汪明沖，張新長(zhǎng)，李輝霞，周紅藝，魏興琥，關(guān)共湊. 中山大學(xué)地理科學(xué)與規(guī)劃學(xué)院，廣東 廣州 5075；. 佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院國(guó)土資源環(huán)境與旅游研究中心，廣東 佛山 58000

喀斯特石漠化生態(tài)恢復(fù)過(guò)程中土壤質(zhì)量變化分析
——以古周生態(tài)恢復(fù)重建區(qū)為例

汪明沖1， 2，張新長(zhǎng)1，李輝霞2，周紅藝2，魏興琥2，關(guān)共湊2
1. 中山大學(xué)地理科學(xué)與規(guī)劃學(xué)院，廣東 廣州 510275；2. 佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院國(guó)土資源環(huán)境與旅游研究中心，廣東 佛山 528000

石漠化最突出的特征是水土和養(yǎng)分的流失，石漠化發(fā)展造成地表嚴(yán)重缺土。稀缺的土壤資源是生態(tài)恢復(fù)的重要限制性因素，其中，土壤質(zhì)量是生態(tài)恢復(fù)重建的關(guān)鍵。研究石漠化生態(tài)恢復(fù)過(guò)程中土壤質(zhì)量的變化特征，對(duì)石漠化區(qū)的植被重建和土壤養(yǎng)分的調(diào)控與管理具有重要意義。以環(huán)江古周生態(tài)恢復(fù)重建區(qū)為研究區(qū)，在野外調(diào)查和資料查閱的基礎(chǔ)上，在研究區(qū)內(nèi)選取具有代表性的人工任豆（Zenia insignis）林，分別在坡地和洼地按照石漠化的不同程度設(shè)置樣地。采用野外取樣與室內(nèi)分析相結(jié)合的方法，采集土壤樣品。研究了潛在、輕度、中度和重度石漠化土地及其分層土壤的容重、含水量、pH 值、有機(jī)質(zhì)（SOM）、全氮（TN）、全磷（TP）、全鉀（TK）、堿解氮（AN）、有效磷（AP）和速效鉀（AK）等土壤質(zhì)量要素的變化情況并對(duì)其進(jìn)行分析。結(jié)果表明，（1）石漠化生態(tài)恢復(fù)過(guò)程中，植被系統(tǒng)的恢復(fù)促使生物量增加，土壤有機(jī)質(zhì)的來(lái)源變廣，土壤養(yǎng)分含量增多。（2）石漠化生態(tài)恢復(fù)過(guò)程中，土壤質(zhì)量不斷變好，促進(jìn)了地表植被的生長(zhǎng)，石漠化治理效果明顯。因此，土壤質(zhì)量的向好與石漠化生態(tài)恢復(fù)過(guò)程形成相互促進(jìn)的關(guān)系，并在生態(tài)恢復(fù)方向和階段上具有一致性和同步性。（3）從重度石漠化到輕度石漠化，坡地土壤全氮平均含量從1.22 g·kg-1上升到1.88 g·kg-1，增幅為54.10%；洼地土壤全氮平均含量從1.13 g·kg-1上升到1.36 g·kg-1，增幅僅為20.35%。坡地樣地土壤堿解氮平均含量從84.55 mg·kg-1上升到164.31 mg·kg-1，增幅為94.33%；洼地樣地土壤堿解氮平均含量從41.90 mg·kg-1上升到82.57 mg·kg-1，增幅為97.06%。坡地樣地土壤速效鉀平均含量從36.61 mg·kg-1上升到58.52 mg·kg-1，增幅為59.85%；洼地樣地土壤速效鉀平均含量從15.02 mg·kg-1上升到28.09 mg·kg-1，增幅為 87.02%。（4）研究區(qū)內(nèi)石漠化生態(tài)恢復(fù)過(guò)程與土壤質(zhì)量狀況關(guān)系密切，隨著石漠化治理狀況的好轉(zhuǎn)，土壤含水量、有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、速效鉀含量呈現(xiàn)出上升趨勢(shì)，土壤容重、pH值減小，土壤肥力增加。

喀斯特；石漠化生態(tài)恢復(fù)過(guò)程；土壤質(zhì)量；人工任豆林

引用格式：汪明沖， 張新長(zhǎng)， 李輝霞， 周紅藝， 魏興琥， 關(guān)共湊. 喀斯特石漠化生態(tài)恢復(fù)過(guò)程中土壤質(zhì)量變化分析——以古周生態(tài)恢復(fù)重建區(qū)為例［J］. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào)， 2016， 25（6）: 947-955.

WANG Mingchong， ZHANG Xinchang， LI Huixia， ZHOU Hongyi， WEI Xinghu， GUAN Gongcou. An Analysis of Soil Quality Changes in the Process of Ecological Restoration in Karst Rocky Desertification Area: A Case Study in Karst Ecological Restoration and Rehabilitation Region of Guzhou Village ［J］. Ecology and Environmental Sciences， 2016， 25（6）: 947-955.

