陳洪松 ，侯 婭 ，張 偉 ，王克林

(1.中國科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)過程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南長沙410125;2.中國科學(xué)院環(huán)江喀斯特生態(tài)系統(tǒng)觀測研究站，廣西環(huán)江547100)

廣西省喀斯特地貌主要分布在桂西北地區(qū)，是中國乃至世界亞熱帶喀斯特的典型地區(qū)，碳酸鹽巖出露面積8.95×104km2，占該區(qū)總面積的37.8%。桂西北喀斯特地區(qū)石山面積比重大，生態(tài)環(huán)境退化，生存條件惡劣，是廣西600萬貧困人口的主要分布區(qū)域，也是40萬環(huán)境移民的集中實(shí)施區(qū)域[1]。在人口和土地資源的壓力下，人類不合理的土地利用引起嚴(yán)重的水土流失，導(dǎo)致了以巖石裸露為特征的石漠化，并陷入了“環(huán)境脆弱—環(huán)境退化—進(jìn)一步貧困”的惡性循環(huán)[2-3]。隨著扶貧攻堅(jiān)戰(zhàn)向縱深推進(jìn)，脫貧難度愈來愈大，若繼續(xù)增加環(huán)境極度脆弱地區(qū)的扶貧資金，則產(chǎn)出效益低且難以持續(xù)發(fā)展，因而環(huán)境移民和異地開發(fā)是改善和解決這一問題的有效途徑[1，4]。但是，由于部分移民遷入?yún)^(qū)(土山區(qū))沒有較好地解決資源開發(fā)與環(huán)境保護(hù)問題，移民規(guī)模失控，土地開發(fā)利用盲目，導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境遭到破壞，引起了嚴(yán)重的水土流失，并再度陷入環(huán)境惡化與貧困的狀態(tài)[1，5]。如何加強(qiáng)移民遷入?yún)^(qū)土地合理規(guī)劃利用和生態(tài)環(huán)境保護(hù)，是環(huán)境移民區(qū)域持續(xù)發(fā)展所面臨的關(guān)鍵問題。

喀斯特石漠化是一種與脆弱生態(tài)環(huán)境和人類活動(dòng)相關(guān)聯(lián)的土地退化過程，土地利用方式和人為干擾程度對(duì)土壤質(zhì)量的恢復(fù)或退化有明顯影響[6]。圍繞喀斯特山區(qū)土地利用變化對(duì)土壤養(yǎng)分的影響，國內(nèi)外許多學(xué)者開展了相關(guān)研究[6-13]。劉方等[9]研究發(fā)現(xiàn)，石漠化過程中隨著植物群落退化度的提高、植被覆蓋率的下降以及土地墾殖率的增加，土壤出現(xiàn)黏質(zhì)化，有機(jī)質(zhì)(SOM)含量急劇下降，植物可利用的養(yǎng)分含量減少，土壤質(zhì)量明顯退化，加劇了石漠化的發(fā)生強(qiáng)度和速度。蔣勇軍等[10]研究表明，林地、未利用地轉(zhuǎn)變?yōu)楦睾螅寥烙袡C(jī)質(zhì)、全氮(TN)、全磷(TP)含量大幅度降低，土壤pH值明顯升高，全鉀(TK)、速效鉀(AK)含量增加，但耕地轉(zhuǎn)變?yōu)閳@地后，土壤性質(zhì)得到明顯改善。由于巖溶山區(qū)地質(zhì)背景的差異性、地形地貌的復(fù)雜性以及小生境類型的多樣性，土壤質(zhì)量與土地利用方式的關(guān)系存在區(qū)域差異性[11]。環(huán)境移民遷出區(qū)(石山區(qū))生態(tài)重建后土地利用方式與土壤養(yǎng)分的關(guān)系已有較多探討[12-13]，但對(duì)于移民遷入?yún)^(qū)土地開發(fā)引起的土壤養(yǎng)分變化分析較少。本研究以桂西北環(huán)江縣典型環(huán)境移民遷入?yún)^(qū)為例，分析不同土地利用方式土壤養(yǎng)分特征，探討土地利用變化的土壤養(yǎng)分效應(yīng)，以期為環(huán)境移民安置區(qū)土地利用優(yōu)化調(diào)控提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

