华南红层地貌区不同利用方式土壤质量特征及其影响因素——以南雄盆地为例

陈金凤，余世钦，符加方，徐国良*，于波，赖晓群，胡思源，张开渠，刘家华

1. 广州大学地理科学与遥感学院，广东 广州 510006；2. 广东省农村水环境面源污染综合治理工程技术研究中心，广东 广州 510006；3. 南雄市自然资源局，广东 韶关 512400；4. 广东省环境地质勘查院，广东 广州 510080

红层是一种红色陆相碎屑岩（彭华等，2013），主要是由紫红色砾岩、砂岩和泥质岩等物质组成，由于地质作用和沉积环境的影响，红层的颜色多为棕黄、褐黄、紫红、褐红、灰紫等偏红色调（彭华等，2003）。红层作为红层地貌发育的物质基础，也是紫色土的成土母质（青长乐等，2009；金远亮等，2015），在不同地质时期，国内外都有较广泛的分布。中国的红层出露面积达到91.6×104km2，占国土面积的9.5%，主要分布于中国东南部、四川盆地及外围和祁连—六盘山一带（Yan et al.，2019a），在四川盆地和鄂尔多斯高原北部呈现连片分布，在其他地区表现为串珠状零星分布（彭华，2011）。红层区承载人口超过 1.4×108人，其中东南湿润区红层面积占全国红层总面积的 46%，却承载了1.19×108人口（Yan et al.，2019b）。这就意味着对中国东南湿润区红层土地问题的研究有着显著的理论和现实意义。

国内外学者们对红层的研究主要集中在红层的成因与分布（Zhang et al.，2018；Mohamed et al.，2021；Zhao et al.，2021），红层地貌特征（彭华，2011；潘志新等，2018）和红层土壤（Yan et al.，2019；青长乐等，2009）等方面，国内外各学者们对红层形成的原因都存在一定的争议，并认为红层应是包括各个地质时期形成的红色岩系的总称（彭华，2011）。Miki（1992）通过对东亚地区白垩纪红层的沉积层和气候的分类情况，认为东亚的气候条件是岩体变成红色的重要因素。Parcerisa et al.（2005）研究了西班牙东北部盆地的古新世—始新世红层，认为红层岩体中Fe、Mn元素含量的变化情况可以反映红层岩体的演化过程；Yamashita et al.（2010）以泰国半岛Trang地区侏罗纪——白垩纪红层为例，探讨其红层的古地磁特征，解释该地区发生的两次大规模地质构造的旋转运动；20世纪初期以来，国内曾昭璇等（1978）学者对红层及发育的地貌进行初步研究，认为红层在中国分布较普遍，红层分布的特点与大地构造有密切的关系。但关于红层发育的地貌研究大多数是讨论丹霞地貌（Chen et al.，2019；Yan et al.，2019a）。此后彭华（2011）、彭华等（2013）对中国的红层，特别是华南地区的红层与红层地貌进行了系统的研究，将中国红层主要划分四个区域：东部地区、中部地区、西北地区和青藏高原，其中东部地区以白垩纪和古近纪红层为主。Zhu et al.（1995）、朱震达（1991）提出湿润区的土地退化也归属为荒漠化的范围，彭华（2011）在 2011年将中国南方湿润地区的红层分布区的土地退化过程称为红层荒漠化。

土壤质量是指土壤提供生物生存的基质，净化环境和保障生态系统健康的能力（刘占锋等，2006）。土壤中铁、锰、铜和锌等微量元素直接参与植物光合作用等代谢过程，是植物生长必需的营养元素（穆桂珍等，2019）。人类活动直接作用于土壤，不同的土地利用方式是影响土壤质量的关键因素，合理的土地利用能改善土壤理化性质，提高土壤的质量；而过度干预土地会破坏土壤内部水肥的平衡，容易导致土壤退化（文志等，2019；徐海军等，2020）。红层是紫色土的成土母质（Yan et al.，2017；青长乐等，2009），国内学者对四川盆地红层区紫色土的土壤质量和水土流失效应作了一些研究。如朱波等（2001）长期研究四川盆地盐亭紫色土农业生态试验站集水区的不同土地利用变化，发现大规模的植树造林和农田的综合整治后，川中丘陵的生态环境有明显改善的趋势。丁文斌等（2017）研究重庆合川、江西兴国、云南楚雄3个地区的紫色土坡的土壤属性，分析不同耕地的土壤属性对耕层土壤质量的影响，并探讨其差异的原因。杨小林等（2019）研究了川中紫色土区不同土地利用类型的土壤质量，旨在提高紫色土区土壤生产力和生态功能。Xiong et al.（2021）对三峡库区不同施肥处理的紫色土坡耕地的土壤有机碳通量和流失特征进行监测，认为秸秆结合肥料的方法可有效减少紫色土土壤有机碳和养分的流失。

