何秀++文小琴++舒英格++何騰兵

摘要：以貴州省晴隆縣喀斯特石漠化生態(tài)系統(tǒng)不同土地利用方式土壤為研究對(duì)象，采用空間代替時(shí)間的方法，以林地（封育）條件下石漠化生境土壤為對(duì)照，對(duì)比分析灌叢草地、草地和耕地3種土地利用方式對(duì)土壤物理、化學(xué)性狀的影響。結(jié)果表明：喀斯特石漠化區(qū)不同土地利用方式下土壤物理、化學(xué)性狀差異明顯。不同土地利用方式下土壤物理性黏粒含量表現(xiàn)為林地>耕地>灌叢草地>草地，草地土壤有機(jī)質(zhì)含量（143.36 g/kg）、全氮含量（7.82 g/kg）和堿解氮含量（362.77 mg/kg）明顯高于其他土地利用方式。耕地土壤有機(jī)質(zhì)含量（56.22 g/kg）、全氮含量（3.10 g/kg）、堿解氮含量（125.22 mg/kg）明顯低于其他土地利用方式。林地土壤速效鉀含量最高，為192.15 mg/kg，耕地最低，為 112.55 mg/kg，耕地土壤緩效鉀含量最高，為277.25 mg/kg；除土壤物理性黏粒、細(xì)粉粒和pH值呈弱-中等變異外，其他指標(biāo)均呈中等變異；土壤物理性黏粒、有機(jī)質(zhì)、堿解氮和速效磷的相關(guān)強(qiáng)度較大，在改善土壤物理性質(zhì)和促進(jìn)養(yǎng)分循環(huán)中起著重要作用，是土壤質(zhì)量的關(guān)鍵因子；以林地（封育）為對(duì)照，草地、灌叢草地和耕地的土壤退化指數(shù)（soil degradation index，簡(jiǎn)稱(chēng)SDI）分別為 -1.18%、128.80%、-153.59%，耕地土壤退化指數(shù)最低，退化程度最高。研究表明，土地利用變化對(duì)喀斯特石漠化區(qū)土壤物理和化學(xué)性狀差異明顯，相對(duì)林地而言，在提高和維護(hù)土壤質(zhì)量性狀方面，草地和灌叢草地具有較好的效果，草地土壤質(zhì)量相對(duì)提高，耕地則相對(duì)較差，土壤質(zhì)量發(fā)生了嚴(yán)重的退化。

關(guān)鍵詞：喀斯特石漠化區(qū)；土地利用方式；土壤性狀；土壤退化指數(shù)（SDI）

中圖分類(lèi)號(hào)： X171.4文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號(hào)：1002-1302（2017）09-0234-05

在喀斯特地區(qū)，由于地表破碎，成土過(guò)程緩慢，生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性差，石漠化的形成受很多因素的影響，土地利用變化（強(qiáng)度）直接影響喀斯特石漠化程度的大小[1-2]。合理的土地利用方式可以改善土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)和有機(jī)質(zhì)土壤抵抗外界干擾的能力，提高土壤質(zhì)量[3-4]。而土地利用強(qiáng)度越大，對(duì)土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)、表層沙化、保水能力、有機(jī)質(zhì)、次生植被、種子庫(kù)等有明顯影響，不僅造成地表植被覆蓋度低，土壤細(xì)顆粒流失、減少，粗顆粒富集、巖石裸露，而且不合理的土地利用方式還會(huì)導(dǎo)致土壤侵蝕加劇，土壤質(zhì)量下降和退化，進(jìn)而導(dǎo)致石漠化[3-4]。目前從土地利用、高程和喀斯特環(huán)境方面的研究認(rèn)為，高原峽谷環(huán)境石漠化發(fā)生率最高，貴州省望謨縣、晴隆縣等地是土壤侵蝕發(fā)生主要地區(qū)且較為嚴(yán)重，林地、耕地和草地是土壤侵蝕較為嚴(yán)重的區(qū)域，尤其是草灌草叢地易退化成裸地，極可能發(fā)生石漠化[5-7]。