廣西自治區(qū)環(huán)江縣是目前國內(nèi)最大的環(huán)境移民安置縣，近10 a來已異地安置7萬人。環(huán)江縣思恩鎮(zhèn)肯福環(huán)境移民安置示范區(qū)(24°31′N ，108°16′E)地處中亞熱帶南緣，屬季風(fēng)氣候，具有溫?zé)釢駶櫋⒂隉嵬?、無霜期長等特點(diǎn);年均氣溫16.5℃～19.9℃，極端低溫-5.2℃，極端高溫38.7℃，全年無霜期300～330 d;≥10℃積溫為5 500℃～6 530℃，太陽年平均輻射總量 414.1 kJ/cm2。年均降雨量 1 389 mm，降水豐富但季節(jié)分布不均，4—8月的降雨量占全年降雨量的70%以上。地貌為低山丘陵，地形破碎，以坡地為主，海拔高度在202.2～396.0 m。土壤為砂頁巖及第四紀(jì)紅土發(fā)育的紅壤，土層厚度多在60—150 cm。土壤呈酸性，pH 值為3.7～6.9。

肯福示范區(qū)土地總面積為246.7 hm2，20°以下可供開墾的坡地約占46%。該區(qū)植被退化嚴(yán)重，除少數(shù)地段尚有稀疏的馬尾松林和以楓香為主的闊葉林外，其余均為灌木和荒草叢。灌叢中常見的優(yōu)勢種有楝木、小葉胡枝子、鹽膚木、木姜子、桃金娘和算盤子等，草叢中常見的優(yōu)勢種主要有鐵芒萁、白茅、野古草、雀稗、金茅和蕨類植物。1996年9月以來，共安置80戶400名來自上南、下南等石山區(qū)的特困人口，經(jīng)過近10 a的開發(fā)，大部分荒草坡地已被開墾為旱地和果園。旱地位于較低洼部位(10°以下)，主要種植玉米、甘蔗、紅薯(套種)等農(nóng)作物;果園以椪柑為主，少量種植臍橙、板栗、桃樹，大多為等高梯土。旱地和果園雖統(tǒng)一規(guī)劃，并按照當(dāng)?shù)亓?xí)慣施肥，但因以農(nóng)戶為單位進(jìn)行管理，施肥方式和施肥量有一定的差異。

1.2 研究方法

2006年1月，在肯福示范區(qū)選取5種典型的土地利用方式:次生林地、灌叢、荒草地、旱地、果園(樣地?cái)?shù)量分別為 16，26，19，57，58)，調(diào)查記錄海拔 、地貌、坡向、土地利用狀況、種植制度、施肥狀況等基本信息。另外，還調(diào)查了13個(gè)非典型土地利用方式的樣地。在每塊樣地，隨機(jī)采取0—20 cm的表層土樣(10～15次重復(fù))，所有樣品充分混勻后，用四分法取大約1 kg的土樣帶回實(shí)驗(yàn)室。土樣風(fēng)干、過篩后，分析土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、全鉀、速效氮(AN)、速效磷(AP)和速效鉀含量。在分析土壤養(yǎng)分的總體狀況時(shí)，統(tǒng)計(jì)所有的189個(gè)樣地;在分析土地利用方式的影響時(shí)，只分析5種典型的土地利用方式樣地(共176個(gè))。

SOM采用重鉻酸鉀氧化—外加熱法測定;TN采用碳氮儀測定;TP采用NaOH熔融—鉬銻抗顯色—紫外分光光度法測定;TK采用NaOH熔融—原子吸收法測定;AN采用堿解—擴(kuò)散法測定;AP采用0.5 mol/L NaHCO3提取—鉬銻抗顯色—紫外分光光度法測定;AK采用NH4Ac浸提—原子吸收法測定。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤養(yǎng)分的描述統(tǒng)計(jì)

