基于不同巖性的黔中地區(qū)土壤肥力評價

符裕紅，黃宗勝，彭 琴

(1.貴州師范學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院，貴州貴陽 550018；2.貴州大學(xué)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院，貴州貴陽 550025；3.黔西南民族職業(yè)技術(shù)學(xué)院，貴州興義 562400)

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基于不同巖性的黔中地區(qū)土壤肥力評價

符裕紅1，黃宗勝2，彭 琴3

(1.貴州師范學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院，貴州貴陽 550018；2.貴州大學(xué)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院，貴州貴陽 550025；3.黔西南民族職業(yè)技術(shù)學(xué)院，貴州興義 562400)

摘要[目的]通過評價黔中喀斯特地區(qū)6種不同非碳酸鹽巖的土壤肥力，旨在了解喀斯特地區(qū)不同巖性土壤的基本狀況及肥力。 [方法]以黔中地區(qū)6種非碳酸鹽巖類巖石上發(fā)育的土壤為研究對象，分別選取土壤物理、化學(xué)及生物學(xué)指標(biāo)進行土壤肥力評價，利用主成分分析對指標(biāo)進行篩選，提取4個主成分及其貢獻率、特征值及得分值，通過土壤肥力綜合指數(shù)計算各類巖性土壤肥力的綜合得分，并進行排序。 [結(jié)果]土壤化學(xué)性質(zhì)，即土壤養(yǎng)分在土壤肥力評價中具有重要作用；在喀斯特地區(qū)，不同巖性非碳酸鹽巖類巖石的土壤肥力不同，以玄武巖上發(fā)育的土壤肥力最好，其次為變余砂巖、第四紀(jì)紅色黏土、煤系砂頁巖、石英砂巖，最差的為長石石英砂巖。 [結(jié)論]該研究在一定程度上深化了前人對于喀斯特土壤肥力的研究，為了解喀斯特地區(qū)的非碳酸鹽巖類土壤肥力提供參考，同時也可促進喀斯特地區(qū)的植被培育、生態(tài)修復(fù)和治理。

關(guān)鍵詞土壤肥力；巖性；黔中地區(qū)

喀斯特石山區(qū)主要分布在以貴州高原為中心的貴州、云南、廣西、四川、重慶、湖南、湖北及廣東8省市區(qū)，而作為典型地層發(fā)育完全的貴州省黔中地區(qū)，喀斯特面積比例達85.02%，居全省首位，表現(xiàn)出石漠化較嚴(yán)重、人口密度較高、土地資源稀少、生態(tài)環(huán)境惡劣等特點，故植被恢復(fù)顯得極其重要[1]。在全省范圍內(nèi)，喀斯特地貌以碳酸鹽巖地層分布區(qū)最為發(fā)育，約占全省面積的65%，但喀斯特地區(qū)也存在大量的非碳酸鹽類巖性[2]，由于喀斯特地區(qū)石漠化較為嚴(yán)重、土層淺薄、土被不連續(xù)、成土速度慢[3-4]、生態(tài)環(huán)境脆弱[5]，故一旦破壞則難以恢復(fù)。因此，土壤成為喀斯特地區(qū)支撐植物生長的必要條件，土壤肥力好壞則直接影響植物的生長及發(fā)育。在喀斯特地區(qū)的土壤肥力、肥力評價方面，目前研究主要集中于喀斯特地區(qū)不同退化程度及不同利用方式下的土壤肥力及肥力評價[6-13]，而喀斯特區(qū)域內(nèi)不同巖性的非碳酸鹽類巖石的土壤肥力有無差別，肥力如何，對植物的生長有何影響，這些都有待于進一步研究。筆者通過評價黔中喀斯特區(qū)6種不同非碳酸鹽巖的土壤肥力，旨在了解喀斯特地區(qū)不同巖性土壤的基本狀況及肥力，以期為貴州喀斯特不同巖性地區(qū)的植被恢復(fù)及配置提供參考。

1材料與方法

1.1研究區(qū)概況研究區(qū)位于黔中喀斯特區(qū)貴陽市境內(nèi)，地處106°07＇～107°17＇E，26°11＇～27°27＇ N，屬亞熱帶高原季風(fēng)性氣候；區(qū)域內(nèi)以山地丘陵為主，地勢起伏較大，海拔高度506.5～1 762.7 m，相對高差1 256.2 m。年極端最高溫35.1 ℃，年極端最低溫-7.3 ℃，年均溫15.3 ℃，年降水量1 300 mm，年平均相對濕度77%，日照時數(shù)1 354 h，無霜期270 d。境內(nèi)植被類型豐富，以碳酸鹽巖分布最廣，并伴有多種巖性分布，土壤類型多樣，有黃壤、石灰土、紫色土、沼澤土和水稻土等；黃壤為地帶性土壤，土壤呈條帶狀的鑲嵌分布，且組合多樣[2]。

