 0.18 0.48 44.88±b 10 ～b b b b b a†39.33±b 35.49±b 30.88±b 30.27±b 1.45±0.09 0.22±0.01 10.29±b 0.27±0.01 29.35±b质115.39±14.60性化10 0.11 0.18 0.10 0.08 0.16 0.18 0.01理a a a a a a度0 ～1.24±0.04 7.02±0.12 1.78±0.07 0.25±0.01 0.35±0.01深50.36±a 43.24±a 44.59±a 38.65±a 37.69±a 11.39±a 131.41±0.13 41.62±a壤土0.31 0.24 0.2 0.12 0.17 0.27 0.16 0.22同b c c c c不化1.39±0.01 44.22±c 40.44±c 3.71±0.23 35.44±c 31.50±b 30.51±c 1.07±0.09 0.19±0.03 10.57±c 0.18±0.01 63.48±c 32.32±c漠石20＞20 0.29 0.1 0.23 0.56 0.45 0.21 0.35 0.09县II ab b b b b利10 ～4 慈1.34±0.03 46.38±b 41.65±b Table 4 Physical and chemical properties of rocky desertification in Cili county at different soil depths 4.67±0.26 36.55±b 34.16±a 32.39±b 1.52±0.1 0.26±0.04 13.44±b 0.22±0.01 91.34±b 43.48±b 0.05).0.09 10 0.19 0.26 0.06 0.29 0.2 0.31表0～1.28±0.03 a 48.72±a 43.12±a 5.42±0.26 a 38.52±a 33.51±a 33.80±a 1.93±0.01 a 0.33±0.02 a 15.50±a 0.27±0.01 a a 54.35±a 128.93±0.19 1.19±0.01 0.3 0.05）。44.55±c c 0.21 37.45±c 7.17±0.44 c 0.45 0.32 38.87±c 0.21 0.08 0.24 1.30±0.09 0.37 c 45.73±b 35.52±b 0.18±0.01 c 10.70±c 1.65±0.01 c 78.81±c 34.71±c（P ＜异差20＞20 1.11±0.01 0.46 0.28 0.19 0.26 0.08 0.43 0.42 0.2的间层Ⅰ10 ～b 50.74±b 42.52±b 8.40±0.46 b 48.05±a 41.79±b 39.22±a 1.72±0.07 b 0.24±0.02 b 12.06±b 2.15±0.01 b 88.89±b 49.40±b土同不度10 0.2 0.23 0.05 0.23 0.14 0.45 0.23 0.29 0.14程化0 ～1.04±0.04 a 54.01±a 43.45±a 10.51±a 48.54±a 42.48±a 39.73±a 2.05±0.0 2 a 0.32±0.04 a 17.87±a 2.74±0.01 a 61.07±a漠石一同标指度一漠Rocky程同化degree度厚映desertification层CP /%SM /%反石土Soil thickness /cm BD /(g·cm-3)TTP /%NCP /%CMC /%FMC /%TN /(g·kg-1)TP /(g·kg-1)TK /(g·kg-1)AP /(mg·kg-1)AK /(mg·kg-1) 146.05±a SOM /(g·kg-1)母字写小土Physical and质同性质化Chemical chemical properties of soil物Physical properties质不化性性行理理学Different lowercase letters of the peers indicate significant differences between different degrees (P ＜壤property† 同

有效磷含量在不同土层间的差异显著，从潜在到中度石漠化土壤中，有效磷在0～10 cm 到10～20 cm 土层和10～20 cm 到＞20 cm 土层中的含量分别降低了21.53%和23.26%、18.52%和18.18%、22.86%和22.22%；除中度石漠化外，速效钾含量在不同土层间的差异显著，在中度石漠化土壤中，速效钾在0～10 cm 和10～20 cm 土层中的含量差异不显著，但与＞20 cm 土层差异显著；有机质含量在不同土层间的差异显著，从潜在到中度石漠化土壤中，有机质在0～10 cm到10～20 cm 土层和10～20 cm 到＞20 cm 土层中的含量分别降低了10.91%和29.74%、20%和25.67%、29.48%和9.03%。重度和极重度石漠化土壤中，有效磷、速效钾和有机质在不同土层间的含量分别降低了25%和29.17%、23.83%和13.56%、21.75%和16.21%。

