廬山土壤有機質及氮磷鉀含量與海拔關系研究

馮秀偉

摘要 [目的]主要研究不同海拔廬山土壤的養分含量狀況的差別。[方法]選擇廬山地區3種典型土壤（山地紅壤、山地黃壤、山地棕壤），分析不同層次中有機質、全氮、速效磷、速效鉀的含量，闡明不同海拔土壤養分的垂直分布差異，以期進一步了解差異形成的原因。[結果]受自然因素（氣候、溫度、植被類型和凋落物等）和人為因素（不同的土地利用方式及污染等）的影響，土壤中的營養元素含量存在不同尺度的差異。不同海拔的土壤有機質含量與高度成正相關；土壤全氮含量隨海拔升高而遞增；速效磷含量有明顯的空間差異，但與海拔無明顯相關性；速效鉀的含量與高度呈負相關，土壤總體養分含量為山地棕壤>山地黃壤>山地紅壤。[結論]該研究對深入理解山地土壤垂直地帶分布規律，提出土壤資源利用改良意見有積極意義。

關鍵詞 廬山；土壤養分含量；海拔高度

中圖分類號 S153 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2017）28-0118-04

Abstract [Objective] Differences of soil nutrient contents was mainly studied under different altitude of Mountain Lu .[Method]Selecting three typical soil （mountain red soil，mountain yellow soil，mountain brown soil） of Mountain Lu region，organic matter，total N，available P，available K of different levels were analyzed，clarify difference of the vertical distribution of soil nutrients was explored under different altitude in order to further understand the forming causes of differences.[Result]Affected by natural factors （climate，temperature，vegetation types and litter，etc.） and human factors （different ways of land use and pollution，etc.），the content of organic matter in soil was positively correlated with altitude.The content of total nitrogen in soil increased with increasing altitude.There was significant spatial difference in available phosphorus，but no significant correlation with altitude.Available potassium was negatively correlated with altitude.And the total nutrient content of soil was mountain brown soil> mountain yellow soil> mountain red soil.[Conclusion]This result is of great significance to the deep understanding of the vertical distribution of mountainous soil and the improvement of soil resource utilization.

Key words Mountain Lu；Soil nutrient content；Altitude

土壤是一個不斷運動著的物質體系，也是一個獨特的有生命的歷史自然體[1]，而土壤肥力是土地生產力的基礎，一般在生產應用上，常用N、P、K和微量元素等養分含量的多少來衡量土壤肥力的高低，故土壤養分是土壤肥力的核心，是土壤綜合肥力評價的根本[2]。土壤有機質是指土壤中的各種含碳有機化合物，其中包括動植物殘體、微生物體和這些生物殘體的不同分解階段的產物，以及由分解產物合成的腐殖質等。土壤有機質（SOM）是反映土壤肥力的重要指標[3]。土壤有機質作為養分源，主要是C和N源[4]，因而土壤全氮含量是反映土壤肥力狀況的基礎[5]。磷和鉀作為作物生長所需的大量營養元素，其速效養分能很快地被植物吸收利用，故常用速效磷、速效鉀來衡量土壤磷和鉀的供應[6]。

該研究以廬山土壤為研究對象，對不同海拔的土壤（山地紅壤、山地黃壤和山地棕壤）的不同層次進行了養分含量的測定，分析了其有機質、全氮、速效磷、速效鉀的含量隨海拔的變化規律，對廬山土壤進行了綜合肥力評價，并且為合理開發利用廬山景區土壤資源和維護廬山自然生態景區提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 研究區自然概況 廬山位于江西省北部九江市郊，位于115°5′～116°10′E ，29°28′～29°45′N。廬山是由斷裂抬升而形成的斷塊山，主峰大漢陽峰海拔1 473.80 m，相對高差1 440.00 m；地處我國中亞熱帶北緣，屬亞熱帶季風濕潤氣候；降水量1 833.50 mm左右，比山下多500.00 mm；由于山地氣溫隨海拔增高而降低，降水隨海拔增高而增多，水熱狀況隨高度的變化導致氣候上的差異，根據積溫的不同，廬山的氣候出現相當于從亞熱帶—暖溫帶—溫帶的垂直變化，生物、土壤的分布也隨氣候而呈規律的垂直變化；主要植被類型有（從下至上）：常綠闊葉林、亞熱帶竹林、落葉常綠闊葉混交林、落葉闊葉林、亞熱帶針葉林、灌叢、山地草甸；母質在山區以坡積殘積物為主，在海拔900.00～1 200.00 m 處分布著網紋紅土，在湖濱及河谷地區主要是第四紀近代沉積物[7]。相應地，廬山土壤也呈現垂直地帶分布規律，從山麓到山頂依次有山地紅壤、黃壤、山地黃壤、山地棕壤、山地草甸土[8]。