1.2土壤采集土壤采集以喀斯特的代表群落樣方面積(30 m×30 m)為參考，分別選取黔中地區(qū)6種典型的巖性：巖性I為玄武巖(清鎮(zhèn))，巖性II為石英砂巖(龍里)，巖性III為長石石英砂巖(黔陶)，巖性IV為變余砂巖(清鎮(zhèn))，巖性V為第四紀(jì)紅色黏土(孟關(guān))，巖性VI為煤系砂頁巖(彭官)。每種巖性設(shè)定3個樣方，每個樣方設(shè)定6個采樣點，土壤采集以隨機采樣的方式進行，采樣深度為0～30 cm，樣品帶回后清除植物殘體、根系、石頭等其他雜物，部分土樣風(fēng)干處理后進行土壤養(yǎng)分測定，部分土壤處理后直接用于土壤酶活性的測定，土壤樣品共計108個。

1.3評價指標(biāo)具體評價指標(biāo)有土壤pH、土壤水分、土壤容重、石礫含量、土壤有機質(zhì)、全氮、堿解氮、全磷、速效磷、全鉀、速效鉀、土壤蔗糖酶、淀粉酶、脲酶、過氧化氫酶、多酚氧化酶。土壤指標(biāo)均設(shè)置相應(yīng)的對照和3個重復(fù)[14-17]。

土壤pH采用電位測定法，土壤水分的測定采用烘干法，土壤容重的測定采用環(huán)刀法，石礫含量的測定采用稱重法[18]；土壤全氮的測定采用蒸餾法；堿解氮的測定采用擴散吸收法(擴散皿)；全磷、速效磷的測定采用鉬銻抗比色法；全鉀、速效鉀的測定采用火焰光度法；有機質(zhì)的測定采用重鉻酸鉀-硫酸-外加熱法[18-19]。蔗糖酶、淀粉酶的測定采用3，5-二硝基水楊酸比色法；脲酶的測定采用苯酚鈉-次氯酸鈉比色法；過氧化氫酶的測定采用容量法；多酚氧化酶的測定采用碘量滴定法[19]。

1.4評價方法采用主成分分析結(jié)合指數(shù)法對土壤肥力進行綜合評價[20]，二者的結(jié)合在一定程度上增加了指數(shù)法的合理性與準(zhǔn)確性，同時簡化了模型法的計算量及復(fù)雜性，最終確保評價結(jié)果的客觀性，同時也顯示出其特有的全面性。

2結(jié)果與分析

2.1土壤指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化在各個土壤肥力評價指標(biāo)中，為避免各指標(biāo)不同量綱指標(biāo)之間絕對值和變化幅度差異，保證其客觀性及科學(xué)性，故首先對數(shù)據(jù)進行標(biāo)準(zhǔn)化處理。標(biāo)準(zhǔn)化公式[21]：

表1　土壤肥力評價指標(biāo)

2.2評價指標(biāo)主成分分析由表2可知，提取的4個主成分Y1、Y2、Y3、Y4的累積貢獻率達97.341%。因此，可以用這4個主成分代表所有土壤指標(biāo)來反映土壤肥力狀況。其中，第一主成分主要反映石礫含量(x4)、有機質(zhì)(x5)、全氮(x6)、堿解氮(x7)、全磷(x8)、脲酶(x14)、過氧化氫酶(x15)、多酚氧化酶(x16)等變量的綜合影響，它們具有較大的荷載，分別為0.701、0.950、0.959、0.901、0.814、0.893、0.719、0.907，占信息總量的50.937%。第二主成分主要反映pH(x1)、速效鉀(x11)、蔗糖酶(x12)等變量的影響，其荷載分別為0.920、0.808、0.721，占信息總量的26.068%。第三主成分主要包括石礫含量(x4)，其荷載為0.630，占信息總量的11.989%。第四主成分主要包括速效磷(x9)，其荷載為0.918，占信息總量的8.347%。說明這4個主成分在土壤肥力評價中具有重要作用，其中，第一主成分的貢獻率最大，在4個主成分中作用最大，由此可知，在土壤物理、化學(xué)及生物指標(biāo)中，土壤的化學(xué)指標(biāo)，即土壤養(yǎng)分是影響土壤肥力的重要因素。

表2　土壤指標(biāo)成分矩陣、得分矩陣、特征值及貢獻率

2.3土壤肥力綜合評分根據(jù)表1中的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)及表2中各主成分的得分矩陣，可以得到各主成分Y1、Y2、Y3、Y4的函數(shù)表達式分別為：