我國(guó)西南喀斯特區(qū)域在全球三大喀斯特集中分布區(qū)中連片裸露碳酸鹽巖面積最大，是青藏高原隆起在南亞大陸亞熱帶氣候區(qū)形成的一個(gè)海拔梯度大、地勢(shì)格局復(fù)雜、生態(tài)脆弱的獨(dú)特環(huán)境單元（Sweeting，1995；王世杰等，2007）。喀斯特生態(tài)系統(tǒng)的脆弱性決定了其具有易損性和退化后的難恢復(fù)性，是我國(guó)西部生態(tài)建設(shè)中面臨的十分突出的地域環(huán)境問(wèn)題，也是西南喀斯特區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的主要障礙之一（黃秋昊等，2007）。

石漠化過(guò)程主要包括植被退化、土壤退化以及小氣候環(huán)境的退化3個(gè)方面，小氣候環(huán)境的退化是植被和土壤退化的結(jié)果，土壤的退化因植被退化（vegetation degradation）所致（王德?tīng)t等，2004）?？λ固厥耐獠勘憩F(xiàn)是植被退化，而內(nèi)在表現(xiàn)則為土壤質(zhì)量惡化。

研究表明，喀斯特石漠化是以人為活動(dòng)為主導(dǎo)因素而引起的環(huán)境惡化和土地退化過(guò)程；有關(guān)部門(mén)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明人為因素在石漠化的成因中占到62.4%（童立強(qiáng)等，2013）。人為活動(dòng)破壞了喀斯特地區(qū)脆弱的生態(tài)平衡，從而導(dǎo)致整個(gè)自然生態(tài)環(huán)境逆向演替，向著石漠化方向發(fā)展。我國(guó)西南喀斯特地區(qū)具有富足的水熱條件和豐富的種質(zhì)資源庫(kù)，只要排除或減少人為干擾，喀斯特石漠化地區(qū)在一定時(shí)期內(nèi)有足夠的能力進(jìn)行自然修復(fù)（涂成龍等，2004）。因此，生態(tài)環(huán)境的恢復(fù)成為當(dāng)前喀斯特地區(qū)的首要任務(wù)，退耕還林等植被恢復(fù)措施被大力推廣（唐政等，2014）。土壤質(zhì)量的恢復(fù)是生態(tài)恢復(fù)的重要組成部分，研究喀斯特土地在石漠化過(guò)程中的質(zhì)量變化及其與石漠化程度的關(guān)系，對(duì)深入了解生態(tài)環(huán)境的恢復(fù)過(guò)程具有重要意義，也是研究喀斯特石漠化發(fā)生規(guī)律及其動(dòng)力學(xué)機(jī)制的基礎(chǔ)和重要環(huán)節(jié)（李孝良，2011；唐政等，2015）。

黃玉清等（2006）研究認(rèn)為任豆樹(shù)（Zenia insignis）在生境惡劣的喀斯特地區(qū)具有很好的適應(yīng)性，對(duì)藤灌植物具有適當(dāng)遮蔭作用。劉永賢等（2014）研究認(rèn)為在棕色石灰性土壤上種植任豆樹(shù)效果比較好，其林下土壤的有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、堿解氮、速效磷、速效鉀和CEC含量均較高。梁瑞龍等（2015）認(rèn)為任豆樹(shù)耐旱、適應(yīng)石灰?guī)r鈣質(zhì)土生境，對(duì)土壤適應(yīng)性較強(qiáng)，是我國(guó)南方石灰?guī)r地區(qū)的常見(jiàn)樹(shù)種，是巖溶地區(qū)石漠化治理最主要的樹(shù)種。

一些學(xué)者（羅紅波等，2007；黃金國(guó)等，2008；李森等，2010；黃金國(guó)等，2012；張偉等，2013）已對(duì)喀斯特石漠化過(guò)程中土地生物生產(chǎn)力的退化作了研究，但對(duì)石漠化生態(tài)恢復(fù)過(guò)程中土壤質(zhì)量變化方面的研究較少。因此，從喀斯特生態(tài)環(huán)境特點(diǎn)出發(fā)，對(duì)石漠化生態(tài)恢復(fù)過(guò)程中的不同階段土壤質(zhì)量演變特征進(jìn)行研究，對(duì)喀斯特土地石漠化的綜合治理具有重要的意義。本文通過(guò)對(duì)河池市古周村喀斯特生態(tài)重建區(qū)人工任豆林不同石漠化程度的土壤進(jìn)行采樣，分析其土壤理化性質(zhì)變化特征，探討喀斯特地區(qū)人工任豆林對(duì)石漠化生態(tài)恢復(fù)過(guò)程中土壤質(zhì)量變化的響應(yīng)，以期為喀斯特石漠化生態(tài)重建區(qū)的土壤資源利用與水土保持提供科學(xué)依據(jù)。

