黃寶玉，李紹才，龍 鳳，孫海龍，邱利平，李付斌

(1.四川大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，四川 成都 610064；2.四川大學(xué) 水力學(xué)與山區(qū)河流開發(fā)保護(hù)國家重點(diǎn)實(shí)驗室，四川 成都 610064；3.四川沃爾宜環(huán)?？萍加邢薰?，四川 成都 610031)

紫色土是中國南方，特別是四川、湖南等省的重要耕地土壤[1]。雖然紫色土營養(yǎng)元素含量豐富，具有較高的肥力，但是由于長期以來的不合理開發(fā)利用，加上紫色土本身不耐侵蝕，土地再生能力弱，植被破壞后很難恢復(fù)，因而這一地區(qū)植被稀疏，水土流失劇烈，土地退化嚴(yán)重[2-6]。紫色土屬典型的巖性土[7]，土壤肥力與性質(zhì)繼承其母巖的特性[8]，而紫色土的高肥力特性被稱為母質(zhì)肥力[9-10]。在土壤養(yǎng)分循環(huán)中，碳、氮、磷元素作為生命元素驅(qū)動著其他養(yǎng)分的循環(huán)與轉(zhuǎn)化，是養(yǎng)分循環(huán)的核心，而微量元素是很多植物體內(nèi)酶或輔酶的重要組成部分，因此研究巖石邊坡不同風(fēng)化程度下養(yǎng)分元素的動態(tài)變化，對了解不同紫色土邊坡的土壤肥力和營養(yǎng)元素循環(huán)機(jī)制具有重要意義。本研究擬通過野外調(diào)查采樣和分析，綜合應(yīng)用土壤地理學(xué)、分析化學(xué)等研究手段，對遂寧廣德寺及龍泉山的紫色土巖石邊坡營養(yǎng)元素養(yǎng)分特征進(jìn)行背景分析，以期為紫色土巖石邊坡生態(tài)恢復(fù)及植物元素需求量提供一個科學(xué)參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

本試驗研究中A組紫色土樣采自遂寧廣德寺，該地區(qū)位于遂寧城西3 km的臥龍山，其周圍存在大量的紫色泥巖，氣候?qū)賮啛釒駶櫦撅L(fēng)氣候，全年氣候溫和，光照較少，雨量充沛，四季分明。受工程及旅游開發(fā)的影響，大量紫色泥巖邊坡的植被受到破壞，紫色土分布于侏羅系遂寧組(J3sn)。B組土樣采自柏合鎮(zhèn)新建的成簡快速通道龍泉山一號隧道出口處，龍泉山地區(qū)位于川中地區(qū)成都平原東側(cè),紫色土主體位于龍泉山背斜的南東翼,分布于白堊系下統(tǒng)蒼溪組(K1c)，地層巖性總體表現(xiàn)為紫紅色黏土巖與各類砂巖、粉砂巖互層，研究區(qū)境內(nèi)低山、淺丘、平壩兼有，以平壩為主，年均氣溫16 ℃，年降水量920 mm，降水季節(jié)分配不均，主要集中在7、8月份，11月至次年4月干旱少雨。

1.2 樣品采集

采樣時間為2013年2月。以試驗區(qū)的巖石、風(fēng)化物、成土為研究對象，每個采樣點(diǎn)按土壤形態(tài)的主要特點(diǎn)，把土壤劃分為不同的區(qū)域，然后用土壤采樣器進(jìn)行采集，完成后按四分法將每個點(diǎn)采集的土樣取5 kg裝入塑料袋內(nèi)，并把記有編號、采樣地點(diǎn)、日期的記錄卡片一同裝入袋內(nèi)，帶回實(shí)驗室，在室內(nèi)自然風(fēng)干后, 揀去植物的根莖, 然后將其放在瑪瑙研缽中研碎，過20目尼龍篩。之后經(jīng)120 ℃殺青30 min，在105 ℃條件下烘至恒重。剔除雜質(zhì)、研磨、過0.149 mm 尼龍篩，用于分析土壤的養(yǎng)分含量，每個樣品含量做3個重復(fù)，最后取平均值。

