石灰岩发育的乔木林下土壤团聚体形成的影响因素

2011-07-26周运超杜光平

中国水土保持 2011年7期

蒋静，周运超，杜光平

(贵州大学林学院，贵州贵阳550025)

土壤团聚体即土壤结构，是指土壤所含的大小不同、形状不一、有不同孔隙度和机械稳定性及水稳性的团聚体总和，它是由胶体的凝聚、胶结和黏结作用而相互联接的土壤原生颗粒组成的。土壤结构性是土壤的重要物理性质，它直接影响着土壤的肥力和农作物的生长。因为良好的土壤结构具有适当的孔径分布(即在一定容积中各种孔径的数量)，可以协调土壤中的水、肥、气、热等，为作物提供一个健壮生长的土壤环境［1］。有的专家把土壤团粒结构叫“土壤肥力调节器”［2］。土壤团聚体可分为水稳性和非水稳性两种，各土样之间风干团聚体的差异不大，而水稳性团聚体有较大变化，因此各级水稳性团聚体的比例应能较好地反映土壤团聚体的质量。

贵州地处我国西南喀斯特地区的核心地带，是石漠化十分严重的地区，水土流失与土地退化已成为制约这一区域农业发展的主要因素。有研究表明:随着喀斯特地区石漠化进程的加快，土壤水稳性团聚体含量明显降低，抗蚀性和蓄水性削弱，土壤颗粒砂化更加明显［3］;土壤理化性质的变坏与石漠化过程形成相互促进的正反馈关系，并在退化方向和阶段上具有一致性和同步性［4］;岩溶坡地次生灌丛林地开垦后，土壤有机质补充减少，矿化速度加快，腐殖质品质降低，是水稳性团聚体、水稳性大团聚体含量及结构稳定性降低的主要原因［5］。

针对土壤结构影响因素方面的研究近年来开展得比较多，关于喀斯特地区土壤结构的研究也开始兴起，并取得了很多的成就，但这些研究多是集中在土地利用方式对土壤结构的影响方面，很少深入研究影响土壤结构的内在因素。内在物质含量不同，土壤的物理性质差异很大。在土壤结构的形成中，土壤的胶体(有机胶体、无机胶体、有机无机复合胶体)起到了至关重要的作用，研究胶体的组成无疑成为认识土壤结构的好途径，可以让我们更好地了解水土流失的机理，找到治理水土流失的一些新方法。

1 材料与方法

1.1 研究区域概况

贵阳市位于贵州省中部，喀斯特面积占全市面积的85%。花溪区在贵阳市南郊(106°27'—106°52'E，26°11'—26°34'N)，地处黔中山原盆地，最高海拔1655.9 m，最低海拔999 m，属亚热带季风湿润气候，年均气温15.2℃，年降水量1178 mm，年平均日照时数1214.6 h，相对湿度85%，具有冬无严寒、夏无酷暑、气候温和、雨量充沛、雨热同季的特点。母岩以碳酸盐岩(石灰岩)为主，土壤为石灰土。植被为中亚热带湿润常绿阔叶林，自然植被以壳斗科(Fagaceae)、樟科(Lauraceae)和山茶科(Theaceae)植物为主，次生植被有杨梅(Myrica rubra)、光皮桦(Betula luminifera)、柏木(Cpuressus funebris)、女贞(Ligustrum lucidum)、桃(Prunus persica)、李(Prunus salicina)、火棘(Pyracantha fortuneana)和粗叶悬钩子(Rubus alceaefolius)等。

1.2 试验方法

土壤采自贵州省贵阳市花溪区花溪水库典型纯质石灰岩发育土壤上的乔木林地。采用多点采样，按四分法取样，样品采集深度分0—5和5—20 cm两个层次，每一点采集的土样厚度、深浅、宽窄大体一致;采集原状土样时，应先采集5—20 cm土壤层的，再采集0—5 cm土壤层的。采集5个样地两个层次的土壤样品共10个。土样在室内风干后，用干筛法和湿筛法分别测定＞5、5—2、2—1、1—0.5、0.5—0.25 mm 的各级风干团聚体和水稳性团聚体含量(沙维诺夫法)。对湿筛后的各级土壤团聚体进行碳水化合物、胡敏酸、游离氧化铁铝、非晶质氧化铁铝和钙、镁含量测定。碳水化合物总量用直接测定法［6］，胡敏酸用焦磷酸钠提取－重铬酸钾法测定［7］，游离和非晶质氧化铁铝用光度法测定［8］，钙和镁的含量用EDTA滴定法测定。各级团聚体在胶体提取后，立即湿筛，进行各种胶体对团聚体的稳定性影响的测定。