西南喀斯特石漠化地區(qū)正由于脆弱的生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)遭受長(zhǎng)期破壞，普遍存在大量的陡坡開(kāi)荒和耕種等一些不合理的土地利用方式[8-9]。在人地矛盾日益突出的情況下，采取合理的土地利用方式是改善、恢復(fù)和重建該區(qū)土壤生境和生態(tài)功能的重要舉措。本研究以貴州省晴隆縣典型喀斯特石漠化高原峽谷地區(qū)為例，分析不同土地利用方式對(duì)土壤質(zhì)量性狀的影響，采用土壤退化指數(shù)定量分析土壤退化程度，為喀斯特石漠化生態(tài)脆弱區(qū)的土地利用、生態(tài)恢復(fù)和科學(xué)管理提供借鑒資料。

1材料與方法

1.1研究區(qū)自然概況

晴隆縣屬高原峽谷區(qū)，是典型的喀斯特地形地貌，地理坐標(biāo)介于25°33′～26°11′N(xiāo)、105°01′～105°25′E之間，海拔為543～2 025 m，是貴州巖溶發(fā)育強(qiáng)烈、石漠化類(lèi)型復(fù)雜及面積分布較大的地域之一。全縣面積為1 331.1 km2，石漠化面積496 km2，占全縣總面積的37.26%，巖溶面積817 km2，占土地總面積的61.38%。該縣屬高原亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，年降水量在1 500～1 700 mm之間，多集中在5～9月，約占全年降水量的75%；冬春水量較少，尤其是境內(nèi)海拔較低的地方，氣候干燥，水量稀少。由于歷史、地理等原因，晴隆農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)十分薄弱，經(jīng)濟(jì)發(fā)展較為滯后[10]。

1.2研究方法

1.2.1研究樣地設(shè)置

研究樣地位于貴州省晴隆縣蓮城鎮(zhèn)和光照鎮(zhèn)2個(gè)典型的喀斯特石漠化范圍內(nèi)，蓮城鎮(zhèn)和光照鎮(zhèn)無(wú)石漠化面積分別為16.59、33.27 km2，石漠化面積分別為56.60、129.98 km2[11]。采用空間代替時(shí)間的研究方法，以林地（封育）條件下石漠化生境土壤為對(duì)照，選取石漠化生境3種不同土地利用方式的灌叢草地、草地和耕地土壤為研究對(duì)象，樣地類(lèi)型除土地利用方式不同外，其他因子大都一致，土壤母質(zhì)均為石灰?guī)r（表1）。

1.2.2土壤樣品采集

在研究區(qū)詳細(xì)踏查的基礎(chǔ)上，依據(jù)不同土地利用方式下石漠化區(qū)樣地類(lèi)型上選定并設(shè)立具有代表性區(qū)域面積為20 m×20 m樣地1個(gè)，共選取21個(gè)土壤定點(diǎn)取樣樣地，其中2016年2月選取16個(gè)樣地，4月選取在2月的基礎(chǔ)上增加了5個(gè)樣地。在樣地中心按蛇形方式選5個(gè)采樣點(diǎn)，各點(diǎn)間距3 m左右，采集0～15 cm混合土壤，裝袋運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室。

1.2.3土壤樣品處理與分析方法

對(duì)土壤樣品進(jìn)行風(fēng)干、碾磨和過(guò)篩后，儲(chǔ)存在玻璃瓶中，于2016年5月到7月期間完成樣品測(cè)定。土壤機(jī)械組成采用比重法測(cè)定；土壤pH值采用電位法測(cè)定；土壤有機(jī)質(zhì)含量采用重鉻酸鉀外加熱法測(cè)定；土壤全氮含量采用凱氏定氮法測(cè)定；土壤堿解氮含量采用堿解擴(kuò)散法測(cè)定；土壤全磷含量采用硫酸-高氯酸法測(cè)定；土壤有效磷含量采用碳酸氫鈉浸提鉬藍(lán)比色法測(cè)定；土壤速效鉀含量采用中性乙酸銨浸提火焰光度法測(cè)定；土壤緩效鉀含量采用熱硝酸浸提火焰光度法測(cè)定，分析方法詳見(jiàn)《土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法》[12]。采用SPSS 20.0軟件進(jìn)行方差分析、t檢驗(yàn)、多重比較（Duncans檢驗(yàn)）、相關(guān)性分析。

