白致威，馮德泰，丁劍宏，段興武*

(1.云南省水利水電科學(xué)研究院，云南 昆明 650032；2.云南大學(xué)國際河流與生態(tài)安全研究院/云南省國際河流與跨境生態(tài)安全重點實驗室，云南 昆明 650091)

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紅河流域土壤理化性質(zhì)變化特征及其環(huán)境主控因子分析

白致威1，馮德泰2，丁劍宏1，段興武2*

(1.云南省水利水電科學(xué)研究院，云南 昆明 650032；2.云南大學(xué)國際河流與生態(tài)安全研究院/云南省國際河流與跨境生態(tài)安全重點實驗室，云南 昆明 650091)

在收集第二次全國土壤普查資料的基礎(chǔ)上，重新采集紅河流域內(nèi)主要土壤類型的樣本并測試其理化特性，分析了近30年以來流域土壤理化性質(zhì)和土壤生產(chǎn)力的變化特征及環(huán)境影響因素。結(jié)果表明，近30年來，研究區(qū)表層土壤有機質(zhì)含量平均降低14.67%，堿解氮含量平均降低9.96%，速效磷含量平均增加165.45%，速效鉀含量平均增加66.53%。同時，當前土壤生產(chǎn)力指數(shù)也較第二次土壤普查時高出102.73%。分析發(fā)現(xiàn)研究區(qū)土壤侵蝕可以在一定程度上導(dǎo)致土壤有機質(zhì)含量和土壤綜合生產(chǎn)性能的降低，但并不是影響土壤生產(chǎn)力指數(shù)變化的關(guān)鍵因子。自然環(huán)境因子中降水是影響土壤生產(chǎn)性能變化的最主要因子，其次為溫度和坡度。

紅河流域；土壤理化性質(zhì)；土壤生產(chǎn)力；土壤侵蝕；化肥施用

土壤是土地的重要載體，是人類賴以生存和發(fā)展的基礎(chǔ)[1]。土壤也是陸地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，是地球上一種重要的自然資源[2]。但是由于人類在土壤資源開發(fā)利用過程中存在很多諸如砍伐森林和過度放牧等不合理行為，導(dǎo)致加速土壤侵蝕的發(fā)生[3]。加速侵蝕使得表層土壤隨徑流流走，營養(yǎng)物質(zhì)流失，土壤機械組成發(fā)生變化，土壤質(zhì)量下降，是導(dǎo)致土壤理化性質(zhì)變化的重要原因[4]。在土壤侵蝕影響下，土壤生產(chǎn)力逐漸降低，為了提高糧食產(chǎn)量，自上世紀80年代初，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中大量施用化工肥料[5]。合理的施肥可以補償土壤養(yǎng)分損失，改善土壤結(jié)構(gòu)，從而改變了土壤理化性質(zhì)；然而不合理的施肥，也會導(dǎo)致土壤質(zhì)量的衰退[6-7]。近年來，隨著化肥施用量的增加，不合理的化肥施用引發(fā)的一系列農(nóng)業(yè)環(huán)境質(zhì)量問題日益凸現(xiàn)，特別是土壤酸化、土壤板結(jié)、土壤污染等與土壤質(zhì)量有關(guān)的問題逐漸引起關(guān)注[8]。研究表明，土地利用方式變化和化肥施用也是土壤理化性質(zhì)發(fā)變化的重要原因[9-10]。定位試驗結(jié)果表明，長期單獨施化肥可破壞土壤結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，導(dǎo)致土壤容重增加、孔隙度降低、田間持水量下降、土壤微團聚體分散系數(shù)上升，耕作層土壤板結(jié)等土壤退化現(xiàn)象[11-13]。

