摘 要：對貴州中部石灰?guī)r喀斯特地區(qū)3種林分（常綠闊葉林，構(gòu)樹林和灌木林）林地土壤的抗蝕性指標(biāo)進(jìn)行主成分分析，并以農(nóng)地土壤作對照，研究表明，用抗蝕性指標(biāo)主成分分析綜合指數(shù)表明3種林分林地土壤抗蝕性為：闊葉林（88.90）>構(gòu)樹林（77.02）>灌木林（62.69）；表層土壤抗蝕性（97.14）高于亞表層土壤抗蝕性（67.30），土壤抗蝕性從表層向下呈下降趨勢。通過聚類分析可將貴州中部石灰?guī)r喀斯特不同土地利用類型不同層次的8土壤樣本劃分為抗蝕性強(qiáng)度不同的3類，與評價結(jié)果一致。

關(guān)鍵詞：黔中 石灰?guī)r 林地 喀斯特土壤 土壤抗蝕性

中圖分類號：P313 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）02（a）-0244-03

貴州喀斯特地區(qū)特殊的地質(zhì)和自然地理條件決定了其土壤侵蝕十分嚴(yán)重，后果易導(dǎo)致石漠化[1]，從石漠化分布的區(qū)域看，幾乎都集中在碳酸鹽巖地區(qū)，研究表明[2]：石灰?guī)r地區(qū)的石漠化尤為嚴(yán)重，因此研究石灰?guī)r喀斯特土壤侵蝕具有十分重要的意義。

土壤抗蝕性是指土壤抵抗水（包括降水和徑流）的分散和懸浮的能力[3]，其強(qiáng)弱取決于土粒間的膠結(jié)力及土粒和水的親和力，是評定土壤抵抗侵蝕力的重要參數(shù)之一。由于土壤抗蝕性并不是一個物理的或化學(xué)的定量可測定指標(biāo)，而是一個綜合性因子，因此，只能在一定的控制條件下通過測定土壤性質(zhì)的某些參數(shù)作為土壤抗蝕性指標(biāo)[4]。本文選取無機(jī)粘粒、微團(tuán)聚體類和土壤有機(jī)質(zhì)等12個指標(biāo)來評價土壤抗蝕性。本文以貴州省貴陽市花溪區(qū)典型喀斯特石灰?guī)r地區(qū)為研究對象，通過試驗(yàn)分析三種林地（常綠闊葉林，構(gòu)樹林和灌木林）的土壤抗蝕性，以期為預(yù)防石漠化的發(fā)生和石漠化地區(qū)水土流失的防治提供一定依據(jù)。由于植被因素與土壤侵蝕有十分密切的關(guān)系，所以在貴州喀斯特地區(qū)研究不同植被下的土壤抗蝕性有其重要意義。

1 研究區(qū)概況

試驗(yàn)樣地位于貴州省貴陽市花溪區(qū)花溪水庫附近典型石灰?guī)r（三疊系）地區(qū)。地處東經(jīng)103°34′，北緯2p6WBKxdVHCpact9fQlkCst6cgqXS0m7LoedsyQs1+Bc=6°34′，海拔1130～1326 m，植被覆蓋率達(dá)到32.36%，年平均氣溫14.9℃，年平均降水量1229 mm，雨量充沛CUubEH7+TdPCMAhVgGxPjAUwFqQVo29HvdSExUQvHMc=，屬于典型亞熱帶喀斯特地區(qū)，區(qū)域內(nèi)石漠化較嚴(yán)重。

2 研究方法

2.1 樣地設(shè)置

為了使選擇的樣地有可比性，本次不同林分樣地均設(shè)在同一類型石灰?guī)r上，土壤類型為黃色石灰土，坡度15°～25°，海拔1000～1100m左右的地段。樣地選好后.對地上植被主要物種進(jìn)行調(diào)查，各樣地植被狀況見表1。

2.2 樣品采集及分析方法

每種植被類型樣地選取3個點(diǎn)，每個點(diǎn)3次重復(fù)，土壤采樣深度為0～20 cm、20～40 cm，然后進(jìn)行室內(nèi)實(shí)驗(yàn)分析，取平均值。土壤有機(jī)質(zhì)采用硫酸重鉻酸鉀法[5]，土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量采用Yoder法[6]，土壤機(jī)械組成和微團(tuán)聚體采用吸管法進(jìn)行測定[6]。選取直徑5～7 mm的土壤團(tuán)粒體25粒，放在直徑5 mm孔徑篩子進(jìn)行水浸試驗(yàn)，每隔1 min記錄崩塌的土粒數(shù)，連續(xù)記錄10 min，然后計算抗蝕指數(shù)[7]。