1　研究區(qū)概況

研究區(qū)位于廣西環(huán)江毛南族自治縣下南鄉(xiāng)西南部古周村的生態(tài)重建試驗(yàn)示范區(qū)（24°55′N(xiāo)，107°57′）。古周示范區(qū)為典型的峰叢洼地地貌，地形起伏較大，最低點(diǎn)海拔為376 m，與最高點(diǎn)海拔相差440 m。該地區(qū)為亞熱帶季風(fēng)氣候，雨熱充沛，多年平均降雨量為1389.1 mm，但降雨季節(jié)分配不均；雨季平均持續(xù)130～140 d，集中在4─9月，常出現(xiàn)澇災(zāi)。旱季為10月至次年3月，降雨量少，常出現(xiàn)季節(jié)性干旱。日照時(shí)數(shù)以2月份最低，7月份最高，日照率以3月份最低，9月份最高；太陽(yáng)總輻射在33414～41314 KJ·cm-2之間。年平均氣溫約為19.9 ℃，多年平均氣溫16.5～20.5 ℃。研究區(qū)的土壤主要為碳酸鹽巖發(fā)育而來(lái)的鈣質(zhì)石灰土，分布極不均勻，基巖廣泛出露，部分地段裸巖率可達(dá)80%以上。土地總面積 186.7 hm2，其中耕地 17.4 hm2，主要分布在洼地中；以旱作耕地為主，有較長(zhǎng)的耕作歷史，耕地以玉米、大豆、牧草為主，且以農(nóng)戶(hù)為單位進(jìn)行耕作管理，人口壓力大。洼地平均土層深度約100 cm，以種植玉米和大豆為主。山地次之，25°以上坡地占 80%以上，平均土層深度20～40 cm。由于人為干擾強(qiáng)烈，研究區(qū)坡地植被退化嚴(yán)重，以灌木、藤本以及蕨類(lèi)為主，喬木較少，森林覆蓋率低，水土流失嚴(yán)重，石漠化趨勢(shì)明顯，生態(tài)環(huán)境十分脆弱，屬?lài)?guó)家移民遷出區(qū)和西部“退耕還林還草區(qū)”。經(jīng)過(guò)近10年的恢復(fù)重建，森林覆蓋率從過(guò)去的 13%提高到 50%左右（張繼光等，2006；張偉等，2006；梁月明等，2013）。

2　材料與方法

2.1樣地選擇及采樣

表1　古周石漠化程度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)Table 1　The classification standards of rocky desertification in Guzhou karst area

本研究綜合現(xiàn)有巖溶石漠化程度的劃分標(biāo)準(zhǔn)（李森等，2007；王金華等，2007；王兮之等，2007），并結(jié)合研究區(qū)石漠化生態(tài)恢復(fù)過(guò)程中的自然概況和景觀特征，確定了研究區(qū)石漠化生態(tài)恢復(fù)過(guò)程中石漠化程度劃分標(biāo)準(zhǔn)（如表 1）。為了深入的了解不同程度石漠化的土壤質(zhì)量變化情況，于2014年12月 18日在古周移民遷出示范區(qū)選擇母質(zhì)條件（碳酸鹽巖）、灌草植被條件，以及坡向、坡度、海拔等地形條件基本相同或者相似的人工任豆林洼地為研究對(duì)象，分別選取了潛在、輕度、中度和重度石漠化4個(gè)等級(jí)的8 m×8 m的樣方各3個(gè)，共12個(gè)樣方；同樣，在條件基本相同的坡地分別選取了輕度、中度和重度石漠化3個(gè)等級(jí)的8 m×8 m的樣方各3個(gè)，共9個(gè)樣方。野外采樣時(shí)，在每個(gè)樣方內(nèi)沿著樣方的對(duì)角線每隔1 m采集土壤樣品（裸露巖石地不采樣），作為1個(gè)采樣點(diǎn)。每個(gè)樣方內(nèi)每層所有土樣采集完成后再混合，然后用四分法取樣，樣品帶回實(shí)驗(yàn)室風(fēng)干，過(guò)篩，以備室內(nèi)分析測(cè)定。

土壤容重和土壤含水量按照每個(gè)采樣點(diǎn)分別采集0～10 cm層和10～20 cm層的樣品，其中洼地0～10 cm層168個(gè)樣品，坡地0～10 cm層96個(gè)樣品，共264個(gè)樣品；洼地10～20 cm層90個(gè)樣品，坡地10～20 cm層30個(gè)樣品，共120個(gè)樣品；總計(jì)384個(gè)。土壤有機(jī)質(zhì)（SOM）、全氮（TN）、全磷（TP）、全鉀（TK）、堿解氮（AN）、有效磷（AP）和速效鉀（AK）采樣時(shí)，洼地12個(gè)樣方按照每個(gè)采樣點(diǎn)分別采集0～5 cm層168個(gè)樣品、5～10 cm層132個(gè)樣品、10～20 cm層90個(gè)樣品、20～40 cm層48個(gè)樣品，共438個(gè)樣品；坡地9個(gè)樣方按照每個(gè)采樣點(diǎn)分別采集0～5 cm層96個(gè)樣品、5～10 cm層54個(gè)樣品、10～15 cm層30個(gè)樣品、15～20 cm層24個(gè)樣品、20～40 cm層18個(gè)樣品，共 222 個(gè)樣品；總計(jì)660個(gè)。

