基于文献计量的贵州喀斯特地区土壤养分特征研究

曹 洋，徐 娇，谢冬冬

(贵州省山地资源研究所，贵州 贵阳 550001)

1 引言

土壤养分是土壤肥力的重要组分，提供植被生长发育所必需的营养元素，养分丰缺程度及存在形态决定着土壤的肥力状况，影响着植被的生长与演替[1，2]。以贵州为中心的中国南方喀斯特是世界三大喀斯特集中连片区之一，该区域碳酸盐岩古老坚硬，受季风气候的水热配套等影响，加上人类活动强度高，具有显著生态脆弱性，是我国西部四大生态环境脆弱类型区之一[3，4]。石漠化是该区域最严重的生态环境问题，加强植被保护、进行植被恢复和重建是防治石漠化的根本[5]。土壤是植被恢复的关键因子[6，7]，了解喀斯特地区土壤养分含量对植被恢复与施肥管理具有重要意义。本研究总结前人研究成果，通过文献收集、数据整理与分析，分析贵州省喀斯特地区土壤有机质(SOC)、全氮(TN)、全磷(TP)、全钾(TK)、碳氮比(C∶N)、碳磷比(C∶P)、碳钾比(C∶K)、氮磷比(N∶P)、氮钾比(N∶K)，揭示养分含量和分布特征，以及不同土地利用类型和土壤类型养分含量差异，为喀斯特地区植被恢复提供理论支撑。

2 材料与方法

2.1 数据收集

本文收集的原始数据均来自中国知网(CNKI)检索平台2005～2018年期间发表的研究性论文，共31篇；为了避免引起数据误差，本研究取0～15 cm土层，有部分案例按照0～10 cm、10～20 cm土层取土，则按0～10 cm的数据为准，最终得到31篇可用的实验数据。本文需要收集的原始数据指标有地理位置、取样时间、土壤利用类型、土壤类型、SOC、TN、TP、TK，如文献中碳的表示为有机质(SOM)为标准，则用有机质乘以Bemmelen系数，换算为有机碳。由于每篇文献所涉及的指标不同，造成各个指标数量上存在差异，表1为贵州各地区喀斯特环境SOC、TN、TP、TK指标的样本数量。

表1 贵州喀斯特地区SOC、TN、TP、TK指标样本数量

2.2 数据分析

所有试验数据均使用Excel 2010进行整理，SPSS 20.0和Origin 22.0进行统计分析和制图。

3 结果与分析

3.1 不同土地利用类型土壤养分特征

比较了贵州喀斯特地区旱地、果园、林地、灌木林地、草地以及其他用地等6种土地利用类型土壤养分含量。由表2可见，SOC、TN、TP、TK含量均值最大分别是灌木林地、草地、林地、灌木林地，分别为32.61 g/kg、3.13 g/kg、0.92 g/kg、9.95 g/kg；最小值分别是果园、果园、草地、其他用地，分别为19.48 g/kg、1.88 g/kg、0.59 g/kg、8.22 g/kg。不同土地利用类型SOC、TN、TP、TK变异系数分别在0.27～0.64、0.22～0.73、0.27～0.60、0.34～1.18，变异程度最高的分别是草地、草地、林地、草地；变异程度最小的分别是果园、果园、旱地、果园。从各养分指标在不同土地利用类型的分布形态看，SOC、TN、TP、TK在所有土地利用类型上均呈正偏，其中SOC在旱地偏度最大，林地偏度最小，分别为1.79、0.09；TN在灌木林地偏度最大，其他用地偏度最小，分别为1.54、0.08；TP在林地偏度最大，果园偏度最小，分别为2.07、0.06；TK在草地偏度最大，林地偏度最小，分别为2.43、0.20。SOC、TN、TP、TK总体数据分布与正态分布相比皆较为陡峭。

表2 不同土地利用类型土壤养分描述性统计

3.2 土壤C、N、P、K化学计量比

表3为不同土地利用类型土壤化学计量特征，土壤C：N范围在8.04～10.90之间，林地最高，旱地最低，总体各土地利用类型C∶N相差不显著；C∶P中最高的为草地(49.64)，比最低的其他用地高47.34%；C∶K的变化范围在2.16～3.39之间，变化幅度为56.94%；N∶P除草地比值较高外，其他地类均处于较小的变化幅度；N∶K的变化范围在0.21～0.33之间，变化幅度为57.14%，比值最高为草地，最低为果园。总体上，草地C∶P、N∶P、N∶K计量比最高，林地C∶N、C∶K计量比最高，而果园C∶K、N∶P、N∶K计量比均比较低。

