基于不同岩性的黔中地区土壤肥力评价

符裕红，黄宗胜，彭 琴

(1.贵州师范学院化学与生命科学学院，贵州贵阳 550018；2.贵州大学建筑与城市规划学院，贵州贵阳 550025；3.黔西南民族职业技术学院，贵州兴义 562400)



基于不同岩性的黔中地区土壤肥力评价

符裕红1，黄宗胜2，彭 琴3

(1.贵州师范学院化学与生命科学学院，贵州贵阳 550018；2.贵州大学建筑与城市规划学院，贵州贵阳 550025；3.黔西南民族职业技术学院，贵州兴义 562400)

摘要[目的]通过评价黔中喀斯特地区6种不同非碳酸盐岩的土壤肥力，旨在了解喀斯特地区不同岩性土壤的基本状况及肥力。 [方法]以黔中地区6种非碳酸盐岩类岩石上发育的土壤为研究对象，分别选取土壤物理、化学及生物学指标进行土壤肥力评价，利用主成分分析对指标进行筛选，提取4个主成分及其贡献率、特征值及得分值，通过土壤肥力综合指数计算各类岩性土壤肥力的综合得分，并进行排序。 [结果]土壤化学性质，即土壤养分在土壤肥力评价中具有重要作用；在喀斯特地区，不同岩性非碳酸盐岩类岩石的土壤肥力不同，以玄武岩上发育的土壤肥力最好，其次为变余砂岩、第四纪红色黏土、煤系砂页岩、石英砂岩，最差的为长石石英砂岩。 [结论]该研究在一定程度上深化了前人对于喀斯特土壤肥力的研究，为了解喀斯特地区的非碳酸盐岩类土壤肥力提供参考，同时也可促进喀斯特地区的植被培育、生态修复和治理。

关键词土壤肥力；岩性；黔中地区

喀斯特石山区主要分布在以贵州高原为中心的贵州、云南、广西、四川、重庆、湖南、湖北及广东8省市区，而作为典型地层发育完全的贵州省黔中地区，喀斯特面积比例达85.02%，居全省首位，表现出石漠化较严重、人口密度较高、土地资源稀少、生态环境恶劣等特点，故植被恢复显得极其重要[1]。在全省范围内，喀斯特地貌以碳酸盐岩地层分布区最为发育，约占全省面积的65%，但喀斯特地区也存在大量的非碳酸盐类岩性[2]，由于喀斯特地区石漠化较为严重、土层浅薄、土被不连续、成土速度慢[3-4]、生态环境脆弱[5]，故一旦破坏则难以恢复。因此，土壤成为喀斯特地区支撑植物生长的必要条件，土壤肥力好坏则直接影响植物的生长及发育。在喀斯特地区的土壤肥力、肥力评价方面，目前研究主要集中于喀斯特地区不同退化程度及不同利用方式下的土壤肥力及肥力评价[6-13]，而喀斯特区域内不同岩性的非碳酸盐类岩石的土壤肥力有无差别，肥力如何，对植物的生长有何影响，这些都有待于进一步研究。笔者通过评价黔中喀斯特区6种不同非碳酸盐岩的土壤肥力，旨在了解喀斯特地区不同岩性土壤的基本状况及肥力，以期为贵州喀斯特不同岩性地区的植被恢复及配置提供参考。

1材料与方法

1.1研究区概况研究区位于黔中喀斯特区贵阳市境内，地处106°07＇～107°17＇E，26°11＇～27°27＇ N，属亚热带高原季风性气候；区域内以山地丘陵为主，地势起伏较大，海拔高度506.5～1 762.7 m，相对高差1 256.2 m。年极端最高温35.1 ℃，年极端最低温-7.3 ℃，年均温15.3 ℃，年降水量1 300 mm，年平均相对湿度77%，日照时数1 354 h，无霜期270 d。境内植被类型丰富，以碳酸盐岩分布最广，并伴有多种岩性分布，土壤类型多样，有黄壤、石灰土、紫色土、沼泽土和水稻土等；黄壤为地带性土壤，土壤呈条带状的镶嵌分布，且组合多样[2]。