2.2樣品及數(shù)據(jù)處理方法

測(cè)定土壤容重、土壤含水量、pH值、土壤有機(jī)質(zhì)（SOM）、全氮（TN）、全磷（TP）、全鉀（TK）、堿解氮（AN）、有效磷（AP）和速效鉀（AK），共計(jì) 11個(gè)指標(biāo)。其中，土壤容重采用環(huán)刀法；土壤含水量用烘干法測(cè)定，即土壤含水量=（烘干前鋁盒及土樣質(zhì)量-烘干后鋁盒及土樣質(zhì)量）/（烘干后鋁盒及土樣質(zhì)量-烘干空鋁盒質(zhì)量）×100%；pH值采用玻璃電極法測(cè)定（奚旦立等，2010），儀器是pH SJ-3F型酸度計(jì)（上海精密科學(xué)儀器廠生產(chǎn)）。土壤有機(jī)質(zhì)（SOM）采用重鉻酸鉀氧化-外加熱法測(cè)定；全氮（TN）采用碳氮儀測(cè)定，全磷（TP）采用NaOH熔融-鉬銻抗顯色-紫外分光光度法測(cè)定；全鉀（TK）采用NaOH熔融-原子吸收法測(cè)定；堿解氮（AN）采用堿解-擴(kuò)散法測(cè)定；有效磷（AP）采用0.5 mol·L-1NaHCO3提取-鉬銻抗顯色-紫外分光光度法測(cè)定；速效鉀（AK）采用NH4Ac浸提-原子吸收法測(cè)定（鮑士旦，2013）。

土壤容重（g·cm-3）采用環(huán)刀取樣，在洼地和坡地的每個(gè)石漠化等級(jí)樣地內(nèi)用環(huán)刀法在0～10 cm層和10～20 cm層各采集3個(gè)重復(fù)的土壤樣品，用烘干法測(cè)定土壤容重，求平均值作為樣地容重。土壤含水量同樣在0～10 cm層和10～20 cm層各采集3個(gè)重復(fù)的土壤樣品。

采用Excel 2010和SPSS 19.0進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

3　結(jié)果與分析

3.1土壤物理特征分析

土壤物理性質(zhì)的評(píng)價(jià)指標(biāo)包括質(zhì)地、容重、含水量、入滲速率和田間持水量等。本文選取土壤容重和土壤含水量2個(gè)指標(biāo)進(jìn)行分析。

由圖1可知，洼地和坡地的土壤容重基本均隨石漠化的改善而減小，重度石漠化的土壤容重反而比中度的略??；表層（0～10 cm）土壤容重均大于10～20 cm土層土壤容重。洼地表層（0～10 cm）土壤容重變化范圍0.91～0.97 g·cm-3，10～20 cm土層土壤容重變化范圍0.87～0.92 g·cm-3；坡地表層（0～10 cm）土壤容重變化范圍0.89～0.99 g·cm-3，10～20 cm土層土壤容重變化范圍 0.77～0.96 g·cm-3?？傮w來(lái)講，坡地的土壤容重比洼地的變化大，但是差異不顯著，最大差值為0.19 g·cm-3。

圖1　土壤容重在石漠化過(guò)程中的變化Fig. 1　Changes of soil bulk density in rocky desertification process

分析結(jié)果認(rèn)為，石漠化過(guò)程中的人類(lèi)活動(dòng)漸強(qiáng)，土壤砂粒流失量增大，粘粒淀積在土壤下部，土壤容重也逐漸增加。

由圖2可知，洼地土壤含水量在不同石漠化程度下均表現(xiàn)為10～20 cm土層高于0～10 cm土層。表層（0～10 cm）含水量不穩(wěn)定，變化較大，變幅達(dá)3.48%；10～20 cm土層土壤含水量變化程趨于緩和，僅為1.89%；隨著石漠化的改善，土壤含水量逐步上升。坡地土壤含水量在不同石漠化程度土壤中的垂直變化不盡相同，輕度和中度石漠化的土壤含水量表現(xiàn)為0～10 cm土層高于10～20 cm土層，重度石漠化的土壤含水量則相反，表現(xiàn)為10～20 cm土層高于0～10 cm土層。表層（0～10 cm）含水量變化較10～20 cm層小，上、下兩個(gè)土層土壤含水率變幅分別為4.31%、7.86%。

總體來(lái)看，不同石漠化程度下，坡地土壤含水率較洼地差異大。

分析結(jié)果認(rèn)為，石漠化過(guò)程中的人類(lèi)活動(dòng)漸強(qiáng)，土壤砂粒流失量增大，粘粒淀積在土壤下部，土壤空隙變小，土壤含水量也逐漸減少。

圖2　土壤含水量在石漠化過(guò)程中的變化Fig. 2　Changes of soil water content in rocky desertification process

總體來(lái)看，不同石漠化程度下，坡地土壤含水率較洼地差異大。

分析結(jié)果認(rèn)為，石漠化過(guò)程中的人類(lèi)活動(dòng)漸強(qiáng)，土壤砂粒流失量增大，粘粒淀積在土壤下部，土壤空隙變小，土壤含水量也逐漸減少。

3.2土壤化學(xué)特征分析

土壤化學(xué)性質(zhì)的評(píng)價(jià)指標(biāo)包括pH值、堿解氮、有效磷、速效鉀和陽(yáng)離子交換量等。本文選取 pH值，全氮（TN），全磷（TP），全鉀（TK），堿解氮（AN），有效磷（AP）和速效鉀（AK）等7個(gè)指標(biāo)進(jìn)行分析。

