全 文 ：岩性和土地利用方式对桂西北喀斯特土壤
肥力的影响*
杨摇 珊1,2,3 摇 何寻阳1,2 摇 苏以荣1,2 摇 张摇 伟1,2,3 摇 王克林1,2**
( 1 中国科学院亚热带农业生态研究所亚热带农业生态过程重点实验室, 长沙 410125; 2 中国科学院环江喀斯特农业生态系
统研究观测站, 广西环江 547200; 3 中国科学院研究生院, 北京 100039)
摘摇 要摇 选取桂西北喀斯特石灰岩和砂页岩典型土地利用方式的土壤为研究对象,揭示土地
利用方式和岩性对土壤肥力的影响.选取土壤的 11 项肥力指标进行因子分析,并对各样地的
因子得分进行 PCA排序和聚类分析.因子分析将 11 项指标归纳为土壤的综合肥力、土壤 pH
和全磷、有效磷和全钾 4 个因子. PCA排序和聚类分析结果表明:土壤的综合肥力主要受土地
利用方式的影响,撂荒有利于土壤综合肥力的提高;土壤 pH 和全磷主要受母岩性质的影响,
沙页岩发育的红壤 pH和全磷含量都低于石灰土;有效磷和全钾主要受施肥的影响.与全国总
体水平相比,桂西北喀斯特石灰岩和砂页岩土壤均很缺乏有效磷和全钾.石灰土可通过施用
铵态氮肥提高磷的有效性,红壤可通过施用石灰提高有效磷含量.另外,喀斯特石灰岩和红壤
区都需注重施用钾肥以改善土壤肥力.
关键词摇 桂西北摇 喀斯特摇 石灰土摇 红壤摇 肥力
文章编号摇 1001-9332(2010)06-1596-07摇 中图分类号摇 S154. 3,S158. 3摇 文献标识码摇 A
Effects of parent rock and land use pattern on soil fertility in Karst region of Northwest
Guangxi. YANG Shan1,2,3, HE Xun鄄yang1,2, SU Yi鄄rong1,2, ZHANG Wei1,2,3, WANG Ke鄄lin1,2
( 1Key Laboratory of Agro鄄ecological Processes in Subtropical Region, Institute of Subtropical Agricul鄄
ture, Chinese Academy of Sciences, Changsha 410125, China; 2Huanjiang Experimental Station of
Karst Ecosystem, Chinese Academy of Sciences, Huanjiang 547200, Guangxi, China; 3Graduate U鄄
niversity of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100039, China) . 鄄Chin. J. Appl. Ecol. ,2010,21
(6): 1596-1602.
Abstract: Taking the soils developed on limestone and sandstone and with typical land use patterns
in Karst region of Northwest Guangxi as test objects, this paper studied their soil fertility under
effects of parent rock and land use pattern. A total of eleven soil fertility variables were selected for
factor analysis, and the component score for each sampling site was assessed by using principal
component analysis (PCA) sequencing and clustering diagram. The factor analysis indicated that
the eleven variables could be reduced to four components, i. e. , overall soil fertility, soil pH and
total phosphorus, soil available phosphorus, and soil total potassium. The PCA sequencing and
clustering analysis showed that the overall soil fertility was mainly affected by land use pattern, be鄄
ing the highest in abandoned farmland. Soil pH and total phosphorus content were mainly affected
by parent rock. The pH value and total phosphorus content in the red soil developed on sandstone
were much lower than those in the calcareous soil developed on limestone. Soil available phosphorus
and total potassium contents were significantly affected by fertilization. The available phosphorus
and total potassium contents in Karst calcareous soil and red soil were lower than the average level
of China soils. Therefore, the Karst calcareous soil should be fertilized with ammonium nitrogen fer鄄
tilizer to improve its phosphorus availability, while the Karst red soil should be amended with lime
to increase its available phosphorus content. In addition, potassium fertilizer should be applied to
the two soil types to improve their soil fertility.
Key words: Northwest Guangxi; Karst; calcareous soil; red soil; fertility.