2結(jié)果與分析

2.1不同土地利用方式下的土壤物理性質(zhì)

2.1.1土壤顆粒組成

由表2可知，在不同土地利用方式下，晴隆縣石漠化區(qū)域由石灰?guī)r發(fā)育形成的土壤較黏重，林地、灌叢草地、草地和耕地的土壤物理性黏粒分別為 61.42%、54.25%、54.04%、56.18%，除林地為輕黏土外，其他質(zhì)地均為重壤土。

變異系數(shù)（coefficient of variation，簡(jiǎn)稱(chēng)CV）是土壤性質(zhì)的內(nèi)在反映，它的大小表示土壤特性空間變異性的大小，對(duì)抵抗外界條件變化具有很強(qiáng)的敏感性，CV≤10%為弱變異，10%

土壤石漠化的核心是土壤顆粒粗化，喀斯特環(huán)境中土壤顆粒組成主要受母質(zhì)影響[4]。本研究區(qū)域?qū)俑咴瓉啛釒Ъ撅L(fēng)氣候，石灰?guī)r為海相沉積巖，在風(fēng)化過(guò)程中，化學(xué)風(fēng)化和生物風(fēng)化作用很強(qiáng)烈且迅速，故研究區(qū)內(nèi)土壤質(zhì)地為重壤土，與何騰兵等研究石灰?guī)r發(fā)育形成的土壤質(zhì)地為重壤土-輕黏土，認(rèn)為土壤顆粒組成的差異性主要受母巖（質(zhì)）的影響結(jié)果[15]相一致。不同的土地利用方式和植被覆蓋變化對(duì)土壤顆粒組成也有較大的作用，如長(zhǎng)期的超墾、耕作和土壤侵蝕作用也會(huì)對(duì)表層土壤的顆粒組成產(chǎn)生影響[1，3]，由不同土地利用類(lèi)型的石灰?guī)r發(fā)育形成的土壤沙粒（粗沙及中沙粒+細(xì)沙[CM（25]粒）和粉粒（中粉粒+細(xì)粉粒）含量均偏低，含量分別在 12.22%～20.17%和59.15%～62.70%，黏粒含量偏低，在20.68%～25.09%之間。其中，林地土壤粉粒和黏粒含量最高，沙粒含量最低，而草地土壤沙粒含量最高，黏粒含量最低。與林地（封育）條件下相比，灌叢草地、草地和耕地土壤沙粒含量增加，粉粒和黏粒含量減少，即土壤中石英含量相對(duì)增加，土壤受到輕微侵蝕，而林地土壤受到高大喬木和草本植物的葉片、根系枯枝落葉覆蓋在地表的保護(hù)，減少了水土流失，降低了土壤侵蝕。壤質(zhì)土具有沙土和黏土的優(yōu)點(diǎn)，是較為理想的耕作土，灌叢草地、草地和耕地均為壤質(zhì)土，但草地和灌叢草地相對(duì)耕地具有更高的抗侵蝕能力，故其土壤顆粒組成更加趨近于土地合理利用條件。

2.2不同土地利用方式下土壤化學(xué)性質(zhì)狀況

2.2.1土壤有機(jī)質(zhì)、pH值

由表3可見(jiàn)，不同土地利用方式下石漠化區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量由高到低為草地>灌叢草地>林地>耕地，CV為20.03%～56.22%，屬中等變異。草地土壤有機(jī)質(zhì)含量最高，為143.36 g/kg；耕地土壤有機(jī)質(zhì)含量最低，為56.22 g/kg，草地和耕地之間有機(jī)質(zhì)含量相差2倍多，導(dǎo)致這種情況的原因有二，一是草地受人為干擾程度較小，土壤的植被明顯高于耕地，有機(jī)物來(lái)源較廣且較容易累積；二是耕地受人為干擾程度大，裸露的土壤中有機(jī)質(zhì)易受雨水的沖刷而隨細(xì)粒物流失。草地與耕地之間土壤有機(jī)質(zhì)有顯著差異，草地與林地、灌叢草地?zé)o顯著差異，表明在喀斯特石漠化區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)在不同土地利用方式下差異明顯，這與李陽(yáng)兵等的研究結(jié)果[3，9，16]一致。