進入20世紀以來，在科技進步推動下，人類活動一方面可通過加強對表層土壤的擾動而加劇土壤侵蝕，另外一方面有通過改變耕作制度和增加施肥等方式改良土壤生產(chǎn)性能。在此背景下，探討土壤理化性質(zhì)的變化特征及其環(huán)境影響因素逐漸成為土壤地理學(xué)的研究熱點。許多學(xué)者利用第二次土壤普查資料結(jié)合野外采樣調(diào)查等方式，對黑土、黃壤、棕壤等多種土壤類型在中國范圍內(nèi)進行了對比分析[14-15]。也有學(xué)者通過小區(qū)模擬實驗或者野外定位觀測分析土壤侵蝕對土壤理化性質(zhì)及土壤綜合性能的影響，在不同地區(qū)或者土壤類型區(qū)上取得了可喜成果[16]。事實上，施肥和侵蝕往往是同時發(fā)生的，在自然環(huán)境中能難將二者對土壤理化性質(zhì)的影響單獨分開來研究，而當前研究中綜合分析侵蝕和施肥對土壤理化性質(zhì)影響的案例較少。且中國土壤理化性質(zhì)變化的相關(guān)研究多集中在東北黑土區(qū)或黃土高原區(qū)，在山地面積分布廣泛、土壤侵蝕劇烈的西南地區(qū)少有研究案例。

元江-紅河是中國西南地區(qū)一條重要的國際河流，發(fā)源于云南省大理市，流經(jīng)老撾和越南后注入太平洋。紅河流域是云南省重要的糧食和經(jīng)濟作物生產(chǎn)基地。據(jù)2000年～2012年云南省統(tǒng)計年鑒計算，流域內(nèi)的37個縣年均糧食產(chǎn)量385.7×104t，占云南省糧食總產(chǎn)的27.2%。因此，流域土壤生產(chǎn)性能的高低對維護區(qū)域糧食生產(chǎn)安全具有重要的意義。但紅河流域地處高山峽谷地帶，坡度較大，加之降水集中、人地矛盾突出，土壤侵蝕極為嚴重。根據(jù)云南省國土資源遙感調(diào)查結(jié)果顯示，1999年紅河流域水土流失面積為3.31×104km2，占流域面積的44.31%，占全省水土流失面積的23.46%。流域土壤侵蝕總量為11 069×104t，平均侵蝕模數(shù)為1 480 t·km-2，在西南諸河中，侵蝕模數(shù)僅次于金沙江[17]。在此背景下，探討紅河流域土壤理化性質(zhì)的變化特征及其環(huán)境主控因子，具有重要的理論價值和現(xiàn)實意義?；诘诙沃袊寥榔詹榈钠拭尜Y料，于2013年8月重新調(diào)查了紅河流域9大土類剖面的土壤理化性質(zhì)。通過實驗數(shù)據(jù)對比兩次調(diào)查的結(jié)果，分析第二次中國土壤普查以來紅河流域的土壤理化性質(zhì)變化特征及其環(huán)境影響因素，結(jié)果可為區(qū)域農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展和水土保持等工作提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

紅河流域云南省境內(nèi)主要位于100°06'～105°40'E、22°27'～25°32'N之間。北鄰金沙江流域、西與瀾滄江以無量山為分水嶺、東接南盤江流域、南面與越南接壤。流域面積約為7.45×104km2(全流域約16.9×104km2)，流域的地勢自西北向東南傾斜，海拔最高3 123 m，最低71 m，平均1 544 m，呈狹弓帶狀(圖1)。該區(qū)主要受亞熱帶季風氣候影響，干濕季節(jié)分明，雨熱同期。受復(fù)雜地形與氣候的共同影響，流域內(nèi)干流上分布著廣闊的典型干熱河谷。紅河流域也是云南省主要的熱帶和亞熱帶水果生產(chǎn)基地，也是重要的糖業(yè)生產(chǎn)區(qū)。