*中国科学院知识创新工程重要方向项目(KZCX2鄄YW鄄436)、中国科学院“西部之光冶2009 年度人才培养计划项目、国家自然科学基金青年基
金项目(30800162)和国家科技支撑计划项目 (2006BAC01A10,2009BADC6B008)资助.
**通讯作者. E鄄mail: kelin@ isa. ac. cn
2009鄄08鄄25 收稿,2010鄄03鄄25 接受.
应 用 生 态 学 报摇 2010 年 6 月摇 第 21 卷摇 第 6 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇
Chinese Journal of Applied Ecology, Jun. 2010,21(6): 1596-1602
摇 摇 桂西北喀斯特地区面临土壤肥力低下、土地退
化所导致的石漠化等重大问题. 土地利用方式对土
壤肥力有重要影响. 人们不合理的开发与利用土地
导致喀斯特地区土壤质量发生变异[1],引起土壤与
生态系统退化,最终激发土地石漠化.桂西北喀斯特
地区的成土母质主要有石灰岩、白云岩和砂页岩等,
不同岩石所含有的矿物种类及矿物含量不同,其所
提供的养分元素含量差异很大,故岩性对土壤肥力
有较大影响.有关喀斯特地区旱地、水田、林地、退耕
还林地或退耕还草地等不同土地利用方式对土壤肥
力的影响研究较多,一般情况下土壤肥力表现为:水
田>旱地和林地>退耕还林、还草地>耕地[1-2] . 桂西
北喀斯特地区以旱地为主,从 1996 年实施移民工程
后,旱地的种植方式变化多样,如由单一玉米种植转
为撂荒地、板栗林、桔园、牧草、甘蔗和大豆等多种土
地利用方式,但目前系统研究转变后不同土地利用
方式对土壤肥力影响的研究较少. 土壤肥力指标一
般包括物理、化学和生物 3 方面的性质[3] .本文通过
因子分析和聚类分析研究喀斯特地区岩性和土地利
用方式对土壤肥力的影响,通过对不同土地利用方
式的土壤肥力做 PCA排序分析,找出最佳的土地利
用方式,并针对土壤肥力问题提出一些解决对策.
1摇 研究地区与研究方法
1郾 1摇 研究地基本情况
试验在中国科学院环江喀斯特农业生态观察站
进行,包括古周(移民迁出区)和肯福(移民安置区)
两个研究区. 古周研究区(24毅50忆 N,107毅55忆 E)属
亚热带季风气候,年平均气温 16郾 5 益 ~ 20郾 5 益,年
平均降雨量为 1389郾 1 mm,区内成土母质主要是石
灰岩,土壤阳离子交换量高,土体与基岩面过渡清
晰. 1996 年以前有约 10%的坡地已开垦耕种,皆种
玉米或黄豆.被确定为移民示范区后,坡地大部分退
耕使其自然恢复,洼地种植作物由原来的单一玉米 /
大豆轮作变为玉米、牧草、木豆等多种种植方式. 肯
福研究区(24毅31忆 N,108毅16忆 E)属红壤丘陵,气候
与古周研究区大致相同,成土母岩主要为砂页岩.移
民安置区内植被退化严重,自然环境的地带性植被
群落己不复存在,除少数地段尚有稀疏的以枫香
(Sweet gum)为主的阔叶林和人工马尾松林(Pinus
massoniana)外,其余均为灌木和草丛. 低山丘陵地
貌,地形破碎,以坡地为主,土壤为砂页岩及第四纪
红土发育的红壤,土层厚度多在 60 ~ 150 cm[2] . 土
地利用方式主要有林地、桔园、甘蔗地、奈李林和玉
米地.
