通道县森林土壤理化特性调查

2016-08-01石银问裴庭锦陆安信吴合意吴少武杨昌岩

绿色科技 2016年12期

关键词：调查分析

石银问，裴庭锦，陆安信，吴合意，吴少武，杨丹，杨昌岩

(湖南省通道侗族自治县林业局，湖南通道 418500)

通道县森林土壤理化特性调查

石银问，裴庭锦，陆安信，吴合意，吴少武，杨丹，杨昌岩

(湖南省通道侗族自治县林业局，湖南通道 418500)

摘要：为了解通道县森林土壤类型与特性，采取野外挖掘土壤剖面、观察、记载、测定和室内理化分析相结合的方法，选择了21个土壤剖面调查资料，确认了通道县的土壤类型为红壤、山地黄壤、山地黄棕壤。结果表明：这些剖面是发育较完整的A—B—C—D型，该境内的成土环境是顺向演替过程。除具有富铝化过程，生物自肥过程，黄化过程特征外，其土壤剖面形态特征也很明显。土壤有机质含量高达61.83g/kg，心土层与表土层粘粒含量的比值略大于1，森林土壤较湿，腐殖质化过程偏长，具有肥力高、质地好、通透性好，持水保土能力强等特点。

关键词：森林土壤；理化特性；调查分析；通道县

1引言

通道县地处湖南省西南边陲，湘、桂、黔三省(区)交界之处。境内气候温和，冬无严寒，夏无酷暑，降雨充沛，年蒸发量小于年均降水量，林中空气湿度高，土壤自然含水量高。区内主要为砂质页岩、页岩、沙砾岩发育的母质，地带性土壤为红壤、山地黄壤、山地黄棕壤，海拔为206～1077 m。保护区内保留着成片的常绿阔叶林，其区系地理成分复杂、起源古老，物种荟萃，群峰耸立，沟谷纵横，水系发达，林木繁茂。这种山、水、石、林兼备的优美生态环境，充满了大自然原始、幽野的神韵。为了保护这块神圣土地，让人们了解自然、认识自然，开展了森林土壤资源特征调查与研究。

2研究方法

对通道县的森林土壤调查与研究中，采取野外挖掘土壤剖面观察、记载测定和室内理化分析相结合的方法。室内分析采用的是国家标准方法[1，2]。土壤水分物理性质采用环刀法，土壤团粒结构采用机械筛分法，常规方法测定土壤含水量、有机质、全氮、全磷、速效磷、速效钾、pH值(H2O)，机械组成用比重计法进行测量。

3调查结果与分析

3.1土壤剖面形态的观察与描述

土壤剖面形态，是诸成土因素共同作用下形成的内在性质和外在形态的综合表现，是成土过程的客观记录。土壤剖面是指由上向下包括不同发育层次的垂直切面。它的界线，是以空气或浅层水为上界，以坚硬的母岩或不再有生物活动的土状物质为下界。土壤剖面是在成土因素不断影响下而逐渐产生层次分化所表现出来的一种纵向变化现象，是在土体同外界物质发生相互交换而促使内部物质迁出、归回，分解合成和依变创新而产生的层次变异。土壤是成土因素的函数，也是自然环境的一面镜子，它将各种自然环境因素在土壤剖面上反映出来，这样就能从土壤剖面形态来推断成土环境。保护区土壤主要形态是：枯枝落叶层(A0)较厚2～6 cm，在坡度大而陡的环境条件下，这种粗腐殖质层厚度的分布应视为良好。有的土层A1层与A层上下土层界面之间没有明显过渡。A层(淋溶层)平均厚20.5 cm，表层颜色从高海拔往低海拔的顺序为黑色(5Y2/1)、暗灰棕(5YR/2)、暗棕(5Y2/1)，但在常绿阔叶、落叶林典型群落内，特别是沟谷森林条件下的土壤剖面上反映颜色与海拔高度异同。如低海拔样地，表层为黑色，其原因是沟谷边或冲积土湿度大粗腐殖质难以分解，腐殖质化程度较高，使土壤表层出现黑色。B层(淀积层)为暗灰棕(5YR4/2)、淡棕(7.5.YR5/6)、淡黄棕(10YR7/6)、黄棕(10YR7/8)、为红黄色(7SYR6/8)。土壤结构好，一般剖面以A层为粒状、核状，B层为碎块状，C层为碎块状出现。土壤质地为重壤土、轻粘土。