2.3 評價指標(biāo)

無機(jī)粘粒類[8～9]

（1）<0.05mm粉粘粒含量（X1）；（2）<0.01mm物理性粘粒含量（X2）。

（3）<0.001mm粘粒含量（X3）。

（4）結(jié)構(gòu)性顆粒指數(shù)（X4）：結(jié)構(gòu)性顆粒指數(shù)=粘粒含量（<0.001 mm）/粉粒含量（0.001～0.05 mm）

微團(tuán)聚體類[8～9]。

（5）團(tuán)聚狀況（X5）=（>0.05mm微團(tuán)聚體分析值）-（>0.05mm機(jī)械組成分析值）。

（6）團(tuán)聚度（X6）=團(tuán)聚狀況/（>0.05mm微團(tuán)聚體分析值）。

（7）分散率（X7）=（<0.05mm機(jī)械組成分析值）/（<0.05mm微團(tuán)聚體分析值）。

（8）分散系數(shù)（X8）=（<0.001mm微團(tuán)聚體分析值）/（<0.001mm機(jī)械組成分析值）。

（9）>0.25mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量（X9）。

（10）結(jié)構(gòu)體破壞率（X10）=[（>0.25mm干篩團(tuán)聚體分析值）-（>0.25mm濕篩團(tuán)聚體分析值）]/（>0.25mm干篩團(tuán)聚體分析值）。

（11）有機(jī)質(zhì)含量（X11）（g·kg-1）。

（12）抗蝕指數(shù)（X12）=（總土粒-崩解土粒數(shù)）/土?？倲?shù)。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同林分土壤抗蝕性能主成分分析

本文選用12個重要的指標(biāo)（2.3評價指標(biāo)X1，X2，……X12），這些指標(biāo)體系雖然比較全面，卻顯得繁冗復(fù)雜，應(yīng)用起來很不方便，況且有些指標(biāo)間信息重疊，相互間具有一定的關(guān)聯(lián)性。因此，可以考慮用較少的新指標(biāo)來代替原有指標(biāo)，并盡可能保存原有多指標(biāo)的信息。利用SPSS軟件通過主成分分析法（PCA），確定土壤抗蝕性綜合指標(biāo)。

從表前三個主成分Y1、Y2、Y3的累積貢獻(xiàn)率已達(dá)到87.23%，可滿足主成分的分析要求[10]。因此，只取前三個主成分進(jìn)行分析，結(jié)果見表3。

由表3可知，第一、二、三主成分累積貢獻(xiàn)率大于80%，因此，用主成分線性函數(shù)可以計算出不同林分土壤各層次的第一、二、三主成分值，并根據(jù)主成分提供信息量所占權(quán)重得到三種林地土壤各層次土壤的綜合主成分指數(shù)：Y=0.5817Y1+0.1767Y2+0.1138Y3（見表4）。第一、二、三主成分的線性表達(dá)式為：

Y1=0.930x1+0.049x2-0.750x3- 0.857x4+0.797x5+0.927x6-0.411x7+ 0.151x8+0.933x9-0.880x10+0.860x11+ 0.852x12

Y2=0.252x1+0.671x2+0.567x3+ 0.403x4-0.186x5+0.062x6+0.687x7+ 0.540x8+0.214x9-0.352x10+0.385x11- 0.057x12

Y3=0.040x1-0.692x2-0.116x3- 0.166x4+0.145x5+0.114x6+0.409x7+ 0.760×8-0.033x9+0.133x10-0.109x11- 0.186x12

