石漠化地区石灰岩喀斯特林地土壤抗蚀性研究

摘 要：对贵州中部石灰岩喀斯特地区3种林分（常绿阔叶林，构树林和灌木林）林地土壤的抗蚀性指标进行主成分分析，并以农地土壤作对照，研究表明，用抗蚀性指标主成分分析综合指数表明3种林分林地土壤抗蚀性为：阔叶林（88.90）>构树林（77.02）>灌木林（62.69）；表层土壤抗蚀性（97.14）高于亚表层土壤抗蚀性（67.30），土壤抗蚀性从表层向下呈下降趋势。通过聚类分析可将贵州中部石灰岩喀斯特不同土地利用类型不同层次的8土壤样本划分为抗蚀性强度不同的3类，与评价结果一致。

关键词：黔中 石灰岩 林地 喀斯特土壤 土壤抗蚀性

中图分类号：P313 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）02（a）-0244-03

贵州喀斯特地区特殊的地质和自然地理条件决定了其土壤侵蚀十分严重，后果易导致石漠化[1]，从石漠化分布的区域看，几乎都集中在碳酸盐岩地区，研究表明[2]：石灰岩地区的石漠化尤为严重，因此研究石灰岩喀斯特土壤侵蚀具有十分重要的意义。

土壤抗蚀性是指土壤抵抗水（包括降水和径流）的分散和悬浮的能力[3]，其强弱取决于土粒间的胶结力及土粒和水的亲和力，是评定土壤抵抗侵蚀力的重要参数之一。由于土壤抗蚀性并不是一个物理的或化学的定量可测定指标，而是一个综合性因子，因此，只能在一定的控制条件下通过测定土壤性质的某些参数作为土壤抗蚀性指标[4]。本文选取无机粘粒、微团聚体类和土壤有机质等12个指标来评价土壤抗蚀性。本文以贵州省贵阳市花溪区典型喀斯特石灰岩地区为研究对象，通过试验分析三种林地（常绿阔叶林，构树林和灌木林）的土壤抗蚀性，以期为预防石漠化的发生和石漠化地区水土流失的防治提供一定依据。由于植被因素与土壤侵蚀有十分密切的关系，所以在贵州喀斯特地区研究不同植被下的土壤抗蚀性有其重要意义。

1 研究区概况

试验样地位于贵州省贵阳市花溪区花溪水库附近典型石灰岩（三叠系）地区。地处东经103°34′，北纬2p6WBKxdVHCpact9fQlkCst6cgqXS0m7LoedsyQs1+Bc=6°34′，海拔1130～1326 m，植被覆盖率达到32.36%，年平均气温14.9℃，年平均降水量1229 mm，雨量充沛CUubEH7+TdPCMAhVgGxPjAUwFqQVo29HvdSExUQvHMc=，属于典型亚热带喀斯特地区，区域内石漠化较严重。

2 研究方法

2.1 样地设置

为了使选择的样地有可比性，本次不同林分样地均设在同一类型石灰岩上，土壤类型为黄色石灰土，坡度15°～25°，海拔1000～1100m左右的地段。样地选好后.对地上植被主要物种进行调查，各样地植被状况见表1。

2.2 样品采集及分析方法

每种植被类型样地选取3个点，每个点3次重复，土壤采样深度为0～20 cm、20～40 cm，然后进行室内实验分析，取平均值。土壤有机质采用硫酸重铬酸钾法[5]，土壤水稳性团聚体含量采用Yoder法[6]，土壤机械组成和微团聚体采用吸管法进行测定[6]。选取直径5～7 mm的土壤团粒体25粒，放在直径5 mm孔径筛子进行水浸试验，每隔1 min记录崩塌的土粒数，连续记录10 min，然后计算抗蚀指数[7]。

2.3 评价指标

无机粘粒类[8～9]