3.2土壤发育层次分化特征

土壤层次，是指层次界线性质、层次厚度以及层次与层次之间或亚层与亚层之间的反差程度。在调查的21个剖面保护区土壤的发生层不论是海拔为350 m低点，还是海拔1350 m高点，中部为发育较完善的A0—A—B—C—D土体构型或A0—A1A—B—C—D土体构型，说明该区的成土环境是良好的，在该保护区基本没出现A1层、A层，而是A1A层交织一起，A1层、A层上下腐殖质层之间无明显的过渡，形成A0—A1A—B—C—D土体构型。这里的土体构型，与沟谷森林地貌景观有关，与降雨量和蒸发量消长有关。降雨量决定其干湿状况。以湿润系数(K)为指标，境内的干湿消长状况是降雨>蒸发，湿润系数(K1.84)>1.5，干湿程度为过湿。说明，森林的土壤过湿，有机残体进入土壤以后，在以土壤生物为主的作用下，把复杂的有机物转变为简单的化合物，最后变成无机物—矿质化过程减弱。

发生层粘粒含量及比率。根据机械组成分析结果计算A层、B层与C层的粘粒比率，可以确定土壤粘化作用的强弱[3]。土壤机械组成分析表明(表1、表2、表3)土壤质地尚好，为重壤土、轻粘土。沙粒(>0.05 mm)占5.44 %～32.64 %，沙粒含量的多少与不同母质、坡度上发育的土壤有关。粉沙粒(0.001～0.05 mm)占45 %以上，而粘粒含量在30 %以下，<0.001 mm粘粒含量表层都低于心土层，且其心土层与表土层黏粒含量的比值都略>1，为1.01～1.10，说明境内在植物繁茂的条件下森林土壤环境较好，土壤侵蚀强度弱。

表1　红壤机械组成

表2　山地黄壤机械组成

表3　山地黄棕壤机械组成

3.3森林土壤类型

境内的地貌特征是山地夹丘陵谷地，以中低山为主，海拔206～1607.7 m。由于纬度偏低，地势变化大，人类干扰小，加上气候温和，雨量充沛，适于亚热带动植物的生长和繁殖，植被覆盖率大。在特殊的沟谷地貌和生物气候条件下，有利于土壤的脱硅富铝化作用和生物富集过程，决定着该区的土壤类型为红壤、山地黄壤、山地黄棕壤。

3.3.1红壤

红壤分布在海拔300～800 m。根据中国森林土壤1984年分类的标准，红壤几种不同的亚类有红壤、黄红壤、棕红壤等，由此将黄红壤亚类归在红壤土类。保护区海拔300～550 m为红壤，550～800 m的山地土壤为红壤与黄壤的过渡带即黄红壤。黄红壤分布地区水湿条件和红壤基本类同，但热量条件较红壤差，同典型红壤的区别是以黄红色为主，即氧化铁水化为褐铁矿和针铁矿而呈现黄红色基调。这类土壤一般分布在中低山丘陵及山麓地区，坡度一般为25°～35°，粘粒(<0.001 mm)含量一般在20 %～26 %。在天然次生林下土壤特征表现为土壤剖面厚度达65 cm以上，枯枝落叶层2～6 cm，层次发育良好，有明显的A—B—C—D层，土壤颜色表层暗棕、栗色，心土层为淡红黄色、黄棕色、黄红色。质地为重壤土、轻粘土。土壤结构，表土层为粒状，心土层为核状或碎块状。湿度表土和心土无明显区别，常以润在各剖面中出现。pH值4.5～5.5，在土体中为强酸性。植物根系不太发达，植被为破坏程度较轻的针阔混交林和落叶阔叶林，土壤各类理化性质见表4。

