不同母岩发育土壤质量评价

熊忠华+周玮

摘要：本文以土壤化学性质、物理性质及可氧化有机碳为指标，应用数值综合评价法对8种母岩发育的土壤进行质量评价，最后得出，土壤的质量指数从大到小的排序为：煤系砂页岩>第四纪粘土>长石石英砂岩>石英砂岩>紫色砂页岩>变余砂岩>玄武岩>灰质白云岩。土壤质量最好的为煤系砂页岩发育的土壤，质量指数为0.90，土壤质量最差的为灰质白云岩发育的土壤，质量指数为0.038。

关键词：评价；土壤质量；母岩

中图分类号： S152；S153 文献标识码： A DOI编号： 10.14025/j.cnki.jlny.2017.09.036

成土母岩不同，其发育的土壤也不一样，其土壤的物理性质和化学性质也受到影响，导致形成的土壤质量也有差异。贵州气候复杂、地形多样，有高山、中低山、丘陵，土壤形成过程中的关键是风化和沉积，同时，贵州岩石丰富多样，从而形成丰富多样的土类。因此对不同母岩发育形成的土壤质量进行评价有重要的意义。土壤质量的评价方法主要有数值综合评价法（曹承绵，1983）、指数和法（Edward，1999；孙波，1999）、分数定级法、Fuzzy综合评判法、聚类分析法及地统计学方法（Doran，1994；Pennock，1994；Shen，2004；Smith，1993）等，本文应用数值综合评价法对母岩—煤系砂页岩、第四纪粘土、长石石英砂岩、石英砂岩、紫色砂页岩、变余砂岩、玄武岩、灰质白云岩共8种发育的土壤进行评价，为土壤的合理利用提供参考。

1 材料与方法

1.1 土壤样品的采集

本实验样品采自贵州大学林学院苗圃场样地，了解土壤可氧化态有机碳与土壤的发育母岩的关系，土样采集时直接从发育母岩的c层心土层采样，发育母岩是煤系砂页岩（来自花溪）、第四纪粘土（来自贵州大学南区）、长石石英砂巖（来自花溪区黔陶乡）、石英砂岩（来自黔南龙里）、紫色砂页岩（来自花溪孟关）、变余砂岩（来自清镇云归乡）、玄武岩（来自清镇市干沟林场）、灰质白云岩（来自花溪），见图1。样品采集后拿回室内风干，用2毫米筛过筛，共采集土壤样品五十二个（煤系砂页岩、第四纪粘土、石英砂岩、变余砂岩、玄武岩分别采集八个样品；灰质白云岩、长石石英砂岩、紫色砂页岩分别采集四个样品），所有土壤样品分别为三个重复。

1.2 研究方法

碱解N：扩散法；全N：半微量开氏发；速效P：双酸浸提—分光光度计发；速效K：1N醋酸浸提——火焰光度计法：pH值：电位法；石砾含量：简易比重法；土壤容重：环刀法；有机质：重铬酸钾——硫酸氧化法；可氧化态有机碳：高锰酸钾氧化法（姜培坤，2005）。

1.3数据处理

一般的数据处理采用Excel计算，主成分分析采用SPSS应用软件进行处理。

2评价体系的选择

土壤质量的评价需要有规范科学的评价指标体系，在指标体系的建立中应包括土壤的化学性质、物理性质及生物学特性，同时要满足最小指标的需要，也要合符可度量、可测量的特点（Edward，1999）。参考过去经验可分为三类：物理性质指标（见表1）：土壤颗粒组成、土壤容重；土壤化学性质（见表2）：有机质，全氮，速效氮，速效磷，速效钾，pH值；土壤酶可氧化有机碳含量：研究表明（Biederbeck，1994；Herrick，1997； Karlen，1999），土壤有机碳在很大程度上影响土壤结构的形成和稳定性、土壤的持水性能、植物营养的生物有效性以及土壤的缓冲能力和土壤生物多样性等，缓解和调节与土壤退化以及土壤生产力有关的一系列土壤过程。因此本文采用土壤化学性质、物理性质、土壤可氧化有机碳含量对土壤肥力状况进行评价。具体的土壤质量评价指标体系，如图2。

3 土壤的质量评价

3.1 每个因子隶属度的确定

在土壤质量的综合评价中一般分为三步，一是因子的选择，二是权重的确定，三是综合指标的获得。由于土壤因子变化具有连续性质，故各评价指标采用连续质的隶属度函数，并从主成分因子负荷量值的正负性确定隶属度函数分布的升降性。升型分布函数和降型分布函数的计算公式如下（刘世梁，1999；张庆费，1999）。

Q（xi）=（xij-ximin）/（ximax-ximin） 升型函数

Q（xi）=（ximax - xij）/（ximax-ximin） 降型函数

其中，Q（xi）表示各土壤因子的隶属度值，xij表示各因子值ximax，ximin.分别表示第 i 项因子中的最大值和最小值。本文通过土壤因子中的化学性质、土壤可氧化有机碳以及物理性质的含量来评价土壤质量的高低。因此采用升型函数计算化学性质、土壤酶的隶属度，用降型函数计算土壤物理性质的隶属度，见表3～表5。

3.2 土壤中每一个因子权重的确定

土壤肥力质量的各个因子的状况与重要性常有差异，故一般用权重系数来表示各个因子的重要性程度。这次实验中采用了SPSS 软件计算各因子主成分的贡献率和累计贡率，利用主成分分析因子负荷量，计算各因子作用的大小，确定它们的权重（胡小平，2001），见表6。