南雄盆地是华南地区红层分布较广的区域，也是水土流失比较严重的地区，由于中生代中期以后的地质构造和气候条件形成红层地貌（吴志才等，2006），加上早期的农耕发展和毁林开荒，严重的水土流失限制了植被生长恢复，紫色土层逐渐变薄，母质层乃至母岩层裸露，以致形成一种特殊的土地退化现象，即红层荒漠化（金远亮等，2015；彭华等，2015）。由于南雄红层盆地和红层地貌较为典型，以往的研究内容主要集中在南雄盆地的地质构造（张显球等，2013；王雨豪，2017）、古生物化石（张显球等，2015；赵资奎等，2017）、红层地貌（彭华等，2015；罗谷松等，2016）和红层区土地退化（Yan et al.，2019b；Luo et al.，2021；彭华，2011）等方面。近年来，也有学者开展了南雄盆地土壤属性的相关研究，例如，Yan et al.（2021a；2021b）以南雄盆地为例，先后探讨了红层区土壤水分空间分异的原因，分析了在不同土地退化程度下红层土壤有机质的空间变异及其影响因素；Yan et al.（2019b）通过南雄盆地土地退化和丹霞山旅游开发两个案例，为红层土壤管理提供建议。但现有工作仍缺少红层区荒漠化视角下不同土地利用类型对土壤质量影响的比较系统的探讨研究。

本研究以典型的南雄红层盆地为例，选择红层强蚀岗地、红层裸岩岗地、草丛地、灌木地、乔木地、农用地等 6种代表性的土地利用类型采集土壤样品，进行土壤养分测试，通过主成分分析，计算不同土地利用类型的土壤质量综合指数及土壤退化指数，并深入探讨：（1）红层地貌区不同土地利用类型土壤质量特征；（2）自然和人为因素对红层区土壤质量的影响。本研究将是对紫色土壤研究的深化与拓展，可以为南雄盆地红层荒漠化生态脆弱区的土地利用和生态恢复策略的制定提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

南雄盆地位于广东省韶关南雄市（113°55′—114°44′E，24°56′—25°25′N），该区域地处大庾岭的南麓，整体地势西北高东南低，中部丘陵沿着浈江分布，形成狭长的南雄盆地，属于亚热带季风气候，冬季寒冷，夏季炎热，平均气温约19.9 ℃，年降水量达1966 mm，水热资源较丰富，矿产种类较多，旅游资源丰富。南雄盆地的红色岩层发育于白垩纪及古近纪陆相红色岩层堆积的红层盆地中，岩层中含有较高的三价铁离子，岩层颜色显现紫红色，可发育为紫色土（吴志才等，2006；金远亮等，2015）。南雄盆地红层区存在着严重的土地退化问题，主要表现在斑块分布的红层荒漠地。该区主要植被群落有马尾松林、常绿阔叶混交林、针阔叶混交林及稀树灌木草坡等自然植被和人工植被（Yan et al.，2017），近年来，由于环境政策的实施，南雄盆地的植被覆盖度呈现增加趋势。

