澜沧江流域中段退耕还林还草工程区的土壤养分特征研究

冷 鹏

（云南省水土保持生态环境监测总站，云南 昆明 650224）

在生态系统中，土壤是主要的养分库，是非常重要的组成部分。土壤在养分循环中是否保持平衡，直接关系到生态系统的生产流程，最终影响生态系统产品（林草）的质量与产量[1-2]。

土壤养分含量是土壤肥力及环境状况最重要的表征，是影响土壤理化性质的关键因素[3-5]，确保土壤中的养分含量是持续利用土地和作物、林木高产稳产的先决条件，是保持区域水土的重要前提[6-7]。土壤是植物生长的基础。对退耕还林还草工程区的土壤进行研究，能够深入了解森林、草地生态系统受损程度，为两种生态系统的保护和恢复提供理论依据。

1 研究区概况及研究方法

1.1 研究区概况

研究区位于澜沧江流域中段退耕还林还草工程区，即澜沧江支流所在的德钦县、维西傈僳族自治县和兰坪白族普米族自治县3 个县范围内。德钦县研究区域在德钦县城外（东经98°51′18″、北纬28°28′45″）和溜筒江村（E98°47′21″、N28°33′08″）；维西傈僳族自治县研究区域在白济汛乡（E99°04′05″、N27°24′44″）；兰坪白族普米族自治县研究区域在河西乡（E99°20′54″、N26°55′46″）和兔峨乡（E99°08′24″、N26°10′18″）。

1.2 研究方法

本研究选取10 个20 m×20 m 的临时样地，样地基本情况如表1 所示。在每个样地内按照5 点法在土层深度0～20 cm 和20～40 cm 处采集土壤样品，用环刀和铝盒采集土样，每层土混合装入土壤袋，土样带回实验室风干，拣去根系及残枝落叶。碾碎风干后的样品，过1～2 mm 筛，取2/3 装于密封袋中保存，进行室内试验分析，测定指标均设置3 个重复。土壤养分指标的测定参照国标开展，数据通过Excel、SPSS 软件分别进行计算和分析。

表1 样地概况

2 结果与分析

2.1 不同类型样地的土壤pH 值特征

由表2 可知，研究区域土壤的pH 值为5.48～7.92，呈弱酸性到弱碱性。0～20 cm 土层pH 值为5.48～7.92，样地5 酸性最强，pH 值为5.48；样地7 为弱碱性，pH 值为7.92。20～40 cm 土层pH 值为5.50～7.61，样地6 的酸性最强，pH 值为5.50；样地7 为弱碱性，pH值为7.61。分析发现不同土层pH 值差异不显著。

表2 土壤养分含量及化学性质指标

2.2 土壤有机质特征

由表2 可知，0～20 cm 土层各样地有机质含量的顺序为7 号＜6 号＜5 号＜10 号＜4 号＜8 号＜9 号＜2 号＜1 号＜3 号；20～40 cm 土层顺序为6 号＜7 号＜5 号＜10 号＜9 号＜4 号＜2 号＜1 号＜3 号。研究区域的土壤有机质含量随土层深度的增加而逐渐减小，不同土层之间有机质含量差异极显著。不同类型样地有机质含量范围为40.57～190.46 g/kg，顺序为草地＞灌丛地＞裸地＞耕地＞林地＞园地。

2.3 土壤氮、磷、钾素养分特征

由表2 可知，0～20 cm 土层各样地土壤全氮含量顺序依次为9 号＜7 号＜6 号＜2 号＜5 号＜8 号＜4 号＜10 号＜1 号＜3 号，20～40 cm 土层顺序为5号＜10 号＜6 号＜4 号＜9 号＜7 号＜2 号＜1 号＜3 号。研究区域的土壤全氮含量随土层的深度的增加而逐渐减小，含量范围为0.49～5.50 g/kg，顺序为草地＞耕地＞裸地＞灌丛地＞林地＞园地。