圖1 紅河流域地理位置Fig.1 Geographical position of the Red River Basin

1.2 土壤樣品的采集

基于第二次土壤普查成果，從《中國土種志》[18]記錄中摘抄研究區(qū)內(nèi)的56個土種的典型剖面位置、周圍環(huán)境及剖面分層情況，同時摘錄及其各層的土壤容重(BD)、有機質(zhì)(OM)、堿解氮(EN)、速效磷(EP)、速效鉀(EK)、pH值等六個指標。為了分析這些典型剖面當前的土壤理化性質(zhì)，于2014年進行了野外調(diào)查及樣本采集。其次，結(jié)合手中的地形圖和利用GPS導(dǎo)航系統(tǒng)指引到達剖面點所在位置，并進行位置核實，之后記錄好周圍環(huán)境情況，其中包括經(jīng)緯度、海拔、地形地貌、坡度、坡向、土地利用類型(農(nóng)、林、草)等。確定好位置后，按照土壤調(diào)查的相關(guān)標準開始挖取剖面，取出來的土樣按層次依次放入自制鋁槽中，利用Munsell標準比色卡判別不同土層厚度的顏色，再參考《中國土種志》[18]資料對該土種典型剖面分層情況的前提下，確定剖面的土壤分層(淋溶層、沉積層和母質(zhì)層)。當土壤發(fā)生層厚度較大時，可以加大分層密度，厚度小于30 cm時分為一層；厚度在30～60 cm之間，平均分為兩層；大于60 cm時，可以均勻分為三層。分層采集一個混合土壤樣本(約1 kg)和一個原狀土壤樣本(利用直徑54.6 mm、高50 mm的標準環(huán)刀采集)。共采集混合土壤樣本和原狀土壤樣本各162個。原狀土壤樣本主要用于測定土壤容重(g·cm-3)；用鋁盒采集的162個分層土樣，裝有土壤樣本的鋁盒在實驗室烘箱中在105℃左右烘烤8 h稱重(帶土鋁盒在采集是就稱重并記錄)。主要是測定土壤含水量。每一個混合土壤樣本都必須用自封袋密封，密封袋上用標簽紙記錄好相應(yīng)的剖面點及分層情況，帶回實驗室使土樣自然風干，之后對土壤樣本研磨，過2 mm和0.149 mm篩，繼續(xù)密封保存，袋中的混合土樣主要用于測定有機質(zhì)含量、堿解氮含量、速效磷含量、速效鉀含量以及土壤酸堿度等土壤理化指標。

表1 不同土類樣本采集的基本情況Tab.1 The basic situation of the sample collection of different soil types

1.3 土壤樣品的測定及環(huán)境因子提取

查找農(nóng)田土壤理化性質(zhì)分析測標準方法，測定分析了土壤有機質(zhì)、堿解氮、速效磷等土壤養(yǎng)分含量，具體方法包括：土壤有機質(zhì)含量采用重鉻酸鉀氧化-外加熱法測定；堿解氮采用堿解擴散法測定；速效磷采用Olsen法測定；速效鉀采用NH4AC浸提-火焰光度法，酸堿度的測定選用pH計電位法(1∶2.5土水質(zhì)量體積比)；土壤容重采用環(huán)刀法測定[19]。

為了分析環(huán)境因子對土壤理化性質(zhì)及土壤生產(chǎn)力的影響，提取了各采樣的坡度、坡長、海拔、經(jīng)度、緯度、海拔、多年平均降水、多年平均氣溫以及土壤侵蝕模數(shù)等9個環(huán)境影響因子。其中，經(jīng)度、緯度和海拔在野外調(diào)查時實地測量獲取；平均坡度和平均坡長利用研究區(qū)30 m分辨率DEM數(shù)據(jù)(來源于國際科學(xué)數(shù)據(jù)共享平臺http：//srtm. datamirror.csdb.cn/)在Arcgis中提?。欢嗄昶骄邓亢推骄鶞囟壤弥锌圃汗嫉臍夂驍?shù)據(jù)集(http：//159.226.111.42/pingtai/205 shjujianjie.jsp)在Arcgis中提?。煌寥狼治g模數(shù)利用通用土壤流失方程(USLE)計算獲取[20]。

1.4 土壤生產(chǎn)力評價及統(tǒng)計分析

利用段興武等[21]修訂的土壤生產(chǎn)力評價指數(shù)模型評價研究區(qū)的土壤生產(chǎn)力指數(shù)，計算公式如下：

(1)