（1）<0.05mm粉粘粒含量（X1）；（2）<0.01mm物理性粘粒含量（X2）。

（3）<0.001mm粘粒含量（X3）。

（4）结构性颗粒指数（X4）：结构性颗粒指数=粘粒含量（<0.001 mm）/粉粒含量（0.001～0.05 mm）

微团聚体类[8～9]。

（5）团聚状况（X5）=（>0.05mm微团聚体分析值）-（>0.05mm机械组成分析值）。

（6）团聚度（X6）=团聚状况/（>0.05mm微团聚体分析值）。

（7）分散率（X7）=（<0.05mm机械组成分析值）/（<0.05mm微团聚体分析值）。

（8）分散系数（X8）=（<0.001mm微团聚体分析值）/（<0.001mm机械组成分析值）。

（9）>0.25mm水稳性团聚体含量（X9）。

（10）结构体破坏率（X10）=[（>0.25mm干筛团聚体分析值）-（>0.25mm湿筛团聚体分析值）]/（>0.25mm干筛团聚体分析值）。

（11）有机质含量（X11）（g·kg-1）。

（12）抗蚀指数（X12）=（总土粒-崩解土粒数）/土粒总数。

3 结果与分析

3.1 不同林分土壤抗蚀性能主成分分析

本文选用12个重要的指标（2.3评价指标X1，X2，……X12），这些指标体系虽然比较全面，却显得繁冗复杂，应用起来很不方便，况且有些指标间信息重叠，相互间具有一定的关联性。因此，可以考虑用较少的新指标来代替原有指标，并尽可能保存原有多指标的信息。利用SPSS软件通过主成分分析法（PCA），确定土壤抗蚀性综合指标。

从表前三个主成分Y1、Y2、Y3的累积贡献率已达到87.23%，可满足主成分的分析要求[10]。因此，只取前三个主成分进行分析，结果见表3。

由表3可知，第一、二、三主成分累积贡献率大于80%，因此，用主成分线性函数可以计算出不同林分土壤各层次的第一、二、三主成分值，并根据主成分提供信息量所占权重得到三种林地土壤各层次土壤的综合主成分指数：Y=0.5817Y1+0.1767Y2+0.1138Y3（见表4）。第一、二、三主成分的线性表达式为：

Y1=0.930x1+0.049x2-0.750x3- 0.857x4+0.797x5+0.927x6-0.411x7+ 0.151x8+0.933x9-0.880x10+0.860x11+ 0.852x12

Y2=0.252x1+0.671x2+0.567x3+ 0.403x4-0.186x5+0.062x6+0.687x7+ 0.540x8+0.214x9-0.352x10+0.385x11- 0.057x12

Y3=0.040x1-0.692x2-0.116x3- 0.166x4+0.145x5+0.114x6+0.409x7+ 0.760×8-0.033x9+0.133x10-0.109x11- 0.186x12

各林分及农地土壤的平均综合指数，从表层土壤抗蚀性（97.14）明显高于亚表层土壤的抗蚀性（67.30），这说明总体上土壤的抗蚀性从表层向下有下降的趋势。从表层到亚表层，抗蚀性指标主成分综合分析，变异系数最大的是阔叶林（26.89），从表1样地植被概况可以看出，阔叶林地乔木丰富，林下灌木草本也极丰富，表层有丰富的枯落物，生物归还量很大，土壤的结构相比其它样地要好；其次是农地（21.22），这与农地土壤上层受人为活动影响较多有关；变异最小的是灌木林（14.74）和构树林（10.22），这与灌木林枯落物和根系对土壤抗蚀性的积极作用相当，而构树林地，树种单一，对土壤改良作用不如阔叶混交林的效果明显。

表4看出，灌木林地内表层土壤抗蚀性主成分综合指数最低（72.97），其下层土壤抗蚀性综合指数相比林分林地同样最小，这说明在该地区灌木林地在提高土壤抗蚀性方面效果不如阔叶混交林和乔灌林地。这也体现了保护现有乔木林地的重要性。林地土壤各层主成分平均综合指数为阔叶林（88.90）>构树林（77.02）>灌木林（62.69）。而对照农地土壤大于林地土壤，由于该区农地多是梯田，受人为影响较大，同时土壤坡度很小，只有9度，蓄水保土功能较强，这也说明利用一定的水土保持工程措施，对提高土壤抗蚀性有积极作用。

