庐山土壤有机质及氮磷钾含量与海拔关系研究

冯秀伟

摘要 [目的]主要研究不同海拔庐山土壤的养分含量状况的差别。[方法]选择庐山地区3种典型土壤（山地红壤、山地黄壤、山地棕壤），分析不同层次中有机质、全氮、速效磷、速效钾的含量，阐明不同海拔土壤养分的垂直分布差异，以期进一步了解差异形成的原因。[结果]受自然因素（气候、温度、植被类型和凋落物等）和人为因素（不同的土地利用方式及污染等）的影响，土壤中的营养元素含量存在不同尺度的差异。不同海拔的土壤有机质含量与高度成正相关；土壤全氮含量随海拔升高而递增；速效磷含量有明显的空间差异，但与海拔无明显相关性；速效钾的含量与高度呈负相关，土壤总体养分含量为山地棕壤>山地黄壤>山地红壤。[结论]该研究对深入理解山地土壤垂直地带分布规律，提出土壤资源利用改良意见有积极意义。

关键词 庐山；土壤养分含量；海拔高度

中图分类号 S153 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2017）28-0118-04

Abstract [Objective] Differences of soil nutrient contents was mainly studied under different altitude of Mountain Lu .[Method]Selecting three typical soil （mountain red soil，mountain yellow soil，mountain brown soil） of Mountain Lu region，organic matter，total N，available P，available K of different levels were analyzed，clarify difference of the vertical distribution of soil nutrients was explored under different altitude in order to further understand the forming causes of differences.[Result]Affected by natural factors （climate，temperature，vegetation types and litter，etc.） and human factors （different ways of land use and pollution，etc.），the content of organic matter in soil was positively correlated with altitude.The content of total nitrogen in soil increased with increasing altitude.There was significant spatial difference in available phosphorus，but no significant correlation with altitude.Available potassium was negatively correlated with altitude.And the total nutrient content of soil was mountain brown soil> mountain yellow soil> mountain red soil.[Conclusion]This result is of great significance to the deep understanding of the vertical distribution of mountainous soil and the improvement of soil resource utilization.

Key words Mountain Lu；Soil nutrient content；Altitude

土壤是一個不斷运动着的物质体系，也是一个独特的有生命的历史自然体[1]，而土壤肥力是土地生产力的基础，一般在生产应用上，常用N、P、K和微量元素等养分含量的多少来衡量土壤肥力的高低，故土壤养分是土壤肥力的核心，是土壤综合肥力评价的根本[2]。土壤有机质是指土壤中的各种含碳有机化合物，其中包括动植物残体、微生物体和这些生物残体的不同分解阶段的产物，以及由分解产物合成的腐殖质等。土壤有机质（SOM）是反映土壤肥力的重要指标[3]。土壤有机质作为养分源，主要是C和N源[4]，因而土壤全氮含量是反映土壤肥力状况的基础[5]。磷和钾作为作物生长所需的大量营养元素，其速效养分能很快地被植物吸收利用，故常用速效磷、速效钾来衡量土壤磷和钾的供应[6]。

该研究以庐山土壤为研究对象，对不同海拔的土壤（山地红壤、山地黄壤和山地棕壤）的不同层次进行了养分含量的测定，分析了其有机质、全氮、速效磷、速效钾的含量随海拔的变化规律，对庐山土壤进行了综合肥力评价，并且为合理开发利用庐山景区土壤资源和维护庐山自然生态景区提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 研究区自然概况 庐山位于江西省北部九江市郊，位于115°5′～116°10′E ，29°28′～29°45′N。庐山是由断裂抬升而形成的断块山，主峰大汉阳峰海拔1 473.80 m，相对高差1 440.00 m；地处我国中亚热带北缘，属亚热带季风湿润气候；降水量1 833.50 mm左右，比山下多500.00 mm；由于山地气温随海拔增高而降低，降水随海拔增高而增多，水热状况随高度的变化导致气候上的差异，根据积温的不同，庐山的气候出现相当于从亚热带—暖温带—温带的垂直变化，生物、土壤的分布也随气候而呈规律的垂直变化；主要植被类型有（从下至上）：常绿阔叶林、亚热带竹林、落叶常绿阔叶混交林、落叶阔叶林、亚热带针叶林、灌丛、山地草甸；母质在山区以坡积残积物为主，在海拔900.00～1 200.00 m 处分布着网纹红土，在湖滨及河谷地区主要是第四纪近代沉积物[7]。相应地，庐山土壤也呈现垂直地带分布规律，从山麓到山顶依次有山地红壤、黄壤、山地黄壤、山地棕壤、山地草甸土[8]。