式中：PI表示修訂的土壤生產(chǎn)力指數(shù)，Ai代表第i層土壤有效含水量的適應(yīng)性指數(shù)，Di表示第i層土壤pH的適應(yīng)性指數(shù)，Oi表示第i層土壤的有機質(zhì)含量適宜性指數(shù)，Ki表示第i層土壤有效磷含量的適應(yīng)性指數(shù)，CLi表示第i層土壤黏粒含量的適應(yīng)性指數(shù)，WFi為第i層土壤的權(quán)重，反應(yīng)了不同土層深度理化性質(zhì)對土壤生產(chǎn)力的影響。

PI模型中Ai、Di、Oi、CLi以及WFi與修訂前模型一致，而Ki為新增指標，需要確定其適宜性指數(shù)。根據(jù)魯如坤等人的研究成果[22]，速效含量170mg·kg-1是影響作物產(chǎn)量的臨界閾值。因此將170mg·kg-1的土壤速效鉀含量作為影響作物生長的臨界點，利用半上升隸屬度函數(shù)表達鉀含量適宜指數(shù)：

(2)

式中：Ki表示第i層土壤有效鉀含量的適應(yīng)性指數(shù)，EKi為第i層土壤有效鉀含量(mg·kg-1)，i為層序。

采用典范對應(yīng)分析(CCA)分析方法表達環(huán)境因子對土壤理化性質(zhì)變化的影響。CCA是基于對應(yīng)分析(CA)發(fā)展而來的一種新的排序方法，它結(jié)合了對應(yīng)分析和多元回歸分析，又稱為多元直接梯度分析[23]。其基本思路是在對應(yīng)分析的迭代過程中，每一步的計算結(jié)果都與環(huán)境因子進行多元線性回歸，從而詳細地分析研究對象和環(huán)境因子之間的關(guān)系。CCA分析是一種單峰模型的排序方法，樣方排序與對象排序?qū)?yīng)分析，在排序過程中結(jié)合多個環(huán)境因子，因此可以直觀地把樣方、對象、環(huán)境因子的排序結(jié)果表示在同一排序圖上[24]。CCA采用CANOCO4.5軟件進行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 主要剖面理化性質(zhì)變化

研究區(qū)56個主要的土壤剖面的表層土壤容重在第二次中國土壤普查(簡稱普查，下同)時在1.00～1.35g·cm-3之間，平均為1.14g·cm-3，變幅為0.35g·cm-3；而當前(指2013年調(diào)查，下同)變化在0.76～1.49g·cm-3之間，平均為1.13g·cm-3，變幅為0.73g·cm-3。兩次調(diào)查的容重均值變化不大，當前變幅是普查時的兩倍(表2)。從表2中可以看出，土壤容重隨著土層厚度的增加而增加。各發(fā)生層最大容重的當前值都大于普查值，而最小容重的當前值都小于普查值，母質(zhì)的平均容重為1.36g·cm-3。

表2 土壤理化性質(zhì)統(tǒng)計特征及其在剖面上的變化Tab.2 The physical and chemical statistical properties of soil and variation in profiles

注：A為耕作層；B為過渡層；C為母質(zhì)層，1980s：為第二次中國土壤普查時間Note：A，B，Caretillagelayer，transitionlayer，parentmateriallayer，respectively.1980sisthetimeofthesecondnationalsoilsurveyofChina.

第二次土壤普查時，研究區(qū)56個典型剖面表層土壤有機質(zhì)含量變化在10.3～129.3g·kg-1間，平均為36.80g·kg-1；當前的變化在10.81～66.98g·kg-1間，平均為31.40g·kg-1，低于第二次土壤普查的有機質(zhì)平均值。