各林分及農(nóng)地土壤的平均綜合指數(shù)，從表層土壤抗蝕性（97.14）明顯高于亞表層土壤的抗蝕性（67.30），這說明總體上土壤的抗蝕性從表層向下有下降的趨勢。從表層到亞表層，抗蝕性指標(biāo)主成分綜合分析，變異系數(shù)最大的是闊葉林（26.89），從表1樣地植被概況可以看出，闊葉林地喬木豐富，林下灌木草本也極豐富，表層有豐富的枯落物，生物歸還量很大，土壤的結(jié)構(gòu)相比其它樣地要好；其次是農(nóng)地（21.22），這與農(nóng)地土壤上層受人為活動影響較多有關(guān)；變異最小的是灌木林（14.74）和構(gòu)樹林（10.22），這與灌木林枯落物和根系對土壤抗蝕性的積極作用相當(dāng)，而構(gòu)樹林地，樹種單一，對土壤改良作用不如闊葉混交林的效果明顯。

表4看出，灌木林地內(nèi)表層土壤抗蝕性主成分綜合指數(shù)最低（72.97），其下層土壤抗蝕性綜合指數(shù)相比林分林地同樣最小，這說明在該地區(qū)灌木林地在提高土壤抗蝕性方面效果不如闊葉混交林和喬灌林地。這也體現(xiàn)了保護(hù)現(xiàn)有喬木林地的重要性。林地土壤各層主成分平均綜合指數(shù)為闊葉林（88.90）>構(gòu)樹林（77.02）>灌木林（62.69）。而對照農(nóng)地土壤大于林地土壤，由于該區(qū)農(nóng)地多是梯田，受人為影響較大，同時土壤坡度很小，只有9度，蓄水保土功能較強(qiáng)，這也說明利用一定的水土保持工程措施，對提高土壤抗蝕性有積極作用。

表層是土壤侵蝕容易發(fā)生的土層，3種林分林地土壤表層的主成分綜合指數(shù)闊葉林（102.34）>構(gòu)樹林（91.76）>灌木林（72.97），因此林地土壤表層抗蝕性能是常綠闊葉林最好，灌木林最差，這與闊葉林豐富的枯落物厚度和儲量從而形成有機(jī)質(zhì)含量豐富的腐殖質(zhì)層有關(guān)，而灌木林枯落物厚度和儲量最低，因此其有機(jī)質(zhì)含量也低（9.40g·kg-1），粘粉粒含量最低，團(tuán)聚度（49.28）最差。從表4看出農(nóng)地土壤主成分綜合指數(shù)高于林地土壤。這是由于該農(nóng)地是梯田，屬于水保工程，對土壤結(jié)構(gòu)改良較明顯，粘粉粒含量最高，有機(jī)質(zhì)含量豐富（13.11g·kg-1），土壤的團(tuán)聚度最大。

亞表層林地土壤主成分綜合指數(shù)仍然是闊葉林（75.45）最大，而灌木林（62.69）最小，這說明闊葉林對改善土壤結(jié)構(gòu)的重要性，從土壤表層向下，闊葉林地抗蝕性綜合指數(shù)變異系數(shù)最大，表明如果闊葉林地植被遭到破壞，土地易退化，土壤抗蝕性就會急劇下降，進(jìn)一步說明保護(hù)闊葉林的重要性。農(nóng)地在亞表層綜合指數(shù)依然最大，在喀斯特地區(qū)由于土壤較薄，平均為40～50 cm，此層起保水保肥的作用，是生長后期供應(yīng)水肥的主要層次，其土壤狀況也較佳。同時受人為耕作活動的影響，促成農(nóng)地可耕作層土壤的良好結(jié)構(gòu)，因此其抗蝕性能強(qiáng)。

3.2 土壤抗蝕性能指標(biāo)聚類分析

為了更客觀反映不同林分不同土壤層次的抗蝕性能的相似、相異關(guān)系，為消除各指標(biāo)單位不同帶來的干擾，將這12項指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化處理后，用歐氏距離計算樣本點(diǎn)之間的距離，使用離差平方和法計算類間距離，使所分出的類內(nèi)各樣本間的差異最小，各類間的差異最大。對不同林地土壤不同層次的8個土壤，進(jìn)行聚類分析，得到8個土樣抗蝕性的模糊聚類譜系圖，見圖1?？蓪?個土壤樣本劃分為3類，第一類為1、3、7，為闊葉林表層，構(gòu)樹林表層，農(nóng)地表層，其土壤抗蝕性能最強(qiáng)；第二類為2、5、8，分別為闊葉林亞表層、灌木林表層、農(nóng)地亞表層，其抗蝕性能次之；第三類為4、6，分別為構(gòu)樹林亞表層，灌木林亞表層，其抗蝕性能最差。從表層到亞表層土壤抗蝕性能減弱，表層土壤闊葉林和農(nóng)地土壤抗蝕性能最強(qiáng)。這與抗蝕性指標(biāo)主成分綜合指數(shù)計算結(jié)果相一致。