1.3 土壤養(yǎng)分指標(biāo)的測定

全氮：凱氏定氮法；速效氮：氧化鎂浸提-擴(kuò)散法；有機(jī)質(zhì)：重鉻酸鉀氧化-外加熱法；全磷：堿熔-鉬銻抗比色法；有效磷：0.5 mol/L碳酸氫鈉浸提法；全鉀：堿熔-火焰原子吸收分光光度法；速效鉀：乙酸銨浸提-火焰原子分光光度法；微量元素：火焰原子分光光度法。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)采用SPSS和Excel軟件進(jìn)行處理,差異顯著性分析為0.05水平。A組代表遂寧組廣德寺土樣，A1代表遂寧組巖石，A2代表遂寧組風(fēng)化物，A3代表遂寧組成土；B組代表蒼溪組龍泉山土樣，B1代表蒼溪組巖石，B2代表蒼溪組風(fēng)化物，B3代表蒼溪組成土。

2 結(jié)果與分析

土壤侵蝕是全球土壤退化的主要原因之一[11-12]，而不同風(fēng)化程度下的紫色土侵蝕程度不同，這可能導(dǎo)致一系列營養(yǎng)元素流失量的差異性。

2.1 有機(jī)質(zhì)含量

土壤有機(jī)質(zhì)含量是衡量土壤肥力高低的重要指標(biāo)之一，它能促使土壤形成結(jié)構(gòu)，改善土壤物理、化學(xué)及生物學(xué)過程的條件，提高土壤的吸收性能和緩沖性能，同時它本身又含有植物所需要的各種養(yǎng)分，如碳、氮、磷、硫等，通過礦化作用，它也可以釋放一部分的養(yǎng)分。圖1為不同風(fēng)化程度下土壤有機(jī)質(zhì)的含量直方圖，經(jīng)分析A、B兩組中不同風(fēng)化程度下的樣品之間有機(jī)質(zhì)含量差異均為顯著(P<0.05)。兩組紫色土的巖石階段有機(jī)質(zhì)含量在本組均為最低，平均值分別為9.67和9.23 g/kg；風(fēng)化物有機(jī)質(zhì)含量分別為40.18和32.63 g/kg；成土的有機(jī)質(zhì)含量最豐富，分別為56.66和57.67 g/kg。整體上，隨風(fēng)化程度增加(從巖石→風(fēng)化物→成土)，兩組紫色土的有機(jī)質(zhì)含量都呈逐漸上升的趨勢(巖石<風(fēng)化物<成土)，說明隨著風(fēng)化程度的增加，有機(jī)質(zhì)逐漸積累，成土更有利于植物的生長。

圖1 不同風(fēng)化程度下的土壤有機(jī)質(zhì)含量

2.2 氮含量

2.2.1 全氮含量

研究區(qū)兩種紫色土的全氮含量都偏低(圖2)，變化范圍為0.123～0.463 g/kg，A、B兩組中不同風(fēng)化程度下的樣品之間全氮含量差異均顯著(P<0.05)。兩組樣品的全氮含量都隨風(fēng)化程度的增加而逐漸升高，與有機(jī)質(zhì)的含量呈較好的正相關(guān)性。A組全氮含量與有機(jī)質(zhì)含量的直線回歸方程為：y(全氮)=0.007 1x+0.046 5(r=0.993 2)；B組全氮含量與有機(jī)質(zhì)含量的直線回歸方程為：y(全氮)=0.004 6x+0.107 9(r=0.997)。

圖2 不同風(fēng)化程度下的土壤全氮含量

2.2.2 有效氮含量

研究區(qū)兩種紫色土的有效氮含量都偏低(圖3)，A組隨風(fēng)化程度的增加有效氮含量依次為0.52、39.34、64.61 mg/kg，B組隨風(fēng)化程度的增加依次為0.34、5.53、31.16 mg/kg，兩組中不同風(fēng)化程度下的樣品之間有效態(tài)含量差異均顯著(P<0.05)，總體趨勢為巖石<風(fēng)化物<成土。A組有效氮與全氮含量的直線回歸方程為：y(有效氮)=189.19x-21.619(r=0.99)；B組有效氮與全氮含量的直線回歸方程為：y(有效氮)=135.33x-22.797(r=0.91)。

