湘北壶瓶山主峰地区土壤性质与分类初探

沈珍珠，田 宇，盛 浩，尹泽润，刘 鑫，袁 红

（湖南农业大学资源环境学院，湖南 长沙 410128）

湖南省东、南、西三面环山，山丘合计占全省总面积的约80%，由于气候资源（光、热和水）优越，植物组成丰富，母岩/母质类型多样，山地土壤多样性高、生产潜力大[1]。山地既承载着巨大的农林产品供给、生态系统服务与环境调节功能，也是经济社会发展重要的生态屏障和原材料供应地[2]。因此，深入了解山地土壤性质、类型与功能，对于科学评估山区人地关系脆弱性以及制定可持续的山区产业发展规划具有重要意义。

湖南省山地土壤分类最早可追溯到20 世纪60 年代，如高冠民等[3]报道的衡山土壤发生分类和利用对策。20 世纪80 年代，全省第二次土壤普查表明，山地土壤具有明显的垂直地带分布规律，在亚类等级上，基带主要分布红壤，红壤以上依次出现山地黄红壤、山地黄壤、山地暗黄棕壤和山地草甸土[4]。2000年以来，湖南山地土壤分类逐渐由地理发生分类过渡到系统分类，研究主要集中在湘东花岗岩、板岩山地（如大围山、井岗山）[1,5-7]。然而，由于山地面积广大、土壤类型多样，有关石灰岩山地土壤的野外调查、分类与性质仍有待深入探索，特别是石灰岩山地土壤分类研究更是缺乏。

壶瓶山屹立于湘鄂边境，素称“湖南屋脊”，主峰海拔2 098.7 m，山体主要为石灰岩和板岩组成。近30 a 来，关于壶瓶山植被群落、动物多样性和大型真菌分类等已有相关研究报道[8]，但关于壶瓶山土壤形成、分类和土壤质量特征等的研究鲜有报道。因此，笔者通过收集壶瓶山成土环境的历史资料，结合野外土壤实地调查、取样和实验室分析，初步探讨了湘北壶瓶山的成土环境、土壤理化性质和土壤类型分布，以期明晰湘北地区石灰岩/板岩山地土壤发生分类体系，确定山地土壤垂直带谱，为亚热带岩溶山区土壤资源保护和利用提供参考。

1 壶瓶山成土环境概述

1.1 地质环境与成土母岩/母质

在区域地质上，壶瓶山地区属湘西北褶皱带东山峰复背斜西翼的壶瓶山向斜，其主峰位于向斜的核部，该核部为震旦系地层。从元古界板溪群到新生界第三系，几乎各个时代地层均有出露，以下古生界寒武系出露面积最广。壶瓶山主要成土母质为石灰岩和板岩残积物、坡积物；其中，浅海相碳酸岩（盐）类岩层占主峰面积的2/3，山顶为中生界三叠系石灰岩，岩石成分杂质较多，可溶性程度不高[9]。野外调查表明，硬软岩层分异十分明显；硬岩成山，发育薄层土；软岩成谷，母质以坡积物为主，发育土层较厚。石灰岩风化物发育的土壤，多呈中性或微碱性（pH 值＞6.5），而板岩风化物发育土壤多呈酸性（4.9 ＜pH 值＜6.0）。

1.2 地形、地貌

壶瓶山主峰地区地处武陵山脉东北端、贵州高原向东南丘陵平原延伸的过渡地带，属典型向斜中山、山原地貌[8]。地势总体由西向东倾斜，四周高、中间较低，形似“壶口”，主峰与最低处的壶瓶山镇相对高差达1 878.7 m，坡向具有半阴坡、半阳坡特点。由于新构造运动和流水侵蚀作用强烈，形成年轻的地貌景观，呈现出多级的剥蚀夷平面、深切峡谷和明显断层[9]。这种地形条件导致土壤产生后容易剥蚀与堆积，形成的土壤厚薄不一，具有高度的空间异质性。

1.3 气 候

壶瓶山基带气候为典型中亚热带湿润季风气候，山脚的壶瓶山镇年平均气温16～17℃，年降雨量1 400～1 600 mm，主要集中在4—6 月，水热资源充沛。这种气候条件有利于矿物化学风化和土壤发育。但在山体中上部转变为山地湿润温凉气候，年平均气温8～9℃，年降雨量1 900～2 100 mm，山顶有季节性积雪和冰冻。山体中上部的温暖、潮湿、季节性冰冻气候条件有利于矿物物理风化和化学风化的进行[8]。

