西南巖溶區(qū)土壤養(yǎng)分保持能力和土壤退化研究.pdf

1、巖溶生態(tài)系統(tǒng)是一種脆弱的生態(tài)系統(tǒng)，具有環(huán)境因子的利弊兼容性、生境的多樣性和嚴(yán)酷性、水分虧缺的異質(zhì)性和派生性、環(huán)境的脆弱性和改造的艱難性。因此巖溶區(qū)土壤退化和土壤的養(yǎng)分保持能力研究是一項(xiàng)非常重要和有意義的工作。 本文系統(tǒng)分析了巖溶區(qū)不同石漠化程度下土壤的指紋電荷特征，及其所表征的土壤養(yǎng)分保持能力和土壤退化程度；選擇三個(gè)巖溶區(qū)域進(jìn)行對(duì)比，探討巖溶區(qū)土壤在自然生態(tài)恢復(fù)、人為生態(tài)重建、人類無規(guī)劃利用等方式下的養(yǎng)分保持能力，得出人為生態(tài)重

2、建能有效恢復(fù)巖溶區(qū)土壤的養(yǎng)分保持能力；同時(shí)通過對(duì)人為生態(tài)重建區(qū)一年前后的土壤進(jìn)行分析，提出運(yùn)用土壤指紋電荷方法對(duì)某一研究區(qū)域的土壤養(yǎng)分保持能力進(jìn)行研究，制作圖譜，后期研究則只需取少量土壤測(cè)定pH值后查詢前期土壤指紋電荷圖譜即可得出某時(shí)段內(nèi)土壤養(yǎng)分保持能力的變化趨勢(shì)；最后對(duì)南平鎮(zhèn)石慶村西南坡退耕樟樹林坡地不同坡位處土壤的營(yíng)養(yǎng)元素進(jìn)行分析，進(jìn)一步驗(yàn)證了巖溶區(qū)坡地土壤流失的雙重性，即不僅存在地表流失，而且還有地下漏失。 土壤pH值是土

3、壤重要的基本性質(zhì)之一，對(duì)土壤的理化性質(zhì)、微生物活動(dòng)以及植物生長(zhǎng)發(fā)育都有很大的影響，因此在一定區(qū)域，根據(jù)土壤pH值的變異可以評(píng)估土壤的養(yǎng)分保持能力。土壤指紋電荷特征是通過土壤pH值獲得的一系列特征值，由于任何區(qū)域、類型土壤所含可變電荷特征都不一樣，如同人類指紋般具有唯一的特征性，因而被稱為指紋電荷。它能表征巖溶區(qū)土壤退化中的養(yǎng)分保持能力，且與非巖溶區(qū)土壤對(duì)比，土壤指紋電荷特征對(duì)巖溶區(qū)土壤的養(yǎng)分保持能力和土壤退化能力有更明顯的指示作用。

4、 通過對(duì)縉云山非巖溶區(qū)與南平巖溶區(qū)旱地、撂荒地的土壤指紋電荷特征進(jìn)行對(duì)比分析，得出無論是旱地還是撂荒草地，非巖溶區(qū)土壤實(shí)際pH值所對(duì)應(yīng)的指紋電荷都處于中等水平，這說明在非巖溶區(qū)，旱地由于一定量的施肥使土壤養(yǎng)分保持能力處于中等水平，撂荒草地由于少有人類活動(dòng)干擾，土壤養(yǎng)分保持能力也處于中等水平。但巖溶區(qū)撂荒草地土壤B層實(shí)測(cè)pH值所對(duì)應(yīng)的指紋電荷處于低值，表明巖溶區(qū)土壤退化后恢復(fù)較慢，指紋電荷特征更能表征巖溶區(qū)土壤的養(yǎng)分保持能力。