1.2土壤采集土壤采集以喀斯特的代表群落样方面积(30 m×30 m)为参考，分别选取黔中地区6种典型的岩性：岩性I为玄武岩(清镇)，岩性II为石英砂岩(龙里)，岩性III为长石石英砂岩(黔陶)，岩性IV为变余砂岩(清镇)，岩性V为第四纪红色黏土(孟关)，岩性VI为煤系砂页岩(彭官)。每种岩性设定3个样方，每个样方设定6个采样点，土壤采集以随机采样的方式进行，采样深度为0～30 cm，样品带回后清除植物残体、根系、石头等其他杂物，部分土样风干处理后进行土壤养分测定，部分土壤处理后直接用于土壤酶活性的测定，土壤样品共计108个。

1.3评价指标具体评价指标有土壤pH、土壤水分、土壤容重、石砾含量、土壤有机质、全氮、碱解氮、全磷、速效磷、全钾、速效钾、土壤蔗糖酶、淀粉酶、脲酶、过氧化氢酶、多酚氧化酶。土壤指标均设置相应的对照和3个重复[14-17]。

土壤pH采用电位测定法，土壤水分的测定采用烘干法，土壤容重的测定采用环刀法，石砾含量的测定采用称重法[18]；土壤全氮的测定采用蒸馏法；碱解氮的测定采用扩散吸收法(扩散皿)；全磷、速效磷的测定采用钼锑抗比色法；全钾、速效钾的测定采用火焰光度法；有机质的测定采用重铬酸钾-硫酸-外加热法[18-19]。蔗糖酶、淀粉酶的测定采用3，5-二硝基水杨酸比色法；脲酶的测定采用苯酚钠-次氯酸钠比色法；过氧化氢酶的测定采用容量法；多酚氧化酶的测定采用碘量滴定法[19]。

1.4评价方法采用主成分分析结合指数法对土壤肥力进行综合评价[20]，二者的结合在一定程度上增加了指数法的合理性与准确性，同时简化了模型法的计算量及复杂性，最终确保评价结果的客观性，同时也显示出其特有的全面性。

2结果与分析

2.1土壤指标的标准化在各个土壤肥力评价指标中，为避免各指标不同量纲指标之间绝对值和变化幅度差异，保证其客观性及科学性，故首先对数据进行标准化处理。标准化公式[21]：

表1　土壤肥力评价指标

2.2评价指标主成分分析由表2可知，提取的4个主成分Y1、Y2、Y3、Y4的累积贡献率达97.341%。因此，可以用这4个主成分代表所有土壤指标来反映土壤肥力状况。其中，第一主成分主要反映石砾含量(x4)、有机质(x5)、全氮(x6)、碱解氮(x7)、全磷(x8)、脲酶(x14)、过氧化氢酶(x15)、多酚氧化酶(x16)等变量的综合影响，它们具有较大的荷载，分别为0.701、0.950、0.959、0.901、0.814、0.893、0.719、0.907，占信息总量的50.937%。第二主成分主要反映pH(x1)、速效钾(x11)、蔗糖酶(x12)等变量的影响，其荷载分别为0.920、0.808、0.721，占信息总量的26.068%。第三主成分主要包括石砾含量(x4)，其荷载为0.630，占信息总量的11.989%。第四主成分主要包括速效磷(x9)，其荷载为0.918，占信息总量的8.347%。说明这4个主成分在土壤肥力评价中具有重要作用，其中，第一主成分的贡献率最大，在4个主成分中作用最大，由此可知，在土壤物理、化学及生物指标中，土壤的化学指标，即土壤养分是影响土壤肥力的重要因素。