1.4 植 被

壶瓶山主峰地区物种丰富，起源古老，其保护区是中国亚热带地区保存比较完好、且范围较大的地区之一。植被分区属华中植物区系，地带性植被在森林分区上为中亚热带北部常绿阔叶林亚地带。植被垂直带分异明显，从山脚到山顶主要分布4 个植被类型[10]。在海拔＜1 100 m 的区域，主要分布常绿阔叶林带，以壳斗科、樟科、木兰科和杜英科为主，人为干扰较大；在海拔1 100～1 500 m 的区域，分布常绿落叶阔叶混交林带，以壳斗壳、蔷薇科为主，存在一定人为干扰；在海拔1 500～1 700 m 的区域，分布落叶阔叶林带，主要植物有壳斗科、蔷薇科和豆科；海拔＞1 700 m 的区域为山地灌丛草甸带，植物主要以杨柳科、绣球花科、蔷薇科为主。中、高海拔带保存完整的植被覆盖有利于矿物的生物风化和土壤腐殖质积累。

1.5 人类活动

主峰地区产业以旅游业为龙头，特色农业为支撑，茶叶、烟叶和高山反季节蔬菜为重点。人类活动主要集中在中、低海拔带（海拔＜1 500 m），高海拔带人为干扰少。山脚一部分原生常绿阔叶林转换为杉木人工林、园地（茶叶、柑橘）和坡耕地。仅在地势低平地方有少量水田。农业土地利用方式以旱地（玉米、烤烟）为主，引用井水灌溉，施用农药化肥，覆盖塑料地膜，局地也有土壤污染现象。例如，20 世纪50 年代起，当地利用雄黄矿土法冶炼，可能导致部分土壤中As、Ni、Pb、Cd 等含量超标[11]。

2 采样分析方法

2.1 土壤样品采集

从山脚至主峰山顶，在主要海拔带（200～2 000 m）选取10 个典型土壤调查样点，根据土壤野外调查与描述手册标准，挖掘土壤剖面，划分土壤发生层，采集表层（淋溶层、腐殖质层或耕作层）土壤样品，带回室内自然风干后，研磨过筛。

2.2 室内分析方法

采用环刀法测定土壤容重；采用吸管法测定土壤颗粒组成；采用USDA 标准划分土壤质地；采用电位法测定浸提土壤pH 值（H2O 和KCl 溶液浸提）；采用重铬酸钾-硫酸消化法测定土壤有机质；采用硒粉、硫酸铜、硫酸消化-蒸馏法测定土壤全氮；采用NaOH 熔融-钼锑抗比色法测定土壤全磷；采用NaOH 熔融-火焰光度计法测定土壤全钾[12]。

根据土壤理化性质、发育程度，结合实地考察，将壶瓶山主峰地区划分为低海拔带（＜900 m）、中海拔带（900～1 700 m）和高海拔带（＞1 700 m）。该研究的壶瓶山主峰地区土壤调查仅涉及水田（43—CD20）、茶园（43—CD21）和林地（其他样点）3 种土地利用方式。基于《中国土壤普查技术》中土壤指标分等定级的标准，进行土壤资源初步评价[13]。

3 结果与分析

3.1 土壤物理性质

由表1 可知，调查区域的表层土壤较薄，平均土层厚度为12.5 cm，厚度区间大，为8～22 cm。低海拔带的土壤紧实，土壤容重为1.13～1.68 g/cm3。这可能与较强烈的人为土地利用（如人工林地、园地和耕地）活动有关。中、高海拔带土壤疏松，土壤容重为0.85～1.15 g/cm3，可能与原生植被保存完好有关。根据经验公式[14]，估算主峰地区10 个调查样点50 cm处的土壤温度为10.7～17.6℃。据此，将海拔＜600 m的地带划分为热性土壤温度状况（16～23℃），海拔＞600 m 的地带划分为温性土壤温度状况（9～16℃）。

表1 壶瓶山主峰地区调查样点概况与表土的物理性质

土壤质地涉及粉黏壤土、粉壤土和壤土，土壤质量属林地类一等水平[13]。在细土颗粒组成中，黏粒含量表现出随海拔升高而明显升高的趋势，土壤质地逐渐由壤土演变为粉黏壤土。与山脚石灰岩、板岩交错分布相比，高海拔带和山顶主要分布石灰岩，降雨量也更大，有利于石灰岩的化学溶蚀与成土，从而加重土质黏性。

