余 霞, 譚長銀1

(1.湖南師范大學(xué)a.資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院,b.生命科學(xué)學(xué)院,中國 長沙 410081；2.中南林業(yè)科技大學(xué)野生動植物保護研究所, 中國 長沙 410004)

湖南省九嶷山自然保護區(qū)是九嶷山國家森林公園的一部分,位于東經(jīng)111°55′9″～112°3′25″,北緯25°11′39″～26°22′13″之間．總面積10 236.3 hm2,分核心區(qū)、緩沖區(qū)和實驗區(qū)3個區(qū)．保護區(qū)生物資源豐富,國家級保護動物和植物種類繁多,是難得的自然資源寶庫．因地處南嶺山脈蔭渚嶺北麓,土壤類型多樣,其地理生物特性和旅游價值引起許多學(xué)者的關(guān)注[1-3]．經(jīng)過多年的保護,區(qū)內(nèi)生物多樣性已經(jīng)發(fā)生了較大的變化,根據(jù)保護區(qū)建設(shè)的需要,2011年8月,由中南林業(yè)科技大學(xué)牽頭組成的科考隊對保護區(qū)進行了地質(zhì)、地貌、氣象氣候、水文、土壤、動植物、微生物等多學(xué)科的聯(lián)合考察．本文是在土壤考察的基礎(chǔ)上,結(jié)合室內(nèi)分析結(jié)果,揭示了區(qū)內(nèi)主要土壤類型的基本特征,并對區(qū)內(nèi)主要成土過程進行了分析．此研究對了解九嶷山自然保護區(qū)土壤形成規(guī)律及其影響因素有一定的指導(dǎo)意義．

1 調(diào)查、采樣和分析方法

九嶷山自然保護區(qū)野外土壤考察設(shè)計了3條考察線路,分別是畚箕窩、三分石和婆婆石,根據(jù)山體的海拔高度，結(jié)合典型植被類型選擇土壤觀測點,作者對牛頭江村、羊巖坪和駐龍門等地的耕作土壤和自然土壤進行了系統(tǒng)調(diào)查[4]．三分石的耕作土壤主要用于種植厚樸,牛頭江的耕作土壤主要用于種植玉米．對典型剖面進行了樣品采集,樣品經(jīng)風(fēng)干、磨細(xì)、過篩后進行土壤基本性狀分析,樣品分析方法見文獻[5～6]．采樣點及其基本情況見表1．

表1 九嶷山土壤剖面采集記錄

2 九嶷山自然保護區(qū)土壤形成條件

九嶷山自然保護區(qū)地勢南高北低,從南向北沿剝夷面呈多級階梯梯狀逐級傾斜．北部為石灰?guī)r低山,海拔多在300～800 m,峰林和巖溶地貌發(fā)育；南部為花崗巖中山地貌,海拔均在500 m以上,山脈連綿起伏,脈絡(luò)清晰,主山脊線呈北東—南西走向,山勢雄偉,重巒疊嶂,谷深坡陡,切割強烈．保護區(qū)內(nèi)海拔1 000 m以上的山峰有71座,其中1 500 m以上的山峰還有63座．土壤形成的氣候、母質(zhì)、地形、植被等條件較為復(fù)雜．

2.1 氣候條件

九嶷山保護區(qū)處于中亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候區(qū),氣候上屬于中亞熱帶向南亞熱帶過渡地帶,氣候溫和,冬暖夏涼,雨量充沛,干濕季節(jié)交替明顯．

據(jù)氣象站20多年觀測的資料統(tǒng)計[4],該區(qū)年平均氣溫14～17.5 ℃,7月平均氣溫22.7～27.1 ℃,1月平均氣溫3.8～6.8 ℃．由于山體高大,氣溫、活動積溫、無霜期梯度變化明顯,山區(qū)內(nèi)400 m以下,年平均氣溫17 ℃以上；400～800 m,年均溫15～17 ℃；800 m以上年均氣溫低于15 ℃．九嶷山自然保護區(qū)內(nèi)氣溫隨山體垂直變化特點明顯．區(qū)內(nèi)海拔每升高100 m,氣溫約降低0.48 ℃[5],活動積溫減少190～200 ℃,無霜期減少12天．

山區(qū)雨量充沛,年平均降水天數(shù)達140～180 d,降雨量為1 577～2 004 mm ,降雨量多集中在春夏兩季,秋季次之,冬季最少．降雨量隨著海拔高度的增加而增加,保護區(qū)內(nèi)海拔每增加100 m,年平均降雨量增加50 mm左右．保護區(qū)內(nèi)年平均濕度為81%～83%．由于自然和人為因素影響,保護區(qū)內(nèi)氣候狀況與保護區(qū)外顯著差異,具有明顯的局地小氣候特點．