圖3 不同風(fēng)化程度下的土壤有效氮含量

2.3 磷含量

2.3.1 全磷含量

研究區(qū)樣品的全磷含量變化較小(見圖4)，范圍為3.50～5.79 g/kg。A組中不同風(fēng)化程度的樣品間差異不顯著(P>0.05)，B組間差異顯著(P<0.05)。兩組樣品全磷含量都隨風(fēng)化程度的增加而降低，總體趨勢為巖石>風(fēng)化物>成土。

圖4 不同風(fēng)化程度下的土壤全磷含量

2.3.2 有效磷含量

供試樣品的有效磷含量普遍偏低，均為缺磷土壤(圖5)。兩組樣品的有效磷含量都隨風(fēng)化程度的增加而增高，兩組中不同風(fēng)化程度的有效磷含量差異都顯著(P<0.05)。A組樣品有效磷與全磷含量的直線回歸方程為：y(有效磷)=-3.193 5x+13.171(r=-0.92)；B組樣品有效磷與全磷含量的直線回歸方程為：y(有效磷)=-1.694x+10.558(r=-0.99)。兩組樣品的有效磷含量都是成土中最高，說明成土中可供植物利用的磷素含量最高，但全量磷隨風(fēng)化程度的增加而逐漸降低，說明從巖石到成土的過程中磷的總量有一定流失。

圖5 不同風(fēng)化程度下的土壤有效磷含量

2.4 鉀含量

2.4.1 全鉀含量

研究區(qū)樣品的全鉀含量都較高(見圖6)。A組和B組的全鉀含量都隨風(fēng)化程度的增加而降低，A組含量分別為19.55、18.15、16.89 g/kg，B組含量分別為30.83、29.96、27.18 g/kg。A、B兩組中不同風(fēng)化程度的樣品間全鉀含量差異均不顯著(P>0.05),但均隨風(fēng)化程度的增加而降低(巖石>風(fēng)化物>成土)，這可能與土壤侵蝕較為嚴(yán)重有關(guān)，從而使全量鉀呈現(xiàn)降低的趨勢。

圖6 不同風(fēng)化程度下的土壤全鉀含量

2.4.2 速效鉀含量

紫色土中的原生礦物與次生礦物的云母含量可達(dá)到30%以上，其中鉀易在物理及化學(xué)風(fēng)化中釋放成速效鉀和緩效鉀，從而被植物利用[13]，而速效鉀是植物營養(yǎng)元素的主要供給源，和植物的生長關(guān)系密切。通過圖7可以看出，兩組樣品的速效鉀含量均隨風(fēng)化程度的增加而增高，與全量呈負(fù)相關(guān)，說明在風(fēng)化過程中可以供植物利用的鉀素逐漸釋放出來，而速效量越高鉀的流失量越大，釋放出來的一部分可能被植物利用，另外一部分隨水土流失耗掉，從而使全鉀含量降低。A組速效鉀與全鉀的直線回歸方程為：y(速效鉀)=-4.308 5x+92.498(r=-0.95)；B組速效鉀與全鉀的直線回歸方程為：y(速效鉀)=-5.713 2x+191.36(r=-0.98)。