表2　土壤指标成分矩阵、得分矩阵、特征值及贡献率

2.3土壤肥力综合评分根据表1中的标准数据及表2中各主成分的得分矩阵，可以得到各主成分Y1、Y2、Y3、Y4的函数表达式分别为：

Y1=0.026x1-0.082x2+0.077x3+0.086x4+0.117x5+……+0.111x16

Y2=0.221x1+0.136x2-0.171x3-0.077x4+0.048x5+……+0.058x16

Y3=0.108x1-0.244x2+0.117x3+0.329x4-0.069x5+……+0.115x16

Y4=-0.040x1-0.069x2+0.130x3+0.067x4-0.148x5+……+0.188x16

为评价不同岩性土壤的土壤肥力，将表1中的标准化数据带入上述函数表达式中，同时选择土壤肥力综合指数进行综合评价[22]，经过变换，其计算公式：

式中，n为主成分个数，ai表示第i个主成分的贡献率，yj代表第j个主成分得分值。

表3　土壤指标主成分得分及排序

由表3可知，IFI排序依次为岩性I、岩性IV、岩性V、岩性VI、岩性II、岩性VI，这说明在玄武岩上发育的土壤肥力在6种岩性中最好，其次为变余砂岩、第四纪红色黏土、煤系砂页岩、石英砂岩，最差的为长石石英砂岩。

3结论

(1)喀斯特地区不同岩性的土壤肥力存在差异，该研究的6种岩性土壤肥力由大到小依次为玄武岩、变余砂岩、第四纪红色黏土、煤系砂页岩、石英砂岩、长石石英砂岩。这主要与不同岩性的矿物组成及其结构有关；在利用上述岩性的土壤进行植物种植和培育时，应根据土壤肥力状况和植物的生态学特性及要求制定相应的对策及方案进行有针对性的改良，提高土壤养分含量和土壤肥力，有效地促进植物的培育和生长。

(2)该研究利用主成分及土壤肥力综合指数的方法进行土壤肥力评价，得到不同岩性土体的土壤肥力状况及差异，这在一定程度上深化了前人对于喀斯特地区土壤肥力的研究[4，6-12]，为了解喀斯特地区的非碳酸盐岩类土壤肥力提供参考依据和本底数据，同时也为喀斯特地区的植被培育及恢复起到了较好的促进作用。

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基金项目贵州省自然科学基金项目“喀斯特区不同根系地下生境类型的植物生长适宜性研究”(黔合科J字[2013]2236号)；贵州师范学院自然科学研究基金项目“喀斯特区不同灰岩根系地下生境的土壤质量研究”(12BS029)；贵州省科技计划项目“喀斯特固碳增汇植被恢复技术及示范研究”(黔科合SY字[2012]3012号)。

作者简介符裕红(1982-)，女，云南宣武人，副教授，博士，从事恢复生态方面的研究。

收稿日期2016-04-13

中图分类号S 158

文献标识码A

文章编号0517-6611(2016)16-126-03

Evaluation on the Soil Fertility of Different Rock Soil in the Central Region of Guizhou

FU Yu-hong1, HUANG Zong-sheng2, PENG Qin3

(1. College of Chemistry and Life Science, Guizhou Normal College, Guiyang, Guizhou 550018; 2. College of Architecture and Urban Planning, Guizhou University, Guiyang, Guizhou 550025; 3. Southwest Guizhou Vocational and Technical College for Nationalities, Xingyi, Guizhou 562400)

Abstract[Objective] The aim was to study the basic situation and fertility of different rock soil in Karst region through evaluating fertility of six non-carbonate rock soil in the central region of Guizhou. [Method] Taking six non-carbonate rock soil in the central region of Guizhou as the research object, soil physical, chemical and biological indicators were selected to evaluate the soil fertility. Using principal component analysis (PCA) for index selection, four principal components and contribution rate, characteristic value and score were extracted. The comprehensive score of fertility of each rock type soil was calculated through soil fertility comprehensive index and was ranked. [Result] The results showed that: soil chemical properties—soil nutrient in soil fertility evaluation plays an important role; different rock of non-carbonate rock soil fertility varies in the Karst area, with basalt soil fertility is best, followed by the palimpsest sandstone, quatemary red clay, shale, coal sand quartz sandstone, the worst is feldspar quartz sandstone. [Conclusion] To some certain extent, predecessors’ study on soil fertility in Karst, can lay the foundation for research on plant growth, provide reference for study fertility of non-carbonate rock soil in Karst region, promote vegetation cultivation, ecological restoration and treatment in Karst area.

Key wordsSoil fertility; Rock type; The central region of Guizhou