1.2 样地选择

在研究区内选择有代表性的6种土地利用类型为研究对象（表1），分别是红层强蚀岗地（简称红层蚀地）、红层裸岩岗地（简称裸岩地）、草丛地、灌木地、乔木地、农用地（图1）。红层蚀地是以密集侵蚀沟和风化壳裸露为标志的红层荒漠地，主要发育在于泥质或粉砂质红层软岩，表层几乎没有植被覆盖，是红层区土地退化，即红层荒漠化的极端性表现（彭华等，2015）；裸岩地是砂砾岩的红层基岩裸露形成的石质荒漠地，裸露的红层坚硬如石，如裸顶丹霞（彭华等，2015）。其岩块间隙表层保留少量土壤，有少数先锋植物入侵，是自然演替初始阶段的状态。草丛地植被较茂盛，植物种类较多，依地势高低呈多种斑块状，近无乔木。灌木地分布在红层荒漠地的周围，有些存在人为破坏的迹象。研究区的乔木地选择马尾松林（Pinus massoniana）、台湾相思林（Acacia confusa）和新银合欢林（Leucaena leucocephala），为广泛存在的人工乔木林地。研究区内少量马尾松林由于长期少干扰，已演化为次生混交林，林下多有灌木和杂草，但大部分马尾松林受人为破坏较大，地表植被简单，且有大面积的红层裸露，相思林和新银合欢林的林下覆盖度约 70%，较少人为干扰。农用地主要种植烟草（Nicotiana tabacum）、花生（Arachis hypogaea）、脐橙（Citrus sinensis），农作物均在红层发育的土壤上人为管理种植。所选样地除土地利用不同，立地条件相似，土壤均发育于紫红色砾岩、砂岩和泥质岩等红层母岩。

表1 样地基本情况Table 1 Vegetation and landform properties in different land use types

图1 研究区6种土地利用类型Figure 1 Pictures showing the land use types in the study area

1.3 土壤样品的采集与分析

于 2020年 7—8月在南雄红层盆地内进行采样，为降低地形等条件对研究的影响，选择红层蚀地、裸岩地、草丛地、灌木地、乔木地、农用地等6种立地条件相似的土地利用类型，选择32块样地（图2），每块样地面积20 m×20 m。原则上在每块样地内随机布设3个采样点（即3个重复），因特殊情况油山镇脐橙基地的裸岩地和草丛地只设2个采样点，每个样点均用直径为5 cm土钻取3个土柱（0—10 cm）混和成1个样品，不同土地利用类型土壤样品数量分别为15个（红层蚀地）、11个（裸岩地）、17个（草丛地）、9个（灌木地）、30个（乔木地）、12个（农用地）共计94个土壤样品。将土壤样品塑封带回实验室，去除杂质和石砾，风干后过筛，测定土壤理化性质。

图2 采样点分布图Figure 2 Spatial distribution of sampling points

测定土壤酸碱度（pH）、有机质（OM）、碱解氮（AN）、有效磷（AP）、速效钾（AK）含量和微量元素有效铜（AC）、有效锌（AZ）、有效铁（AF）、有效锰（AM）含量。土壤酸碱度采用玻璃电极法（2.5꞉1的水土质量比）测定，有机质含量采用重铬酸钾容量法（外加热）测定，碱解氮含量采用碱解扩散法测定，有效磷含量采用盐酸–氟化铵提取法（钼锑抗比色）测定，速效钾含量采用乙酸铵浸提–火焰光度法（日本日立公司 Z-2300型号的火焰光度计）测定，微量元素经过 DTPA（二乙基三胺五乙酸）浸提后使用火焰原子吸收分光光度法（日本日立公司 Z-2300型号的火焰光度计）测定（鲁如坤，1999）。

1.4 研究方法

1.4.1 土壤质量评价指标选取及综合指数计算

土壤质量综合评价是综合多个土壤质量因子来定量评价土壤质量的方法（刘世梁等，2003），主要包括评价因子的选择、权重的确认和综合指数的计算，由于研究目的和对象不同，不同研究者选择的评价方法和指标体系也会有差异。研究区内红层蚀地土质疏松，难以保持水土，而植被的恢复影响土壤养分吸收，从而改善土壤综合质量。评价指标的选择主要针对南雄市紫色土丘陵区的土壤肥力，参考已有文献的基础上（Andrews et al.，2002；郑粉莉等，2010；文志等，2019），选取有代表性的土壤质量评价因子，采用主成分分析法（principal component analysis，PCA）计算不同土地利用类型的土壤质量综合指数（integrated soil quality index，SQI）。

为了避免计算结果受变量量纲的影响，要先对原始数据矩阵进行标准化处理，采用连续性质的隶属度函数（刘世梁等，2003），并根据各因子对土壤质量的效应来确定隶属度函数的升降性，采用升型函数计算土壤有机质、碱解氮、有效磷和微量元素（有效铜、有效锌、有效铁、有效锰）含量的隶属度，考虑到研究区土壤pH和速效钾与土壤多个肥力指标呈负相关关系，因此，用降型函数计算土壤pH、速效钾含量的隶属度，将评价指标数值转换为介于0—1的实测值。计算公式如下（王改玲等，2014）：