1郾 2摇 取样与分析
2006 年 6 月,在古周和肯福两个研究区分别选
取灌丛(20 m伊10 m)、灌草丛(20 m伊10 m)、人工松
林(20 m伊30 m)和农用地(20 m伊30 m)各 3 个大样
地,每个大样地平均分成 4 个小样方,在 4 个小样方
中随机选取 3 个(草丛除外),按“S冶形确定 5 ~ 8 个
取样点,采集表层 0 ~ 15 cm土壤样品混合成一个混
合样品,3 个小样方的平均值作为大样地的值[4] .将
样品用封口袋封装带回实验室,部分样品保存在 4
益冰箱中用于微生物碳、氮等的分析;余下样品过 2
mm筛,风干保存用于土壤理化性质分析.灌丛都是
撂荒 20 ~ 30 年的自然恢复地,古周灌丛的优势种为
羊蹄甲 (Bauhinia brachycarpa var. cavaleriei)、构树
( Broussonetia papyrifera )、红背山麻杆 ( Alchornea
trewioides)、灰毛浆果楝(Cipadessa cinerascens)和菜
豆树(Radermachera sinica) .肯福灌丛的优势种为粗
糠柴(Mallotus philippinensis).灌草丛都是经撂荒 10
~ 12 年形成的. 古周灌草丛的优势种为类芦
(Neyraudia reynaudiana)和五节芒(Miscanthus florid鄄
ulus).肯福灌草丛的优势种为五节芒和黄荆(Vitex
negundo).肯福人工松树林为 1978 年飞机播种的产
物,有少量的人为干扰(间伐).古周以自然林为主,
只有洼地和坡脚有少量板栗和木豆等人工林. 两个
研究区的农用地开垦年限相当,施肥方式也基本相
同,每年 11 月底普遍对玉米地进行翻耕,次年 3 月
施用农家肥和尿素. 其中玉米地农家肥的施用量约
为 15000 kg·hm-2,尿素的施用量约为275 ~300 kg·
hm-2,此外还施用少量钙镁磷、过磷酸钙或氯化钾等
化肥,施用量因农户而异.玉米地在轮作大豆时也施
用草木灰和人粪尿. 牧草地种植的牧草品种为“桂
牧 1 号冶,每 30 ~ 40 d 收割 1 次,施用草木灰和化
肥,不进行翻耕.桔园也施用草木灰和化肥,不进行
翻耕.板栗园由原来的耕地改造而成,种植历史约 3
~ 4 年,视农户的重视程度每年仅施用少量农家肥
和尿素,施用量分别约为 5000 和 100 kg·hm-2 .
土壤 pH用电极电位法测定;有机质用重铬酸
钾鄄外加热法测定;全氮用半微量凯氏定氮法测定;
全磷用 NaOH碱熔鄄钼锑抗比色法测定;阳离子交换
量(CEC)红壤用乙酸铵法测定、石灰土用乙酸钠鄄氯
化钠交换法测定;全钾用 NaOH熔融鄄火焰光度法测
定;碱解氮用碱解扩散法测定;有效磷用 0郾 5 mol·
L-1NaHCO3 提取鄄钼蓝比色法(Olsen 法)测定;速效
钾用 NH4OAc浸提鄄火焰光度法测定[5] .微生物生物
79516 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 杨摇 珊等: 岩性和土地利用方式对桂西北喀斯特土壤肥力的影响摇 摇 摇 摇 摇 摇
量碳、氮用氯仿熏蒸法测定[6] .
1郾 3摇 数据处理
根据样地分布特点,将 2 个研究区的农用地分
别合并为坡地和洼地两类,与其他类型(灌丛、灌草
丛和人工马尾松林)作单因素方差分析,并进行多
重比较.古周土壤各肥力指标多重比较结果显示,全
钾和有效磷在 4 种类型(灌丛、灌草丛、洼地和坡
地)中差异不显著,其他指标比较结果较复杂;肯福
土壤各肥力指标的多重比较结果显示,有效磷在 5
种类型(人工马尾松林、灌丛、灌草丛、洼地和坡地)
中差异不显著,其他指标比较结果较复杂,不利于分
析,考虑到土壤肥力指标之间的相关关系,本文利用
因子分析(SPSS 13郾 0)将多个指标分解为少数几个
独立的支配因子,再对各样地的因子得分做 PCA 排
序和聚类分析.因子分析前进行 KMO 和 Bartlett 检
验,其检验结果为:KMO 值为 0郾 774,Bartlett 球形检
验值为 613,达极显著水平,数据适合进行因子分
析.因子分析采用主成分分析方法,因子载荷阵采用
四次方最大旋转方法,聚类分析采用类间平均法.