2.2.3 不同土壤深度土壤理化性质的相关性

运用冗余分析（RDA）对不同深度土壤的理化性质进行分析，由于重度和极重度石漠化地区土壤深度均＜20 cm，故仅选择0～10 cm 和10～20 cm 两个土层。据RDA 结果（图2），第一和第二排序轴的特征值分别为0.912 和0.047 9，两个排序轴共解释了91.2%的物理性质变化和96.01%的物理性质与化学性质的相关特征，表明第一和第二排序轴能够解释不同土壤深度物理和化学性质间的相关性，相关系数分别为0.997 和0.973。

图2 不同土壤深度物理性质和化学性质RDA 二维排序图Fig.2 Two-dimensional sequence diagram of RDA physical properties and chemical properties of different soil depths

土壤物理和化学性质之间相关性显著，土壤容重在0～10 cm 土层和10～20 cm 土层与第一排序轴负相关，速效钾在0～10 cm 土层与第二排序轴负相关，在10～20 cm 土层与第二排序轴正相关，全钾在0～10 cm 土层与第一排序轴正相关，表明随着土壤深度的增加，钾元素与土壤容重的相关性变得不显著。不同土壤深度之间相关性显著，其中速效钾、全钾、全氮在不同土壤深度之间相关性不显著，体现了随着土壤深度的增加，钾元素和氮元素元素对石漠化地区肥力变化的响应更敏感，全磷在在0～10 cm 土层和10～20 cm 土层与第一排序轴均呈正相关，与饱和持水量、毛管持水量和田间持水量相关性显著，与土壤容重相关性不显著。

2.3 慈利县石漠化演替规律空间特征

将分布在澧水流域的15 个样地按行政区划分，更直观的体现出不同石漠化程度在自然演替中的变化规律（图3～7）。石漠化程度随着澧水上游至下游先改善后加重，其中岩泊渡镇位于中游，石漠化程度整体最低，3 个样地分别为潜在、轻度和中度石漠化，土壤理化性质偏良好，聚集效应较明显，从轻度到中度石漠化，有效磷在不同土层的含量分别增加了30.77%、18.18%和22.2%，速效钾在不同土层的含量分别增加了6.01%、23.2%和33.4%。处于下游的苗市镇和零阳镇石漠化程度较深，零阳镇的3 个样地分别为潜在、重度和极重度石漠化，聚集效应不明显，苗市镇的3个样地分别为轻度、重度和极重度石漠化，聚集效应弱于岩泊渡镇，从轻度到重度石漠化，全钾在0～10 cm 土层的含量增加了9.8%，有效磷的含量增加了85.71%，极重度石漠化理化性质退化严重，化学指标变化趋势比物理指标显著。处于上游的南山坪乡和甘堰乡石漠化程度较低，南山坪乡的3个样地分别为潜在、中度和极重度石漠化，聚集效应不明显，甘堰乡的3 个样地分别为轻度、中度和重度石漠化，聚集效应弱于苗市镇，从轻度到重度石漠化，有效磷在0～10 cm 土层的含量分别增加了38.46%和44.44%，在10～20 cm土层的含量分别增加了18.2%和53.85%，速效钾在10～20 cm 土层的含量增加了45.4%。

图3 苗市镇轻度（a）、重度（b）和极重度（c）石漠化地区不同土壤深度理化性质Fig.3 Physicochemical properties of different soil depths in mild (a),severe (b) and extremely severe (c) rocky desertification areas of Miaoshi town