由表1可知，除AP為強(qiáng)變異(CV＞1.0)外，其余土壤養(yǎng)分都為中等變異(0.1＜CV＜1.0)。與SOM，TN，TP和AN相比，AP，T K，AK的變異相對(duì)較大。TK和AK變異較大與其主要受土壤母質(zhì)影響有關(guān)，AP變異較大可能與不同地貌部位不同利用方式施肥量和施肥方式(或種類)以及侵蝕過程的差異較大有關(guān)。當(dāng)然，不同利用方式樣地?cái)?shù)量的差異也是重要原因。SOM，TK，AK，AP的變幅較大，最大值都是最小值的 10倍以上。SOM的變化范圍為8.19～82.54 g/kg，最大值是最小值的10.1倍。TK的變化范圍為1.72～27.06 g/kg，最大值是最小值的15.7倍。AK的變化范圍為8.68～227.37 mg/kg，最大值是最小值的26.2倍。AP的變化范圍為0.05～67.86 mg/kg，最大值是最小值的 1 357.2倍。TN，TP，AN的變化范圍較小，最大值分別為最小值的7.5，4.6和6.7倍。

表1 環(huán)境移民遷入?yún)^(qū)土壤養(yǎng)分描述性統(tǒng)計(jì)特征

2.2 土壤養(yǎng)分的概率分布

根據(jù)第二次全國土壤普查各養(yǎng)分的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(表2)，環(huán)境移民遷入?yún)^(qū)土壤養(yǎng)分的概率分布如圖1所示。如果單純從各養(yǎng)分平均含量來看，SOM和 TN含量處于較高水平，AN和AP含量處于中等水平，TP和AK處于偏低水平，而TK處于低水平。這表明研究區(qū)土壤養(yǎng)分的主要限制因子是磷和鉀，今后應(yīng)該繼續(xù)重視磷、鉀肥料的施用。但是，從各級(jí)養(yǎng)分的具體分布看，SOM 和TN主要分布于1—4級(jí)(占95%以上)，其中第3級(jí)比例最高(分別占45.7%和40.3%)，2級(jí)次之(分別占22.6%和24.2%)。AN也主要分布于1—4級(jí)，但以2—4級(jí)為主(約占82%)，其中3和4級(jí)分別占28.1%和30.3%。TK和AK主要分布于4—6級(jí)，分別占87.2%和90.5%，其中 5和6級(jí)占50%以上。TP主要分布于3—5級(jí)，但以4和5級(jí)為主，分別占43.1%和44.7%。AP主要分布于2—6級(jí)，但以3，4和6級(jí)為主，其中6級(jí)占 30%以上，3和 4級(jí)都占20%以上。從極高、極低級(jí)別養(yǎng)分分布來看，SOM ，TN，AN第1級(jí)都占10%以上，分別為15.1%，16.1%和 11.9%;TK，AP，AK 第 6級(jí)都占20%以上，分別為30.3%，31.9%和22.2%。這與不同利用方式樣地?cái)?shù)量和侵蝕程度的差異以及土壤鉀主要受母質(zhì)影響等因素有很大的關(guān)系。