九嶷山自然保護區(qū)由于地形復(fù)雜,森林覆蓋情況不同,山體海拔高度、坡面以及所處地段不一樣,氣候受局地環(huán)境的影響較大,這種局地小氣候?qū)ν寥赖男纬杉捌浞植紶顩r產(chǎn)生了重要影響．

2.2 成土母質(zhì)

九嶷山自然保護區(qū)及其周圍地區(qū)出露巖層主要是元古代末期和加里東期及燕山期侵入巖．主要成土母巖為加里東運動后形成的砂頁巖和石灰?guī)r,還有部分板頁巖、砂巖以及侏羅紀(jì)末期燕山運動侵入的大量花崗巖[4]．區(qū)內(nèi)花崗巖為主要表露地層,在保護區(qū)內(nèi)呈巖基產(chǎn)出．巖石呈粒狀結(jié)構(gòu)、塊狀結(jié)構(gòu),節(jié)理發(fā)育,沿節(jié)理面常形成奇特的尖峰、陡壁及倒石堆[8],景區(qū)內(nèi)海拔1 959.2 m的畚箕峰,1 815 m 的三分石,1 870 m的香爐石和1 582 m的婆婆石,尖峰突兀矗立,直插云霄．花崗巖風(fēng)化物疏松透水,淺層地下水豐富,泉水出露較多,所形成的土壤質(zhì)地疏松,呈酸性反應(yīng),含鉀豐富．砂巖風(fēng)化物雖質(zhì)地較好,但礦質(zhì)養(yǎng)分不多．

2.3 地形

保護區(qū)所在的九嶷山屬中低山,高度處于平原和高山之間,以海拔1 000 m～1 500 m的山峰居多,1 500 m 以上的山峰有63座,山體龐大,山峰高聳,溝谷深切,區(qū)內(nèi)四水發(fā)育,山地、山?jīng)_平地和山地等多種地形存在,復(fù)雜多樣．地形的多樣化影響著植物的生長和局部小氣候的變化．區(qū)內(nèi)低山、丘陵地區(qū)由于高溫多雨,使土壤脫硅富鋁化作用強烈而呈紅棕或棕紅色；而海拔較高地區(qū)由于溫度較低、云霧偏多、濕度較低海拔地區(qū)大使得土壤的脫硅富鋁化作用減弱,鐵鋁氧化物逐漸減少,且Fe2O3逐漸被水化為Fe2O3·H2O，土體逐漸變黃．

2.4 植被

保護區(qū)地處南嶺山區(qū),氣候上屬中亞熱帶向南亞熱帶過渡地帶,在植物資源的特征上也反映出具有過渡地帶的特點．植物資源以亞熱帶區(qū)系成分為主,但也有部分熱帶及暖溫帶區(qū)系成分加入．本區(qū)原生植被類型以常綠闊葉林為主,森林垂直帶譜不明顯,常綠闊葉林可以分布到山頂?shù)貏葺^平坦的地段,只是隨海拔高度變化,組成常綠闊葉林的樹種有變化．海拔300～700 m以下,分布著華南植物區(qū)系的溝谷常綠闊葉林；700～1 200 m生長著中亞熱帶成分為主的中山常綠闊葉林；1 200～1 600 m則為針闊混交林,或常綠落葉闊葉混交林；1 600 m以上分布著杜鵑(Rhododendronspp.)、榿葉樹(Clethraspp.)叢林、毛玉山竹(南嶺箭竹)(Yushaniabasihirsuta)等為主的灌叢或山頂灌草叢；再往上則為巖石裸露的石峰．保護區(qū)內(nèi)的森林能形成獨特的氣候環(huán)境,與無林地區(qū)相比,其在水份、濕度、溫度等方面都為土壤的形成發(fā)育提供了不同的條件．

3 保護區(qū)主要土壤類型及分布

3.1 山地紅壤

山地紅壤在中國土壤系統(tǒng)分類中屬于富鐵土綱,濕潤富鐵土亞綱[9-10]．區(qū)內(nèi)這類土壤主要分布于海拔750 m以下地區(qū)．主要成土母巖為石灰?guī)r、砂巖等；氣候溫暖濕潤,相對濕度較大．為馬尾松林、油茶林、果木林和灌叢草類所覆蓋．海拔644 m的黃河村山地紅壤剖面(A06),土壤母質(zhì)為花崗巖風(fēng)化物,土壤剖面主要特征表現(xiàn)為[11-12]:0～45 cm腐殖質(zhì)層(A),黑褐色,砂壤砂土,粒狀結(jié)構(gòu),疏松,根系較多,有機質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.66%,pH值4.59；45～70 cm淀積層(B),黃紅色,砂土,粒狀結(jié)構(gòu),松散,根系少,有機質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.79%,pH值4.73．從機械組成分析結(jié)果來看,淀積粘化作用過程不明顯．其基本性質(zhì)見表2．