利用主成分分析（PCA）对所有样地进行空间评价，KMO 检验＞0.6，通过系数变换共产生两个主成分，载荷占比分别为82.86%、13.19%（表5）。根据PCA 结果统计因子得分和主成分得分，最终石漠化程度样地排名为1 号样地（3.74），2号样地（3.689），3号样地（3.681），6号样地（1.745），4 号样地（1.588），5 号样地（1.454），9 号样地（1.057），7 号样地（0.98），8 号样地（0.979），12 号样地（-2.68），11 号样地（-2.714），10 号样地（-2.726），14 号样地（-3.581），13 号样地（-3.587），15 号样地（-3.626）。

表5 解释的总方差†Table 5 Total variance of interpretation

图4 零阳镇潜在（a）、重度（b）和极重度（c）石漠化地区不同土壤深度理化性质Fig.4 Physicochemical properties of different soil depths in potential (a),severe (b) and extremely severe (c) rocky esertification areas in Lingyang town

图5 岩泊渡镇潜在（a）、轻度（b）和中度（c）石漠化地区不同土壤深度理化性质Fig.5 Physicochemical properties of different soil depths in potential (a),mild (b) and moderate (c) rocky desertification areas of Yanbodu town

图6 南山坪乡潜在（a）、中度（b）和极重度（c）石漠化地区不同土壤深度理化性质Fig.6 Physicochemical properties of different soil depths in potential (a),moderate (b) and extremely severe (c) rocky desertification areas in Nanshanping township

图7 甘堰乡轻度（a）、中度（b）和重度（c）石漠化地区不同土壤深度理化性质Fig.7 Physicochemical properties of different soil depths in mild (a),moderate (b) and severe (c) rocky desertification areas of Ganyan township

3 讨 论

3.1 不同石漠化程度对土壤理化特征的影响

湘西慈利县的土壤物理性质在不同石漠化程度间呈阶段状变化，主要原因是植物群落的退化，潜在和轻度石漠化地区的优势树种均为马尾松Pinus massoniana和柏木Cupressus funebris，但其他树种如鸡仔木Sinoadina racemosa、黄檀Dalbergia hupeana等在潜在石漠化地区分布较多，轻度石漠化地区仅有零星分布，由于岩溶地区植被更新周期较长[19]，土壤非毛管孔隙度下降速率高于毛管孔隙度下降速率，土壤无效孔隙度增加，土壤通气能力变化显著[20]；中度和重度石漠化地区的植物群落差异主要体现在灌草层，其中灌木层在中度石漠化地区盖度超过40%，在重度石漠化地区盖度仅有25%，加之澧水上游三镇人口密集，人类活动对植被的负面影响显著，植物根系对土壤影响减弱，主要体现在土壤持水能力下降，毛管持水量在饱和持水量和田间持水量之间的波动幅度变大，水土流失增加[21]，因此，土壤持水能力与石漠化演替过程具有显著相关性[22]。土壤化学性质在不同石漠化程度间聚集效应明显，主要体现在磷元素和钾元素，磷元素受成土母质的影响较大，速效钾则能在一定程度上反映土壤与植被之间的钾元素供给情况，这两种元素的聚集效应体现了石漠化演替过程中岩石和大气之间的物质循环，但极重度石漠化土壤退化度大幅提高，难以产生聚集效应，有机质和氮元素下降幅度较大，成为土壤养分衰退的内在表征[23]。

3.2 不同土壤深度对土壤理化特征的影响

石漠化地区土壤深度较浅，在多数研究中，大范围的极重度石漠化地区平均土层＜5 cm，并成为石漠化强度等级划分的依据之一[24]，取样时仅取表层土，或选择混合取样法，将不同土层的样品混合作为研究对象，此方法难以判断石漠化地区不同土壤深度间的理化特征。本研究按照厚土层优先取样的原则，在澧水流域取到了极重度石漠化地区10～20 cm 土壤深度的样品，深入分析土壤垂直结构的理化性质特征。