圖7 不同風(fēng)化程度下的土壤速效鉀含量

2.5 5種微量元素含量

研究表明，植物體內(nèi)含量小于1‰的微量營養(yǎng)元素有硼、鐵、錳、銅、鋅、氯、鉬共7種，這些元素直接參與植物的營養(yǎng)和代謝過程，與大量元素一樣重要，缺乏任何一種微量元素都會使植物生長發(fā)育不良，對用于邊坡恢復(fù)的植物來說十分重要。本文主要研究其中的5種關(guān)鍵微量元素。研究區(qū)土樣5種微量元素有效態(tài)平均含量詳見表1。各組土樣中只有B組的有效鉬不同風(fēng)化程度樣品間差異不顯著，其他都差異顯著(P<0.05)。根據(jù)劉錚[14]及“中國科學(xué)院微量元素組的土壤有效態(tài)微量元素評價標(biāo)準(zhǔn)”(見表2)中所給出的土壤微量元素有效態(tài)含量分級標(biāo)準(zhǔn)，元素有效態(tài)可分為極缺、缺乏、適中、豐富、很豐富5個等級。將研究區(qū)土樣微量元素有效態(tài)平均含量與標(biāo)準(zhǔn)對照可以得出表3中的分級結(jié)果，從中可以得出：遂寧組和龍泉山組的紫色成土都是有效錳含量極豐富，有效硼缺乏，有效鉬、有效鋅、有效銅含量則極其缺乏，應(yīng)該在植被恢復(fù)過程中適量增施富含硼、鉬、鋅和銅的微肥。

表1 5種植物必需微量元素的有效態(tài)含量 mg/kg

表2 微量元素有效態(tài)含量分級標(biāo)準(zhǔn)[14]

表3 研究區(qū)微量元素有效態(tài)含量分級結(jié)果

研究區(qū)5種微量元素的有效態(tài)含量變化趨勢為：兩組樣品有效硼和有效錳含量均隨風(fēng)化程度的增加而逐漸升高，表現(xiàn)趨勢為巖石<風(fēng)化物<成土。遂寧組的有效銅含量先增加后減少(巖石<成土<風(fēng)化物)，這可能與成土的土壤被侵蝕而造成有效態(tài)銅過度流失有關(guān)；蒼溪組的有效銅含量則是隨風(fēng)化程度增加逐漸增高(風(fēng)化物<巖石<成土)。遂寧組的有效鋅含量隨風(fēng)化程度的增加而增高(巖石<風(fēng)化物<成土)；蒼溪組的有效鋅含量則是先升高后降低(巖石<成土<風(fēng)化物)，說明從風(fēng)化物到成土有效量有一定的損失。兩組樣品有效鉬含量均為先增加后減少，風(fēng)化物中有效量最高(巖石<成土<風(fēng)化物)。

2.6 紫色土微量元素有效性的可能影響因素

影響土壤中微量元素有效性的因素有很多，包括土壤含水率、pH值、有機(jī)質(zhì)、氧化還原電位、土壤質(zhì)地、成土母質(zhì)、植物吸收、微生物活動[15]，以及人類活動等。本研究涉及的因素可能有以下幾個方面：

(1)成土母質(zhì)。成土母質(zhì)是土壤微量元素的主要來源，紫色土成土母質(zhì)類型有多種，不同成土母質(zhì)發(fā)育的土壤，其微量元素含量和有效態(tài)含量均有明顯差異。具體到這兩個紫色土研究區(qū)，其母質(zhì)發(fā)育的土壤有效態(tài)微量元素含量均低，尤其是遂寧組土壤微量元素缺失嚴(yán)重。

(2)有機(jī)質(zhì)。有機(jī)質(zhì)對土壤微量元素的影響有兩方面不同的作用。一是有機(jī)質(zhì)的富集作用，有機(jī)質(zhì)在分解過程中可釋放微量元素，因此有機(jī)質(zhì)含量高的表層土壤其微量元素大多含量較高；二是有機(jī)質(zhì)對微量元素又有固定作用，因此在有機(jī)質(zhì)含量多的土壤中，也常出現(xiàn)缺素癥狀。

(3)人為活動。兩個研究區(qū)均人為活動頻繁，A組的廣德寺是旅游景區(qū)，人為開發(fā)了一部分工程邊坡，B組是龍泉山的一號隧道口空曠地帶，工程施工造成大面積的裸露地帶，加上降雨較多，淋溶強(qiáng)烈，水土流失帶走了很大一部分微量元素。

3 結(jié) 語

土壤中有機(jī)質(zhì)、氮、磷、鉀等元素含量多少是土壤肥力高低的重要指標(biāo)。研究區(qū)土壤因風(fēng)化程度等的影響，土壤侵蝕程度不一，養(yǎng)分狀況差異明顯。通過對遂寧廣德寺和龍泉山不同風(fēng)化程度的紫色土進(jìn)行表層采樣和分析, 結(jié)果表明：