3.2.1土壤pH值變化

土壤pH值是土壤重要的化學(xué)性質(zhì)之一，可影響幾乎所有養(yǎng)分的有效性，或者毒害物質(zhì)的活性，也影響到土壤中微生物的數(shù)量、組成和活性，從而影響到土壤中物質(zhì)的轉(zhuǎn)化，因此它是土壤化學(xué)性質(zhì)中最為綜合和重要的特征（盧瑛等，2005；徐建明，2010）。

表2　pH值在石漠化過(guò)程中的變化Table 2　Changes of pH value in rocky desertification process

由表2可知，石漠化嚴(yán)重地區(qū)相對(duì)輕度石漠化pH值偏高，重度石漠化的土壤生態(tài)環(huán)境惡劣，巖石裸露率高，易受堿性地質(zhì)背景的影響。相反，輕度石漠化植被覆蓋率高，隨著植覆蓋率的增加，植被覆蓋下的生物活動(dòng)頻繁，微生物生長(zhǎng)運(yùn)動(dòng)較快，土壤生物死亡后的殘?bào)w被分解成酸性物質(zhì)儲(chǔ)存在土壤中，導(dǎo)致土壤偏酸性。由表2可知，石漠化地區(qū)土壤pH值基本偏酸性，大部分pH在6.36～6.91，這與劉永賢等（2014）所測(cè)的廣西河池大化縣七百弄鄉(xiāng)的人工任豆林下的土壤pH值接近。人工任豆林下土壤pH值偏酸性，這說(shuō)明任豆林對(duì)于石漠化的改善是非常明顯的，生態(tài)恢復(fù)效果好。

3.2.2土壤氮素含量變化

氮素是植物必需營(yíng)養(yǎng)元素之一，主要來(lái)源于生物固氮。在喀斯特土壤中90%以上以有機(jī)態(tài)存在，石漠化造成土壤有機(jī)質(zhì)喪失，土壤氮素供應(yīng)能力下降。全氮含量通常用于衡量土壤氮素的基礎(chǔ)肥力，其含量與土壤有機(jī)質(zhì)的含量有密切的相關(guān)性（呂桂芬等，2010）。土壤中的水解性氮又稱(chēng)有效性氮，也叫堿解氮。它能反映近期內(nèi)土壤氮素的供應(yīng)情況，包括無(wú)機(jī)態(tài)氮（銨態(tài)氮、硝態(tài)氮）和一部分易分解的有機(jī)態(tài)氮（氨基酸、酰胺態(tài)氮），與有機(jī)質(zhì)含量及熟化程度有著密切的關(guān)系。土壤堿解氮量與作物生長(zhǎng)關(guān)系密切，因此它在推薦施肥中意義更大。

由表3可知，隨著石漠化生態(tài)環(huán)境的恢復(fù)，坡地土壤全氮含量上升趨勢(shì)比洼地土壤明顯。從重度石漠化到輕度石漠化，坡地土壤全氮平均含量從1.22 g·kg-1上升到1.88 g·kg-1，增幅為54.1%；洼地土壤全氮平均含量從1.13 g·kg-1上升到1.36 g·kg-1，增幅為20.35%。表層土壤（小于10 cm）全氮含量坡地比洼地變化大，深層土壤（大于10 cm）變化差異不大。

隨著石漠化生態(tài)環(huán)境的恢復(fù)，洼地土壤堿解氮含量上升趨勢(shì)比坡地土壤稍微大些。從重度石漠化到輕度石漠化，坡地樣地土壤堿解氮平均含量從84.55 mg·kg-1上升到 164.31 mg·kg-1，增幅為94.33%；洼地樣地土壤堿解氮平均含量從 41.90 mg·kg-1上升到82.57 mg·kg-1，增幅為97.06%。表層土壤（小于5 cm）堿解氮含量洼地比坡地變化大，深層土壤（大于5 cm）則是坡地比洼地變化大。

表3　土壤氮素含量在石漠化過(guò)程中的變化Table 3　Changes of soil total nitrogen and available nitrogen in different rocky desertification degrees

3.2.3土壤磷素含量變化

磷素是植物必需營(yíng)養(yǎng)元素之一，土壤磷主要來(lái)自含磷礦物的分解和人類(lèi)施肥（魏亞偉等，2010），但在土壤中的擴(kuò)散速率較小（Smith，2002）。由于地質(zhì)背景的制約，石灰土高鈣含量和高pH導(dǎo)致能直接被植物吸收利用的有效磷被土壤礦物緊密結(jié)合，從而導(dǎo)致生物有效性降低（Bertrand et al.，1999；Zhu et al.，2002），故喀斯特地區(qū)出現(xiàn)大面積磷貧乏（劉方等，2005），常成為植物生長(zhǎng)的限制因子。因此，土壤磷是喀斯特地區(qū)生態(tài)恢復(fù)的重要限制因子之一。