整体上看，湘西慈利县土壤各项理化性质在0～10 cm 土层和10～20 cm 土层之间差异显著，仅土壤容重、饱和持水量、毛管持水量、田间持水量和速效钾分别在不同石漠化程度地区差异不显著，所有指标在0～20 cm 土层均与＞20 cm土层差异显著。研究指出，土壤含水率受土壤深度影响较大[25]，但石漠化土壤的持水能力主要受石漠化强度影响，随着土壤退化，持水能力下降的速率逐渐降低，潜在石漠化地区的饱和持水量在＞20 cm 土层中变化显著，轻度石漠化地区的毛管持水量和田间持水量在0～10 cm 和10～20 cm 土层中变化不显著，体现了随着植被覆盖率降低，岩石裸露率升高，岩溶特征深刻影响到了土壤持水能力在土壤垂直结构中的变化，土壤表层植被根系被破坏，在浅层土的固定作用被削弱，但潜在和轻度石漠化地区中层土中，扎根较深的植物根系相对完整，也是对土壤持水能力的改良作用之一[26]。在石漠化程度中等的地区，速效钾的变化与其他指标相同，主要体现在＞20 cm 土层中，在浅层土中变化不显著，主要推断是因为地下水溶蚀作用严重，氮元素和磷元素分别因为植物固氮作用减弱和土壤成土母质距离表层土较远的原因均呈显著差异。

3.3 慈利县石漠化演替规律空间特征

以县域为单位通过土壤理化性质研究其石漠化空间分布特征和演替规律的文献资料相对较少。地质条件、地貌特征、人类活动（耕种、建设、采伐）、气候环境等是影响岩溶地区石漠化空间分布和演替进程的重要因素，各因子对不同地区的石漠化程度和演替进程影响不同[27]，湘西慈利县地貌以山地为主，岩性以碳酸岩为主，自然环境是主导慈利县石漠化强度和演替进程的重要因素，但人类活动对石漠化演替速度也起着重要作用[28]。本研究沿澧水两岸选择的15 个样地均是人类活动容易触及的区域，澧水下游的苗市镇、零阳镇靠近县城，人口较多，建设用地、耕地占比高，对自然环境干扰严重，是澧水流域石漠化程度最高的区域；中游岩泊镇的3 个样地与下游的6个样地在岩石性质、坡度等自然条件上基本相同，但人类活动相对较低，建设、开发程度低，植被覆盖度较高，是澧水流域石漠化程度最低的区域；而上游的南山坪乡、甘堰乡人为干扰程度、石漠化程度均介于两者之间。

本研究还存在一些不足，样地的主观选择对研究结果的影响是明显的，通过重复样地和大量重复取样以减弱主观选择对研究结果的影响；其次，重度、极重度石漠化样地中被迫优先选择土壤较厚的区域取样，所取样品的代表性会受到一定影响。

4 结 论

对慈利县不同石漠化程度土壤研究后得出以下结论：

1）石漠化土壤的理化性质在不同石漠化程度间的差异显著。物理指标呈阶段状变化，总孔隙度、非毛管孔隙度、毛管孔隙度、饱和持水量，毛管持水量和田间持水量分别从潜在石漠化至轻度石漠化区间和从中度石漠化至重度石漠化区间出现了大幅度恶化，下降幅度在19.9%～40.2%之间，土壤容重显著增加，增幅为31.5%。土壤通气能力持续下降，主要原因是鸡仔木、黄檀和其他石漠化典型灌木等植物群落的退化；化学指标呈聚集效应，主要体现在轻度至极重度石漠化中有效磷和速效钾均先改善后恶化，受成土母质的影响较大，而极重度石漠化土壤退化严重，聚集效应不明显。

2）慈利县石漠化土壤的理化性质在不同土壤深度间的差异亦显著，土壤物理和化学性质之间相关性显著。除土壤容重随着土壤深度增加而增加外，其他各项指标均呈下降趋势；随着土壤深度增加，钾元素和氮元素对石漠化地区肥力变化的响应更敏感；植物根系和地下水对土壤理化性质有一定影响。

3）石漠化演替的空间分布规律是从澧水流域上游至下游石漠化程度先改善后加深，样地石漠化评价结果基本遵循以上规律。