第二次中國土壤普查時，研究區(qū)56個典型剖面的耕作層堿解氮含量變化在27.70～291.00mg·kg-1間，平均為144.02mg·kg-1；而當前堿解氮的含量變化在36.75～316.05mg·kg-1間，平均為129.68mg·kg-1，從普查到現(xiàn)在，研究區(qū)的表層土壤平均堿解氮含量降低9.96%，而隨著土壤深度的增加，堿解氮的在土壤中的含量逐漸降低(表2)。當前的土壤堿解氮含量變化曲線與第二次中國土壤普查時基本一致(圖2)。其中有16個典型剖面在兩次調(diào)查所測定的數(shù)值呈反向關(guān)系，其余的剖面增減變化一致。

圖2 典型剖面自第二次土壤普查以來表層土壤堿解氮變化圖Fig.2 Changes in soil available nitrogen for the surface soiltypical soil profiles from the second national soil survey

第二次中國土壤普查時，研究區(qū)56個典型剖面的表層土壤速效磷含量變化在1.20～31.00mg·kg-1間，平均含量為6.89mg·kg-1；當前的含量變化在3.83～43.65mg·kg-1間，平均為18.29mg·kg-1，顯著高于普查水平(表2)。除表層土含量增加外，過渡層和母質(zhì)層都有所增加。相比于第二次土壤普查，除了5個剖面的表層土壤速效磷含量降低以外，其絕大部分含量增加，其中有兩個剖面點的含量增加的幅度最大(圖3)。

圖3 典型剖面自第二次土壤普查以來表層土壤速效磷變化圖Fig.3 Changes in soil available phosphorus for the surface soiltypical soil profiles from the second national soil survey

第二次中國土壤普查時，研究區(qū)56個典型剖面土壤表層速效鉀含量變化在48.00～511.50mg·kg-1間，平均為160.28mg·kg-1，當前的含量變化在77.50～550.00mg·kg-1間，平均為266.91mg·kg-1，高出第二次土壤普查值近66.53%(表2)。第二次中國土壤普查值變化趨勢與當前值的相似，其中只有極少剖面點的速效鉀含量發(fā)生明顯變化，絕大多數(shù)剖面的變化基本保持一致。

土壤的酸堿度(pH)對土壤肥力有很大影響。第二次土壤普查時，研究區(qū)56個典型剖面表層土壤pH值變化在4.32～7.80間，變化幅度為3.48，平均為5.78；當前的變化在6.24～6.95間，變化幅度為0.71，平均為6.65(表2)。從第二次中國土壤普查(1980年)到當前(2013年)，調(diào)查的剖面中有9個pH值較第二次中國土壤普查時下降，2個變化不大，其余典型剖面的土壤大部分pH值上升，土壤由酸性逐漸變?yōu)橹行曰蛉跛嵝浴?/p>

2.2 土壤生產(chǎn)力的長期變化變化特征

土壤生產(chǎn)力是指特定地區(qū)土壤在一定管理方式下生產(chǎn)某種作物或一系列作物的水平，是土壤產(chǎn)出農(nóng)產(chǎn)品的能力，生產(chǎn)力指數(shù)模型(PI，ProductivityIndex)是基于土壤對作物產(chǎn)量的實驗結(jié)果，建立的土壤性質(zhì)影響作物生產(chǎn)力的經(jīng)驗?zāi)Ｐ蚚21]。第二次土壤普查時，研究區(qū)內(nèi)56個典型剖面表層土壤的PI值變化在0.04～0.69間，平均為0.26；當前的變化在0.12～0.88間，平均為0.46(表2)，相比普查值增加76.92%?？傮w上，兩次調(diào)查的PI值變化趨勢相似，除了少部分剖面點的生產(chǎn)力指數(shù)不變和下降外，絕大多數(shù)剖面上升(圖4)。

圖4 典型剖面自第二次土壤普查以來的土壤生產(chǎn)力指數(shù)變化圖Fig.4 Changes in soil productivity index for the surface soiltypical soil profiles from the second national soil survey