3.2 土壤化学性质

由表2 可知，土壤反应呈酸性至微碱性，水提pH值为4.9～7.9，盐提pH 值为3.7～7.1。pH 值随着海拔升高无明显规律可循，可能受到母质、植被的交互影响。土壤有机质随着海拔升高而明显升高。原因可能是，高海拔带灌丛草甸植被保存完好，气候温凉，土壤含水量高，土壤有机质容易积累。在海拔＜400 m 的区域，土壤有机质水平较低，土壤有机质含量＜20 g/kg，土壤质量划分为林地类五级水平；在海拔400～1 900 m 的区域，土壤有机质含量介于22.67～75.91 g/kg，属于三级、四级水平；仅在山顶编号43—CD28 的样点，土壤有机质水平达到二级水平[13]。

表2 壶瓶山主峰地区表土的化学性质

土壤全氮含量介于1.05～8.81 g/kg，平均含量为3.19 g/kg；土壤全磷含量介于0.62～3.67 g/kg，平均含量为1.71 g/kg。这2 个指标的变化范围大，且均表现出随海拔的升高而递增的趋势。这可能与石灰岩风化速率慢，土体内部黏粒含量较高，磷素和氮素含量不易流失有关[15]。全钾平均含量为21.66 g/kg，波动范围为15.1～34.9 g/kg，随海拔升高无明显变化规律。

3.3 土壤类型、分布与综合利用方向

根据土壤地理发生分类的原则[4]，结合野外成土环境调查和室内土壤分析结果（表3）表明，壶瓶山主峰地区随着海拔升高，土纲的垂直带谱分布规律为铁铝土/人为土—淋溶土/初育土—初育土，土类的垂直带谱分布规律为红壤/水稻土（＜600 m）—黄壤（600～900 m）—石灰土/黄棕壤（900～1 700 m）—石灰土（＞1 700 m），如图1 所示。

图1 壶瓶山主峰地区不同等级土壤类型的垂直带分布

表3 壶瓶山主峰地区土壤地理发生分类

山脚低海拔带，排水良好的缓坡和低平地，广泛分布着灰黄泥、板岩红壤、石灰岩黄红壤和板岩黄红壤的土属，土体发育程度和土壤有机质水平中等。板岩风化物发育的土壤呈酸性，岩石碎屑比例较高，适宜种植茶叶、蔬菜、烤烟、水稻、柑橘和杉木人工林。石灰岩风化物发育的土壤呈中性或微碱性，部分样点岩石碎屑比例较高，适宜种玉米、蔬菜、烤烟和板栗。山体中部夷平面上主要发育较深厚的黄壤、黄棕壤，而在陡坡地上则主要发育成土层浅薄的黑色石灰土、棕色石灰土。中、高海拔植被为保护完好的原生林、灌丛，宜加强保护和封育。

4 讨论与结论

湘北壶瓶山主峰地区地质环境复杂，地形起伏大，小范围内气候（光照、降雨和冰冻）变化大，物质剥蚀和堆积过程强烈。大面积原生植被保存完好，成土母岩主要为石灰岩和板岩，成土母质主要为坡积物和残积物。从山脚到山顶，壶瓶山土壤垂直带谱可划分为3 个土纲（人为土/铁铝土—初育土/淋溶土—初育土），或者划分为4 个土类（红壤/水稻土—黄壤—石灰土/黄棕壤—石灰土）。

该地区土壤厚薄不一，岩石碎屑量较大。在低海拔带，土壤紧实度较高，而中、高海拔带土壤疏松。土壤温度状况以海拔600 m 为界，其下为热性，其上为温性。土壤质地为壤土类，属一等水平，随着海拔升高，黏粒含量升高，土质趋黏。土壤质地的垂直带空间分布规律为：壤土－粉壤土－粉黏壤土。土壤pH 值变化大，呈酸性、中性或弱碱性反应。土壤有机质和全氮含量随海拔上升而增加，据全国第二次土壤普查的养分分级标准[16]，土壤有机质含量（＞20 g/kg）和全氮含量（＞1.0 g/kg）主要判定为较丰富～丰富等级。土壤磷素含量在中、高海拔带相对较高，但钾素含量在中、高海拔带相对较低。

总体上，壶瓶山主峰地区土壤脆弱度高，不宜大面积开垦和耕作。在中、高海拔带，特别是陡坡地土壤肥力与质量偏低，应加强保护，实行封育、退耕和生态移民等策略，防止水土流失，适度发展生态旅游业。在山脚低海拔带，地平坡缓的土壤发育较厚，仍应注意补充土壤有机质和养分，特别是针对板岩风化物发育土壤需补充磷素，针对石灰岩风化物发育土壤需适度补充钾素。