升型函数：

降型函数：

式中：

Q(xi)——第i项土壤质量评价指标的隶属度值；

xij——各土壤质量评价指标测定值；

ximax和ximin——第i项土壤质量评价指标测定值中的最大值和最小值。

由于土壤质量各评价指标的状况及重要性不同，通常用权重系数表示各个指标的重要性程度（刘世梁等，2003）。本研究主要利用主成分分析各指标的负荷量，获得各主成分的方差贡献率、累积贡献率，并计算他们的权重。计算公式如下（郑粉莉等，2010）：

式中：

Wi——某一主成分中第i个土壤指标的权重值；

Ci——某一主成分中第i个土壤指标负荷量的绝对值；

n——评价指标数量。

确定各因子指标的隶属度和权重后，采用加权求和模型，对各土壤因子指标值进行整合，计算土壤质量综合指数。计算公式如下（文志等，2019）：

式中：

I——土壤质量综合指数；

Wi——各指标的权重值；

此外，每年根据政府医改的任务和恩泽集团战略调整，医院管理层还必须对指标测量系统进行回顾和更新，确保绩效测量系统适应发展方向及业务需要，并确保指标对组织内外部快速变化的敏感性。

Q(xi)——各指标的隶属度值；

n——评价指标数量。

1.4.2 土壤退化指数

土壤退化指数法是根据Adejuwon et al.（1988）提出的计算公式进行计算，是反映土壤质量改善或退化程度的方法，主要是以某种土地利用类型为基准，假设其他的土地利用类型都是由基准的土地利用类型转变而来，计算其它土地利用类型与基准土地利用类型之间的各土壤属性的差异（以百分数表示），再将各个属性的差异求和平均。本研究中，选择湖口中草药基地的次生马尾松混交林样地为基准样地，该样地林下植物种类较丰富，植被生长好，人为影响少，是研究区较为自然、生态条件较好的次生混交林地，可以作为研究区内其他人为作用较强的土地利用类型的基准地。因此，以次生混交林为基准样地，将其土壤退化指数设置为零，计算各土地利用类型的土壤退化指数（宋艳红等，2018）。计算公式如下：

式中：

Id——土壤退化指数；

1.4.3 统计方法

采用IBM Statistics SPSS 25软件对数据进行单因素方差分析，通过方差齐性检验，用LSD法对不同土地利用类型进行土壤指标间的两两比较。对土壤指标之间进行Pearson相关分析，检验土壤指标之间的相关性。使用Origin 2021软件绘图。

2 结果与分析

2.1 不同土地利用类型土壤理化性质

不同土地利用类型下土壤理化性质有显著的差异（图3）。各土地利用类型的土壤 pH值介于6.00—8.10之间，总体上呈中性或弱碱性，裸岩地土壤pH值含量最高，为8.10；乔木地土壤pH值含量最低，为 6.32，显著低于其他土地利用类型（P<0.05）。与乔木相比，其他土地利用类型的土壤pH值偏高且大小接近。土壤有机质在不同土地利用类型下的大小排序为乔木地>草丛地>灌木地>农用地>裸岩地>红层蚀地。红层蚀地的土壤有机质含量最低，仅为 4.80 g·kg−1，而乔木地的土壤有机质含量最高，为20.14 g·kg−1，约是红层蚀地的土壤有机质含量的4倍，两者差异性显著（P<0.05）。乔木地的碱解氮含量最高，为71.61 mg·kg−1；红层蚀地含量最低，为9.37 mg·kg−1。红层蚀地的碱解氮含量显著低于乔木地、草丛地、灌木地和农用地，与裸岩地含量无显著性差异（P>0.05）。土壤有效磷含量最高值出现在农用地，达13.75 mg·kg−1，其他5种土地利用类型下土壤有效磷含量排序为草丛地>灌木地>红层蚀地>乔木地>裸岩地。农用地与草丛地、灌木地、乔木地、红层蚀地和裸岩地的土壤有效磷含量存在显著性差异（P<0.05）。土壤速效钾含量最高值也出现在农用地，为166.61 mg·kg−1，最低值出现在乔木地，为72.12 mg·kg−1，其他4种土地利用类型土壤速效钾含量的大小相近。

图3 不同土地利用类型下土壤理化性质Figure 3 Soil physical and chemical properties in different land use types

