典型巖溶區板栗樹下土壤pH值與鹽基飽和度關系研究

李光超，楊 慧，張春來，曹建華，梁 毅，王 培

(1.中國地質科學院巖溶地質研究所，國土資源部/廣西壯族自治區巖溶動力學重點實驗室，廣西桂林541004;2.廣西師范大學生命科學學院，廣西 桂林541004)

巖溶生態系統中，土壤是一個非常重要的因素，是由可溶性巖石經過長期的物理、化學和生物的相互作用形成的［1］。巖溶區土壤有其特殊的理化性質，富鈣偏堿性，具有較高的陽離子交換量和鹽基飽和度等［2－3］。土壤pH值是研究土壤理化性質的一個重要參數，它對土壤反應過程有很大的影響［4－7］。張宗錦(2004年)研究了西藏酸性土壤鹽基飽和度與土壤pH值的關系，但目前對巖溶區土壤pH值與鹽基飽和度關系的研究比較少。板栗之鄉廣西隆安種植了大量的板栗樹［8］，且大部分板栗樹種植在巖溶區，結果出現了巖溶區板栗樹下土壤pH值變低的現象。為了研究與探討板栗樹下土壤pH值變化的機理，我們進行了大量的試驗研究，通過對巖溶區板栗樹下土壤剖面pH值的測定以及與鹽基飽和度關系的研究，來了解巖溶區中板栗樹影響土壤pH值的過程，為研究巖溶區板栗樹下土壤理化性質提供理論基礎，同時為巖溶區通過種植某些植物改良土壤性質提供科學依據。

1 研究區概況

研究區在桂西南巖溶區的隆安縣，隆安縣位于22°51'—23°21'N和107°21'—108°08'E 之間，地形為東北、西南部高，中部和東南部較低，全縣地貌以丘陵為主，洼地、谷地次之。年均氣溫21.7℃，年均降水量1282.7 mm，年均日照時數1596 h，太陽輻射總量423 kJ/(cm2·a)。

隆安縣巖溶廣布，地層出露較齊全，從古生代寒武系、泥盆系至中生界三疊系、新生代第三系和第四系均有出露，其中以石炭系、泥盆系分布最廣。各地層巖性類型為頁巖、砂巖夾泥巖、石灰巖、白云巖、粉砂泥巖、粉砂頁巖、砂泥巖夾煤層、第四紀紅土、硅質巖［9］。各地層的上覆土壤呈酸性至微堿性，以酸性至中性土壤居多，并且土壤貧瘠，土層厚度最大約2 m，一般為0.5 m［9］。巖石中元素變異系數較大，土壤元素分布相對集中;土壤中元素含量與其母巖之間多數相關性不顯著;多數元素在成土過程中富集［10］。

隆安縣是廣西板栗主產區，全縣現有板栗園10300 hm2，年產板栗最高可達10800 t［11］。研究區采樣點在離隆安縣城約5 km的古潭鄉九甲村六隊，土壤為棕色石灰土，巖性以石灰巖為主，植被為2000年以來種植的板栗樹，有2年生、5年生、10年生的。另外選取洼地草地和坡地灌木叢兩種土地利用類型與之對比。

2 研究內容與方法

土壤樣品分別在2010年11月(旱季)和2011年7月(雨季)各采集1次。選取洼地草地、坡地灌木叢地與洼地板栗樹下的土壤相比較。洼地草地與洼地板栗樹下為受人為活動影響的土地類型，坡地灌木叢地為沒有受到人為影響的土地類型。

分別在洼地2年生、5年生、10年生板栗樹下和洼地草地、坡地灌木叢5個土壤采集點各挖1個1 m深的剖面，每10 cm取一個樣品，每個剖面共取10個樣品。整個試驗過程，旱季取50個樣品，雨季取50個樣品。

在陰涼通風的室內將土樣自然風干，除去碎石、植物殘留物等非土壤成分，然后對土壤樣品進行預處理，程序為:過10目塑料篩，細磨，過100目篩，用四分法把樣品充分混勻，封裝備用［12］。

測定每個層面的土壤pH值，用水土比2.5∶1的pH計電位法測定［13］。

土壤陽離子交換量(CEC)的測定采用氯化銨－乙酸銨交換法。交換性鹽基成分的測定:交換性Ca2+和Mg2+用乙酸銨交換－原子吸收分光光度法，交換性Na+和K+用乙酸銨交換－火焰光度法。土壤鹽基飽和度的計算公式為［13］