由表3可知，在不同土地利用方式下土壤pH值差異不顯著，土壤pH值CV為5.22%～12.06%，屬弱-中等變異；草地土壤pH值含量最高，為7.19，林地土壤pH值含量最低，為6.70。研究區(qū)土壤pH值接近且偏高，這是由于石灰?guī)r風(fēng)化殘留的黏土礦物質(zhì)地較細(xì)，風(fēng)化成土停留在脫鈣階段，且發(fā)育的土壤富含CaCO3，延緩了土壤的鹽基淋失和酸化進(jìn)程，pH值較高[5]。

2.2.2土壤氮素

由表3可知，[HJ1.53mm]草地與耕地之間土壤全氮和堿解氮都有顯著差異，但草地與林地、灌叢草地?zé)o顯著差異。草地的全氮和堿解氮含量最高，分別為7.82 g/kg、362.77 mg/kg；其次是林地和灌叢草地，全氮含量分別為 5.45、5.10 g/kg，堿解氮含量分別為242.92、235.18 mg/kg；耕地土壤全氮和堿解氮含量最低，分別為3.10 g/kg、125.22 mg/kg。幾種土地利用方式下石漠化區(qū)土壤全氮和堿解氮的CV為23.55%～72.11%，均屬中等變異。

2.2.3土壤磷素

由表3可知，在不同土地利用方式下土壤全磷和速效磷變化不明顯，沒(méi)有達(dá)到顯著水平，表明石漠化生境土壤受土地利用類(lèi)型的影響較小。研究區(qū)土壤全磷和速效磷含量變化不大，林地、灌叢草地、草地和耕地土壤全磷含量分別為1.38、1.22、1.28、0.99 g/kg，土壤速效磷含量分別為4.20、4.25、3.89、3.91 mg/kg。幾種土地利用方式下石漠化區(qū)土壤全磷和速效磷的CV為17.19%～61.02%，均屬中等變異，且變幅范圍較大。

2.2.4土壤鉀素

由表3可知，不同土地利用方式下石漠化區(qū)土壤速效鉀含量由高到低為林地>灌叢草地>草地>耕地，緩效鉀含量由高到低為耕地>灌叢草地>林地>草地。土壤速效鉀和緩效鉀CV在37.63%～83.61%，屬中等變異。不同土地利用方式下土壤速效鉀和緩效鉀沒(méi)有達(dá)到顯著水平，表明土壤速效鉀和緩效鉀在喀斯特石漠化區(qū)不同土地利用方式下差異不明顯。

2.3石漠化生境土壤物理和化學(xué)性質(zhì)相關(guān)分析

由表4可知，石漠化區(qū)不同土地利用方式下土壤理化性質(zhì)的物理性黏粒含量、有機(jī)質(zhì)含量、堿解氮含量和速效磷含量等指標(biāo)表現(xiàn)出較大的相關(guān)強(qiáng)度。有機(jī)質(zhì)含量與全氮含量、堿解氮含量、全磷含量、速效磷含量呈極顯著正相關(guān)；全氮含量與堿解氮含量、全磷含量、速效磷含量呈極顯著正相關(guān)；堿解氮含量與全磷含量、速效磷含量呈極顯著正相關(guān)；全磷含量和速效磷含量呈極顯著正相關(guān)；pH值與緩效鉀含量呈顯著負(fù)相關(guān)；物理性黏粒含量與細(xì)沙粒含量、粗粉粒含量呈極顯著負(fù)相關(guān)；物理性黏粒含量與黏粒含量呈極顯著正相關(guān)；物理性黏粒含量與粗沙含量及中沙粒含量呈顯著負(fù)相關(guān)；物理性黏粒含量與細(xì)粉粒含量呈顯著正相關(guān)；黏粒含量與細(xì)沙粒含量、粗粉粒含量、中粉粒含量呈顯著負(fù)相關(guān)；細(xì)沙粒含量與粗粉粒含量、細(xì)粉粒含量呈極顯著負(fù)相關(guān)；粗粉粒含量與中粉粒含量呈顯著負(fù)相關(guān)。由此可見(jiàn)，土壤理化性質(zhì)之間的相關(guān)性質(zhì)和強(qiáng)度的變化，反映出不同土地利用方式對(duì)石漠化生境土壤的影響特點(diǎn)。石漠化生境中土壤物理性黏粒、有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效磷在改善土壤物理性質(zhì)和促進(jìn)養(yǎng)分循環(huán)中起著重要作用，是土壤質(zhì)量的關(guān)鍵因子。