1.2 樣品的采集與制備

于2016年7月10—15日采集樣品，采集地點如下： 山地紅壤——九江市向陽鎮唐家村（200 m），山地黃壤——花徑至仙人洞公路旁（900 m），山地棕壤——含鄱口（1 110 m）。在上述地點，用小土鏟分層采集土壤樣品。采樣點挖深約2.0 m、寬1.0 m的剖面，按照剖面層次的分異，自下而上，在每個土壤層最典型的中部各取典型土壤約1 kg，放入塑料袋中，寫上采樣的地點、時間、采樣人以及所采的土壤樣品的種類。用4分法保留約1 kg土壤。土壤樣品置于塑料袋上在室內陰涼通風處攤開，自然風干，同時將大土塊捏碎，去除其中的植物殘體、石塊、結核等。風干后制成過20目和100目分析篩的樣品放于干燥處待用。

1.3 樣品的分析測定方法

采集3種土壤共計8個剖面層次樣品。有機質含量、全氮含量、速效磷含量、速效鉀含量的測定分析分別采用外加熱—重鉻酸鉀容量法、半微量開氏法、0.5 mol/L NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法、1.0 mol/L NH4OAc浸提-火焰光度法。

2 結果與分析

3種土壤的各項指標測定結果如表1所示。

從表1可得，廬山土壤有機質和氮素的消長，主要決定于生物積累和分解作用的相對強弱，氣候、植被等諸因素，特別是水熱條件，對土壤有機質和氮素的含量有顯著的影響[9]。隨著海拔的上升，土壤有機質含量逐漸增加，至山地棕壤為最豐，這是因為有機質的含量與海拔有關，海拔越高，溫度越低且降雨越大，植被殘體多，但礦化速度慢，有利于有機質的積累[10]；土壤全氮量隨海拔增加而增加，因為土壤中氮絕大部分以有機結合態氮存在，土壤氮的積累消耗程度取決于土壤有機質的積累和分解[11]，有機質含量增加，相應使土壤微生物數量增加，使其生命活動旺盛，增加氮的礦化[12]。速效磷含量與海拔無太大相關性；速效鉀含量與高度呈負相關。

2.1 土壤有機質含量垂直分布特征

土壤有機質是土壤的重要組成物質，對改善土壤物理、化學性質以及植物的生長起著重要作用，是評價土壤肥力和質量的重要指標[13]。從圖1可以看出，不同土壤之間，土壤平均有機質含量隨海拔升高而逐漸增加，山地棕壤的有機質含量較高，肥力較好。這可能是由于海拔升高，氣溫遞減，微生物生理活性降低，礦化作用減弱，有機質逐漸積累，故有機質含量升高。山地紅壤和山地黃壤的有機質含量較低，雖然這些土壤位于馬尾松幼林之下，但是森林殘落物層很薄，且林下灌木雜草頗為稀疏，土壤侵蝕頗為嚴重，山地紅壤最為嚴重。

2.2 土壤全氮含量垂直分布特征 從圖2可以看出，土壤的平均全氮量隨海拔升高而逐漸增加，山地紅壤最低，山地棕壤最高。土壤中的氮素絕大部分為有機結合形態，無機形態的氮一般占全氮的1%～5%，研究表明，土壤全氮含量與有機質有顯著的正相關關系[9]，隨著海拔、降水量的降低和溫度的升高，土壤有機碳含量依次降低，必然引起土壤全氮含量的降低[14]。土壤全氮含量與有機質含量有很強的相關性，并且不同土壤中相應土層的全氮含量變化也符合隨海拔遞增而遞增的趨勢。

土壤的水分狀況和質地是影響有機質和氮素含量的2個重要因素[15]。水分過多，導致嫌氣過程，有機質分解速率降低。質地黏重，不但通氣性差，微生物和酶的活動受到抑制，且有機質受到黏粒的保護而可給性降低。

2.3 土壤速效磷垂直分布特征

由圖3可知，土壤速效磷含量與海拔變化并沒有明顯的線性關系，這是由于土壤中大多數磷都是以難溶的礦質形態存在，凡影響土壤中磷素化學過程的各種因素都會影響土壤不同形態磷之間的轉化及其對植物的有效性，這些因素主要包括土壤理化性質、環境因子（溫度、水分）與種植方式等[16]，土壤水分充足，土壤磷的有效性也較高[17-18]，土壤低溫主要是降低了土壤微生物的活性，從而降低磷素的有效性[19]。而在酸性土壤中，由于大量游離氧化鐵存在，很大一部分磷酸根被氧化鐵薄膜包裹成為閉蓄態磷，磷的有效性大大降低。