數據處理及分析用SPSS17.0和Excel2003軟件完成，作圖軟件使用Origin8.0和Excel2003。

3 結果分析與討論

3.1 板栗樹下的土壤pH值

3.1.1 旱季板栗樹下的土壤pH值

旱季板栗樹下土壤pH值的變化見圖1。無論是哪個生長年齡的板栗樹，洼地板栗樹下的土壤均比洼地草地和坡地灌木叢下的土壤pH值低。巖溶生態系統中的土壤是受巖溶環境制約的土壤，有其特殊的理化性質，土壤pH值偏堿性［2］。從圖1可以看出，洼地草地和坡地灌木叢的土壤pH值仍大于7，呈弱堿性，但是所有板栗樹下的土壤pH值均小于7，呈弱酸性。坡地灌木叢、洼地草地、洼地2年生板栗樹3種類型的土壤pH值比較，坡地灌木叢和洼地草地在剖面上的土壤pH值平均值分別要比洼地2年生板栗樹下的約高出1.25和0.75個單位值。在相同的背景條件下板栗樹下的土壤pH值要比其他植被下的土壤pH值偏低，這可能是板栗樹對土壤的影響。

圖1 旱季坡地灌木叢、洼地草地、洼地板栗樹土壤pH值

不同生長年齡的板栗樹土壤pH值相比，隨著板栗樹齡的增大，土壤pH值有逐漸降低的趨勢。總體來看，板栗樹下的土壤pH值依次為10年生＜5年生＜2年生，2年生板栗樹下的土壤pH值平均值約比10年生的高出0.5個單位值。隨著板栗樹齡的增長，板栗樹下的土壤pH值降低，進一步說明土壤pH值的變化是受到了板栗樹的影響。

3.1.2 雨季板栗樹下的土壤pH值

總體來看，雨季不同地類土壤pH值的變化與旱季基本一樣，洼地草地、坡地灌木叢均大于洼地板栗樹(見圖2)。洼地2年生板栗樹下的土壤pH值平均值比坡地灌木叢約小1.0個單位值，比洼地草地約小0.5個單位值。

由圖2可看出，雨季洼地不同生長年齡板栗樹下的土壤pH值變化與旱季相比稍有不同。在雨季時，5年生板栗樹與10年生板栗樹下的土壤pH值變化范圍大致在6.25～6.50之間。這是因為板栗樹在雨季生長比較旺盛，根系分泌物比較多，5年生板栗樹已成年，根的分泌物也比較充足，在雨季對土壤的影響不比10年生板栗樹差。在剖面50 cm深度以下，10年生板栗樹比5年生板栗樹土壤pH值略大，這可能是因為板栗樹的生長必須有一個合適的土壤pH值［14－15］，板栗樹不會使土壤pH值過低。總體來看，按剖面上的土壤pH值大小排序為:5年生板栗樹≈10年生板栗樹＜2年生板栗樹。

圖2 雨季坡地灌木叢、洼地草地、洼地板栗樹土壤pH值

3.2 鹽基飽和度以及與土壤pH值的關系

土壤酸化始于土壤溶液中H+進入膠體，使其交換性鹽基發生置換性淋溶而逐步減少［16－18］。土壤膠體由鹽基飽和向不飽和轉變，土壤酸性則由于其膠體表面H+的積累而逐漸加強［18－20］。因此，土壤酸化是土壤交換性鹽基淋溶(脫鹽基)作用的結果，鹽基飽和度的降低是酸化進程的一個重要標志，并導致土壤 pH值的相應降低［16－21］。

表1為土壤樣品的測定結果。從表1可看出，土壤交換性鹽基中Ca2+的飽和度遠遠高于其他3種離子。

利用Excel進行統計分析，以pH值為縱坐標、鹽基飽和度為橫坐標作散點圖，見圖3。從圖3可以看出，在一定pH值范圍內，隨pH值的增大，鹽基飽和度有增加的趨勢。對板栗樹下土壤pH值與鹽基飽和度作相關性分析及顯著性檢驗，得出:y=1.9995x+5.4664(R2=0.451，r=0.670，n=18，p=0.001＜0.01)，說明土壤pH值與鹽基飽和度有極其顯著的正相關性。這與范宇［16］、毛紅安［18］、Klose［22］等人的研究結果非常一致。

對板栗樹下土壤pH值與交換性鹽基離子作相關性分析及顯著性檢驗，結果見圖4—7。顯著性檢驗結果表明:土壤pH值與交換性鹽基離子中交換性Ca2+有極顯著正相關性(p=0.002＜0.01)，與交換性 Mg2+(p=0.243 ＞0.05)、交換性 Na+(p=0.146 ＞0.05)、交換性 K+(p=0.205 ＞0.05)相關性不明顯。

土壤鹽基飽和度雖然與 Ca2+、Mg2+、Na+、K+的含量都呈正相關，但其變化主要歸因于Ca2+飽和度的變化，在較小程度上也與Mg2+飽和度的變化有關，而受Na+、K+飽和度變化的影響很小。反言之，板栗樹下土壤中各交換性鹽基離子飽和度對BS和pH值變化的貢獻，以Ca2+最大，Mg2+次之，Na+、K+一般很小。這與范宇［16］的研究結果一致。