2.3 土壤生產(chǎn)力變化的影響機制

為分析自然環(huán)境要素對土壤生產(chǎn)性能變化的影響，以紅河流域56個典型土壤剖面作為樣本，每個樣區(qū)選取土壤生產(chǎn)力指數(shù)(PIV)變化量、土壤有機質(zhì)(OMV)變化量、堿解氮(ENV)變化量、速效磷(EPV)變化量以及速效鉀(EKV)變化量5個指標作為響應(yīng)變量來描述樣區(qū)的土壤生產(chǎn)力變化特征，以多年平均氣溫(T)、降水量(P)、坡度(Sl)、坡向(As)、海拔(El)以及年均侵蝕模數(shù)(EM)作為影響土壤生產(chǎn)力變化的解釋變量，運用CCA排序方法來分析環(huán)境因子與土壤生產(chǎn)力變化的關(guān)系。

CCA分析結(jié)果表明，流域環(huán)境因子與土壤生產(chǎn)力變化對應(yīng)分析的特征值總和為0.134，其中第一排序軸的特征值為0.027，占總特征值的8.38%。前兩排序軸能夠累積解釋土壤生產(chǎn)力變化的11.8%，其中第一排序軸能夠解釋土壤生產(chǎn)力變化的8.5%。第一排序軸累積解釋環(huán)境因子與土壤生產(chǎn)力變化關(guān)系的67.7%，表明該排序軸集中了環(huán)境因子與土壤生產(chǎn)力變化關(guān)系的大部分信息。第一排序軸上環(huán)境因子與土壤生產(chǎn)力變化特征的相關(guān)系數(shù)為0.502，二者在第二排序軸上的相關(guān)系數(shù)為0.419，表明環(huán)境因子與土壤生產(chǎn)力變化特征的關(guān)系較為密切。

從CCA排序圖可以看出(圖5)，各環(huán)境因子對土壤生產(chǎn)力變化的影響差異較大。主要表現(xiàn)為：PI變化與多年平均降水、坡度、氣溫呈現(xiàn)出顯著的正相關(guān)，而與海拔、坡向呈負相關(guān)，與土壤侵蝕模數(shù)呈負相關(guān)；土壤堿解氮和速效磷變化與海拔、坡向呈現(xiàn)顯著的正相關(guān)，而與降水、坡度呈顯著的負相關(guān)；土壤速效鉀變化與氣溫、土壤侵蝕模數(shù)呈顯著的正相關(guān)，與海拔呈顯著的負相關(guān)，與降水、坡度關(guān)系不密切。土壤有機質(zhì)的變化與坡度、降水呈正相關(guān)，與土壤侵蝕模數(shù)和坡向呈負相關(guān)。圖5顯示，對 56個剖面點的理化性質(zhì)變化的首要環(huán)境因子為降水，其次為海拔、坡度和坡向等地形因素。從分析結(jié)果可以看出，土壤侵蝕可以在一定程度上導(dǎo)致土壤有機質(zhì)含量和土壤生產(chǎn)力的降低，但并不是影響土壤生產(chǎn)力指數(shù)變化的關(guān)鍵因子。降水是影響研究區(qū)土壤生產(chǎn)力變化的主要因素，其次為氣溫和坡度。

圖5 環(huán)境因子與土壤生產(chǎn)力變化的CCA排序Fig.5 Environmental factors and variation in soil productivity of CCA

3 討論

土壤理化性質(zhì)是判斷土壤的養(yǎng)分水平和分析土壤質(zhì)量變化的重要指標，其任何一個理化性質(zhì)的變化都會直接或間接地影響到土壤其他組成部分[25]。土壤容重是反映土壤松緊程度的重要指標，土壤松緊狀況是土壤重要的物理性質(zhì)之一，它直接影響土壤肥力狀況和植物根系的發(fā)育[26]。研究結(jié)果顯示，流域內(nèi)當前的耕作層土壤容重變化范圍比普查時的大(圖2)。耕作層的土壤容重當前值大于普查值，說明人類在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中表層土的容重自普查以來有所增加，這與國內(nèi)部分學(xué)者研究的結(jié)果一致[27-28]。