表2 九嶷山自然保護區(qū)典型山地紅壤剖面土壤的基本性質(zhì)

綜合分析,九嶷山自然保護區(qū)典型山地紅壤的主要特點表現(xiàn)為:發(fā)育于花崗巖母質(zhì)的山地紅壤,質(zhì)地砂多粘少．剖面土體呈紅褐色或者黃紅色,表土顏色深,表土以下土體顏色逐漸變淺呈紅色或者黃紅色．土壤有機質(zhì)含量相對較低,由上向下,有機質(zhì)的含量降低明顯,體現(xiàn)了森林土壤累積有機質(zhì)的特點．土壤溶液呈酸性,pH值在4.50～4.75之間．土壤養(yǎng)分中N、P、K質(zhì)量分?jǐn)?shù)表現(xiàn)為由上向下逐漸減少,A層全N質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.23%,到B層已降為0.006%；全磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)也是如此,在A層全P質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.06%,B層為0.04%； A層全K質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.91%,B層為3.73%,可見植物在表層土壤養(yǎng)分的富集中有重要作用．

3.2 山地黃壤

山地黃壤在中國土壤系統(tǒng)分類中屬于富鐵土綱,常濕潤富鐵土亞綱[9-10]．九嶷山自然保護區(qū)中,這類土壤主要分布于海拔750 m至1 000 m的地區(qū),是區(qū)內(nèi)的主要土壤類型之一．成土母巖主要有花崗巖、灰?guī)r、砂巖和板頁巖等．其較山地紅壤具有氣溫較低、降水較多、空氣濕度大的特點．自然植被以常綠闊葉林為主,闊葉林生長繁茂,是九嶷山自然保護區(qū)保存較好的區(qū)域．該區(qū)土壤土層深厚、土壤肥力較高[13],適于林木生長．土體由于氧化鐵水化呈黃色,心土蠟黃色．海拔936 m方塘坳山地黃壤剖面(A04),成土母巖為花崗巖,植被類型為甜櫧(Castanopsiseyrei)、多脈青岡 (Cyclobalanopsismultinervis)、金葉白蘭(Micheliafoveolata)、石櫟(Lithocarpusspp.)、黃樟(Cinnamomumparthenoxylon)、木荷(Schimaspp.)等常綠樹種．剖面中0～3 cm為未分解和半分解狀態(tài)的枯枝落葉層；3～15 cm腐殖質(zhì)層(A),暗黃棕色,壤土,粒狀結(jié)構(gòu),疏松,根系多,有機質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5.20%,pH值4.83；15 cm以下淀積層(B),淡黃棕色,壤土,粒狀結(jié)構(gòu),緊實,根系少,有機質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.11%,pH值4.94．土壤基本性質(zhì)有關(guān)數(shù)據(jù)見表3．

表3 九嶷山自然保護區(qū)典型黃壤剖面土壤的基本性質(zhì)

綜合分析,九嶷山自然保護區(qū)典型山地黃壤主要特點表現(xiàn)為:剖面土體呈淡黃棕色或黃棕色,表土顏色較深．土壤有機質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)不高,A層土壤有機質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5.20%左右,而B層有機質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)降為2.11%,由上向下,有機質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著降低．土壤溶液呈酸性反應(yīng),pH值在4.80～5.20之間．土壤養(yǎng)分中全N、全P質(zhì)量分?jǐn)?shù)有由上而下減少的趨勢,A層全N質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.56%,到B層為0.118%,全P質(zhì)量分?jǐn)?shù)也是如此,在A層為0.235%,B層為0.213%．

3.3 山地黃棕壤

山地黃棕壤在中國土壤系統(tǒng)分類中屬于淋溶土綱,常濕淋溶土亞綱[9-10]．這類土壤主要分布在海拔1 000～1 600 m的常綠闊葉林地區(qū),也有大量灌木叢和茅草伴生；成土母巖為砂巖、板頁巖和花崗巖,土層較薄,土壤剖面層次分明,有明顯的枯枝落葉層,有機質(zhì)積累過程明顯,腐殖質(zhì)層以下為一層黃棕色土層,土壤富鋁化過程比山地黃壤弱．九嶷山自然保護區(qū)內(nèi)的山地黃棕壤多是砂巖發(fā)育而成．位于海拔1 223 m的三分石半山腰(A02)和海拔1 106 m的婆婆石(A07)兩個山地黃棕壤剖面基本性質(zhì)數(shù)據(jù)見表4．