(1)成土中有機(jī)質(zhì)和氮含量最高，磷、鉀含量則相對較低，說明隨著風(fēng)化程度的增加，氮元素越來越豐富，而鉀和磷則逐漸減少。研究區(qū)由于土壤侵蝕作用相對較強(qiáng), 土壤被沖刷剝離、搬運(yùn)擴(kuò)散，養(yǎng)分狀況較差，金屬元素流失較多，這可能是全磷、全鉀等大量元素隨風(fēng)化程度增加而逐漸減少的原因。

(2)研究區(qū)成土的微量元素有效量表現(xiàn)為：有效錳極豐富，有效硼缺乏，銅、鋅和鉬則極缺，說明微量元素匱乏是影響該區(qū)植被恢復(fù)的一個重要因素。

(3)有效養(yǎng)分在巖石風(fēng)化的過程中被釋放出來，即釋放過程為：巖石→風(fēng)化物→成土，最后在成土中聚集。由于紫色土的養(yǎng)分容易被侵蝕，而植被能有效防止水土流失，所以建議在植被恢復(fù)時采取從土壤到風(fēng)化物再到巖石邊坡的策略，并根據(jù)研究區(qū)養(yǎng)分的虧缺程度，給予適當(dāng)?shù)酿B(yǎng)分補(bǔ)充。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 張鳳榮.土壤地理學(xué)[M].北京:中國農(nóng)業(yè)出版社,2002：240.

[2] 謝庭生.湘中紫色土丘陵區(qū)建立優(yōu)化農(nóng)業(yè)生態(tài)模式的途徑與效益——以湖南省衡南縣譚子山鎮(zhèn)為例[J].經(jīng)濟(jì)地理,2001,21(5):624-628.

[3] 謝庭生,謝樹春,趙玲.湘中紫色土丘陵綜合治理示范區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)工程設(shè)計[J].經(jīng)濟(jì)地理,2003,23(1):77-82.

[4] 謝樹春,趙玲.基于GIS的湘中紫色土丘陵地區(qū)土地適宜性評價——以衡南縣譚子山鎮(zhèn)紫色土綜合治理試驗區(qū)為例[J].經(jīng)濟(jì)地理,2005,25(1):101-105.

[5] 李其林,劉光德,黃昀.紫色丘陵地生態(tài)農(nóng)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀與對策[J].生態(tài)學(xué)雜志,2003,22(6):144-146.

[6] 張保華,何毓蓉,徐佩,等.紫色丘陵區(qū)小流域侵蝕沉積斷面構(gòu)型及土壤顆粒分形特征[J].水土保持學(xué)報,2004,18(6):136-139.

[7] 李仲明.論紫色巖性土的發(fā)生與分類[J].土壤學(xué)報,1989,26(2):165-172.

[8] 李仲明.中國紫色土(上) [M].北京:科學(xué)出版社,1991:23-85.

[9] 唐時嘉,孫德江,羅有芳,等.四川盆地紫色母質(zhì)肥力特性的初步研究[J].土壤通訊,1983(12):11-24.

[10] 唐時嘉,孫德江,羅有芳,等.四川盆地紫色土肥力與母質(zhì)特性的關(guān)系[J].土壤學(xué)報,1984,21(2):123-133.

[11] Zhang Jianguo,Li Huixia,He Xiaorong,et al.Impoverishment of soil nutrients in gully erosion areas in Yuanmou basin[J].Wuhan University Journal of Natural Sciences,2003,8(3B):1034-1040.

[12] 李勉,李占斌,劉普靈.川中紫色丘陵區(qū)土壤侵蝕研究進(jìn)展[J].水土保持學(xué)報,2002,16(1):72-75.

[13] 何毓蓉.中國紫色土(下篇)[M].北京:科學(xué)出版社,2003:219.

[14] 劉錚,朱其清,唐麗華,等.我國缺乏微量元素的土壤及其區(qū)域分布[J].土壤學(xué)報,1982,19(3):209-223.

[15] 馬扶林,宋理明,王建民.土壤微量元素的研究概述[J].青?？萍?2009,16(3):32-36．