研究區(qū)土壤有效磷含量沒(méi)有明顯的變化規(guī)律，大部分采樣點(diǎn)為檢測(cè)出有效磷，即使有檢出，含量也偏低。雖然全磷和有效磷并不完全相關(guān)，但也反映了土壤潛在的供磷能力。由表4可知，隨著石漠化生態(tài)環(huán)境的恢復(fù)，土壤全磷的變化平緩，從重度石漠化到輕度石漠化，洼地樣地土壤全磷平均含量從0.27 g·kg-1增加到0.33 g·kg-1，增幅為22.22%；坡度樣地土壤全磷平均含量從 0.36 g·kg-1增加到0.47 g·kg-1，增幅為30.56%。從結(jié)果來(lái)看，研究區(qū)全磷含量相對(duì)較低。

從土層來(lái)看，隨著石漠化生態(tài)環(huán)境的恢復(fù)，洼地土壤全磷含量除5～10 cm層外，都呈現(xiàn)上升趨勢(shì)；坡地土壤全磷含量除0～5 cm層呈現(xiàn)顯著的持續(xù)上升趨勢(shì)外，其他各層變化趨勢(shì)不一。

3.2.4土壤鉀素含量變化

鉀素是植物生長(zhǎng)所必需的營(yíng)養(yǎng)養(yǎng)分之一，植物所能利用的鉀是速效性鉀，它能真實(shí)反映土壤中鉀素的供應(yīng)情況（Peter，1991；Jim，1998），全鉀則反映了土壤鉀素的潛在供應(yīng)能力。

由表5可知，隨著石漠化生態(tài)環(huán)境的恢復(fù)，土壤全鉀含量呈上升趨勢(shì)，但不明顯，洼地土壤全鉀平均含量從重度石漠化土壤的3.00 g·kg-1上升到輕度石漠化土壤的3.53 g·kg-1，增幅為17.67%；坡地土壤全鉀平均含量從重度石漠化土壤的 4.04 g·kg-1上升到輕度石漠化土壤的4.29 g·kg-1，增幅為6.19%。研究區(qū)土壤全鉀含量基本都低于5.00 g·kg-1，處于很低的水平。從土層來(lái)看，隨著石漠化生態(tài)環(huán)境的恢復(fù)，坡地0～5 cm層呈現(xiàn)顯著的持續(xù)上升趨勢(shì)，5～10 cm層呈現(xiàn)緩慢的持續(xù)上升趨勢(shì)，其他層變化趨勢(shì)不一致；洼地各土層變化趨勢(shì)不一致。

隨著石漠化生態(tài)環(huán)境的恢復(fù)，土壤速效鉀含量呈現(xiàn)出顯著上升趨勢(shì)，洼地土壤全氮含量上升趨勢(shì)比坡地明顯。從重度石漠化到輕度石漠化，坡地樣地土壤速效鉀平均含量從 36.61 mg·kg-1上升到58.52 mg·kg-1，增幅為59.85%；洼地樣地土壤速效鉀平均含量從15.02 mg·kg-1上升到28.09 mg·kg-1，增幅為87.02%。但不同石漠化發(fā)展階段，土壤速效鉀含量的變化差異明顯，從輕度到中度石漠化階段降幅較小，而從中度到重度石漠化階段降幅較大。

從土層來(lái)看，隨著石漠化的改善，坡地土壤速效鉀含量在0～5 cm層呈現(xiàn)顯著的持續(xù)上升趨勢(shì)，在5～10 cm層呈現(xiàn)緩慢的持續(xù)上升趨勢(shì)，其他層變化趨勢(shì)不一致；洼地各層變化趨勢(shì)不一致。

表4　土壤磷素含量在石漠化過(guò)程中的變化Table 4　Changes of soil total phosphorus and available phosphorus in different rocky desertification degrees

表5　土壤鉀素含量在石漠化過(guò)程中的變化Table 5　Changes of soil total potassium and available potassium in different rocky desertification degrees

3.3土壤生物特征分析

土壤生物方面的評(píng)價(jià)指標(biāo)包括土壤有機(jī)質(zhì)（SOM）、土壤有機(jī)碳（SOC）、微生物量、C/N比、土壤呼吸量、土壤酶等。本文選取土壤有機(jī)質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行分析。

土壤有機(jī)質(zhì)是指存在于土壤中的所有含碳有機(jī)化合物，主要包括土壤中各種動(dòng)物、植物殘?bào)w，微生物體及其分解和合成的各種有機(jī)化合物（孫向陽(yáng)，2005）。盡管土壤有機(jī)質(zhì)的含量只占土壤總量的很小一部分（一般為 1%～20%），卻是決定土壤多種功能表現(xiàn)的最重要成分，對(duì)土壤結(jié)構(gòu)的形成、土壤養(yǎng)分的釋放、土壤吸附和緩沖功能、土壤微生物的活動(dòng)、侵蝕性及土壤保水性能都起著至關(guān)重要的作用（劉曉冰等，2002；李文芳等，2004；徐建明，2010）。因此，有機(jī)質(zhì)含量在土壤評(píng)價(jià)中是不可或缺的指標(biāo)。土壤有機(jī)質(zhì)是土壤的重要組成部分，是土壤肥力的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)最常用的生物學(xué)指標(biāo)。