圖1 環(huán)境移民遷入?yún)^(qū)土壤養(yǎng)分的概率分布

表2 第二次全國土壤普查各養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

2.3 不用土地利用方式土壤養(yǎng)分的對(duì)比

由表3可知，不同利用方式表層土壤SOM含量從高到底依次為灌叢＞荒草地＞次生林＞旱地＞果園，灌叢SOM 含量(約40 g/kg)分別較荒草地、次生林、旱地、果園高出7.4%，26.6%，48.6%和70.5%。統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果表明，灌叢和荒草地與次生林、旱地、果園的SOM含量差異達(dá)到顯著水平(P＜0.05)。不同利用方式TN和AN含量從高到底依次為:灌叢＞荒草地＞旱地＞果園＞次生林，但灌叢與荒草地?zé)o顯著差異，旱地與果園、次生林也無顯著差異。灌叢 TN含量(1.83 g/kg)分別較荒草地、次生林、旱地、果園高出7.0%，38.6%，28.0%和 36.6%;AN含量(約131 mg/kg)分別較荒草地、次生林、旱地、果園高出9.3%，52.6%，22.6%和 34.2%。整體而言，灌叢、荒草地、次生林SOM含量處于高水平，旱地和果園處于中等水平;灌叢和荒草地TN處于高水平，旱地、果園和次生林處于中等水平;灌叢和荒草地AN處于高水平，次生林處于偏低水平，旱地和果園處于中等水平。

灌叢地和荒草地表層土壤SOM，TN和AN的含量都顯著高于其它類型，這是因?yàn)楣鄥驳睾突牟莸氐娜藶楦蓴_與土壤侵蝕都比較弱，表層有大量枯枝落葉物的緣故。Schlesinger等[14-15]也研究發(fā)現(xiàn)，在脆弱生境中土壤SOM和N等養(yǎng)分的空間分布與灌叢植被的出現(xiàn)高度相關(guān)。雖然次生林地土壤表層也有大量的枯枝落葉，但因?yàn)橹饕獦浞N為馬尾松，凋落的松枝腐殖化作用不明顯，加上沒有人工施肥，所以其表層土壤SOM，TN和AN含量相對(duì)較低。旱地和果園雖然有施肥投入，但是人為干擾相對(duì)較大，表層沒有殘茬覆蓋，加上耕作、侵蝕等的影響，表層土壤SOM，TN，AN含量較低。

受磷素本身特性的影響，不同土地利用方式土壤T P的變異程度很小，但AP的變異程度卻都很大。不同利用方式土壤TP和AP含量從高到低依次為果園＞旱地＞荒草地＞灌叢＞次生林，這與果園、旱地施用磷肥較多有關(guān)。果園和旱地與灌叢、荒草地、次生林的TP含量差異達(dá)到顯著水平，果園與旱地、灌叢、荒草地、次生林的AP含量差異達(dá)到顯著水平。果園T P含量(0.82 g/kg)分別較旱地、荒草地、灌叢、次生林高出2.5%，24.2%，26.2%和49.1%;AP含量(16.23 mg/kg)分別較旱地、荒草地、灌叢、次生林高出51.0%，127.6%，253.6%和376.0%。不同利用方式土壤T K含量由高到底依次為旱地＞果園＞灌叢＞荒草地＞次生林，其中旱地與次生林TK含量差異顯著。旱地T K含量(10.12 g/kg)分別較果園、灌叢、荒草地、次生林高出 24.9%，30.9%，35.3%和62.2%。旱地、果園TK含量較高與鉀肥的施用較多有關(guān)。不同利用方式土壤AK含量由高到底依次為果園＞灌叢＞荒草地＞旱地＞次生林，果園與其它土地利用方式有顯著差異。果園AK含量分別較旱地、灌叢、荒草地、次生林高出 40.9%，30.4%，30.0%和156.5%。果園AK含量較高與水土流失較弱有關(guān)，而旱地AK含量較低可能與水土流失較強(qiáng)有關(guān)。整體而言，除旱地和果園AP含量處于中等水平外，不同利用方式 TP，TK，AP，AK含量處于低或偏低水平，表明需要增加磷鉀肥的施用量。