2 结果与讨论

2.1 团聚体干湿筛表征的土壤组成性质

由表1可见，纯石灰岩乔木林土壤干筛团聚体含量均很高，干筛后，两个土壤层次的＞0.25 mm的团聚体含量平均为97.5%;5 个样地土壤＞ 5、5—2、2—1、1—0.5、0.5—0.25、＜0.25 mm的干筛团聚体平均含量分别为72.8%、11.3%、5.1%、4.6%、3.8%、2.5%;土壤经干筛后，团聚体组成以大粒径为主，小粒级团聚体含量低。说明土壤各粒级风干团聚体分布不均匀，较大团聚体含量多，团聚性好［9］。

由表2可见，土壤经湿筛后，各级团聚体含量减少得不是很明显，各级中＞0.25 mm团聚体平均含量占本粒级团聚体总量的比例都在90%以上;在各粒级湿筛后，本身这一粒级的团聚体含量占绝对多数，分解的团聚体随粒级的逐渐递减含量也逐渐减少。各粒级分解的＜0.25 mm的团聚体含量规律性不是很强，在0—5和5—20 cm两个层次中的差异也不明显。从标准差来看，＞5 mm粒级的团聚体标准差都很大，在两个土壤层次上标准差大体上表现为随着粒级减小而减小。

表1 土壤干筛团聚体组成

表2 土壤湿筛团聚体组成

2.2 影响团聚体稳定性的因素

2.2.1 碳水化合物对团聚体稳定性的影响

从表3可以看出，五个粒级分别提取碳水化合物湿筛后，本身这一级的团聚体含量始终为最大值。土壤各粒级提取碳水化合物湿筛后，分解的＞0.25 mm的各粒级团聚体的含量随粒级减小依次减少，而分解的＜0.25 mm粒级团聚体的含量则明显增加，这在土壤的两个层次中表现一致;提取的碳水化合物的含量与分解的＞0.25 mm团聚体含量呈现正相关的关系，相关系数为0.547，与＜0.25 mm团聚体含量呈负相关关系，相关系数为－0.547;0—5 cm土层的土壤团聚体含量整体高于5—20 cm土层的含量。

2.2.2 胡敏酸对团聚体稳定性的影响

从表4可以看出，五个粒级分别提取胡敏酸湿筛后，本身这一级的团聚体含量变化较大的为2—1和1—0.5 mm粒级，与表2相比，团聚体减少的平均值分别为84.4%和73.2%;土壤各粒级提取胡敏酸湿筛后，分解的＞0.25 mm的各级团聚体含量随粒级减小依次减少，而分解的＜0.25 mm的团聚体含量除5—2 mm这一粒级很小之外，其余粒级均明显上升。在土壤的两个发生层次中，0—5 cm土层的土壤团聚体含量与5—20 cm土层的差异性不是很大。提取的胡敏酸含量与分解的＞0.25 mm的团聚体含量呈正相关关系，相关系数为0.664;与＜0.25 mm的团聚体含量呈负相关关系，相关系数为－0.745。可见胡敏酸含量的多少，对＜0.25 mm的团聚体影响要大些。

表3 碳水化合物对团聚体的影响

表4 胡敏酸对团聚体的影响

2.2.3 钙、镁对团聚体稳定性的影响

从表5可以看出，五个粒级分别提取钙、镁湿筛后，本身这一级的团聚体含量比起其他粒级来，占的比例都相对大得多，最大值出现在 1—0.5 mm 这一级上，为91.55%(0—5 cm)和89.0%(5—20 cm)。土壤各粒级提取钙、镁后进行湿筛，分解的＞0.25 mm的各粒级团聚体的含量并非随粒级减小依次减少，出现了起伏;而分解的＜0.25 mm的团聚体含量随着粒级的减小所占比例逐渐增大。这些规律在土壤的两个层次中表现出一致性。提取的钙含量与分解的＞0.25 mm的团聚体含量呈现负相关的关系，相关系数为－0.726;与＜0.25 mm的团聚体含量呈正相关关系，相关系数为0.726。提取的镁含量与分解的＞0.25 mm的团聚体含量呈现正相关的关系，相关系数为0.369;与＜0.25 mm的团聚体含量呈负相关关系，相关系数为－0.369。可见钙对团聚体含量的影响比镁要大。

表5 钙、镁对团聚体的影响

2.2.4 游离氧化铁、铝对团聚体稳定性的影响

从表6可以看出，五个粒级分别提取游离氧化铁、铝湿筛后，除＞5 mm粒级本身这一级的团聚体含量比分解的次一级(5—2 mm)的含量少外，其余各粒级本身这一级的团聚体含量都要大于分解的其他粒级的含量。土壤各粒级提取游离氧化铁、铝湿筛后，分解的＞0.25 mm的各粒级团聚体的含量依次减少。而由0.5—0.25 mm粒级团聚体分解的＜0.25 mm的团聚体含量占本粒级团聚体总量的比例最大，达到36.5%。这些规律在土壤的两个层次中表现出一致性。提取的游离氧化铁含量与分解的＞0.25 mm的团聚体含量呈现正相关的关系，相关系数为0.046，与＜0.25 mm的团聚体含量呈负相关关系，相关系数为－0.046;提取的游离氧化铝含量与分解的＞0.25 mm的团聚体含量呈现正相关的关系，相关系数为0.628，与＜0.25 mm的团聚体含量呈负相关关系，相关系数为－0.628。可见游离氧化铁、铝对团聚体的稳定性都有影响，而游离氧化铝的影响要比游离氧化铁大得多。