由表6可知，隨著石漠化生態(tài)環(huán)境的恢復(fù)，土壤有機(jī)質(zhì)含量持續(xù)上升，坡地比洼地上升趨勢(shì)明顯。從重度石漠化到輕度石漠化，坡地樣地土壤有機(jī)質(zhì)平均含量從6.41 g·kg-1上升到22.73 g·kg-1，增幅為 254.60%；洼地樣地土壤有機(jī)質(zhì)平均含量從12.36 g·kg-1上升到13.23 g·kg-1，增幅僅為7.04%。坡地中輕度石漠化的土壤有機(jī)質(zhì)平均含量是重度石漠化的土壤有機(jī)質(zhì)平均含量的1.31倍。其原因可能是喀斯特植被退化造成生物量下降，使土壤有機(jī)質(zhì)的來(lái)源減少；同時(shí)由于生境向旱生方向演變，土壤有機(jī)質(zhì)分解速度加快，含量迅速降低。洼地的土壤有機(jī)質(zhì)平均含量隨著石漠化生態(tài)環(huán)境的恢復(fù)變化不大，表層土壤（0～5 cm）上升趨勢(shì)明顯，深層土壤（大于5 c m）變化差異不大。

表6　土壤有機(jī)質(zhì)含量在石漠化過(guò)程中的變化Table 6　Changes of soil organic matter in different rocky desertification degrees

4　討論

石漠化過(guò)程中植被退化、喪失是最為直觀和敏感的現(xiàn)象，植被系統(tǒng)被人為破壞后，植被向土壤輸送的養(yǎng)分減少或完全中斷，土壤表層的枯枝落葉也因植被的破壞而流失，表層土壤中豐富的有機(jī)質(zhì)和氮、磷、鉀等養(yǎng)分隨之流失，土壤-植被系統(tǒng)的養(yǎng)分平衡被打破，整個(gè)系統(tǒng)向逆向演替的方向發(fā)展（趙中秋等，2006）。

在石漠化生態(tài)環(huán)境的恢復(fù)過(guò)程中，有機(jī)質(zhì)的含量呈顯著上升趨勢(shì)。隨土壤有機(jī)質(zhì)變化，土壤全氮、速效氮、速效鉀也發(fā)生相應(yīng)變化，并與有機(jī)質(zhì)變化呈顯著線性相關(guān)（王晶等，2010）。喀斯特植被系統(tǒng)的恢復(fù)促使生物量增加，土壤有機(jī)質(zhì)的來(lái)源變廣，土壤養(yǎng)分含量增多。

根據(jù)全國(guó)第二次土壤普查養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（全國(guó)土壤普查辦公室，1992），喀斯特洼地不同石漠化階段的土壤平均有機(jī)質(zhì)含量均僅達(dá)到四級(jí)水平，坡地輕度、中度和重度石漠化土壤平均有機(jī)質(zhì)含量分別達(dá)到三、四和五級(jí)水平；無(wú)論坡地還是洼地，其表層土壤的有機(jī)質(zhì)含量基本可以達(dá)到三級(jí)甚至二級(jí)水平；研究區(qū)表層土壤的有機(jī)質(zhì)含量比較高。研究區(qū)不同石漠化階段的全氮平均量都處于二級(jí)或者三級(jí)水平，表層土壤的全氮量都處在二級(jí)以上，個(gè)別甚至達(dá)到一級(jí)水平；研究區(qū)大部分石漠化程度低的表層土壤的堿解氮含量達(dá)到一級(jí)水平；研究區(qū)氮素水平偏高。研究區(qū)洼地不同石漠化階段的平均土壤全磷量和表層土壤全磷量基本處于四級(jí)和五級(jí)的低水平，坡地僅表層土壤的全磷量可達(dá)到二、三級(jí)的水平；有效磷量基本處于更低水平的五、六級(jí)，少數(shù)處于三、四級(jí)水平；研究區(qū)磷素含量總體偏低，顯著低于全球平均水平（2.8 g·kg-1），與全國(guó)土壤普查結(jié)果相符（全國(guó)土壤普查辦公室，1993；Zhang et al.，2005）。研究區(qū)土壤全鉀量均處于很低的六級(jí)水平；速效鉀含量相對(duì)高些，雖然洼地大部分還處于很低的六級(jí)水平，但洼地表層土壤的速效鉀含量處于五級(jí)或四級(jí)水平，坡地土壤速效鉀含量基本處于四級(jí)水平；研究區(qū)鉀素含量總體偏低。

喀斯特人工任豆林土壤總體養(yǎng)分含量較高，特別是其林下表層土壤的總體養(yǎng)分含量較高。這是因?yàn)檠芯繀^(qū)處于亞熱帶，溫濕條件極有利于生物繁衍和生長(zhǎng)，生物“自肥”作用強(qiáng)烈，同時(shí)氣候條件加速了巖石溶蝕、風(fēng)化以及土壤形成和發(fā)育進(jìn)程（俞月鳳等，2014）。廣西是我國(guó)石漠化較嚴(yán)重的地區(qū)之一，近年來(lái)通過(guò)大量營(yíng)造人工林，使石漠化趨勢(shì)得到有效遏制，全省石漠化土地面積6年凈減19%，在西南 8省區(qū)中減幅最大（廣西林業(yè)廳，2012）。研究區(qū)人工任豆林的有機(jī)質(zhì)、全氮和堿解氮含量均較高，說(shuō)明棕色石灰性土種植任豆林能保持和改善土壤肥力，對(duì)保持和提高土壤質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)林業(yè)可持續(xù)發(fā)展的具有重要作用。