注：X1為細(xì)沙粒含量；X2為粗沙及中沙粒含量；X3為粗粉粒含量；X4為中粉粒含量；X5為細(xì)粉粒含量；X6為黏粒含量；X7為物理性黏粒含量；X8為pH值；X9為有機(jī)質(zhì)含量；X10為全氮含量；X11為堿解氮含量；X12為全磷含量；X13為速效磷含量；X14為速效鉀含量；X15為緩效鉀含量。“*”表示在0.05水平上差異顯著，“**”表示在0.01水平上差異極顯著。

2.4石漠化生境土壤理化性質(zhì)季節(jié)波動(dòng)特征

對(duì)不同時(shí)間林地（5個(gè)）、灌叢草地（4個(gè)）、草地（4個(gè)）和耕地（3個(gè)）定點(diǎn)采回的16個(gè)樣地土樣，8個(gè)土壤化學(xué)性質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行t檢驗(yàn)，結(jié)果（表5）表明：8個(gè)土壤理化性質(zhì)指標(biāo)有4個(gè)指標(biāo)存在顯著差異（P<0.05），其他4個(gè)指標(biāo)無(wú)明顯變化。在不同季節(jié)，土壤堿解氮含量、速效磷含量、速效鉀含量和緩效鉀含量有顯著差異，冬季（2月）的土壤堿解氮含量、速效磷含量和速效鉀含量顯著的大于春季（4月），而冬季的土壤緩效鉀含量小于春季。

2.5不同土地利用方式下土壤退化特征

為了定量描述不同土地利用方式對(duì)喀斯特石漠化區(qū)土壤退化程度，采用Adejuwon等提出的土壤退化指數(shù)（soil degradation index，簡(jiǎn)稱(chēng)SDI）定量分析[17]，公式：SDI=[（X1-X1′）/X1′+（X2-X2′）/X2′+…+（Xn-Xn′）/Xn′]/n×100%，式中：SDI為土壤退化指數(shù)；X1′，X2′，…，Xn′為基準(zhǔn)樣地（參照地）類(lèi)型下土壤屬性1到屬性n的值；X1，X2，…，Xn為其他土地利用類(lèi)型下土壤各屬性值；SDI<0，代表土壤退化程度低于參照值，值越小，退化越嚴(yán)重；SDI>0，則反之。本研究以林地作為基準(zhǔn)樣地類(lèi)型。選擇的土壤屬性包括土壤物理性黏粒含量、黏粒含量、細(xì)沙粒含量、細(xì)粉粒含量、有機(jī)質(zhì)含量、全氮含量、堿解氮含量、全磷含量、速效磷含量。土壤屬性沒(méi)有包括粗沙及中沙粒含量、粗粉粒含量、中粉粒含量、pH值、速效鉀含量和緩效鉀含量，是因?yàn)樗鼈冊(cè)诓煌恋乩妙?lèi)型樣地之間沒(méi)有顯著變化，且相關(guān)性也不強(qiáng)。SDI值是9個(gè)土壤指標(biāo)的綜合計(jì)算結(jié)果，可較全面反映不同土地利用方式對(duì)喀斯特石漠化區(qū)土壤退化情況。