2.2.5 非晶质氧化铁、铝对团聚体稳定性的影响

从表7可以看出，五个粒级分别提取非晶质氧化铁、铝湿筛后，本身这一粒级的团聚体含量比其分解的各粒级的含量都要高。土壤各粒级提取非晶质氧化铁、铝湿筛后，分解的＞0.25 mm的各粒级团聚体的含量依次减少。而由0.5—0.25 mm团聚体分解的＜0.25 mm的团聚体含量占本粒级团聚体总量的比例最大，达到35.9%，这与提取游离氧化铁、铝时的情况一致。这些规律在土壤的两个层次中表现出一致性。提取的非晶质氧化铁含量与分解的＞0.25 mm的团聚体含量呈现负相关关系，相关系数为－0.682，与＜0.25 mm的团聚体含量呈正相关关系，相关系数为0.682;提取的非晶质氧化铝含量与分解的＞0.25 mm的团聚体含量呈现正相关关系，相关系数为0.711，与＜0.25 mm的团聚体含量呈负相关关系，相关系数为－0.711。可见非晶质氧化铁、铝对团聚体稳定性都有影响，而非晶质氧化铝的影响要比非晶质氧化铁大。

表6 游离氧化铁、铝对团聚体的影响

表7 非晶质氧化铁、铝对团聚体的影响

3 讨论

(1)＞5 mm粒级的团聚体提取完碳水化合物之后，0—5 cm土层＞5 mm粒级的团聚体减少了28.5%，5—20 cm土层＞5 mm粒级的团聚体减少了44.6%;减少的这部分团聚体破碎为五个级别的团聚体，其中5—2 mm粒级的团聚体增加的量较其他四个级别要多，其次是＜0.25 mm级别，5—20 cm土层的各级土壤团聚体增加的量要比0—5 cm土层的大。另外四个粒级的土壤在提取完碳水化合物之后也遵循这个规律。

(2)胡敏酸胶体对土壤团聚体的影响表现为:在大粒级(＞5 mm)团聚体提取完胡敏酸之后＞5 mm团聚体含量急剧下降，5—20 cm土层下降得比0—5 cm土层多;且在其余四个级别(5—2、2—1、1—0.5、0.5—0.25 mm)中也出现了本身这一粒级团聚体下降的现象;各粒级团聚体分解的＜0.25 mm的团聚体含量增加，其中增加最多的是＞5 mm这一粒级的。

(3)当土壤团聚体中的钙、镁被提取后，五个粒级本身这一粒级的团聚体都有轻微的减少，各粒级破碎之后形成的各级团聚体的含量规律性不是很强。破碎为＜0.25 mm团聚体的量很小，有的粒级甚至没有。

(4)在＞5和5—2 mm粒级中，游离氧化铁、铝胶体的分离使得这两个粒级本身的含量极大减少，其中＞5 mm团聚体含量平均减少了 67.4%，5—2 mm团聚体含量平均减少了41.8%，随之其他各粒级团聚体含量都有所增加，其中＞5 mm土壤湿筛后产生的＜0.25 mm团聚体的含量平均增加了2倍;2—1、1—0.5 和0.5—0.25 mm 三个粒级本身这一粒级的团聚体含量减少较少，减少的量多转移到＜0.25 mm这一粒级中。

(5)非晶质氧化铁、铝胶体对土壤团聚体的影响表现为:在＞5和5—2 mm粒级中，非晶质氧化铁、铝胶体的提取使得这两个粒级本身的含量减少，减少量较游离氧化铁、铝胶体少，随之各粒级团聚体含量增加或减少的规律不是很明显。2—1、1—0.5和0.5—0.25 mm三个粒级本身这一粒级的团聚体含量减少量较＞5和5—2 mm粒级少。

(6)与湿筛相比，占土壤绝大部分的＞5 mm这一级别的土壤经过胶体提取后，对本身这一级的团聚体含量影响最大的是游离氧化铁、铝因子;5—2 mm粒级土壤中，碳水化合物因子对本身这一级的影响最大;而其余粒级土壤中，对本身这一级影响最大的因子均为胡敏酸。

(7) ＞5、5—2、2—1、1—0.5、0.5—0.25 mm 五个粒级的土壤提取完胶体后，产生的＜0.25 mm团聚体量最多的因子是胡敏酸和碳水化合物，这说明胡敏酸和碳水化合物被冲走后，土壤团聚体破碎时，破碎为＜0.25 mm团聚体的部分较多;说明胡敏酸和碳水化合物对＜0.25 mm的团聚体的稳定性是有影响的。