瀾滄江流域中段退耕還林還草工程區的土壤養分特征研究

冷 鵬

（云南省水土保持生態環境監測總站，云南 昆明 650224）

在生態系統中，土壤是主要的養分庫，是非常重要的組成部分。土壤在養分循環中是否保持平衡，直接關系到生態系統的生產流程，最終影響生態系統產品（林草）的質量與產量[1-2]。

土壤養分含量是土壤肥力及環境狀況最重要的表征，是影響土壤理化性質的關鍵因素[3-5]，確保土壤中的養分含量是持續利用土地和作物、林木高產穩產的先決條件，是保持區域水土的重要前提[6-7]。土壤是植物生長的基礎。對退耕還林還草工程區的土壤進行研究，能夠深入了解森林、草地生態系統受損程度，為兩種生態系統的保護和恢復提供理論依據。

1 研究區概況及研究方法

1.1 研究區概況

研究區位于瀾滄江流域中段退耕還林還草工程區，即瀾滄江支流所在的德欽縣、維西傈僳族自治縣和蘭坪白族普米族自治縣3 個縣范圍內。德欽縣研究區域在德欽縣城外（東經98°51′18″、北緯28°28′45″）和溜筒江村（E98°47′21″、N28°33′08″）；維西傈僳族自治縣研究區域在白濟汛鄉（E99°04′05″、N27°24′44″）；蘭坪白族普米族自治縣研究區域在河西鄉（E99°20′54″、N26°55′46″）和兔峨鄉（E99°08′24″、N26°10′18″）。

1.2 研究方法

本研究選取10 個20 m×20 m 的臨時樣地，樣地基本情況如表1 所示。在每個樣地內按照5 點法在土層深度0～20 cm 和20～40 cm 處采集土壤樣品，用環刀和鋁盒采集土樣，每層土混合裝入土壤袋，土樣帶回實驗室風干，揀去根系及殘枝落葉。碾碎風干后的樣品，過1～2 mm 篩，取2/3 裝于密封袋中保存，進行室內試驗分析，測定指標均設置3 個重復。土壤養分指標的測定參照國標開展，數據通過Excel、SPSS 軟件分別進行計算和分析。

表1 樣地概況

2 結果與分析

2.1 不同類型樣地的土壤pH 值特征

由表2 可知，研究區域土壤的pH 值為5.48～7.92，呈弱酸性到弱堿性。0～20 cm 土層pH 值為5.48～7.92，樣地5 酸性最強，pH 值為5.48；樣地7 為弱堿性，pH 值為7.92。20～40 cm 土層pH 值為5.50～7.61，樣地6 的酸性最強，pH 值為5.50；樣地7 為弱堿性，pH值為7.61。分析發現不同土層pH 值差異不顯著。

表2 土壤養分含量及化學性質指標

2.2 土壤有機質特征

由表2 可知，0～20 cm 土層各樣地有機質含量的順序為7 號＜6 號＜5 號＜10 號＜4 號＜8 號＜9 號＜2 號＜1 號＜3 號；20～40 cm 土層順序為6 號＜7 號＜5 號＜10 號＜9 號＜4 號＜2 號＜1 號＜3 號。研究區域的土壤有機質含量隨土層深度的增加而逐漸減小，不同土層之間有機質含量差異極顯著。不同類型樣地有機質含量范圍為40.57～190.46 g/kg，順序為草地＞灌叢地＞裸地＞耕地＞林地＞園地。

2.3 土壤氮、磷、鉀素養分特征

由表2 可知，0～20 cm 土層各樣地土壤全氮含量順序依次為9 號＜7 號＜6 號＜2 號＜5 號＜8 號＜4 號＜10 號＜1 號＜3 號，20～40 cm 土層順序為5號＜10 號＜6 號＜4 號＜9 號＜7 號＜2 號＜1 號＜3 號。研究區域的土壤全氮含量隨土層的深度的增加而逐漸減小，含量范圍為0.49～5.50 g/kg，順序為草地＞耕地＞裸地＞灌叢地＞林地＞園地。