表4 九嶷山自然保護區(qū)典型黃壤剖面土壤的基本性質(zhì)

三分石半山腰(A02)剖面的基本特征表現(xiàn)為:0～4 cm為未分解和半分解的枯枝落葉層；4～14 cm是腐殖質(zhì)層(A),黑棕色暗棕色,砂壤,粒狀結(jié)構(gòu),疏松,根系較多,有機質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達8.47%,pH值4.62；14～64 cm為淀積層(B),淡黃棕色,砂土,粒狀結(jié)構(gòu),稍緊實,根系少,有機質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6.94%,pH值4.95．

綜合分析,九嶷山自然保護區(qū)山地黃棕壤具有以下特點:土體呈暗黃棕色或淡黃棕色,表土顏色深,表土以下土體顏色逐漸變淺呈淡黃棕色或黃棕色．有機質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)高,A層為7.10%～8.56%,生物積累過程明顯．土體呈酸性,pH值在4.60～4.95之間．土壤N、P、K養(yǎng)分含量呈現(xiàn)由表土向下減少的趨勢．

3.4 山地灌叢草甸土

山地灌叢草甸土在中國土壤系統(tǒng)分類中屬雛形土綱,常濕雛形土亞綱[9-10]．主要分布在山體頂部區(qū)域．成土母質(zhì)以花崗巖風(fēng)化物為主,土層淺?。脖欢酁榘趾凸嗖輩仓脖?在溫涼、濕潤的氣候條件下,草甸植物繁茂,草甸化過程及腐殖質(zhì)化過程明顯,表土層黑褐色．位于海拔1 463 m的三分石山地灌叢草甸土剖面(A01)的基本特征表現(xiàn)為:0～6 cm為未分解和半分解的枯枝落葉層；6～15 cm是腐殖質(zhì)層(A),黑棕褐色暗棕色,砂壤,粒狀結(jié)構(gòu),根系較多,有機質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6.92%,pH值4.85；15～40 cm為淀積層(B),淡黃棕色,砂土,粒狀結(jié)構(gòu),稍緊實,根系極少,有機質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.11%,pH值4.77． 40 cm以下可見“豆腐渣”狀的花崗巖風(fēng)化物．土壤剖面基本性質(zhì)相關(guān)數(shù)據(jù)見表5．

表5 九嶷山自然保護區(qū)山地灌叢草甸土剖面土壤的基本性質(zhì)

綜合分析,九嶷山自然保護區(qū)山地草甸土具有以下特點:土壤風(fēng)化層較薄,一般40 cm左右．土體從表土至表土以下,顏色呈黑褐色變?yōu)榈S棕色．表層土壤有機質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高,為6.90%～8.56%．土體呈酸性,pH值為4.70～4.95,腐殖質(zhì)層與淀積層土壤pH差異較?。?/p>

3.5 耕作土壤

本次考察的耕作土壤主要分布在海拔750 m以下的村落聚居區(qū)內(nèi),少數(shù)分布在區(qū)內(nèi)海拔750～1 000 m范圍內(nèi)．牛頭江村玉米地土壤(A05)砂性較強,熟化程度較高,耕層15 cm左右,種植玉米(Zeamays)、紅薯(Ipomoeabatatas)等農(nóng)作物．土壤呈酸性,pH值為4.64,有機質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4.58%．三分石山腳厚樸園土壤(A03)發(fā)育于花崗巖風(fēng)化物,質(zhì)地較粗,有機質(zhì)及鉀的含量較高,耕層厚度為15～20 cm,曾用于水稻種植,現(xiàn)已退田還林,種植厚樸．土壤呈酸性,pH值為3.98,有機質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6.67%,土壤粘粒含量較低(表6)．

表6 九嶷山自然保護區(qū)耕作土壤基本性質(zhì)

4 九嶷山自然保護區(qū)的主要成土過程

九嶷山自然保護區(qū)位于中亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候區(qū),屬中亞熱帶山地氣候,自然植被為常綠闊葉林．在各種氣候和生物條件的綜合影響下,土壤的形成過程主要是與水熱條件密切相關(guān)的脫硅富鋁化過程和深受自然植被狀況影響的生物積累過程．在有些土壤剖面,也可以看到明顯的黏化過程[9]．