不同土地利用类型下土壤微量元素含量也有显著的差异，土壤有效锌、有效铁和有效锰含量最高值均在乔木地，分别为 1.01、24.86和 14.81 mg·kg−1，最低值都在红层蚀地，分别为 0.156、0.95和 1.74 mg·kg−1，有效铜含量最高值在农用地，为0.50 mg·kg−1，最低值出现在红层蚀地，为 0.18 mg·kg−1。红层蚀地和裸岩地的土壤微量元素含量都较低且无明显差异（P>0.05）。3种乔木林地的土壤质量因人为影响有一定的差异，不同乔木地的土壤理化分析结果表明（表2），马尾松林地的土壤pH值为5.81，显酸性；台湾相思林地和新银合欢林地的土壤pH值分别为6.27和7.04，显弱酸性或中性。土壤有机质、碱解氮、速效钾、有效锌、有效铁和有效锰含量最高值均在台湾相思林地；有效磷和有效铜含量最高是新银合欢林地。

表2 不同乔木地的土壤理化性质Table 2 Soil physical and chemical properties in different woodlands

2.2 土壤理化性质相关性分析

土壤理化性质之间的相关性分析结果（表3）可知，土壤pH值与有机质、碱解氮、有效锌、有效铁和有效锰含量呈极显著负相关关系（P<0.01），与速效钾含量呈极显著正相关关系（P<0.01）。土壤有机质含量与碱解氮、有效锌和有效铁含量呈极显著正相关关系（P<0.01）。土壤碱解氮含量与有效铜、有效锌、有效铁和有效锰含量呈极显著正相关关系（P<0.01）。土壤速效钾含量与有效磷含量呈极显著正相关（P<0.01），与碱解氮、有效铁、有效锰含量呈极显著负相关关系（P<0.01）。有效锌、有效铁和有效锰含量之间呈现极显著正相关关系（P<0.01）。表明不同土地利用类型下土壤理化性质之间关系密切，且多为显著的正相关关系，土壤微量元素对土壤养分积累和循环存在协同的作用，是土壤质量的关键性因子。

表3 土壤质量指标的相关性分析Table 3 Correlationship analysis of soil properties

2.3 不同土地利用类型土壤质量综合指数

使用隶属度函数计算，得出不同土壤质量指标的隶属度值（表4）。对土壤质量的9个指标进行主成分分析得知，特征值≥1的主成分有2个，说明主成分的个数为2时，累积贡献率达到93.671%，前2个主成分的综合因子可以代表9个指标的大部分信息（表5）。第1主成分中具有6个高权重变量，分别是pH、有机质、碱解氮、有效锌、有效铁和有效锰，反映第1主成分中，有机质含量和微量元素的高低制约着土壤理化状况和养分有效性，是土壤肥力状况的关键因素；第2主成分中，有效磷和有效铜的负荷和权重较高，说明第2主成分中，土壤有效养分是影响土壤肥力供应潜力的重要因素。在土壤修复的过程中，各土壤质量指标相互交织并发生变化，共同影响土壤的生态环境。

表4 土壤质量指标隶属度Table 4 Membership degree of soil properties

表5 土壤质量指标主成分结果与指标的权重Table 5 Results of soil properties from principal component analysis and weight values of soil properties

不同的土地利用类型对土壤质量综合指数的影响也有明显的差异（图4A）。不同土地利用类型的土壤质量综合指数得分排序为乔木地>农用地>草丛地>灌木地>裸岩地>红层蚀地。其中，乔木地的土壤质量综合得分最高，红层蚀地的土壤质量综合得分最低，农用地与草丛地的土壤质量综合得分之间差异不明显。与红层蚀地相比，乔木地、农用地、草丛地、灌木地的土壤质量综合指数均有增加。

图4 不同土地利用类型的土壤质量综合指数和土壤退化指数Figure 4 Soil comprehensive quality index and soil degradation index of different land use types

2.4 不同土地利用类型土壤退化指数

由图4B可知，红层蚀地、裸岩地、草丛地、灌木地、新银合欢林地、台湾相思林地、马尾松林地和农用地的退化指数分别为−35.03%、−35.93%、12.34%、8.27%、32.29%、19.28%、−38.28%、92.33%。草丛地、灌木地、新银合欢林地、台湾相思林地和农用地的退化指数为正值，说明他们相对于次生林的土壤质量有所改善，而红层蚀地、裸岩地和马尾松林地的土壤退化指数为负值，说明它们的土壤质量有不同程度的退化。