表4　红壤理化性质

3.3.2山地黄壤

山地黄壤分布在海拔800～1100 m常绿阔叶林或常绿、落叶阔叶混交林及针阔混交林中，主要树种有拟赤杨、楠木、枫香、杜英、檵木、栲、湖南山核桃、杉木、马尾松等。母质类型为页岩、板岩、沙砾岩发育。地貌类型以群山接岭的中低山为主。气候特点是冬无严寒，夏无酷暑，空气湿度高，土壤形成发育除一般富铝化过程外，还进行着明显的黄化作用。土壤剖面常有A0—A1A—B—C—D构型，A0层3～6 cm，土壤表层为粒状结构，土体厚度一般在70～100 cm，土壤颜色与腐殖质聚合、分解紧密相关，肥力高的土壤颜色就深，也就是说腐殖质含量就高。表层颜色深浅顺序依次为黑色(5Y2/1)、暗灰棕(SYR4/2)、暗棕(7.5YR3/4)，心土层为暗灰棕(5YR4/2)、淡棕(7.5YR5/6)、黄棕色(10YR5/8)。土壤结构、松紧度一般在层次上分异明显。A层为粒状结构，B层为核状结构，C层为碎块状结构；松紧度A层为散，B层为紧，C层为紧；质地为重壤土、轻粘土。其他理化性质见表5。

表5　山地黄壤理化性质

3.3.3山地黄棕壤

山地黄棕壤是亚热带土壤垂直带谱的基本组成之一。保护区的山地黄棕壤主要分布在海拔1100 m以上的山地。山地黄棕壤的气候是以雨量多，湿度大、气压低、云雾环绕、无霜期短为特征。山地黄棕壤分布的海拔较高，坡度植被组成以常绿革叶灌丛为主，主要树种有鹿角杜鹃、南岭杜鹃、马尾松、山柳等。土壤紧，质地重壤土，pH值5.0；23～45 cm，暗黄棕色(10YR5/4)，碎块状结构，中量根系，土壤紧，质地重壤土，润，pH值5.2；45～61 cm，淡黄棕色(10YR7/6)，碎块状结构，中根系，土壤紧，质地重壤土，润，pH值5.5，其理化性质见表6。

表6　山地黄棕壤理化性质

3.4典型植物群落森林土壤养分特征

3.4.1典型群落森林土壤养分差异大

从表7可见：①21个典型样地中森林土壤有机质平均值为61.83 g/kg，标准差为15.92 g/kg，是平均数的25.11 %，变幅范围30.86～84.48 g/kg，差值达53.62 g/kg，最高含量为最小含量2.74倍。②21个典型样地森林土壤全氮平均为2.87 g/kg，标准差为0.73 g/kg，是平均数的24.74 %，变幅范围1.54～3.80 g/kg，差值达2.26 g/kg，最高含量是最低含量2.47倍。③21个典型样地森林土壤全磷平均为0.44 g/kg，标准差0.24 g/kg，是平均数的52.27 %。变幅范围0.17～0.91 g/kg，差值达0.74，最高含量为最低含量5.35倍。④21个典型样地森林土壤速效磷平均为7.17 mg/kg，标准差4.78 mg/kg，是平均数的64.99 %。变幅范围1.92～18.19 mg/kg，差值达16.27 mg/kg，最高含量为最低含量9.47倍。⑤21个典型样地森林土壤速效钾平均为118.73 mg/kg，标准差为48.86mg/kg，是平均数的41.15 %，变幅范围76.44～218.2 mg/kg，差值达141.76 mg/kg，最高含量为最小的3.64倍。由于土壤生态环境的变化，造就了植物多样性良性循环的大环境。