4 結(jié)論與討論

黔中石灰?guī)r喀斯特三種林地土壤及農(nóng)地土壤各層次土壤的綜合主成分指數(shù)計算方程為：Y=0.5817Y1+0.1767Y2+0.1138Y3。三種林地抗蝕性能（平均主成分綜合指數(shù)）為：闊葉林（88.90）>構(gòu)樹林（77.02）>灌木林（62.69）。各林分及農(nóng)地土壤表層土壤抗蝕性（97.14）高于亞表層土壤抗蝕性（67.30），土壤抗蝕性從表層向下呈下降趨勢。從表層到底層，抗蝕性指標(biāo)主成分綜合分析，變異系數(shù)最大的是闊葉林（26.89），其次是農(nóng)地（21.22）；變異最小的是灌木林（14.74）和構(gòu)樹林（10.22），說明保護(hù)喬木林植被的重要性。

貴州喀斯特地區(qū)特殊的地質(zhì)和自然地理條件決定了其土地資源類型及其分布規(guī)律，喀斯特地貌廣布，山地、丘陵面積大而平地少，可利用的土地面積所占比重更小。巨大且不斷增長的人口超出了土地的承載力，不合理的土地利用使土壤遭受侵蝕，土地退化，基巖大面積裸露形成類似荒漠化景觀（周運(yùn)超等，2005），即石漠化。從石漠化分布的區(qū)域看，幾乎都集中在碳酸鹽巖地區(qū)，喀斯特地區(qū)植被受碳酸鹽巖巖性特征的影響，具有石生、旱生、喜鈣特點(diǎn)，生物生長慢，森林植被覆蓋率較低，通常低于非喀斯特地區(qū)，植被一旦遭到破壞，淺薄的土層在遇上暴雨時極易受到水蝕和雨水的沖刷產(chǎn)生塊體滑動，引起水土流失，容易逐漸導(dǎo)致石漠化。

喀斯特地區(qū)土層很薄，土壤物理性狀差，易發(fā)生水土流失，如果植被遭到破壞，將造成嚴(yán)重后果—— 石漠化，所以要合理利用土地，增加和改善土地覆被，提高土壤抗蝕性能。

參考文獻(xiàn)

[1]周運(yùn)超，周習(xí)會，周瑋.貴州巖溶土壤形成及其可持續(xù)利用[J].山地農(nóng)業(yè)生物學(xué)報，2005，24（5）：419-425.

[2]James L.Lolcama，Harvey A.Cohen， Matthew J.Tonkin.Deep karst conduits，flooding，and sinkholes：lessons for the aggregates industry[J].Engineering Geology，2002（65）：151-157.

[3]沈慧，姜鳳岐，杜曉軍，等.水土保持林土壤抗蝕性能評價研究[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，2000，11（3）：345-348.

[4]Frederick R Troeh，J Arthur Hobbs. Roy L Donahue.Soil and Water Conservation for Productivity and Environment.Protection [M].Prentice Hall，Inc.Englewood Cliffs，N.J.07632，USA.1980.

[5]中國農(nóng)學(xué)會.土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法[M].北京：中國農(nóng)業(yè)科技出版社，2000.

[6]中國科學(xué)院南京土壤研究所.土壤理化分析[M].上海：上?？萍汲霭嫔?，1978.

[7]周利軍，齊實(shí)，王云琦.三峽庫區(qū)典型林分林地土壤抗蝕抗沖性研究[J].水土保持研究，2006，13（1）：186-216.

[8]于大炮，劉明國，鄧紅兵，等.遼西地區(qū)林西土壤抗蝕性分析[J].生態(tài)學(xué)雜志，2003，22（5）：10-14.

[9]張金池，陳三雄，劉道平，等.浙江安吉主要植被類型土壤抗蝕性指標(biāo)篩選及評價模型構(gòu)建[J].亞熱帶水土保持，2006，18（2）：1-5.

[10]裴鑫德.多元統(tǒng)計分析及應(yīng)用[M].北京：農(nóng)業(yè)出版社，1991.