3 讨论

3.1 红层母岩条件对区域土壤质量的影响

红层母岩条件影响了区域土壤质量。南雄市属于亚热带季风型气候，地带性典型土壤为酸性红壤和赤红壤，本研究红层区不同土地利用类型的土壤pH值介于 6.00—8.10之间，总体呈中性或弱碱性（图3A）。这与赵凯丽等（2019）的研究基本一致。土壤酸碱度对母岩有较大继承性，南雄红层区土壤是白垩纪至古近纪红层发育而成（曾昭璇等，1978）。该红层母质主要由紫红色砾岩、砂岩和泥质岩等组成，是当时炎热干燥的气候条件下形成的碳酸盐含量较高的河流、湖泊相堆积岩体（Yan et al.，2019c；罗谷松等，2016）。红层岩体发育的紫色土含有大量碳酸钙，加上南方高温多雨，提高土壤阳离子交换的速率（于寒青，2009），土壤普遍呈中性或碱性。本区域不同土地利用类型中的土壤速效钾含量均较高（图3E），这也主要受到红层母质的影响，是红层紫色土的土壤属性之一。其中，红层蚀地的速效钾含量比裸岩地高，可能是因为研究区粉砂岩或泥质岩形成的紫色土的物理性粘粒含量较高，土壤固钾能力较强（徐永辉等，2006；孟涛，2007），有利于红层土壤钾素的积累，而砂质紫色土的粘粒含量相对较低，钾元素也较易流失。乔木地因凋落物分解过程的不断酸化，土壤中钾元素的淋失量高于其他土地类型，使乔木地的 pH和速效钾含量最低。所以南雄红层区土壤质量受母岩的影响，土壤总体上呈中性至碱性，土壤速效钾含量富存。

根据彭华（2015）、罗谷松等（2016）研究，南雄的红层荒漠地可分为红层强蚀岗地和红层裸岩岗地。红层蚀地是发育在以红层软岩为主的区域，其母质疏松，抗风化能力较弱（金远亮等，2015）。红层蚀地的植被遭受破坏后，表土层容易被流水侵蚀，裸露的基岩上难以形成新土壤，最终只残留下大量风化碎屑物。裸岩地是砂砾岩红层顶部形成的基岩裸露的石质荒漠地（彭华等，2015），岩块间隙地表残留浅薄土壤层，有少数先锋植被入侵且生长，裸岩地的土壤质量综合指数得分高于红层蚀地（图4A），而土壤的理化指标无显著差异（图3），说明在相同的地质形成年限，红层蚀地和裸岩地形成过程中受到的自然影响因子一致，土壤理化指标有一定的同质化。但是两者的地貌景观不一样（图1），治理方式也有差异。裸岩地多由较为坚固的砂砾岩组成的，一般归为丹霞地貌（王雨豪，2017），环境相对稳定，但是否能自然恢复还需要进一步研究。红层蚀地多为泥质岩或者粉砂岩快速风化和剥蚀的岗地，水土流失严重，一般形成沟壑纵横，植被稀少的景观，遭到人为过度干扰往往形成连片的红层荒漠地，导致周边的土壤生态环境继续恶化，应特别注意控制红层强蚀岗地的生态环境退化并进行土壤改良。