5、 巖溶區(qū)土壤剖面中，堿性界面處與遠(yuǎn)離基巖處土壤pH值變異較大，因此，巖溶區(qū)土壤樣品的采集不同于非巖溶區(qū)土壤樣品的常規(guī)采集，應(yīng)具有巖溶的特殊性： 本研究在巖溶區(qū)這一特定地域，通過對(duì)堿性界面處與遠(yuǎn)離基巖處土壤pH值進(jìn)行變異分析，發(fā)現(xiàn)在同一土壤剖面中，土壤pH值變異系數(shù)竟然>2％，由此可見巖溶區(qū)堿性基巖對(duì)界面附近土壤pH值的影響較大。尤其在堿性基巖面上20cm范圍內(nèi)，土壤pH值變化最大，如在退耕樟樹林土壤地質(zhì)剖面中，堿性基巖面上20c

6、m范圍內(nèi)土壤pH值比20cm范圍外土壤高出0．14個(gè)pH值單位，比土壤表層土壤高出0．24個(gè)pH值單位。在馬尾松土壤地質(zhì)剖面中，基巖表面20cm范圍內(nèi)土壤pH值與土壤表層pH值的差值更大，達(dá)到0．5個(gè)pH值單位，變異系數(shù)為5．11％。金銀花種植地土壤地質(zhì)剖面中，堿性基巖表明20cm范圍內(nèi)土壤pH值為7．15，基巖表面20cm～40cm土壤的pH值為7．05，差值為0．1個(gè)pH值單位。因此，在對(duì)巖溶區(qū)域范圍內(nèi)土壤的環(huán)境質(zhì)量、肥力質(zhì)量、健康

7、質(zhì)量進(jìn)行整體性、綜合性分析和評(píng)價(jià)時(shí)，其土壤樣品的采集應(yīng)避免堿性基巖界面對(duì)土壤理化等一系列性質(zhì)的影響。而在對(duì)巖溶區(qū)小范圍內(nèi)土壤的異質(zhì)性進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)時(shí)，要注意基巖、巖石裂隙對(duì)土壤發(fā)生、發(fā)育的影響。 在研究方法上，根據(jù)巖溶區(qū)土壤pH值特征，對(duì)土壤指紋電荷的測(cè)定進(jìn)行了參數(shù)修正，將pH值梯度范圍修正為（8．0、7．2、6．4、5．6、4．8、4．0），使之更適合巖溶區(qū)土壤特征： 土壤pH值與土壤發(fā)生密切相關(guān)，巖溶區(qū)發(fā)育于堿性母巖

8、上的土壤，由于Ca2+的大量存在常使土壤呈堿性反應(yīng)，一般石灰土的pH值為中性到微堿性，如安徽省石灰?guī)r風(fēng)化物發(fā)育土壤的pH值在6．15～8．06之間，重慶北碚雞公山石灰土的pH值在5．98～8．00之間，重慶巫山地區(qū)石灰土pH值在5．68～8．51之間，重慶黔江地區(qū)石灰土pH值在5．18～7．69之間，廣東陽山黑色石灰土pH值在7．00～8．06之間，重慶金佛山巖溶石灰土pH值在4．25～6．95之間。因此，在對(duì)研究區(qū)巖溶土壤樣品進(jìn)行分析

9、時(shí)，對(duì)pH值的上限做了擴(kuò)展，pH值設(shè)定區(qū)域?yàn)?．0～8．0，具體的梯度值分別為（8．0、7．2、6．4、5．6、4．8、4．0）。 得出不同石漠化程度下土壤指紋電荷特征：把金佛山土壤樣品根據(jù)分析劃分為無石漠化階段、輕度石漠化階段、中度石漠化、強(qiáng)度石漠化階段，并對(duì)不同石漠化程度下土壤樣品進(jìn)行土壤指紋電荷特征和土壤有機(jī)質(zhì)及其組分關(guān)系分析，得出在不同石漠化程度下，土壤指紋電荷有明顯變化，且呈銜接式——階梯狀發(fā)展，即：在無石漠化的山頂，

10、土壤A、B層土壤保持養(yǎng)分能力最強(qiáng)的pH值范圍與土壤實(shí)測(cè)pH值較為吻合；輕度石漠化條件下，土壤B層養(yǎng)分保持能力與無石漠化的土壤A層較為一致，土壤A層養(yǎng)分保持能力受到明顯擾動(dòng)；中、強(qiáng)度石漠化條件下，土壤A、B保持養(yǎng)分能力的相對(duì)平衡點(diǎn)的pH值明顯偏酸，這在A層表現(xiàn)尤為明顯，主要是人為施肥的結(jié)果。土壤有機(jī)質(zhì)對(duì)土壤指紋電荷即土壤保持能力有重要作用，其中富里酸的正相關(guān)作用較大，而胡敏酸的負(fù)相關(guān)作用較大。 通過區(qū)域?qū)Ρ确治?，得出三種生態(tài)恢復(fù)與