Y1=0.026x1-0.082x2+0.077x3+0.086x4+0.117x5+……+0.111x16

Y2=0.221x1+0.136x2-0.171x3-0.077x4+0.048x5+……+0.058x16

Y3=0.108x1-0.244x2+0.117x3+0.329x4-0.069x5+……+0.115x16

Y4=-0.040x1-0.069x2+0.130x3+0.067x4-0.148x5+……+0.188x16

為評價不同巖性土壤的土壤肥力，將表1中的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)帶入上述函數(shù)表達式中，同時選擇土壤肥力綜合指數(shù)進行綜合評價[22]，經(jīng)過變換，其計算公式：

式中，n為主成分個數(shù)，ai表示第i個主成分的貢獻率，yj代表第j個主成分得分值。

表3　土壤指標(biāo)主成分得分及排序

由表3可知，IFI排序依次為巖性I、巖性IV、巖性V、巖性VI、巖性II、巖性VI，這說明在玄武巖上發(fā)育的土壤肥力在6種巖性中最好，其次為變余砂巖、第四紀(jì)紅色黏土、煤系砂頁巖、石英砂巖，最差的為長石石英砂巖。

3結(jié)論

(1)喀斯特地區(qū)不同巖性的土壤肥力存在差異，該研究的6種巖性土壤肥力由大到小依次為玄武巖、變余砂巖、第四紀(jì)紅色黏土、煤系砂頁巖、石英砂巖、長石石英砂巖。這主要與不同巖性的礦物組成及其結(jié)構(gòu)有關(guān)；在利用上述巖性的土壤進行植物種植和培育時，應(yīng)根據(jù)土壤肥力狀況和植物的生態(tài)學(xué)特性及要求制定相應(yīng)的對策及方案進行有針對性的改良，提高土壤養(yǎng)分含量和土壤肥力，有效地促進植物的培育和生長。

(2)該研究利用主成分及土壤肥力綜合指數(shù)的方法進行土壤肥力評價，得到不同巖性土體的土壤肥力狀況及差異，這在一定程度上深化了前人對于喀斯特地區(qū)土壤肥力的研究[4，6-12]，為了解喀斯特地區(qū)的非碳酸鹽巖類土壤肥力提供參考依據(jù)和本底數(shù)據(jù)，同時也為喀斯特地區(qū)的植被培育及恢復(fù)起到了較好的促進作用。

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基金項目貴州省自然科學(xué)基金項目“喀斯特區(qū)不同根系地下生境類型的植物生長適宜性研究”(黔合科J字[2013]2236號)；貴州師范學(xué)院自然科學(xué)研究基金項目“喀斯特區(qū)不同灰?guī)r根系地下生境的土壤質(zhì)量研究”(12BS029)；貴州省科技計劃項目“喀斯特固碳增匯植被恢復(fù)技術(shù)及示范研究”(黔科合SY字[2012]3012號)。

作者簡介符裕紅(1982-)，女，云南宣武人，副教授，博士，從事恢復(fù)生態(tài)方面的研究。

收稿日期2016-04-13

中圖分類號S 158

文獻標(biāo)識碼A

文章編號0517-6611(2016)16-126-03

Evaluation on the Soil Fertility of Different Rock Soil in the Central Region of Guizhou

FU Yu-hong1, HUANG Zong-sheng2, PENG Qin3

(1. College of Chemistry and Life Science, Guizhou Normal College, Guiyang, Guizhou 550018; 2. College of Architecture and Urban Planning, Guizhou University, Guiyang, Guizhou 550025; 3. Southwest Guizhou Vocational and Technical College for Nationalities, Xingyi, Guizhou 562400)

Abstract[Objective] The aim was to study the basic situation and fertility of different rock soil in Karst region through evaluating fertility of six non-carbonate rock soil in the central region of Guizhou. [Method] Taking six non-carbonate rock soil in the central region of Guizhou as the research object, soil physical, chemical and biological indicators were selected to evaluate the soil fertility. Using principal component analysis (PCA) for index selection, four principal components and contribution rate, characteristic value and score were extracted. The comprehensive score of fertility of each rock type soil was calculated through soil fertility comprehensive index and was ranked. [Result] The results showed that: soil chemical properties—soil nutrient in soil fertility evaluation plays an important role; different rock of non-carbonate rock soil fertility varies in the Karst area, with basalt soil fertility is best, followed by the palimpsest sandstone, quatemary red clay, shale, coal sand quartz sandstone, the worst is feldspar quartz sandstone. [Conclusion] To some certain extent, predecessors’ study on soil fertility in Karst, can lay the foundation for research on plant growth, provide reference for study fertility of non-carbonate rock soil in Karst region, promote vegetation cultivation, ecological restoration and treatment in Karst area.

Key wordsSoil fertility; Rock type; The central region of Guizhou