喀斯特石漠化治理措施的土壤養分響應

周福健++嚴友進++戴全厚

摘要：采用野外調查結合室內分析的方法研究典型喀斯特石漠化治理區不同治理措施及治理時間條件下的土壤養分效應。結果表明：林地措施中封育措施對土壤養分貯量及養分有效態的轉化效果最佳，撫育措施次之，人工造林最小；耕地措施中，與無治理措施的常規坡耕地相比，坡改梯具有顯著的固土保肥作用，能更好地促進土壤養分的有效態轉化。治理時間對林地及耕地的土壤養分貯量及養分供應能力的影響顯著，治理時間長的林地，其土壤養分含量最高，養分更多地轉化為有效態；治理時間對耕地的影響表現為治理時間越早，土壤養分的供應能力越好。

關鍵詞：石漠化治理；土壤養分；養分供應；治理措施

中圖分類號： S157文獻標志碼： A文章編號：1002-1302（2016）05-0469-04

我國南方以貴州高原為中心的黔、云、桂、川、渝、湘、鄂、粵等8省（市、區）是世界上最大的喀斯特連續帶，該地區的碳酸鹽巖類巖石出露面積占全國的80%以上[1-2]。喀斯特地區最顯著、最嚴重的問題是石漠化，嚴重的石漠化對當地的社會經濟發展、人民生活及生態安全造成嚴重威脅[3]。喀斯特石漠化的發生導致該地區出現土地生產力下降、基巖大面積出露、土層淺薄，土被不連續、系統水源涵養能力削弱、地表水源枯竭、自然植被景觀受到破壞的喀斯特地區生態脆弱性[4]。此外，西南喀斯特地區位于長江和珠江上游，其生態屏障作用不容忽視，一旦生態屏障的功能消失，將對長江、珠江中下游地區的生態安全形成嚴重威脅[5]。為了實現該區可持續發展，遏制該區石漠化的趨勢，改善生態環境，國家有關部門組織編制了《巖溶地區石漠化綜合治理規劃大綱（2006—2015年）》，六枝特區在2008年被納入巖溶地區石漠化綜合治理試點工程的試點區之一。

石漠化最基本的問題就是土壤流失，土壤是萬物生長的基礎，是所有植物生長的營養來源及基質[6]。因此，石漠化治理的目的，不僅是要保存土壤，更重要的是保住土壤可供植物營養的養分。作為石漠化治理的核心問題，目前對土壤的相關研究報道已屢見不鮮，但關于相應石漠化治理工程后土壤肥力特征的研究較少。在生態恢復建設過程中，土壤養分與周圍環境的協調效應關系及土壤養分特性的演變規律等都是亟需探討的問題。生產實踐中常用土壤有機質、氮、磷、鉀等養分含量評判土壤養分狀況[7]。因此，本研究以六枝特區石漠化治理區為研究對象，采用野外調查結合室內分析的方法研究不同石漠化治理措施及治理時間的土壤養分效應，以期為石漠化治理工程的效應評價及石漠化治理工作的開展提供科學依據。

1材料與方法

1.1研究區概況

六枝特區位于貴州省西部，地處珠江、長江上游56 km，國土總面積1 792.1 km2。該地地勢由西北向東南逐漸傾斜，形成西北高、東南低的階梯構造。境內巖性以石灰巖、白云質灰巖為主，占總面積的70%以上。地貌以山地為主，約占83%，最高點海拔2 126.9 m，最低點海拔581.0 m。屬亞熱帶季風氣候，雨量充沛，多年平均降水量1 467 mm。

近年來，六枝特區以經濟發展為首要目標，經濟綜合排名從2007年的全省第68 位上升到2011年的第34位。伴隨著社會經濟的發展，環境問題也更加突出了，在脆弱的自然因素和不合理的人類經濟活動綜合作用下，六枝特區喀斯特面積總和為1 380.16 km2，占國土總面積的77%，石漠化程度在輕度以上的總面積占比高達45.62%，其中輕度石漠化占 21.40%，中度石漠化占15.59%，重度石漠化占6.69%，極重度石漠化占1.95%。

