喀斯特红裸土植被恢复的土壤有机质及速效养分支撑能力

肖梦景 王嘉学 张磊 赵茜 余洁芳

摘要：为揭示云贵高原强烈土壤侵蚀条件下表土侵蚀后红裸土植被生长的有机质与速效养分能力，在红裸土典型发育地带选取5处不同气候环境下红裸土剖面进行有机质及速效养分含量分析。结果表明，5个剖面有机质含量无明显分布规律，速效氮含量呈现表土层>心土层>底土层的分布规律，速效磷含量呈现底土层>表土层>心土层的分布规律，速效钾含量呈现表土层>底土层>心土层的分布规律。降水量居中的富源（年降水量1 000～1 500 mm）所采3处土样有机质及速效氮含量高于罗平土陇（年降水量1 743.9 mm）及呈贡龙潭山（年降水量789.6 mm）所采土样，但速效磷及速效钾含量则在降水量最少的呈贡所采土样中最高。红裸土速效养分含量整体低于全国第二次土壤普查土壤分级标准中6级土壤标准，属于极度缺乏，因而红裸土难以提供植被生长条件，恢复植被需采取人工补给方式。

关键词：喀斯特；红裸土；有机质；速效养分

中图分类号：S153 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2015）13-3131-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.13.015

Analysis on Soil Organic Matter and Available Nutrient of the form of Red Bare

Soil landscape in Karst Area

XIAO Meng-jing，WANG Jia-xue，ZHANG Lei，ZHAO Qian，YU Jie-fang

（School of Tourism and Geographical Science， Yunnan Normal University， Kunming 650500， China）

Abstract： To investigate the soil organic matter （SOM） and available nutrient of red bare soil， soil samples were taken from 5 typical red bare soil sites. The results showed that there was no obvious regularity of distribution in the content of SOM， the surface layer content of available N was higher than sub-surface and bottom layer，the bottom layer content of available P was higher than surface and sub-surface layer， the surface layer content of available K was higher than bottom and sub-surface layer. The content of SOM and available N of three soil samples from Fuyuan（annual precipitation 1 000～1 500 mm） was more than that in Luoping Tulong （annual precipitation 1 743.9 mm） and Chenggong Longtanshan （annual precipitation 789.6 mm），while the contents of available P and available K were highest in Chenggong Longtanshan. The contents of available nutrients of red bare soil were lower than level 6 in soil classification standard of the second national soil survey，which meaned extreme lack. Therefore the red bare soil could not provide growth conditions for vegetation，and vegetation restoration needed artificial recharge.

Key words： karst； red bare soil； soil organic matter； available nutrient

山原红壤是在第四纪红色风化壳上发育的土壤[1]，广泛分布于云南高原喀斯特地区。山原红壤区，是云南人口密集区和粮食主产区之一，但近年来退化严重，一些地方已成为与石漠化伴生、多年寸草不生的“红色荒原”——红裸土景观。土壤有机质和养分是土壤肥力的重要物质基础，在土壤肥力、环境保护以及作物生长等方面都起着极其重要的作用[2]，是植被生长的关键条件。相关研究表明，滇东石漠化地区裸露山原红壤呈中强酸性，表层有机质含量远低于同区域草地灌丛乔木林下山原红壤，与处于昆明准静止锋东侧大致同纬度的贵州喀斯特黄壤和黑色石灰土相比也较低，是其难以生长植被的重要原因之一[3，4]。云南高原喀斯特山原红壤区降雨量较大，水土流失严重。植被难以生长的表土被侵蚀后，心土层和底土层是否具有植被恢复的有机质和养分条件，是红裸土及石漠化防治与生态恢复中的关键科学问题。

1 研究区概况

云南高原属扬子准地台的最西组成部分，古生界至中三叠统沉积盖层发育，滇中由紫色砂页岩组成，又称红色高原，滇东由碳酸盐岩类组成，喀斯特地貌发育。红裸土景观主要发育在海拔1 100～2 500 m的喀斯特地区，结合卫星影像解译和野外调查，目前已初步探明红裸土斑块23 000多个，面积1～500 m2不等，多与石漠化伴生。