根據(jù)上述SDI計(jì)算公式及本研究選取的9個(gè)土壤理化指標(biāo)，灌叢草地、草地和耕地的土壤退化指數(shù)分別為-1.18%、128.80%、-153.59%。與林地土壤退化指數(shù)相比，草地的土壤質(zhì)量不但沒(méi)有退化，反而提高最多，與龍健等的研究結(jié)果[9，18]存在一定差異，是由于選取的基準(zhǔn)樣地土壤質(zhì)量特征存在較大差異，土壤質(zhì)量賦值的高低直接影響土壤退化指數(shù)的定量結(jié)果，說(shuō)明土壤對(duì)照樣地的選取是制約SDI定量分析的關(guān)鍵。耕地土壤退化指數(shù)很明顯低于林地（參照地），表明石漠化耕地土壤質(zhì)量最差，土壤退化程度最為嚴(yán)重，耕作引起的土壤退化速率最快，耕地與林地的土壤質(zhì)量相對(duì)位置的確定可作為防治喀斯特石漠化區(qū)土壤質(zhì)量退化的參考。

結(jié)果表明，在喀斯特石漠化區(qū)土壤質(zhì)量存在區(qū)域差異性，這與成土過(guò)程中的微環(huán)境及植物群落構(gòu)成有關(guān)，草地植被群落的根系和枯枝落葉更有利于土壤質(zhì)量的提高，更有利于形成更為穩(wěn)定的土壤團(tuán)聚體；而灌叢草地植被群落的根系穿插較草地淺、少且窄，土壤質(zhì)量的提升速率較土壤退化速率低，所形成的有機(jī)質(zhì)、土壤團(tuán)聚體較差；耕地由于植被缺乏、土壤裸露，抗蝕能力差，土壤退化指數(shù)最低。

3結(jié)論

喀斯特石漠化區(qū)不同土地利用方式下土壤物理、化學(xué)性狀差異明顯，其中土壤物理性黏粒含量、細(xì)沙粒含量、細(xì)粉粒含量、有機(jī)質(zhì)含量、全氮含量和堿解氮含量指標(biāo)存在明顯差異；不同土地利用類(lèi)型下土壤粗沙及中沙粒含量的變異范圍較小，程度最大；細(xì)沙粒含量、中粉粒含量、粗粉粒含量和黏粒含量變異范圍和程度適中；土壤物理性黏粒含量、細(xì)粉粒含量和pH值變異程度最小。

不同土地利用方式下石漠化生境土壤物理性黏粒、有機(jī)質(zhì)、堿解氮和速效磷的相關(guān)強(qiáng)度較大，在改善土壤物理性質(zhì)和促進(jìn)養(yǎng)分循環(huán)中起著重要作用，是土壤質(zhì)量的關(guān)鍵因子。

不同土地利用方式下石漠化生境土壤的退化特征不同，以林地（封育）為對(duì)照，灌叢草地、草地和耕地土壤退化指數(shù)分別為-1.18%、128.80%、-153.59%，灌叢草地土壤退化不明顯，基本保持不變，草地土壤沒(méi)有退化，反而提高，土壤質(zhì)量最好，而耕地土壤質(zhì)量退化程度最高。

土地利用變化方式對(duì)喀斯特石漠化區(qū)土壤物理和化學(xué)質(zhì)量性狀差異明顯。相對(duì)林地而言，草地和灌叢草地2種土地利用方式在提高和維護(hù)土壤物理和化學(xué)質(zhì)量性狀方面具有較好的效果，土壤顆粒組成更加趨近于土地合理利用條件，土壤物理性狀向好的方向發(fā)展，土壤有機(jī)質(zhì)、全氮和堿解氮等含量?jī)?yōu)于或接近林地，土壤質(zhì)量相對(duì)提高或變化不大。耕地土地利用強(qiáng)度較大，表現(xiàn)出相對(duì)較差的土壤理化質(zhì)量性狀，土壤顆粒組成更接近于林地值，土壤抗侵蝕能力相對(duì)草地和灌叢草地較低，土壤化學(xué)質(zhì)量性狀劣于林地，更劣于草地，土壤質(zhì)量發(fā)生了嚴(yán)重的退化。

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