表3 環(huán)境移民遷入?yún)^(qū)不同土地利用方式土壤養(yǎng)分(Mean±SD)比較

3 討論

研究區(qū)土壤的SOM ，TN，TK，TP呈中等變異，這與鄭華[8]等在環(huán)江縣臨近地區(qū)(喀斯特峰林谷地)所得結(jié)果類似。至于AP為強(qiáng)變異，與張偉等[12]在古周環(huán)境移民遷出區(qū)(喀斯特峰叢洼地)的測定結(jié)果不同。這可能與不同利用方式樣地?cái)?shù)量的差異有關(guān)。除灌叢和荒草地AP為強(qiáng)變異外，旱地、果園、次生林都為中等變異，但變異系數(shù)都在0.8以上。整體而言，因?yàn)槭┓史绞胶褪┓柿枯^為統(tǒng)一，旱地土壤養(yǎng)分的變異系數(shù)都相對(duì)較小，而次生林全量養(yǎng)分(TN，TP，TK)和AK、荒草地SOM 和AP以及果園AN變異系數(shù)相對(duì)較大。

根據(jù)不同利用方式土壤養(yǎng)分含量大小推斷，研究區(qū)灌叢、荒草地開墾為旱地和果園后，土壤表層SOM ，TN，AN 含量將降低;但受施用磷、鉀肥的影響，旱地 、果園 T P，TK ，AP，AP 含量呈增加趨勢(表3)。與環(huán)境移民遷入?yún)^(qū)本底調(diào)查(1997年1—2月)時(shí)表層土壤養(yǎng)分(總樣本數(shù)為88)的測定結(jié)果相比[16]，由于采取了較好的水土保持措施，較大規(guī)模的土地利用變化沒有導(dǎo)致明顯的土地退化，甚至部分指標(biāo)還有一定程度的增加。這一方面與總樣本數(shù)和各土地利用方式的樣本數(shù)差異有一定的關(guān)系，另一方面與旱地和果園磷、鉀肥施用較多有關(guān)。當(dāng)然，由于研究區(qū)近來移民數(shù)量還在少量增加，陡坡開墾等不合理的土地利用方式時(shí)有發(fā)生，如果不注意統(tǒng)一規(guī)劃和合理施肥，較大規(guī)模的土地退化也有可能發(fā)生。

4 結(jié)論

(1)整體而言，環(huán)境移民遷入?yún)^(qū)表層土壤SOM、TN含量處于較高水平，AN和AP含量處于中等水平，TP和AK處于偏低水平，而 TK處于低水平。SOM 和 TN主要分布于1—4級(jí)(占95%以上)，其中3級(jí)比例最高(分別占45.7%和40.3%)，2級(jí)次之(分別占22.6%和24.2%)。AN也主要分布于1—4級(jí)，但以2—4級(jí)為主(約占82%)，其中3和4級(jí)分別占28.1%和30.3%。TK，AK主要分布于4—6級(jí)，分別占87.2%和90.5%，其中5和6級(jí)占50%以上。TP主要分布于 3—5級(jí)，但以 4和 5級(jí)為主，分別占43.1%和44.7%。AP主要分布于2—6級(jí)，但以3，4，6級(jí)為主，其中6級(jí)占 30%以上，3和 4級(jí)都占20%以上。

(2)不同土地利用方式表層土壤養(yǎng)分有較大的差異。灌叢和荒草地SOM，TN，AN處于較高水平，果園和旱地則處于中等水平。次生林SOM處于較高水平，TN處于中等水平，而AN處于偏低水平。除旱地和果園AP含量處于中等水平外，不同利用方式TP，TK，AP，AK含量處于低或偏低水平，表明旱地和果園仍需要增加磷、鉀肥的施用量。

(3)土地利用方式變化對(duì)土壤養(yǎng)分有較大的影響。灌叢、荒草地開墾為旱地和果園后，表層土壤SOM，TN，AN含量將降低;但受施用磷鉀肥的影響，旱地、果園 TP，TK，AP，AP含量呈增加趨勢。與環(huán)境移民遷入?yún)^(qū)本底調(diào)查時(shí)表層土壤養(yǎng)分的測定結(jié)果相比，由于采取了較好的水土保持措施，較大規(guī)模的土地利用變化沒有導(dǎo)致明顯的土壤退化。

致謝 感謝蘇以榮研究員和王久榮高級(jí)工程師在土樣采集和測試過程中的幫助。

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