1.2土樣采集

1.2.1試驗設計及樣地設置在六枝特區典型石漠化治理區選擇不同治理措施（林地措施、耕地措施）及不同治理時間（1年、3年）的樣地開展試驗，其中林地措施包括封育措施、撫育措施和人工林措施，耕地措施包括坡改梯、無治理措施的坡耕地。各樣地基本信息如表1所示。

1.2.2土樣采集及處理方法土樣采集采用分層采樣法，先挖1個深度大于30 cm的剖面，然后剖去土層Ⅰ（約0～10 cm），用土壤環刀采集土層Ⅱ（約10～30 cm）的土壤作為供試土樣。每個樣地隨機布置3個樣方，每個樣方采集3份土樣，每份土樣約500 g，并用自封袋盛裝。共采集63份土樣。表1樣地信息

樣地樣地編號海拔（m）坡度土壤類型治理時間（年）植被、作物封育林地L11 25726°黃壤3喜樹（Camptotheca acuminata Decne.）封育林地L21 27928°黃壤1喜樹（Camptotheca acuminata Decne.）撫育林地L31 26527°黃壤3喜樹（Camptotheca acuminata Decne.）人工林地L41 26926°黃壤3喜樹（Camptotheca acuminata Decne.）坡改梯G11 30521°黃壤3玉米（Zea mays）坡改梯G21 29719°黃壤1玉米（Zea mays）坡耕地G31 29520°黃壤玉米（Zea mays）

1.3土壤養分測定項目與方法

將采集的土樣于室內風干后去除石塊、根系等雜質，磨碎過100目篩。本研究采用常規的土壤農化分析方法測定土壤有機質、速效鉀（TK）、全鉀（TK）、全磷（TP）、速效磷（AP）、水解性氮（AN）和全氮（TN）含量，其中有機質含量測定采用重鉻酸鉀-硫酸氧化法，速效鉀含量測定采用1 mol/L NH4Ac溶液浸提-火焰光度計法，全鉀含量測定采用NaOH熔融-火焰光度計法，速效磷含量測定采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法，全磷含量測定采用硫酸-高氯酸消煮法，水解性氮（即速效氮）含量測定采用堿解擴散法，全氮含量測定采用半微量凱氏法[8]。

2結果與分析

2.1不同治理措施對土壤有機質及氮磷鉀含量的影響

2.1.1不同治理措施對土壤有機質影響石漠化過程中的土壤流失會造成土壤養分的缺失和肥力下降。土壤有機質是鑒別土壤肥力的一個重要標志，其對土壤的耕性、耐肥性、保墑性和通氣狀況等有直接影響。對于林地措施而言，3種林地治理措施中封育措施（L1）的有機質含量最高（107.12 g/kg），撫育措施（L3）的有機質含量次之（73.29 g/kg），人工林地（L4）的有機質含量最低（43.47 g/kg）（圖1）。這主要是由于林地地表覆蓋有枯枝落葉層，枯枝落葉分解使土壤有機質含量增加。3種措施中封育措施受到的人工干預最低，撫育措施次之，人工林地受到的干預最高，而人工干預越低，林內地表的枯枝落葉層越得到保護，土壤中的有機質也更少地受人為活動破壞而流失。對耕地措施而言，將坡改梯（G1）與坡耕地（G3）進行比較可知，坡改梯的土壤有機質含量相對無治理措施的坡耕地高，這是由于該地區降水充沛，在降水的侵蝕作用下發生土壤流失，土壤中所蘊含的有機質也隨之流失，坡改梯對坡地土壤有攔固作用，土壤的有機質得到保護，因此坡改梯相對于無治理措施的耕地而言，有顯著的治理效果。