表1 土樣分析結果

圖7 土壤pH值與交換性K+的相關性

4 結論

(1)通過試驗可以看出，洼地草地和坡地灌木叢的土壤偏堿性，而板栗樹下土壤呈弱酸性。總體來看各樣地按pH值大小排序為:洼地10年生板栗樹＜洼地5年生板栗樹＜洼地2年生板栗樹＜洼地草地＜坡地灌木叢。草地和灌木叢的土壤pH值與板栗樹下土壤pH值的對比，表明了土地因種植板栗樹而使土壤pH值變低。隨著板栗樹年齡的增大，土壤pH值逐漸變低，進一步證明了板栗樹的種植改變了土壤的pH值。

(2)無論是旱季還是雨季，板栗樹在生長到一定的年齡后其土壤的pH值基本穩定在6.25～6.75之間，不會再發生更大的變化。種植板栗樹雖然可以使土壤pH值變低，但是不會讓土壤pH值變得過低，在6.25左右達到自己的適生條件，特別是在土壤深度50 cm以下更為明顯。

(3)各樣地按土壤鹽基飽和度大小排序為:坡地灌木叢＞洼地草地＞洼地2年生板栗樹＞洼地5年生板栗樹＞洼地10年生板栗樹。土壤pH值與鹽基飽和度、交換性Ca2+呈極顯著正相關性，與交換性Mg2+、Na+、K+相關性不明顯。

［1］陳朝輝，方國祥.巖溶山區土壤形成機制與石山改造利用［J］.中國巖溶，1997，16(4):393 －396.

［2］曹建華，袁道先.受地質條件制約的中國西南巖溶生態系統［M］.北京:地質出版社，2005:21－23.

［3］曹建華，袁道先，潘根興.巖溶生態系統中的土壤［J］.地球科學進展，2003，18(1):37 －44.

［4］宋文峰，劉國順，羅定棋，等.瀘州煙區土壤pH分布特點及其與土壤養分的關系［J］.江西農業學報，2010，22(3):47－51.

［5］師剛強，趙藝，施澤明，等.土壤pH值與土壤有效養分關系探討［J］.現代農業科學，2009，16(5):93 －94.

［6］余健，俞元春，房莉，等.有機酸對森林土壤pH及鋁形態變化的影響［J］.福建林學院學報，2005，25(3):243 －246.

［7］蔣實，徐爭啟，張成江.四川省萬源市土壤pH值測定及土壤酸堿度分析［J］.安徽農業科學，2009，37(25):12105－12108.

［8］陸文豐.打造“隆安板栗”品牌的思考［J］.南寧師范高等專科學校學報，2004，21(3):17 －19.

［9］李先琨，黃玉清，蘇宗明，等.隆安縣不同地層巖石與土壤中的元素自然含量特征［J］.廣西科學，1997，4(2):112－117.

［10］李先琨，蘇宗明.桂西南不同地層土壤的元素地球化學特征［J］.廣西科學，2001，8(4):301 －307.

［11］李先琨.廣西隆安地層及其元素對板栗生產的影響［J］.植物資源與環境，1997，6(1):9 －14.

［12］南京農業大學主編.土壤農化分析［M］.第2版.農業出版社，1996:95－108.

［13］鮑士旦.土壤農化分析［M］.北京:中國農業出版社，2000:20－32.

［14］陳麗，姜惠武，張紅光.植物根系分泌物的研究進展［J］.林業勘查設計，2009(3):71－72.

［15］劉鵬，金婷婷，徐根娣，等.大豆根系分泌物對根際土壤鋁形態的影響［J］.浙江師范大學學報，2008，31(4):446－449.

［16］范宇，劉世全，張宗錦.西藏酸性土壤交換性鹽基狀況及其變化特點［J］.四川農業大學學報，2004，22(3):356－359.

［17］Faw W F，Shih S C，Jung G A.Extractant influence on the relationship between extractable proteins and cold tolerance of alfalfa［J］.Plant Physiology，1976，57(5):720 －723.

［18］毛紅安，謝德體，楊劍虹.重慶市江津柑橘果園土壤pH與鹽基飽和度的關系探討［J］.土壤通報，2005，36(6):877－879.

［19］范慶鋒，張玉龍，陳重，等.保護地土壤酸度特征及酸化機制研究［J］.土壤學報，2009，46(3):467 －470.

［20］朱小琴，孫維俠，黃標，等.長江三角洲城鄉交錯區農業土壤pH特征及影響因素探討——以江蘇省無錫市為例［J］.土壤學報，2009，46(4):595 －598.

［21］張祖光，吳云，謝德體.重慶茶園土壤酸化特征研究［J］.西南農業大學學報:自然科學版，2004，26(1):15－17.

［22］Klose S，Makeschin F.Soil properties in coniferous forest stands along a fly ash deposition gradient in eastern Germany［J］.Pedosphere，2005，15(6):681 －694.