5　結(jié)論

本文對(duì)古周生態(tài)重建示范區(qū)典型樣地的土壤理化性質(zhì)的調(diào)查與分析表明：

（1）石漠化生態(tài)恢復(fù)過(guò)程中，植被系統(tǒng)的恢復(fù)促使生物量增加，土壤有機(jī)質(zhì)的來(lái)源變廣，土壤養(yǎng)分含量增多。

（2）石漠化生態(tài)恢復(fù)過(guò)程中，土壤質(zhì)量不斷變好，促進(jìn)了地表植被的生長(zhǎng)，石漠化治理效果明顯。因此，土壤質(zhì)量的向好與石漠化生態(tài)恢復(fù)過(guò)程形成相互促進(jìn)的關(guān)系，并在生態(tài)恢復(fù)方向和階段上具有一致性和同步性。

（3）研究區(qū)內(nèi)石漠化生態(tài)恢復(fù)過(guò)程與土壤質(zhì)量狀況關(guān)系密切，隨著石漠化狀況的好轉(zhuǎn)，土壤含水量、有機(jī)質(zhì)、有機(jī)碳、全氮、堿解氮、速效鉀含量呈現(xiàn)出上升趨勢(shì)，土壤容重、pH值減小，土壤肥力增加。

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An Analysis of Soil Quality Changes in the Process of Ecological Restoration in Karst Rocky Desertification Area: A Case Study in Karst Ecological Restoration and Rehabilitation Region of Guzhou Village

WANG Mingchong1， 2， ZHANG Xinchang1， LI Huixia2， ZHOU Hongyi2， WEI Xinghu2， GUAN Gongcou2
1. Institute of Geography Science and Planning， Sun Yat-Sen University， Guangzhou 510275， China
2. Center for Research of Territorial Resource Environment and Tourism， Foshan University， Foshan 528000， China

Serious soil erosion and drastic decrease in soil productivity caused by karst rocky desertification can endanger the functions of karst ecosystem. Thus， to better understand the changes of soil quality in the process of ecological restoration， which can provide scientific basis for soil nutrient regulation， is important for ecosystem management in vulnerable karst rocky desertification area. This study was conducted in the karst ecological restoration and rehabilitation region of Guzhou village， 21 typical sample plots of Zenia insignis along a rocky desertification gradient were selected based on field survey and literature search， among which 9 sample plots are on a slope and 12 sample plots are in a depression area. Soil samples were collected along a rocky desertification gradient（potential rocky desertification， slight rocky desertification， moderate rocky desertification， and severe rocky desertification），and the changes of soil quality in different layer， indicating by soil bulk density， soil water content， pH value， soil organic matter， soil total nitrogen， soil total phosphorus ， soil total potassium ， available nitrogen， available phosphorus， and available potassium， were studied using laboratory analysis method. Results showed that， （1） Vegetation recovery in rocky desertification area provided more organic matter to the soil and therefore resulted in the increase of soil nutrient contents. （2） During the process of ecological restoration， soil quality was getting better and vegetation was accordingly growing better， which indicated that the effect of rocky desertification control effect was obvious. This also indicated that there was a positive relationship between the improvement of soil quality and the restoration of karst ecosystem in rocky desertification area. （3） From severe rocky desertification to slight rocky desertification， the average of total nitrogen in the slope area increased from 1.22 g·kg-1to 1.88 g·kg-1， by 54.10%； the average of total nitrogen in the depression area increased from 1.13 g·kg-1to 1.36 g·kg-1， only for 20.35%. The average of available nitrogen in the slope area increased from 84.55 mg·kg-1to 164.31 mg·kg-1， by 94.33%； the average of available nitrogen in the depression area increased from 41.90 mg·kg-1to 82.57 mg·kg-1， by 97.06%. The average of available potassium in the slope area increased from 36.61 mg·kg-1to 58.52 mg·kg-1， by 59.85%； the average of available potassium in the depression area increased from 15.02 mg·kg-1to 28.09 mg·kg-1， by 87.02%. （4） There is a synchronous relationship between the changes of soil quality and the process of eco-restoration in karst rocky desertification area. With the improvement of the rocky desertification， soil water content， soil organic matter， soil organic carbon， total nitrogen， available nitrogen， and available potassium showed an increasing trend， while soil bulk density and pH value showed a decreasing trend， which indicated an increase in soil fertility.

karst； the process of eco-restoration in karst rocky desertification area； soil quality； plantation forest of zenia insignis

10.16258/j.cnki.1674-5906.2016.06.006

X171.4

A

1674-5906（2016）06-0947-09

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（41401108）；中國(guó)教育部人文社會(huì)科學(xué)研究規(guī)劃基金項(xiàng)目（13YJAZH041）

汪明沖（1980年生），男，講師，博士研究生，主要研究方向?yàn)榄h(huán)境遙感與GIS應(yīng)用。E-mail: wangmc@126.com

2016-03-13