3.2 植被类型对红层区土壤质量的影响

本研究中，不同土地利用类型的土壤质量总体有较大的差异，其中乔木地的土壤质量显著高于其他的土地利用类型（图4A）。造成不同土地利用类型间土壤质量分异的主要原因可能是植被覆盖类型的差异。研究区乔木地的土壤有机质和碱解氮主要受到凋落物和根系的影响，在不同土地利用类型中含量最高，且均与土壤pH呈极显著负相关关系（P<0.01）。Yan et al.（2021a）研究发现南雄盆地不同土地利用类型土壤pH总体存在差异，且林地的酸碱度最低，与本研究结果相符。研究区乔木地的pH和速效钾含量最低，但微量元素有效锌、有效铁和有效锰的含量最高（图3），这是因为乔木地的植被较丰富，凋落物和根系分泌物较多，凋落物分解过程会造成土壤逐渐酸化，尤其是马尾松针叶分解的酸化效果更明显（杨平平等，2012；张文猛等，2012）。也正因为乔木地受到不断的酸化和淋洗，相对不稳定的元素如磷、钾等容易淋失，相对稳定的铁、锌和锰元素留下较多。草丛地主要分布在研究区红层蚀地的局部边缘地块，特别是红层岗地的山脚下，养分来源较广且较容易累积，加上南方地区雨水充足，草丛生长茂密，较为发达的根系能够显著提高土壤的固着能力和增加表层土壤的生物量（徐海军等，2020），使得土壤中的养分和水分不容易流失，所以草丛地的土壤质量较高。而草丛周边的红层蚀地遭到雨水冲刷极易发生水土流失，土地表层难以保持，较差的土壤水肥条件限制了植被的生长和养分的吸收，导致土壤生产力下降。红层区农用地和灌木地的土壤养分元素虽然较丰富，但由于受人为干扰程度较大，植被群落结构相对单一，凋落物和根系密度较乔木地低，从而使得他们相对于乔木地土壤质量指数较低。

虽然乔木地土壤综合质量最高，但不同类型乔木地的物种组成对土壤质量也有明显的影响。南雄市主要的植被类型是常绿落叶阔叶混交林、针阔叶混交林及稀树灌木草坡等自然植被和人工植被，水保林以新银合欢林和相思林最多，而马尾松、湿地松等先锋树种在南雄红层区分布也较普遍。根据南雄市政府对红砂岭治理的信息公布以及邓岚（1991）研究，南雄市从1986年开始采取了工程措施与林草措施相结合的水土流失综合治理措施，根据当地水土流失的特点，选择了耐高温耐旱的植物品种（广东省水利水电科学研究所广东省水利厅水保农水处，1997），其中马尾松作为先锋物种，能在红层区贫瘠的土地上迅速扎根生长，具有生命力强适应性强等优势，优先被选择在各山头岗地种植，也是南雄市遍布较广的树种。但是本研究发现，台湾相思林地的土壤有机质含量最高，土壤碱解氮、有效磷、速效钾和有效锌含量也显著高于马尾松林地，主要是因为台湾相思林下凋落物覆盖较厚，既提供了丰富的有机质来源，也可防止土壤侵蚀和有效养分的流失（舒韦维等，2021）。另外，阔叶凋落物能更快提高土壤有机质含量，而碱解氮、部分微量元素含量与土壤有机质均呈显著正相关关系（表3）。马尾松林虽然具有生命力强适应性强等优势，但对土壤养分条件改善能力较弱，同时，马尾松与当地经济生活关系较大，遭受人类的过度干扰，如拾薪烧柴，割取松脂，使马尾松林下植被稀少，土壤养分流失，红层逐渐裸露，最终导致马尾松林土壤退化，土壤质量下降。近16年来，由于环境政策的实施与政府绿化的支持，南雄盆地的植被覆盖度呈现增加趋势，水土流失问题逐渐得到抑制，生态环境将有所改善。

3.3 人类活动对红层区土壤质量的影响

人类活动是红层区土壤质量变化和红层荒漠化发生的主要原因。例如，南雄盆地红层区的红层强蚀岗地，侵蚀沟密集分布在裸露的红层基岩上，是人类作用下红层荒漠化的典型代表。彭华（2015）认为在南方湿润区，红层荒漠化发生的主要动力因子是强烈的风化和水动力侵蚀，而人为的过度干扰是形成连片红层荒漠地的主要因素。因为红层蚀地容易形成风化碎屑物的堆积岗地，被南雄当地群众俗称为牛肝地，可种植经济价格较高的豆科作物和烟草（广东省水利水电科学研究所广东省水利厅水保农水处，1997），所以，在早期随着农耕的发展，南雄地区的农户大量毁林开耕，加上南方强烈的风化和夏季暴雨，红层区发生严重的水土流失，随着土壤养分的流失和植被的减少，基岩再次裸露，周而复始，难以形成新土壤，土地发生不可逆的退化，形成斑块状分布的红层荒漠地，部分地段出现连片的红层荒漠景观（彭华，2011）。