2摇 结果与分析
2郾 1摇 土壤肥力指标的因子分析结果
土壤肥力指标的因子分析结果(表 1)表明,前
4 个主成分的特征根均大于 1,累积方差贡献率达到
94郾 5% ,公因子方差比显示,每个指标变量的共性方
差都在 0郾 902 以上,说明这 4 个公因子能很好地反
映原指标变量的信息.
摇 摇 因子分析过程中,为减小 4 个主成分之间的相
关性,采用四次方旋转变化得到旋转后的因子载荷
阵(表 2),根据各理化性质在某一主成分的载荷的
大小来确定其作用大小.土壤阳离子交换量、总有机
碳、全氮、碱解氮、有效钾、微生物生物量碳和氮 7 项
指标对因子1的贡献较大(载荷值均超过0郾 705) ,
表 1摇 主成分的方差信息
Tab. 1摇 Information contained in the variances of the prin鄄
cipal components
因 子
Component
特征根
Eigenvalues
方差贡献率
Variance
contribution
rate (% )
累积方差贡献率
Accumulative variance
contribution rate
(% )
1 6郾 03 54郾 6 54郾 9
2 1郾 71 15郾 6 70郾 4
3 1郾 36 12郾 4 82郾 8
4 1郾 29 11郾 7 94郾 5
表 2摇 旋转后的因子载荷阵
Tab. 2摇 Rotated component matrix
指标 Index 1 2 3 4
pH 0郾 295 0郾 885* -0郾 312 0郾 038
阳离子交换量 Cation ex鄄
change capacity (cmol·kg-1)
0郾 890* 0郾 297 0郾 180 0郾 105
总有机碳 Total organic car鄄
bon (g·kg-1)
0郾 967* -0郾 063 -0郾 083 -0郾 058
全氮 Total nitrogen ( g ·
kg-1)
0郾 957* 0郾 159 0郾 053 0郾 085
全磷 Total phosphorus ( g·
kg-1)
0郾 343 0郾 878* 0郾 270 -0郾 026
全钾 Total potassium ( g·
kg-1)
0郾 185 0郾 013 0郾 009 0郾 972*
碱解氮 Alkalizable nitrogen
(mg·kg-1)
0郾 945* -0郾 082 0郾 042 0郾 001
有效磷 Available phosphor鄄
us (mg·kg-1)
-0郾 119 -0郾 018 0郾 972* 0郾 055
有效钾 Available potassium
(mg·kg-1)
0郾 705* 0 0郾 325 0郾 563
微生物生物量碳 Microbial
biomass carbon (mg·kg-1)
0郾 940* 0郾 038 -0郾 199 0郾 013
微生物生物量氮 Microbial
biomass nitrogen (mg·kg-1)
0郾 929* 0郾 175 -0郾 240 -0郾 043
故因子 1 主要反映土壤上述指标的综合情况,称为
综合肥力.同理,pH和全磷对因子 2 贡献较大(载荷
分别为 0郾 885 和 0郾 878),故因子 2 反映的指标是 pH
和全磷;因子 3 主要反映速效磷(载荷 0郾 972); 因
子 4 主要反映全钾(载荷 0郾 972). 旋转变化后的因
子载荷阵增强了因子 3 支配速效磷及因子 4 支配全
钾的力度,说明旋转对因子起到了较好的分离作用,
使交叉支配率减小,因子的支配力度增强.