3.3 土壤肥力质量综合评价指标值

土壤的最终质量质素由土壤物理性质、化学性质、土壤可氧化有机碳等质量指数采用加权求和法（郑昭佩，2003）进行计算：

SQR 是土壤质量指数，Ci是各个评价指标的隶属度值，Ki是第 i 个评价指标的权重，n 是评价指标的个数。

从图3中可以看出，在8种母岩发育土壤中，土壤质量指数大小顺序为：煤系砂页岩>第四纪粘土>长石石英砂岩>石英砂岩>紫色砂页岩>变余砂岩>玄武岩>灰质白云岩。土壤质量最好的为煤系砂页岩发育的土壤，质量指数为0.90，土壤质量最差的为灰质白云岩发育的土壤，质量指数为0.038。

4 结论与讨论

发育母岩不同，土壤质量存在明显差异，分析研究不同母岩、母质发育的土壤特性，对指导农林业生产具有重要的意义。本文研究8种母岩发育土壤的土壤质量指数变化幅度为0.038～0.90。在8种母岩发育土壤中，土壤质量指数大小顺序为：煤系砂页岩>第四纪粘土>长石石英砂岩>石英砂岩>紫色砂页岩>变余砂岩>玄武岩>灰质白云岩。土壤质量最好的为煤系砂页岩发育的土壤，质量指数为0.90，土壤质量最差的为灰质白云岩发育的土壤，质量指数为0.038。质量指数最大的是煤系砂页岩发育的土壤，煤系砂页岩发育的土壤为壤质粘土，土壤的通气、透水性能较好，土壤的呼吸作用较强，有利于微生物的活动；石砾含量最低，为3.84%，土壤的蓄水能力相对较好；第四纪黏土是黏土，石英砂岩是砂质黏土，灰质白云岩为砂质黏壤土。说明石英砂岩的通气、透水性能要好一些，但它的保水性能较差，容易发生水土流失。第四纪黏土的保水性能要好，水土不容易流失，但通透性能较差，从而影响微生物活动。第四纪粘土发育土壤的水解性氮、速效磷、速效钾含量高于其他岩石发育土壤的含量。紫色砂页岩、变余砂岩发育土壤的含量相对要低。有机质含量最高的是第四纪黏土发育的土壤，为0.732 g·kg-1。最低的长石石英岩石发育的土壤，为0.135 g·kg-1。但土壤的有机质含量只是作为评价土壤肥力的其中一个指标，不能只由土壤的有机质的含量来简单评价土壤肥力。第四纪黏土的土壤肥力比其他的要好，但土壤的通透性差，抑制了土壤中微生物的活动。土壤微生物的活动、土壤有机质的分解、土壤营养元素的释放与转化以及土壤的发生过程中营养的迁移等，都与土壤酸碱度有关。由这8种岩石发育形成的土壤的pH值在4.82～7.36，最大的灰质白云岩发育的土壤，最小的是长石石英砂岩发育的土壤，说明长石石英砂岩发育的土壤酸度最大。除灰质白云岩发育的土壤属于中性土壤，其他土壤多为酸性或弱酸性土壤。

土壤的可氧化态有机碳又叫有效碳、水溶性有机碳、易氧化碳、可矿化碳、微生物量碳（李淑芬，2002）。尽管这部分碳素的比例很小，但它对土壤碳素的转化则很重要，而且与土壤生产力密切相关（苏永中，2002；俞元春，2003）。研究表明（Lal，1994），土壤可氧化态有机碳是衡量土壤有机质的敏感性指标，可以指示土壤有机质的早期变化。三种浓度高锰酸钾处理的土壤中石英砂岩、煤系砂页岩和长石石英砂岩发育形成的土壤可氧化有机碳含量最多，从它的形成过程来看，砂岩、砂页岩属于沉积岩，它是粘土经过压实，缩水，胶结硬化而形成的，并且在石英砂岩中，石英的含量占95%，石英的抗风化能力较强，形成的土壤质地较轻，土壤中的水分含量相对较少，微生物也较少，并且微生物的活动受到抑制，土壤的呼吸作用较少，有机碳不容易散失，所以土壤可氧化有机碳的含量均较高。煤系砂页岩发育的土壤本身的有机质的含量高，而速效磷和速效钾的成分则相对较少，植物的生长受到限制，通过植物根的呼吸作用带走CO2较少，所以土壤可氧化有机碳的含量相对较高。而玄武岩发育土壤的含量最低，这是因为玄武岩发育的土壤石砾含量较大，土壤的容重则较小，通透性好，有利于微生物活动，并且这种土壤的速效磷和速效钾的含量也较高，能促进植物根的生长。因此，土壤微生物以及植物根的呼吸作用促使土壤有机碳均以CO2的形式释放到空气中，减少了土壤可氧化有机碳的含量，并且玄武岩属于岩浆岩，岩浆岩的形成是由于地下的压力和温度，使岩浆从地下喷出，并经过搬运过程的一系列的物理、化学冷凝形成的。它的主要成分是斜长石和辉石，抗风化的能力比较强，从而增强了土壤的呼吸作用，因此它的可氧化有机碳的含量低，变余砂岩发育土壤可氧化有机碳的含量则比玄武岩发育土壤的含量高。灰质白云岩发育土壤在0.167 mol·L-1高锰酸钾浓度处理时可氧化有机碳的含量比较高，说明土壤中较容易分解的可氧化有机碳的含量较高。灰质白云岩为不同于砂岩一类的沉积岩，它属于化学生物岩石，由化学分解和生物化学的共同作用形成，其质地比砂岩粘重，但比玄武岩一类的质地轻。

参考文献

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作者簡介：熊忠华，副教授，研究方向：林木、花卉栽培的教学和科研。