2.1.2不同治理措施對土壤氮素影響自然因素及土地利用措施是影響土壤中氮含量的主要因素[9]。土壤速效氮能夠反映土壤近期氮素的供應情況，與植物的生長息息相關。由圖2可知，不同治理措施對土壤全氮、速效氮含量影響顯著，其中土壤全氮含量在不同治理措施下排序為：封育林地（L1）>撫育林地（L3）>人工林地（L4），坡改梯（G1）>坡耕地（G3）。土壤速效氮含量排序為：封育林地（L1）>撫育林地（L3）>人工林地（L4），坡改梯（G1）>坡耕地（G3）。地表枯枝落葉分解的氮素能夠進入土壤成為土壤氮來源的一部分，而林地類型中受人類活動干擾越小，枯枝落葉的量越多，分解進入土壤的氮含量就越高，該部分的氮素形成水解性氮。在坡改梯田面中，土壤氮含量受耕作作用或雨水沖刷流失的量相對較小，而常規的坡耕地在耕作過程中或降水的沖刷過程中土壤受到擾動發生運移，土壤中的氮素隨土壤發生流失，同時由于坡耕地無機肥和有機肥的施用增加了土壤速效氮的含量，因此坡改梯田面的土壤全氮含量高于常規坡耕地。綜上可知，林地治理措施中封育措施對土壤全氮及速效氮促進性最強，撫育措施次之，人工造林最低，耕地措施中坡改梯能夠固持土壤全氮。

2.1.3不同治理措施對土壤磷素影響土壤有效磷含量是土壤磷素養分供應水平高低的指標，而土壤全磷含量則在一定程度上反映了土壤中磷素的貯量和供應能力[10]。由圖3可知，不同治理措施對土壤全磷含量的差異顯著，林地措施中，封育措施（L1）的全磷含量最高，撫育措施（L3）次之，人工林（L4）最低；在耕地措施中，坡改梯（G1）的全磷含量顯著高于坡耕地（G3）。可以看出，封育措施對促進土壤全磷積累量作用最大，坡改梯對土壤磷素的積累有促進作用。土壤速效磷含量在不同林地治理措施間差異相對較小，其中封育措施（L1）的速效磷含量最高，人工林次（L4）之，撫育措施（L3）的最低；在耕地措施中，坡改梯（G1）的速效磷含量低于坡耕地（G3），這是由于人工林是原有林跡地上營造的林種，在造林過程中為保證苗木的成活率施用了一定的無機肥或有機肥以促進苗木生長，因此出現人工林措施的速效磷含量僅次于封育措施；前面已分析坡改梯對地塊土壤的固持作用，由于坡改梯對土壤養分的固持使得該地塊在耕作過程中無需施用更多的人工肥，而常規坡耕地由于土壤肥力的流失，在保證收成的基礎上，人們在每個季度均播灑一定量的人工肥，使得該地塊土壤速效磷含量遠高于坡改梯。

2.1.4不同治理措施對土壤鉀素影響由圖4可知，土壤全鉀、速效鉀含量在不同治理措施間的變化趨勢大致相同，全鉀含量排序為封育措施（L1）>撫育林措施（L3）>人工林措施（L4），速效鉀含量排序為封育措施（L1）>人工林措施（L4）>撫育林措施（L3），人工林地的速效鉀含量大于撫育林的原因是由于在造林初期人為施用肥料造成土壤速效鉀含量增多。由此可見，林地措施中封育措施及撫育措施對土壤鉀的積累均有促進作用，封育措施的速效鉀生成速率最佳。坡改梯（G1）的全鉀、速效鉀含量均高于坡耕地（G3），因此耕地措施中坡改梯能夠促進土壤鉀的積累及速效鉀的生成。

2.2不同治理時間對土壤有機質及氮磷鉀含量的影響

2.2.1不同治理時間對土壤有機質影響對比治理時間為3年、1年的封育林地（L1、L2）及治理時間為3年、1年的坡改梯（G1、G2）和無治理的坡耕地（G3）以分析治理時間對土壤肥力變化的影響。由圖5可知，治理時間對土壤有機質含量影響顯著，治理時間為3年（L1）的有機質含量明顯高于治理時間為1年的封育林地（L2）；耕地措施中土壤有機質含量在坡改梯（G1、G2）措施中差異不明顯，但是與坡耕地（G3）相比，治理時間為3年的與治理時間為1年的坡改梯（G1、G2）有機質含量均有顯著的提高。可見封育時間增長，對林地有機質含量的積累有促進作用，而耕地受人類活動影響，在種植相同的作物、采取的耕作措施一致時，坡改梯能夠積累更多的有機質。