1.2 样品的采集与制备

于2016年7月10—15日采集样品，采集地点如下： 山地红壤——九江市向阳镇唐家村（200 m），山地黄壤——花径至仙人洞公路旁（900 m），山地棕壤——含鄱口（1 110 m）。在上述地點，用小土铲分层采集土壤样品。采样点挖深约2.0 m、宽1.0 m的剖面，按照剖面层次的分异，自下而上，在每个土壤层最典型的中部各取典型土壤约1 kg，放入塑料袋中，写上采样的地点、时间、采样人以及所采的土壤样品的种类。用4分法保留约1 kg土壤。土壤样品置于塑料袋上在室内阴凉通风处摊开，自然风干，同时将大土块捏碎，去除其中的植物残体、石块、结核等。风干后制成过20目和100目分析筛的样品放于干燥处待用。

1.3 样品的分析测定方法

采集3种土壤共计8个剖面层次样品。有机质含量、全氮含量、速效磷含量、速效钾含量的测定分析分别采用外加热—重铬酸钾容量法、半微量开氏法、0.5 mol/L NaHCO3浸提-钼锑抗比色法、1.0 mol/L NH4OAc浸提-火焰光度法。

2 结果与分析

3种土壤的各项指标测定结果如表1所示。

从表1可得，庐山土壤有机质和氮素的消长，主要决定于生物积累和分解作用的相对强弱，气候、植被等诸因素，特别是水热条件，对土壤有机质和氮素的含量有显著的影响[9]。随着海拔的上升，土壤有机质含量逐渐增加，至山地棕壤为最丰，这是因为有机质的含量与海拔有关，海拔越高，温度越低且降雨越大，植被残体多，但矿化速度慢，有利于有机质的积累[10]；土壤全氮量随海拔增加而增加，因为土壤中氮绝大部分以有机结合态氮存在，土壤氮的积累消耗程度取决于土壤有机质的积累和分解[11]，有机质含量增加，相应使土壤微生物数量增加，使其生命活动旺盛，增加氮的矿化[12]。速效磷含量与海拔无太大相关性；速效钾含量与高度呈负相关。

2.1 土壤有机质含量垂直分布特征

土壤有机质是土壤的重要组成物质，对改善土壤物理、化学性质以及植物的生长起着重要作用，是评价土壤肥力和质量的重要指标[13]。从图1可以看出，不同土壤之间，土壤平均有机质含量随海拔升高而逐渐增加，山地棕壤的有机质含量较高，肥力较好。这可能是由于海拔升高，气温递减，微生物生理活性降低，矿化作用减弱，有机质逐渐积累，故有机质含量升高。山地红壤和山地黄壤的有机质含量较低，虽然这些土壤位于马尾松幼林之下，但是森林残落物层很薄，且林下灌木杂草颇为稀疏，土壤侵蚀颇为严重，山地红壤最为严重。

2.2 土壤全氮含量垂直分布特征 从图2可以看出，土壤的平均全氮量随海拔升高而逐渐增加，山地红壤最低，山地棕壤最高。土壤中的氮素绝大部分为有机结合形态，无机形态的氮一般占全氮的1%～5%，研究表明，土壤全氮含量与有机质有显著的正相关关系[9]，随着海拔、降水量的降低和温度的升高，土壤有机碳含量依次降低，必然引起土壤全氮含量的降低[14]。土壤全氮含量与有机质含量有很强的相关性，并且不同土壤中相应土层的全氮含量变化也符合随海拔递增而递增的趋势。

土壤的水分状况和质地是影响有机质和氮素含量的2个重要因素[15]。水分过多，导致嫌气过程，有机质分解速率降低。质地黏重，不但通气性差，微生物和酶的活动受到抑制，且有机质受到黏粒的保护而可给性降低。

2.3 土壤速效磷垂直分布特征

由图3可知，土壤速效磷含量与海拔变化并没有明显的线性关系，这是由于土壤中大多数磷都是以难溶的矿质形态存在，凡影响土壤中磷素化学过程的各种因素都会影响土壤不同形态磷之间的转化及其对植物的有效性，这些因素主要包括土壤理化性质、环境因子（温度、水分）与种植方式等[16]，土壤水分充足，土壤磷的有效性也较高[17-18]，土壤低温主要是降低了土壤微生物的活性，從而降低磷素的有效性[19]。而在酸性土壤中，由于大量游离氧化铁存在，很大一部分磷酸根被氧化铁薄膜包裹成为闭蓄态磷，磷的有效性大大降低。