0～20 cm 土层各样地土壤全磷全钾含量顺序为6号＜7 号＜5 号＜4 号＜9 号＜2 号＜8 号＜10 号＜1号＜3 号，20～40 cm 土层顺序为6 号＜4 号＜9 号＜2 号＜5 号＜7 号＜10 号＜3 号＜1 号。研究区域的土壤全磷全钾含量随土层深度的增加而逐渐减小，全磷含量范围为0.30～3.40 g/kg，全钾含量范围为5.77～59.32 g/kg，两种养分含量顺序均为草地＞裸地＞耕地＞园地＞灌丛地＞林地。

0～20 cm 的土层不同类型样地土壤水解氮含量顺序为1 号＜8 号＜7 号＜9 号＜4 号＜6 号＜5 号＜10 号＜2 号＜3 号，20～40 cm 的土层顺序为6 号＜7 号＜5＜2 号＜9 号＜4 号＜10 号＜3 号＜1 号。土壤水解氮含量范围为16.45～170.20 mg/kg，顺序为草地＞裸地＞耕地＞灌丛地＞园地。

2.4 土壤养分综合评价

2.4.1 土壤养分指标的选取及主成分模型的构建

分析不同类型样地的土壤养分，国内外研究大多通过有机质含量、氮磷钾养分含量为基础指标进行评价，本研究选取常用的6 个指标，即pH 值、土壤有机质、土壤全氮、土壤全磷、土壤全钾、水解氮，如表2 所示。采用主成分分析法，确定不同类型的土壤养分，各成分的特征根和贡献率是选择公共成分的依据，将6 个养分特征原始变量转化成6 个成分，如表3 所示。由表3 得知，第1 个成分的特征根为4.535，表示第1 个成分描述了原有变量总方差的4.535，方差贡献率为75.59%，代表了全部成分信息的75.59%是最重要的成分；第2 个成分的特征根为1.004，代表了全部成分信息的16.727%；其他成分的贡献率依次减少。前5 个成分的累积贡献率达100%，表明前5 个成分已反映出养分特征因子的全部信息，因此可以选取前5 个成分作为养分特征评价的综合因子。

表3 全部解释变量

主成分分析的结果给出不同类型样地养分特征主成分模型，得出变量与因子之间的相关系数，这些相关系数构成因子结构，根据因子结构可计算出各个样本的主成分得分，并根据主成分得分写出函数，具体计算公式如（1）（2）。

根据主成分提供信息量所占权重计算主成分得分综合指数，以评价不同类型样地土壤养分特征综合状况，具体计算公式如（3）。

2.4.2 不同类型样地土壤养分综合指数得分

利用两个主成分得分函数和主成分综合得分公式，计算出10 个不同类型样地养分特征综合得分。综合评价得分越高，说明该样地土壤养分越高；得分越低，说明该样地土壤养分越低。由图1 可知，样地3 的养分含量最高，综合评价得分为1.802；样地6 的养分含量最低，综合评价得分仅为-0.903，主要是由于该样地处于实施退耕还林还草初期阶段，肥力较差。

图1 不同类型样地土壤养分特征综合指数

3 结论

澜沧江流域中段退耕还林还草工程区的土壤pH值为5.48～7.92，该研究区域的土壤呈现弱酸性到弱碱性。土壤有机质含量为40.57～190.46 g/kg，样地有机质含量顺序为草地＞灌丛地＞裸地＞耕地＞林地＞园地；土壤全氮含量范围为0.49～5.50 g/kg，顺序为草地＞耕地＞裸地＞灌丛地＞林地＞园地；全磷含量范围为0.30～3.40 g/kg，土壤全钾含量5.77～59.32 g/kg，样地全磷全钾含量顺序为草地＞裸地＞耕地＞园地＞灌丛地＞林地；土壤水解氮含量为16.45～170.20 mg/kg，样地水解氮含量顺序为草地＞裸地＞耕地＞灌丛地＞园地。综合评价函数为Y=0.819Y1＋0.181Y2，可评价不同类型样地的土壤养分综合状况。