4.1 脫硅富鋁化過程

九嶷山自然保護區(qū)內(nèi)年平均氣溫14～17.5 ℃,≥10 ℃的活動積溫在5 200 ℃以上,全年日照時數(shù)為810.6～1 260.1 h,太陽輻射總量477.12 kJ/cm2；降雨量為1 576.8～2 048.3 mm．這種熱量豐富、光能充足、降雨豐沛的氣候條件,極有利于巖石礦物化學(xué)分解作用的進行．區(qū)內(nèi)成土母巖以花崗巖、變質(zhì)巖和碳酸鹽巖類為主,主要類型包括黑云母花崗巖、二長花崗巖、板巖、變質(zhì)砂巖和石灰?guī)r、白云巖等．在亞熱帶季風(fēng)濕熱氣候條件下,土壤形成過程中原生礦物質(zhì)強烈分解,硅酸鹽發(fā)生強烈的水解,釋放出大量的鹽基物質(zhì),使土壤溶液呈中性或堿性環(huán)境.在豐沛雨水作用下,風(fēng)化層受到強烈淋溶,土體和風(fēng)化物中的K+、Na+、Ca2+和Mg2+大量淋溶, Al2O3、Fe2O3顯著地累積下來,Al、Fe、Mn的氧化物在土體中相對富集[4]．

4.2 生物累積過程

九嶷山自然保護區(qū)由于光熱資源豐富,降水充沛,植被以常綠闊葉林為主,并夾有落葉針葉樹種,植物生物量大,每年的枯枝落葉給土壤提供了大量的有機物來源.因此,生物積累過程是保護區(qū)內(nèi)土壤形成的重要過程．在海拔較低地區(qū),自然植被為常綠闊葉林,但已被破壞．除局部陡峭溝谷保留常綠闊葉林外,大部分地區(qū)多為人工馬尾松林、油茶林、果木林和灌叢草類所替代；有機物的來源雖然不少,但氣溫較高,微生物活動強烈,礦質(zhì)化作用強,土壤有機質(zhì)積累較少．隨著海拔的升高,氣溫降低,降雨量增多,相對濕度大,有利于有機質(zhì)的累積,土壤有機質(zhì)的含量高．但九嶷山保護區(qū)土壤有機質(zhì)的積累明顯與山地所處的具體條件有關(guān)．在海拔較高地區(qū),如海拔1 000 m以上的山地黃棕壤區(qū)和山地灌叢草甸土區(qū),主要以矮林和灌草叢植被為主,有機物的來源相對較少,土壤有機質(zhì)積累也少．但山地黃壤有機質(zhì)含量明顯高于山地黃棕壤和山地灌叢草甸土,這是由于山地黃壤分布于山地中上部,植物生長茂盛,枯枝落葉多,加上森林郁閉度大,林內(nèi)陰暗潮濕,有利于有機質(zhì)的積累；而山地黃棕壤分布于山地上部,山風(fēng)大,森林有矮化現(xiàn)象,且郁閉度小,有機質(zhì)的積累相對而言不如山地黃壤；山地草甸土則主要為草本植物,生長茂盛,但不及森林的枯枝落葉多,因而有機質(zhì)含量低．

4.3 粘化過程

土壤形成中的粘化過程是指土體中粘土礦物、次生層狀硅酸鹽的生成和聚積過程．土壤粘化作用的強弱同氣候條件有著密切的關(guān)系．在溫暖多雨的亞熱帶季風(fēng)氣候條件下,原生礦物中的鋁硅酸鹽在風(fēng)化和成土過程中不斷受到分解和破壞形成次生粘土礦物,并隨下滲水在土體中向下部移動,在土體中一定發(fā)生層累積起來,形成積淀粘化現(xiàn)象.隨著淋溶的進行,次生粘土礦物中的三氧化物也在土體中發(fā)生移動和聚積．溫暖濕潤、干濕交替的條件有利于粘土礦物的形成和積淀,粘化過程表現(xiàn)得最為強烈,如棕壤的形成等．

5 結(jié)語

九嶷山自然保護區(qū)主要自然土壤類型包括:山地紅壤、山地黃壤、山地黃棕壤和山地草甸土．各類型土壤均有其特定的剖面特性,但幾項基本理化性質(zhì)的變化情況趨于一致．土壤有機質(zhì)的含量雖因所處地理位置而各不相同,但均表現(xiàn)為由上而下有機質(zhì)的含量顯著降低的趨勢,表現(xiàn)出森林土壤累積有機質(zhì)的特點．耕作土壤有機質(zhì)含量較高,土壤肥力水平較高,有利于作物的生長．區(qū)內(nèi)土壤的形成過程主要是與水熱條件密切相關(guān)的脫硅富鋁化過程和深受自然植被狀況影響的生物積累過程．

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