11、重建模式下土壤的養(yǎng)分保持能力，并通過土壤指紋電荷特征予以驗(yàn)證：選擇重慶北碚雞公山槽上，重慶南川區(qū)南平鎮(zhèn)，重慶南川區(qū)東勝鎮(zhèn)分別作為三種生態(tài)恢復(fù)與重建模式（自然生態(tài)恢復(fù)、人為生態(tài)重建、人類無規(guī)劃利用區(qū)）的研究區(qū)作對(duì)比分析，從土壤結(jié)構(gòu)退化、土壤水分退化、土壤微生物退化、土壤養(yǎng)分退化四個(gè)方面得出雞公山自然生態(tài)恢復(fù)區(qū)基本無退化；南平鎮(zhèn)人為生態(tài)恢復(fù)區(qū)主要處于輕度退化階段；而東勝鎮(zhèn)人類無規(guī)劃利用區(qū)則處于退化中度階段。這與基于土壤指紋電荷特征得到的三區(qū)

12、域土壤退化趨勢(shì)是相一致的。 通過時(shí)間對(duì)比分析，得出不同土壤利用方式下土壤養(yǎng)分保持能力和土壤退化的變化趨勢(shì)，提出運(yùn)用土壤指紋電荷方法對(duì)某一研究區(qū)域的土壤養(yǎng)分保持能力進(jìn)行研究，可以減少研究區(qū)土壤的破壞程度，只要前期充分展開相關(guān)指紋電荷工作研究，制作圖譜，后期研究則只需取少量土壤測(cè)定土壤pH值后查詢前期土壤指紋電荷圖譜即可得出某時(shí)段內(nèi)土壤養(yǎng)分保持能力的變化趨勢(shì),通過對(duì)重慶南平鎮(zhèn)石慶村人為生態(tài)恢復(fù)區(qū)不同土壤利用方式下前后一年土壤樣品的分

13、析，得出退耕后撂荒草地土壤的各項(xiàng)養(yǎng)分保持指標(biāo)含量增長(zhǎng)最快，對(duì)恢復(fù)土壤退化程度最為有利，其次是杉樹林和樟樹林；而從人為生態(tài)恢復(fù)的各種利用方式來看，花椒林土壤的養(yǎng)分保持能力最好，土壤退化恢復(fù)的程度最快，其次是金銀花和桃林。結(jié)合巖溶區(qū)的環(huán)境效益、生態(tài)效益和社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，巖溶貧困山區(qū)栽種花椒、金銀花的措施，能夠在短時(shí)期內(nèi)有效改善土壤養(yǎng)分保持能力，有利于土壤的穩(wěn)定培肥，同時(shí)有效改善石漠化狀況，阻止水土流失。 通過對(duì)南平鎮(zhèn)石慶村西南坡退耕樟

14、樹林坡地采樣分析，以坡地土壤中營(yíng)養(yǎng)元素為媒介，對(duì)巖溶區(qū)坡體的地表流失和地下漏失有了更深一步的了解：從Ca、Mg、Cu、Zn、Mn、Mo、si、Fe八個(gè)營(yíng)養(yǎng)元素在巖溶區(qū)坡體中的含量分析得出，從坡頂?shù)狡碌锥加胁煌潭鹊牧魇н^程，然而在坡底卻沒有明顯的堆積過程，這說明巖溶區(qū)坡體中由于地上和地下的雙層結(jié)構(gòu)，使坡體土壤的流失形式異于其他紅黃壤區(qū)，不僅存在著地表土壤流失，還有地下巖溶裂縫、落水洞的土壤漏失，其中Cu、Mn、Zn、Mg、Mo五個(gè)營(yíng)養(yǎng)元