0～20 cm 土層各樣地土壤全磷全鉀含量順序為6號＜7 號＜5 號＜4 號＜9 號＜2 號＜8 號＜10 號＜1號＜3 號，20～40 cm 土層順序為6 號＜4 號＜9 號＜2 號＜5 號＜7 號＜10 號＜3 號＜1 號。研究區域的土壤全磷全鉀含量隨土層深度的增加而逐漸減小，全磷含量范圍為0.30～3.40 g/kg，全鉀含量范圍為5.77～59.32 g/kg，兩種養分含量順序均為草地＞裸地＞耕地＞園地＞灌叢地＞林地。

0～20 cm 的土層不同類型樣地土壤水解氮含量順序為1 號＜8 號＜7 號＜9 號＜4 號＜6 號＜5 號＜10 號＜2 號＜3 號，20～40 cm 的土層順序為6 號＜7 號＜5＜2 號＜9 號＜4 號＜10 號＜3 號＜1 號。土壤水解氮含量范圍為16.45～170.20 mg/kg，順序為草地＞裸地＞耕地＞灌叢地＞園地。

2.4 土壤養分綜合評價

2.4.1 土壤養分指標的選取及主成分模型的構建

分析不同類型樣地的土壤養分，國內外研究大多通過有機質含量、氮磷鉀養分含量為基礎指標進行評價，本研究選取常用的6 個指標，即pH 值、土壤有機質、土壤全氮、土壤全磷、土壤全鉀、水解氮，如表2 所示。采用主成分分析法，確定不同類型的土壤養分，各成分的特征根和貢獻率是選擇公共成分的依據，將6 個養分特征原始變量轉化成6 個成分，如表3 所示。由表3 得知，第1 個成分的特征根為4.535，表示第1 個成分描述了原有變量總方差的4.535，方差貢獻率為75.59%，代表了全部成分信息的75.59%是最重要的成分；第2 個成分的特征根為1.004，代表了全部成分信息的16.727%；其他成分的貢獻率依次減少。前5 個成分的累積貢獻率達100%，表明前5 個成分已反映出養分特征因子的全部信息，因此可以選取前5 個成分作為養分特征評價的綜合因子。

表3 全部解釋變量

主成分分析的結果給出不同類型樣地養分特征主成分模型，得出變量與因子之間的相關系數，這些相關系數構成因子結構，根據因子結構可計算出各個樣本的主成分得分，并根據主成分得分寫出函數，具體計算公式如（1）（2）。

根據主成分提供信息量所占權重計算主成分得分綜合指數，以評價不同類型樣地土壤養分特征綜合狀況，具體計算公式如（3）。

2.4.2 不同類型樣地土壤養分綜合指數得分

利用兩個主成分得分函數和主成分綜合得分公式，計算出10 個不同類型樣地養分特征綜合得分。綜合評價得分越高，說明該樣地土壤養分越高；得分越低，說明該樣地土壤養分越低。由圖1 可知，樣地3 的養分含量最高，綜合評價得分為1.802；樣地6 的養分含量最低，綜合評價得分僅為-0.903，主要是由于該樣地處于實施退耕還林還草初期階段，肥力較差。

圖1 不同類型樣地土壤養分特征綜合指數

3 結論

瀾滄江流域中段退耕還林還草工程區的土壤pH值為5.48～7.92，該研究區域的土壤呈現弱酸性到弱堿性。土壤有機質含量為40.57～190.46 g/kg，樣地有機質含量順序為草地＞灌叢地＞裸地＞耕地＞林地＞園地；土壤全氮含量范圍為0.49～5.50 g/kg，順序為草地＞耕地＞裸地＞灌叢地＞林地＞園地；全磷含量范圍為0.30～3.40 g/kg，土壤全鉀含量5.77～59.32 g/kg，樣地全磷全鉀含量順序為草地＞裸地＞耕地＞園地＞灌叢地＞林地；土壤水解氮含量為16.45～170.20 mg/kg，樣地水解氮含量順序為草地＞裸地＞耕地＞灌叢地＞園地。綜合評價函數為Y=0.819Y1＋0.181Y2，可評價不同類型樣地的土壤養分綜合狀況。