一般而言，乔木林地有利于土壤质量改善，但本研究发现大部分马尾松林地的土壤碱解氮、有效磷和速效钾含量显著低于其他乔木林地（表2），土地呈现退化的状态（图4B），这也是人类的过度干扰致使马尾松林地表植被覆盖变化引起的。经实地调查发现，虽然研究区马尾松林下生长着多种矮小灌木，但地被较稀疏，地表有大面积的红层裸露，是长期遭到农户拾薪、割松脂和人为踩踏的影响，舒韦维等（2021）认为林下植被对于促进人工林的养分循环与改善土壤性状起着极其重要的作用，大量枯枝被人为转移降低了研究区马尾松林下的凋落物量，人为的踩踏和牲畜的破坏促使土壤紧实度增加，可能会限制马尾松林下植被的根系生长和微生物的分解活动，降低植被覆盖密度，致使土壤易受到流水的侵蚀（程分生等，2021），红层逐渐裸露，有机质难以在土壤中积累，导致马尾松林下土壤肥力和有效养分偏低。莫江明等（2004）研究发现在自然和人为因素共同影响下，鼎湖山的马尾松林下植被减少，水土流失严重，已有近25%的马尾松林严重退化。而红层区新银合欢林和台湾相思林受人为干扰较少，林下植被保留较好，且台湾相思林下具有密实的芒萁层，有效防止了土壤侵蚀和养分流失，这与前人的研究结果相似（Zhao et al.，2012；蒋涛，2019）。所以新银合欢林和台湾相思林的土壤有机质含量高，对红层区土壤改良的效果较好。

虽然人为活动是红层区土壤退化的主要原因，但合理的人为改造也可一定程度上有利于土壤质量的快速提升。本区域农用地主要种植烟草、花生和脐橙，土壤有效磷、速效钾和有效铜含量很高，土壤综合质量良好，说明人为调节明显，增强了土壤对外界环境变化的缓冲能力（文志等，2019）。当前，南雄市自然资源局结合前人治理红砂岭的成功经验，在“山水林田湖草统一体”理念的指导下，正利用人工辅助手段开展红砂岭退化土地的改良治理工作。治理项目主要分为3个方面，第一是土地整治和土地开发。在整治红层裸地、荒地和旱地的基础上进行土地开发，因地制宜增加经济作物的种植面积，通过建设中草药基地、脐橙种植基地等方式，人为培肥提高红层区土壤质量，恢复土地生态功能。第二是水土保持工程措施。筛选优良的植物如台湾相思，以草先行、乔灌草结合，针阔叶林混交，形成的植被群落可以增强土壤蓄水保肥的能力，具有保持水土的作用。第三是封育监测措施。对一些退化不是很严重的区域，自然封育保护，恢复自然生态状态，做好生态监测工作，科学地评价生态环境质量动态，为南雄红层退化地的生态治理提供科学依据。

4 结论

（1）南雄红层区土壤质量特征明显受到红层母岩的影响。南雄红层区的土壤主要是由紫红色砾岩、砂岩和泥质岩等发育而成，土壤pH值在6.00—8.10之间，总体上呈中性或弱碱性；另外，不同土地利用类型中土壤速效钾含量均较高，是红层紫色土的土壤属性之一。

（2）植被覆盖的差异对土壤质量有显著影响。乔木地的土壤质量显著高于其他的土地利用类型，其中pH值最低，微量元素有效锌、有效铁和有效锰的含量最高，主要是因为土壤受到凋落物分解过程的酸化和南方暴雨的淋洗，相对不稳定的元素容易被流失，留下了相对稳定的铁、锌和锰元素。不同乔木林地类型的土壤质量之间也存在差异，主要原因可能是研究区植被覆盖和林下根系、凋落物的差异，其中新银合欢林和台湾相思林的林下植被较丰富，土壤涵养水肥的能力较强。

（3）人为活动对红层区土壤质量具有深远影响。本研究中，不同土地利用方式的土壤质量综合指数排序为乔木地>农用地>草丛地>灌木地>裸岩地>红层蚀地，从土壤退化指数来看，红层蚀地、裸岩地和马尾松林地都有不同程度的退化。植被稀少的岗地因早期开荒和农耕形成连片的红层荒漠地，农户长期拾薪、踩踏和收胶也使马尾松林地出现大面积的地表裸露，都是研究区土壤退化的表现。但通过调控植被覆盖类型和土壤养分输入也可以促进土壤质量恢复和发展。因此，在华南红层生态脆弱区的生态修复中，应当调整土地利用方式，减少人类的过度干扰，建立山水田林综合治理体系。