2.2.2不同治理時間對土壤氮素影響由圖6可知，林地治理措施中，封育3年的林地（L1）的土壤全氮含量低于封育1年的林地（L2），但是其土壤速效氮含量顯著高于封育1年的林地（L2）。可見，治理時間的增加有助于促進林地土壤氮素分解成速效氮，以便更好地供給林木生長。在耕地措施中，治理1年的坡改梯（G2）土壤全氮含量最高，治理3年的坡改梯（G1）次之，無治理措施的坡耕地（G3）最低；無治理措施的坡耕地（G3）土壤速效氮含量遠遠高于2個坡改梯樣地（G1、G2）；同時，治理1年的坡改梯（G2）的土壤速效氮含量大于治理3年的坡改梯（G1）。不同耕地措施間氮素含量存在差異的原因在于隨著治理時間的延長，土壤中積累的氮素含量增加，氮素的供應能力增強，在獲得相同經濟作物的情況下，無治理措施的坡耕地則需要施用更多的有機肥或無機肥；而坡改梯在治理后隨著時間的延長，氮素的積累量增多、供應能力增強，同時由于人工肥的施用容易使土壤板結，導致土壤無效態養分積累，因此出現治理時間短的地塊全氮、速效氮含量高的情況。

2.2.3不同治理時間對土壤磷素影響由圖7可知，林地類型中，封育3年的林地（L1）土壤全磷、速效磷含量均高于封育1年的林地（L2），封育時間愈長，地表累積的枯枝物量增多，能夠分解產生更多的無機態磷，使得土壤全氮、速效磷含量升高，可見封育時間對土壤磷的積累量與供應能力有促進作用。在耕地類型中，全磷含量排序為治理3年的坡改梯（G1）>無治理的坡耕地（G3）>治理1年的坡改梯（G2），速效磷含量排序為治理3年的坡改梯（G1）<無治理的坡耕地（G3）<治理1年的坡改梯（G2）。人工肥的施用會導致土壤板結，降低土壤養分有效態的轉化率。坡改梯措施隨著治理時間的增加，土壤磷素含量增多，所需施用的無機肥、有機肥量減少。對比治理3年與治理1年的坡改梯全磷、速效磷含量可知，其差異在于，治理時間長的坡改梯土壤理化性狀得到改善，保肥、供肥能力增強，所需施用的人工肥量減少，因此出現全磷含量增加，但是速效磷含量降低。

2.2.4不同治理時間對土壤鉀素影響由圖8可知，林地措施中治理3年的封育地（L1）的全鉀含量低于治理1年的封育地（L2），而速效鉀含量表現為治理3年的封育地（L1）>治理1年的封育地（L2）。可以看出，雖然治理3年的封育地（L1）全鉀含量較低，但是封育時間長的地塊的速效鉀供給能力得到提高，說明較長的封育時間能夠提高土壤速效鉀的供給能力。在不同耕地措施中，治理3年的坡改梯（G1）的全鉀、速效鉀含量均遠高于治理1年的坡改梯（G2）、無治理的坡耕地（G3），可見坡改梯對土壤鉀固持有積極的作用。對比治理1年的坡改梯與無治理的坡耕地之間的差異在于，治理1年的坡耕地有一定的固土保肥作用，但是治理效果不是很顯著，在耕作過程中仍需施用一定量的人工肥，以保證其獲得與無治理的坡耕地等同的經濟效益。

3結論與討論

不同石漠化治理措施及治理時間對土壤肥力影響顯著，各措施對土壤肥力促進作用大小為：封育措施>撫育措施>人工林，表現為受人類活動影響最低的封育措施對土壤有機質、氮、磷、鉀的積累效果最好，同時其能夠更好地促進各元素轉化為速效態供給植物吸收利用。不同耕地措施中，坡改梯的固土保肥能力顯著強于無治理措施的坡耕地，該處理對土壤有機質、氮、磷、鉀的積累作用及速效態元素轉化的促進作用效應明顯。研究結果表明，治理時間對土壤肥力也有顯著的效果，較長的治理時間能顯著提高土壤有機質、氮、磷、鉀的貯量，同時能顯著提高土壤的養分能力。

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