3.4.2典型森林群落对土壤有机质含量的影响

根据通道县土壤垂直地带性和植物群落具有代表性的种类，选择了21个剖面层次分化较为典型的森林林地，参照有关文献[5]，选取与肥力特征有关的特征指标。土壤有机质是土壤养分最重要的指标之一，它是土壤中各营养元素特别是氮、磷的重要来源，以林地土壤有机质含量为化学指标作为评判肥力较为合理。从表10中看出，在21个群落中有机质大于75 g/kg的有6个群落为I类型，有机质在50～75 g/kg的有10个群落为Ⅱ类型，有机质低于50 g/kg有5个群落为Ⅲ类型。在成土环境基本相同的条件下，坡面位置和植物种类及生长势有关。从坡面位置看，I类型中有针叶林的马尾松群落分布在脊背上，岩竹分布在龙底岩790 m的夷平面上，这两种地段的土壤侵蚀微弱，比较陡坡面上的土壤年龄较长，肥力要高；1个为坡脚的杉木群落，土层较厚78.0 cm，分别比平均土层73.8 cm高6.2 cm，土壤坡积物多，冲积肥力高。另外5个由喙核桃—豌蕨、润楠+杜英+青榨槭、榉木+南酸枣—杜茎山、拟赤杨+罗浮栲—尖叶伦、光叶白兰组成的落叶阔叶林、常绿阔叶林群落组成，前4个为落叶阔叶林，后1个为常绿阔叶林。根据“九五”期间的研究结果[6]，土壤有机质：落叶阔叶林>常绿阔叶林>针叶林，分别为63.95 g/kg、45.35 g/kg、32.58 g/kg，前者分别为后者的41.01 %、96.29 %，而光叶白兰常绿阔叶林群落，在调查中属于异常的情况，高出其他几个常绿阔叶林群落的有机质含量，其原因为本样地林木粗壮，林龄偏大，土壤粗腐殖质厚为5 cm，在森林土壤中粗腐殖质是每年增补有机质的主要方式。森林每年从土壤中吸收的物质只有30 %～40 %用来生长木材，而60 %～70 %以落叶枯枝的形式归还给土壤，经李昌华[7]测定，几种主要森林类型归还给土壤的凋落物，最多的是常绿阔里弄林(苦槠、木荷)每年的归还量有9.5l t/hm2。Ⅱ类型001、008、009、010、011、013、016、017、018、021有5个为常绿阔叶林群落，有2个为常绿落叶阔叶混交林，有一个为坡度大的落叶阔叶林群落。Ⅲ类型5个群落中，有003、004、007为低海拔的红壤亚类，005为黄红壤亚类，这一类型不但处于人为活动较大低山区，而由于生物气候差异引起土壤腐殖质积累偏低。

表7　不同森林土壤化学分析结果

4结论与建议

4.1通道县森林土壤物理性能好，有机质含量高

从物理学的观点来看，土壤是一个极其复杂的，三相物质的分散系，它的固体基质包括大小、形状和排列不同的土粒。这些土粒的相互排列和组织，决定着土壤结构与孔隙的特征，水和空气在孔隙中保存和传导。境内土壤质地为重壤土、轻黏土，沙、黏比例适中。由于境内特有气候和地形形成的天然次生林，因此，森林土壤有机质平均达61.83 g/kg。新鲜腐殖质是土壤团聚体的主要胶结剂，在钙离子的作用下，能形成水稳性团粒结构。结构良好的土壤，具有多孔性，不仅有利于排水，也有利于保水。

4.2土壤资源是人类赖以生存的基本物质基础

在这块肥沃的土地上，经过漫长的地质年代，才逐渐由砂质页岩、板页岩、硅质岩类风化成母质，数千年后才形成土壤。建议加强森林保护，合理开发和利用，实施退耕还林，增加森林质量，增加林下土壤枯枝落叶层，涵养水源等特殊功能，对土壤进化起着积极的作用。

参考文献：

[1]中国科学院南京土壤研究所.土壤理化分析[M].上海：上海科学技术出版社，1976.

[2]中国科学院.森林土壤分析方法[S].北京：国家标准局，1998.

[3]朱先贵.土壤调查与制图[M].北京：中国农业出版社，1998.

[4]陈绍栓.杉木细柄阿丁枫混交林涵养水源功能和土壤肥力的研究[J].生态学报，2001.

[5]丘风琼，丁庆堂.不同肥力水平的黑土中有机质碳、氮、磷的形成及其分配与供肥强度关系[M].沈阳：辽宁科学技术出版社，1983.

[6]吴建平，袁正科.湖南天然林生物因子与土壤养分物理特性的关系[J].湖南林业科技，2001.

[7]H·詹尼.土壤资源起源与性状[M].北京：科学出版社，1988.

收稿日期：2016-05-03

作者简介：石银问(1974—)，女，工程师，主要从事林业技术工作。