表3 不同地类土壤化学计量比结果

3.3 不同地区土壤养分分布特征

以研究区所在的地级行政区为基准，统计每个行政区土壤养分分布特征(图1)。安顺、黔西南、毕节、六盘水、黔南、遵义分别有141、146、32、44、81、36个样本，其中SOC含量最高的地区是遵义，为38.12 g/kg；TN含量最高的地区是黔南，为3.40 g/kg；TP含量最高的地区是黔西南，为1.02 g/kg；TK含量最高的地区是遵义，为14.69 g/kg；SOC和TN含量最低的均是毕节，分别为19.04 g/kg、1.75 g/kg；TP和TK含量最低分别是黔南和六盘水，分别为0.56 g/kg、3.10 g/kg。总体上，遵义土壤养分指标SOC、TK含量相对较高，毕节地区土壤养指标SOC、TN分含量较低。

图1 不同地区土壤养分特征(图中数值代表样本数量)

3.4 不同土壤类型养分差异

土壤养分数据主要有地带性黄壤、棕黄色石灰土以及黑色石灰土3种土壤类型。由表4可以看出，3种土壤类型黑色石灰土SOC和TN含量最高，分别为42.72 g/kg、4.62 g/kg，另外2种土壤类型SOC和TN含量较为相近，但地带性黄壤皆高于棕黄色石灰土；TP和TK含量最高的均是棕黄色石灰土，分别为0.82 g/kg和11.08 g/kg，地带性黄壤TP和TK含量最低，分别为2.51 g/kg和8.97 g/kg。

表4 不同土壤类型养分差异 g/kg

4 结论与讨论

4.1 讨论

植被-土壤系统是相互作用的反馈系统，土壤理化性质、生物地球化学过程、土壤动物与微生物影响着植被生长，而植被通过吸收、利用以及归还养分影响土壤环境[8，9]。土地利用方式改变会改变土壤理化性质以及土壤环境[10]，不同土壤养分统计表明不同土地利用类型土壤存在差异，受认为活动影响较大的旱地和果园变异程度均比较低，处于中等变异，其他地类养分变异程度处于高度变异，主要原因喀斯特地区土被不连续，土壤薄、土壤侵蚀等原因，造成了土壤养分空间异质性强[11]。而受生产活动影响较小的林地、灌木林地以及草地土壤碳、氮、磷、钾等某些元素含量较高，这与郑华等[12]研究结果一致，其原因可能是在受人类活动影响小的情况下，凋落物积累返还土壤养分增加，加上土壤环境相对农耕地比较稳定，有利于养分的积累。土壤C∶N∶P可以反映土壤C、N、P平衡特征以及矿化与固持程度[13]。贵州喀斯特地区土壤C∶N的变化范围在8.04～10.90之间，低于中国土壤C∶N的平均范围(12～16)。土壤C：P能反映磷有效性的高低，比值低表明磷有效性高，贵州喀斯特地区C：P在26.14～49.64，表明喀斯特地区在一定程度上受磷限制。N∶P能反映氮磷的限制，当N∶P>16时表明受磷限制，N∶P<14时表明受氮限制[14]，贵州喀斯特地区所有土壤类型土壤N：P均小于14，表受氮限制。总体上，无论何种土地利用类型均存在不同程度的C、N、P限制。

从不同地区土壤养分分布特征统计可以得出，遵义土壤养分相对较好，指标SOC、TK含量相对较高，毕节地区土壤养分相对较差，指标SOC、TN分含量最低。从石漠化角度看，毕节地区石漠化国土面积远高于遵义地区，加上毕节地区深切峡谷较多，地表破碎，水土流失严重，造成了土壤养分流失[15]。虽然同为喀斯特环境，不同土壤类型养分存在明显的差异，黑色石灰土SOC和TN含量是三种土壤类型中最高的，而棕黄色石灰土TP和TK含量最高，地带性黄壤养分整体偏低，可能是黄壤地区土壤层薄，易发生地下漏失，已经成土速率慢等因素造成土壤养分含量较低[16]。

4.2 结论

(1)灌木林地土壤SOC和TK含量均值最高，分别为32.61 g/kg、9.95 g/kg，草地和林地分别TN和TP含量均值最大，分别为3.13 g/kg、0.92 g/kg；果园土壤SOC和TN含量最小值分别是19.48 g/kg、1.88 g/kg，草地和其他用地土壤TP和TK含量最小，分别为0.59 g/kg、8.22 g/kg；不同土地利用类型土壤化学计量特征，草地C∶P、N∶P、N∶K计量比最高，林地C∶N、C∶K计量比最高，而果园C∶K、N∶P、N∶K计量比均比较低。

(2)遵义土壤养分相对较好，指标SOC、TK含量相对较高，毕节地区土壤养分相对较差，指标SOC、TN分含量最低；不同土壤类型养分存在明显的差异，黑色石灰土SOC和TN含量是三种土壤类型中最高的，而棕黄色石灰土TP和TK含量最高，地带性黄壤养分整体偏低。