2.4 土壤速效鉀垂直分布特征

由圖4可知，廬山土壤速效鉀含量呈隨海拔的增加而減少的趨勢，表現為：山地紅壤>山地黃壤>山地棕壤。這是由于山地紅壤廣泛分布于低山丘陵地帶，成土母質為花崗巖、片麻巖、石英砂巖等殘積和坡積物，該成土母質含鉀較豐富，速效鉀含量也較高；而山地黃壤母質中含鉀量就比紅壤少，故速效鉀含量也低。山地棕壤分布于海拔1 110 m以上的山地，降水多，淋溶作用強，巖石風化作用強，所以速效鉀含量進一步減少。同一土壤的不同層次上，各土壤的不同發生層速效鉀含量由上到下均逐漸減少，為A層>B層>C層，表示土壤中交換性鉀因作物吸收和淋溶作用而大大減少?？偟恼f來，廬山土壤的速效鉀含量都很豐富，供鉀情況較充足。

3 討論

研究土壤質量的目的是為了探索土壤質量的演變機理和對動植物健康的影響；確定土壤質量的評價指標并建立評價系統，為保持土壤質量和土壤的定向培育提供理論依據[20]，而通過對不同海拔山地土壤的研究對于廬山的生態保護及開發利用都有很大益處。但近年來廬山森林生態系統受大氣酸沉降影響嚴重，這對該次采集的土壤樣品構成了一定影響。但土壤本身良好的緩沖能力對酸雨的響應也是可觀的[21]，所以可以不考慮酸雨對有機質及氮磷鉀含量的影響。對山地紅壤、山地黃壤、山地棕壤的特性分析如下：

山地紅壤：廣泛分布于山麓地帶，植被為常綠闊葉林、馬尾松以及灌木草叢，成土母質主要為花崗巖、片麻巖、石英巖和殘積、坡積物。從土壤診斷剖面來看，具有明顯的富鋁化成土過程，說明成土過程中有紅壤化的性質。山地紅壤海拔為3種山地土壤中最低，有機質含量也為3種土壤中最低，各剖面的平均含量為18.806 g/kg，且A層遠高于B、C層；由于全氮量與有機質有很好的線性關系，所以山地紅壤的全氮量也最低，平均為1.099 g/kg，同樣表層的含量最高。但是山地紅壤磷和鉀的含量最高，分別為5.130 mg/kg和52.002 mg/kg?？傮w而言，山地紅壤海拔最低，養分含量也最低。

山地黃壤：山地黃壤分布在900 m左右的地帶，母質多為花崗巖、砂巖、混合巖及第四紀風積物，由于地處山地，日照少，云霧多、濕度大，導致土體經常處于濕潤狀態，富鋁化強度相對紅壤為弱，鹽基淋溶強度也較紅壤弱，土體發生黃化，有機質累積作用明顯，酸化黏化的特征較明顯。山地黃壤海拔居中，土壤各項養分含量也居中，分別為：有機質23.719 g/kg，全氮2.202 g/kg，速效磷1.724 mg/kg，速效鉀47.065 mg/kg?？傮w而言，各項養分含量較均衡，比較利于植被生長。

山地棕壤：山地棕壤分布于海拔1 200 m以上的山地，植被為柳杉、黃山松和灌叢草類。母質主要為砂巖風化的坡積物，局部地區還有風積物。有機質含量較高，黏粒下移現象不甚明顯。由于山地降水較多，物質有一定的淋溶。在此次研究的3種土壤中山地棕壤海拔最高，有機質及全氮含量也最高，分別為45.632、3.400 g/kg，速效磷含量居中，為2.907 mg/kg，速效鉀含量最低，為43.390 mg/kg?？傮w而言，雖然山地棕壤速效磷及速效鉀含量最低，但總體養分狀況最好。

4 結論

綜上所述，海拔對土壤養分的影響具體表現在其對氣候、溫度、水分、濕度及植被類型的影響，從而影響到成土母質的形成，最后導致土壤養分含量的差別。在廬山由山麓至山頂的山地紅壤、山地黃壤、山地棕壤3種土壤中，由于海拔不同而產生氣候條件和植被類型的差異，從而導致土壤的有機質含量及氮磷鉀的含量與海拔的線性關系。土壤的總體養分含量山地棕壤> 山地黃壤>山地紅壤。土壤有機質含量與土壤全氮量都隨海拔增加而增加，與總體養分含量趨勢相同；速效磷含量受成土母質和pH影響很大，與海拔無明顯相關性，但在3種土壤中含量都較低；速效鉀含量與海拔呈負相關，且都含量豐富。除此之外，廬山3種土壤的有機質與氮素含量呈顯著的正相關，即土壤有機質是土壤氮素的主要來源，因此可以通過提高有機質含量提高土壤中的全氮含量，使土壤的開發利用與人類社會的可持續發展相協調。總之，廬山整體的垂直性地帶分布明顯，土壤的有機質含量與氮磷鉀含量與海拔關系密切。

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