2.4 土壤速效钾垂直分布特征

由图4可知，庐山土壤速效钾含量呈随海拔的增加而减少的趋势，表现为：山地红壤>山地黄壤>山地棕壤。这是由于山地红壤广泛分布于低山丘陵地带，成土母质为花岗岩、片麻岩、石英砂岩等残积和坡积物，该成土母质含钾较丰富，速效钾含量也较高；而山地黄壤母质中含钾量就比红壤少，故速效钾含量也低。山地棕壤分布于海拔1 110 m以上的山地，降水多，淋溶作用强，岩石风化作用强，所以速效钾含量进一步减少。同一土壤的不同层次上，各土壤的不同发生层速效钾含量由上到下均逐渐减少，为A层>B层>C层，表示土壤中交换性钾因作物吸收和淋溶作用而大大减少。总的说来，庐山土壤的速效钾含量都很丰富，供钾情况较充足。

3 讨论

研究土壤质量的目的是为了探索土壤质量的演变机理和对动植物健康的影响；确定土壤质量的评价指标并建立评价系统，为保持土壤质量和土壤的定向培育提供理论依据[20]，而通过对不同海拔山地土壤的研究对于庐山的生态保护及开发利用都有很大益处。但近年来庐山森林生态系统受大气酸沉降影响严重，这对该次采集的土壤样品构成了一定影响。但土壤本身良好的缓冲能力对酸雨的响应也是可观的[21]，所以可以不考虑酸雨对有机质及氮磷钾含量的影响。对山地红壤、山地黄壤、山地棕壤的特性分析如下：

山地红壤：广泛分布于山麓地带，植被为常绿阔叶林、马尾松以及灌木草丛，成土母质主要为花岗岩、片麻岩、石英岩和残积、坡积物。从土壤诊断剖面来看，具有明显的富铝化成土过程，说明成土过程中有红壤化的性质。山地红壤海拔为3种山地土壤中最低，有机质含量也为3种土壤中最低，各剖面的平均含量为18.806 g/kg，且A层远高于B、C层；由于全氮量与有机质有很好的线性关系，所以山地红壤的全氮量也最低，平均为1.099 g/kg，同样表层的含量最高。但是山地红壤磷和钾的含量最高，分别为5.130 mg/kg和52.002 mg/kg。总体而言，山地红壤海拔最低，养分含量也最低。

山地黄壤：山地黄壤分布在900 m左右的地带，母质多为花岗岩、砂岩、混合岩及第四纪风积物，由于地处山地，日照少，云雾多、湿度大，导致土体经常处于湿润状态，富铝化强度相对红壤为弱，盐基淋溶强度也较红壤弱，土体发生黄化，有机质累积作用明显，酸化黏化的特征较明显。山地黄壤海拔居中，土壤各项养分含量也居中，分别为：有机质23.719 g/kg，全氮2.202 g/kg，速效磷1.724 mg/kg，速效钾47.065 mg/kg。总体而言，各项养分含量较均衡，比较利于植被生长。

山地棕壤：山地棕壤分布于海拔1 200 m以上的山地，植被为柳杉、黄山松和灌丛草类。母质主要为砂岩风化的坡积物，局部地区还有风积物。有机质含量较高，黏粒下移现象不甚明显。由于山地降水较多，物质有一定的淋溶。在此次研究的3种土壤中山地棕壤海拔最高，有机质及全氮含量也最高，分别为45.632、3.400 g/kg，速效磷含量居中，为2.907 mg/kg，速效钾含量最低，为43.390 mg/kg。总体而言，虽然山地棕壤速效磷及速效钾含量最低，但总体养分状况最好。

4 结论

综上所述，海拔对土壤养分的影响具体表现在其对气候、温度、水分、湿度及植被类型的影响，从而影响到成土母质的形成，最后导致土壤养分含量的差别。在庐山由山麓至山顶的山地红壤、山地黄壤、山地棕壤3种土壤中，由于海拔不同而产生气候条件和植被类型的差异，从而导致土壤的有机质含量及氮磷钾的含量与海拔的线性关系。土壤的总体养分含量山地棕壤> 山地黄壤>山地红壤。土壤有机质含量与土壤全氮量都随海拔增加而增加，与总体养分含量趋势相同；速效磷含量受成土母质和pH影响很大，与海拔无明显相关性，但在3种土壤中含量都较低；速效钾含量与海拔呈负相关，且都含量丰富。除此之外，庐山3种土壤的有机质与氮素含量呈显著的正相关，即土壤有机质是土壤氮素的主要来源，因此可以通过提高有机质含量提高土壤中的全氮含量，使土壤的开发利用与人类社会的可持续发展相协调。总之，庐山整体的垂直性地带分布明显，土壤的有机质含量与氮磷钾含量与海拔关系密切。

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