土壤有機質(zhì)是土壤肥力的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，可改善土壤物理性狀，是反映人類活動與水土流失對土壤質(zhì)量影響程度的重要指標[29]。研究中典型剖面土壤有機質(zhì)含量與第二次土壤普查值有所降低，土壤受到人類活動(土壤開墾年限、土壤侵蝕、化肥施用)的影響，土壤有機質(zhì)含量發(fā)生降低，而有效的化肥使用彌補了因人類活動導(dǎo)致流失的有機質(zhì)含量[30]。說明研究區(qū)有良好的耕作制度和合理的施肥方法，使得該區(qū)表層土壤有機質(zhì)含量升高，反之則降低。外界因素(耕作、土壤侵蝕)對表層土壤有機質(zhì)含量的影響最大，對母質(zhì)層的有機質(zhì)含量影響比較小。堿解氮能夠比較靈敏地反映土壤氮素動態(tài)和供氮水平，是反映土壤供氮能力的指標之一[31]。研究區(qū)內(nèi)當前土壤堿解氮平均含量較普查時有所降低，而且隨著土壤深度的增加，堿解氮含量也逐漸降低。這與研究區(qū)施肥配比和氮肥的特性具有相關(guān)性，研究區(qū)甘蔗、水果等經(jīng)濟作物種植面積較廣，因此多重視磷肥的施用，而氮肥本身容易淋溶，在土壤中的富集時間較短，因此堿解氮略有降低，這與已有在金沙江下游地區(qū)的研究結(jié)果相似[32]。研究區(qū)內(nèi)56個典型土壤剖面的速效磷平均含量增加了165.46%，這與上世紀90年代初，中國開始大量施用磷肥有關(guān)[33]，而且利用率很低。研究表明，在自然條件下磷肥比氮肥和鉀肥難降解，且不易被植物吸收利用，因此，長期的大量施用磷肥，使土壤中富集了更多的磷元素[22]。針對這一現(xiàn)象，在研究區(qū)內(nèi)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)當減少磷肥的施用量。磷肥的施用，同時也影響到土壤的過渡層和母質(zhì)層，含量都有明顯的增加。研究區(qū)內(nèi)近30a以來的土壤速效鉀含量有增加的趨勢，但增加幅度低于速效磷而高于堿解氮。這是因為當?shù)剞r(nóng)民在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中大量使用含磷較高的化肥，而磷素較其他肥料元素更容易在土壤中富集所致。鉀是植物生長的必須元素，且主要來自于土壤。鉀肥的施用可以提高作物產(chǎn)量、改善作物品質(zhì)并增強作物的抗逆能力[33-34]。近年來，紅壤區(qū)土壤施用鉀肥的比例有增加的趨勢，這也是導(dǎo)致土壤速效鉀含量增加的主要原因。研究表明速效鉀含量達到170mg·kg-1后，土壤鉀素養(yǎng)分已經(jīng)能夠充分供給作物生長，無需增施鉀肥，研究表明研究區(qū)土壤速效鉀的平價含量接近267mg·kg-1，因此在生產(chǎn)實踐中，可適當考慮減少鉀肥的施用或者采用隔年施用鉀肥的方式。

研究表明，近30a以來，紅河流域土壤生產(chǎn)力指數(shù)總體呈上升趨勢，這與紅壤區(qū)長期合理施肥對土壤肥力影響的定位監(jiān)測結(jié)果基本一致[35]。研究區(qū)土壤生產(chǎn)力指數(shù)的升高，得益于土壤有機質(zhì)含量、速效鉀等土壤養(yǎng)分含量的增加。

從長期時間尺度上看，自然環(huán)境要素(氣溫、降水、海拔等)、土壤侵蝕以及人類活動(增加施肥、改善耕作制度和耕作方式)同時作用于土壤，都是導(dǎo)致土壤理化性質(zhì)和綜合生產(chǎn)性能變化的潛在原因研究表明，近30a以來，山區(qū)土壤生產(chǎn)力總體呈上升的趨勢，土壤侵蝕可以在一定程度上導(dǎo)致土壤有機質(zhì)含量和土壤綜合生產(chǎn)性能的降低，但并不是影響土壤生產(chǎn)力指數(shù)變化的關(guān)鍵因子。從自然環(huán)境因素看，降水是影響土壤生產(chǎn)性能變化的最主要原因，其次為溫度和坡度。水熱條件良好的地區(qū)，可種植的作物類型較多、且作物單產(chǎn)較高，相對而言，農(nóng)民更趨向于在這些地區(qū)增加投入，從而導(dǎo)致土壤生產(chǎn)性能的增加。