2 材料与方法

2.1 样品的采集

在同一热量带，坡度、坡向、降水量的差异可能影响到土壤有机质和养分的迁移与储存能力。为此，本研究选择近似坡度、坡向及年均温度条件下的5个典型红裸土剖面分层采样分析，剖面位置见图1。拟通过富源3个剖面（年平均降水量1 000～1 500 mm）的分析揭示降水量大致相同的地区山原红壤有机质及速效养分的分布规律，并通过与呈贡龙潭山（年平均降水量789.6 mm）、罗平土垅（年平均降水量1 743.9 mm）2个剖面的对比分析揭示不同降水条件对有机质及速效养分的影响，样地选择和剖面基本情况见图1和表1。

使用陶瓷工具采样，剖面挖至下覆岩石，各土壤样品重1.5～2.0 kg，带回实验室进行风干、去杂等，过筛后备用。由于红裸土有机质层缺失，分析中统一将0～20 cm层定义为表土层，20 cm至基岩部分按土壤发生层次分2层采集土壤剖面样品，定义为心土层和底土层进行分析（表1）。

2.2 测定方法

有机质采用水合热—光比色法，速效氮采用碱解扩散法，速效磷采用NaHCO3浸提—钼锑抗比色法，速效钾采用四苯硼钠比浊法，每样测定3次，取平均值。

3 结果与分析

3.1 红裸土剖面有机质含量分析

有机质是土壤的重要物质组成，含有植物生长所需要的各种营养元素，提供土壤微生物生命活动的能源，在土壤肥力、土地可持续利用等方面具有十分重要的作用和意义，有机质对土壤物理、化学和生物学性质有着深刻的影响[5]。5个剖面有机质平均含量为1.99%，相比贵州喀斯特地区土壤有机质含量平均值9.60%[6，7]，研究区内土壤有机质含量整体较低，介于轻度石漠化（1.15%）和潜在石漠化（2.72%）之间[8]。5个红裸土剖面表土层有机质含量在1.03%～3.20%之间，平均值为1.97%；心土层有机质含量在0.67%～4.26%之间，平均值为2.17%；底土层有机质含量在0.46%～4.04%之间，平均值为1.83%（表2、图2）。其中心土层土壤有机质平均含量最高，但剖面土壤有机质含量无明显规律。其他西南喀斯特地区相关研究表现出相同的规律[9]。研究区内降水集中，土壤有机质含量低且裸露，使土壤胶体状况变劣，减小了土壤颗粒之间的胶结，土壤结构紧实，降低了地表径流的入渗量，地表产生的超渗径流会进一步冲蚀表土，进而造成有机质淋失[10]。这可能是导致红裸土剖面有机质含量不符合有机质随土壤深度下降一般规律的原因。红裸土表层有机质含量偏低导致土壤结构性不稳定，水分蒸发加快，加之红壤质地黏重，土壤胀缩性显著，在降水集中的情况下，极易使表层土壤产生龟裂。一方面有机质随雨水淋失或者下渗，导致剖面表层有机质含量减少，另一方面土壤胀缩程度严重易造成植物根系损伤，恶化土壤物理性质。这可能是红裸土表层无植被覆盖的原因之一，这一结果反过来又减少了回归土壤凋落物的数量，形成土壤退化的恶性循环。

富源所采3处土样表土层有机质平均含量为2.45%，罗平土陇所采土壤样品表土层有机质含量为1.47%，高于呈贡的1.03%，心土层及底土层也表现出相同规律。说明降水量适中地区有机质流失缓于降水量过多或过少区域。