表层是土壤侵蚀容易发生的土层，3种林分林地土壤表层的主成分综合指数阔叶林（102.34）>构树林（91.76）>灌木林（72.97），因此林地土壤表层抗蚀性能是常绿阔叶林最好，灌木林最差，这与阔叶林丰富的枯落物厚度和储量从而形成有机质含量丰富的腐殖质层有关，而灌木林枯落物厚度和储量最低，因此其有机质含量也低（9.40g·kg-1），粘粉粒含量最低，团聚度（49.28）最差。从表4看出农地土壤主成分综合指数高于林地土壤。这是由于该农地是梯田，属于水保工程，对土壤结构改良较明显，粘粉粒含量最高，有机质含量丰富（13.11g·kg-1），土壤的团聚度最大。

亚表层林地土壤主成分综合指数仍然是阔叶林（75.45）最大，而灌木林（62.69）最小，这说明阔叶林对改善土壤结构的重要性，从土壤表层向下，阔叶林地抗蚀性综合指数变异系数最大，表明如果阔叶林地植被遭到破坏，土地易退化，土壤抗蚀性就会急剧下降，进一步说明保护阔叶林的重要性。农地在亚表层综合指数依然最大，在喀斯特地区由于土壤较薄，平均为40～50 cm，此层起保水保肥的作用，是生长后期供应水肥的主要层次，其土壤状况也较佳。同时受人为耕作活动的影响，促成农地可耕作层土壤的良好结构，因此其抗蚀性能强。

3.2 土壤抗蚀性能指标聚类分析

为了更客观反映不同林分不同土壤层次的抗蚀性能的相似、相异关系，为消除各指标单位不同带来的干扰，将这12项指标标准化处理后，用欧氏距离计算样本点之间的距离，使用离差平方和法计算类间距离，使所分出的类内各样本间的差异最小，各类间的差异最大。对不同林地土壤不同层次的8个土壤，进行聚类分析，得到8个土样抗蚀性的模糊聚类谱系图，见图1。可将8个土壤样本划分为3类，第一类为1、3、7，为阔叶林表层，构树林表层，农地表层，其土壤抗蚀性能最强；第二类为2、5、8，分别为阔叶林亚表层、灌木林表层、农地亚表层，其抗蚀性能次之；第三类为4、6，分别为构树林亚表层，灌木林亚表层，其抗蚀性能最差。从表层到亚表层土壤抗蚀性能减弱，表层土壤阔叶林和农地土壤抗蚀性能最强。这与抗蚀性指标主成分综合指数计算结果相一致。

4 结论与讨论

黔中石灰岩喀斯特三种林地土壤及农地土壤各层次土壤的综合主成分指数计算方程为：Y=0.5817Y1+0.1767Y2+0.1138Y3。三种林地抗蚀性能（平均主成分综合指数）为：阔叶林（88.90）>构树林（77.02）>灌木林（62.69）。各林分及农地土壤表层土壤抗蚀性（97.14）高于亚表层土壤抗蚀性（67.30），土壤抗蚀性从表层向下呈下降趋势。从表层到底层，抗蚀性指标主成分综合分析，变异系数最大的是阔叶林（26.89），其次是农地（21.22）；变异最小的是灌木林（14.74）和构树林（10.22），说明保护乔木林植被的重要性。

贵州喀斯特地区特殊的地质和自然地理条件决定了其土地资源类型及其分布规律，喀斯特地貌广布，山地、丘陵面积大而平地少，可利用的土地面积所占比重更小。巨大且不断增长的人口超出了土地的承载力，不合理的土地利用使土壤遭受侵蚀，土地退化，基岩大面积裸露形成类似荒漠化景观（周运超等，2005），即石漠化。从石漠化分布的区域看，几乎都集中在碳酸盐岩地区，喀斯特地区植被受碳酸盐岩岩性特征的影响，具有石生、旱生、喜钙特点，生物生长慢，森林植被覆盖率较低，通常低于非喀斯特地区，植被一旦遭到破坏，浅薄的土层在遇上暴雨时极易受到水蚀和雨水的冲刷产生块体滑动，引起水土流失，容易逐渐导致石漠化。

喀斯特地区土层很薄，土壤物理性状差，易发生水土流失，如果植被遭到破坏，将造成严重后果—— 石漠化，所以要合理利用土地，增加和改善土地覆被，提高土壤抗蚀性能。

参考文献

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