4 結(jié)論

基于第二次土壤普查成果，結(jié)合野外調(diào)查和采樣分析，對比分析了第二次土壤普查以來紅河流域主要土類土壤理化性質(zhì)及土壤綜合生產(chǎn)力的變化特征，并在提取環(huán)境因子的基礎(chǔ)上探討了環(huán)境因子對土壤生產(chǎn)力變化的影響，主要結(jié)論如下：

研究區(qū)內(nèi)9個主要土類56個典型剖面的土壤理化性質(zhì)自第二次中國土壤普查后變化顯著。其中，土壤有機質(zhì)和堿解氮含量略有降低，當前土壤表層有機質(zhì)含量和堿解氮含量比普查時分別下降14.67%和9.96%，隨著土壤深度的增加，土壤堿解氮含量也隨之降低；速效磷含量增幅最為顯著，表層土壤速效磷的含量增幅達165.45%；速效鉀含量增幅為66.53%。

與第二次土壤普查比，當前土壤生產(chǎn)力指數(shù)較第二次土壤普查高102.73%。研究區(qū)土壤生產(chǎn)力指數(shù)的升高，得益于土壤有機質(zhì)含量、速效鉀等土壤養(yǎng)分含量的增加。土壤侵蝕可以在一定程度上導(dǎo)致土壤有機質(zhì)含量和土壤綜合生產(chǎn)性能的降低，但并不是影響土壤生產(chǎn)力指數(shù)變化的關(guān)鍵因子。從自然環(huán)境因素看，降水是影響土壤生產(chǎn)性能變化的最主要原因，其次為溫度和坡度。水熱條件良好的地區(qū)，可種植的作物類型較多、且作物單產(chǎn)較高，相對而言，農(nóng)民更趨向于在這些地區(qū)增加投入，從而導(dǎo)致土壤生產(chǎn)性能的增加。

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A STUDY ON THE VARIATIONS OF SOIL PHYSICO-CHEMICAL PROPERTIES AND IT’S ENVIRONMENTAL IMPACT FACTORS IN THE RED RIVER WATERSHED

BAI Zhi-wei1，F(xiàn)ENG De-tai2，DING Jian-hong1，DUAN Xing-wu2

(1.YunnanInstituteofWaterResourcesandHydropowerResearch，Kunming650032，Yunnan，China；2.AsianInternationalRiversCenter，YunnanUniversity/YunnanKeyLaboratoryofInternationalRiversandTransboundaryEco-security，Kunming650091，Yunnan，China)

Based on the collection of soil database of the second national soil survey of China，the main types of soils in the red river watershed was field survey again and soil physico-chemical properties were tested，the purpose were to analyze the variations of soil physico-chemical properties and soil productivity and environmental impact factors of those variation in the red river watershed.The results showed that since the second national soil survey of China，soil organic matter content in the surface soil was decreased by 14.67%，that was for available nitrogen content，however，soil available phosphorus content and available potassium content were increased by 165.45% and 66.53% respectively in the study areas.Meanwhile，the current soil productivity index was averagely 102.73%higher than that of the second national survey.CCA analysis showed that soil erosion can lead to the decreasing of soil organic matter content and soil productivity to some extent，but it wasn't the key factor impact on change of soil productivity.In all natural environmental factors，precipitation was the most important factor for the change of soil productivity，followed by air temperature and slope gradient.

Red river watershed；soil physico-chemical properties；soil erosion；soil productivity；artificially applying fertilizer

2015-07-06；

2015-08-09．

*通信作者：段興武(1981-)，男，云南省玉溪市人，副研究員，博士，主要從事土壤侵蝕與水土保持研究.

S153.6

A

1001-7852(2015)04-0063-08