3.2 红裸土剖面速效养分含量分析

土壤速效养分对土壤质量及植物的生长发育具有重要作用，其含量反映了土壤中氮磷钾的实际供应状况。氮素在生态系统中是一种限制植物生长的重要元素，速效氮是土壤中的可直接被植物吸收利用的氮，其含量显著影响土壤生产力[11]。5个剖面平均速效氮含量为12.55 mg/kg，根据全国第二次土壤普查土壤分级标准，平均值在30 mg/kg以下则为6级（表3），含量极低。5个红裸土剖面表土层速效氮含量在18.43～41.34 mg/kg之间，心土层速效氮含量在5.98～10.58 mg/kg之间，底土层速效氮在2.49～7.17 mg/kg之间（表2、图3）。速效氮含量呈现表土层>心土层>底土层的分布规律，与周炼川等[8]在西南喀斯特地区研究结果一致。富源所采3处土样表土层速效氮平均含量为29.07 mg/kg，罗平土陇所采土壤样品表土层速效氮含量为25.01 mg/kg，高于呈贡的18.43 mg/kg，心土层及底土层也表现出大致相同的规律。说明降水量适中地区速效氮流失缓于降水量过多或过少区域。

5个红裸土剖面平均速效磷含量为1.60 mg/kg，根据张桃林等[11]提出的土壤养分退化评价标准，严重退化土壤的速效磷含量下限为5.00 mg/kg。研究区5个剖面速效磷含量最高值均低于此标准，红裸土速效磷含量极低。根据全国第二次土壤普查土壤分级标准，平均值在3.00 mg/kg以下则为6级（表3），含量极低。

表土层速效磷含量在1.51～2.00 mg/kg之间，平均值为1.75 mg/kg；心土层速效磷含量在0.43～2.02 mg/kg之间，平均值为1.14 mg/kg；底土层速效磷含量在0.38～2.46 mg/kg之间，平均值为1.92 mg/kg（表2、图4）。植物归还是土壤中有效磷的重要来源[12]，红裸土无植被覆盖是导致速效磷含量低的原因。5个剖面速效磷含量基本呈现底土层>表土层>心土层的分布规律，与一般土壤表土层含量最大的规律不符，但与陈效良等[12]在贵州喀斯特地区的研究中轻度石漠化和中度石漠化土样结果相似。

富源所采3处土样表土层速效磷平均含量为1.73 mg/kg，罗平土陇所采土壤样品表土层速效磷含量为1.67 mg/kg，均低于呈贡的1.88 mg/kg，但心土层及底土层含量最高的分别为富源及罗平土陇，说明降水量少的地区速效磷流失缓于降水量较多区域。

5个剖面平均速效钾含量为11.17 mg/kg，作为速效钾的主要部分，交换态钾含量低于40 mg/kg为土壤严重退化标志，其上限为100 mg/kg[13]，本研究中5个红裸土剖面均属于严重退化。根据全国第二次土壤普查土壤分级标准，速效钾平均含量低于30 mg/kg为6级（表3），5个红裸土剖面速效钾含量均小于30 mg/kg，低于6级土壤所规定的上限值。由此可见，研究区内土壤普遍缺少速效钾。

表土层速效钾含量在6.66～28.86 mg/kg之间，平均值为13.84 mg/kg，心土层速效钾含量在3.81～14.27 mg/kg之间，平均值为7.75 mg/kg，底土层速效钾含量在1.54～16.60 mg/kg之间，平均值为9.41 mg/kg（表2、图5）。

富源所采3处土样表土层速效钾平均含量为10.84 mg/kg，罗平土陇所采土壤样品表土层速效钾含量为7.81 mg/kg，均低于呈贡的28.86 mg/kg，心土层含量也有相同规律，说明降水量少的地区速效钾流失缓于降水量较多区域。

4 结论

5个剖面有机质无明显分布规律，速效氮含量呈现表土层>心土层>底土层的分布规律，速效磷含量呈现底土层>表土层>心土层的分布规律，速效钾含量呈现表土层>底土层>心土层的分布规律。降水量居中的富源（年降水量1 000～1 500 mm）所采3处土样表层土有机质及速效氮平均含量高于罗平土陇（年降水量1 743.9 mm），二者均高于呈贡龙潭山（年降水量789.6 mm）所采土样，但降水量较少的呈贡所采土样速效磷及速效钾含量高于富源、罗平土陇。红裸土速效养分含量均低于全国第二次土壤普查土壤分级标准中6级土壤标准，属于极度缺乏。因而红裸土难以提供植被生长条件，恢复植被需采取人工补给方式。

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