摇 摇 由 PCA 排序图 1A 可知,分布于第 1 象限样地
(1、2、4、5、6、18、19)的土壤肥力状况相对最好,由
于第 1 主成分解释了 54郾 9% 的变异,故分布于第 4
象限样地(3、24、25、26、27、28、29)的土壤综合肥力
也相对较好,位于第 3 象限样地的土壤肥力最差.除
3 号样地(灌草丛)位于第 4 象限和 20 号样地(坡地
玉米地)位于第 2 象限外,古周研究区的灌草丛、灌
丛和坡地玉米地都位于第 1 象限,其余样地都位于
第 2 象限.说明古周研究区的灌草丛、灌丛和坡地玉
米地土壤肥力相对最好,而其他样地土壤虽然综合
肥力不高,但 pH和全磷的状况较好.肯福研究区的
灌草丛和灌丛位于第 4 象限,其他样地均位于第 3
象限.说明肯福研究区的灌草丛和灌丛土壤综合肥
力较好,但土壤 pH和全磷含量均较低;而其他样地
土壤肥力最差,不仅土壤综合肥力低,pH 和全磷含
量也低.图 1B中,绝大多数样地位于第 2 或第 3 象
限,表明这两个研究区绝大部分样地土壤有效磷含
量较低.位于第 1 象限的样地(13、14、18、19、30、31
8951 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 21 卷
和 32)对应为古周桔园、古周玉米坡地和肯福桔园,
表明桔园和玉米坡地的土壤速效磷和全钾含量均相
对丰富.
2郾 2摇 样地主成分得分的聚类分析结果
图 1A中,在古周研究区,灌草丛聚为一类,灌
丛聚为一类,余下的其他样地聚为一类.灌草丛和灌
丛的土壤肥力差异较大,且二者均与其他土地利用
类型的土壤肥力差异较大;其余样地之间土壤肥力
很接近.在肯福研究区,灌草丛和灌丛聚为一类(27
号样地除外),洼地玉米地聚为一类,余下的其他样
地聚 为 一 类. 表 明 肯 福 研 究 区 灌 丛 与 灌 草
丛的土壤肥力较为接近 ,且都与其他样地的土
图 1摇 各样地的主成分得分排序及聚类结果
Fig. 1摇 Ordination and cluster results biplot of a principal com鄄
ponent analysis for each sample plot.
A和 B 分别表示第 1、2 和第 3、4 主成分得分 A and B shown the
scores of each principal component.各样地编号:古周研究区,1 ~ 20 号
样地: 1 ~ 3 为灌丛,4 ~ 6 为灌草丛,7 ~ 9 为黄豆、玉米轮作地,10 ~
12 为玉米、红薯间作地,13、14 为桔园,15 ~ 17 为牧草地,18 ~ 20 为
玉米地. 肯福研究区,21 ~ 44 号样地: 21 ~ 23 为马尾松林,24 ~ 26
为灌草丛,27 ~ 29 为灌丛,30 ~ 32 为桔园,33 ~ 35 为板栗园,36 ~ 38
为甘蔗地,39 ~ 41 为玉米地,42 ~ 44 为玉米、木薯间作地. 18 ~ 20、42
~ 44 分布在坡地,其他农用地均分布在洼地. Field sampling plots in
Guzhou study area are shown as Arabic numbers 1-20: 1-3: Shrubs, 4-
6: Shrub鄄grasslands, 7-9: Soybean鄄maize rotation, 10-12: Sweet pota鄄
to鄄maize intercropping, 13 and 14: Orange orchards, 15-17: Pastures,
18-20: Maize. Field sampling plots in Kenfu study area were shown as
Arabic numbers 21-44: 21-23: Artificial Pinus massoniana forests, 24-
26: Shrub鄄grasslands, 27-29: Shrubs, 30-32: Orange orchards, 33-
35: Chestnut orchards, 36 - 38: Sugercane, 39 - 41: Maize, 42 - 44:
Maize鄄cassava intercropping. 18 -20 and 42 -44 were on the hillsides,
the other farmlands were in the depression.
壤肥力差异较大;洼地玉米地也与其他样地的土壤
肥力差异较大.古周灌丛第 1 主成分得分最高,综合
肥力最好;灌草丛第 2 主成分得分最高,pH 和全磷
含量相对最高;其他样地土壤综合肥力、pH 和全磷
含量均较为接近.肯福灌丛和灌草丛第 1 主成分得
分最高,综合肥力最好,其中又以灌丛 27 号样地的
综合肥力最佳;洼地玉米地第 1 主成分得分最低,土
壤综合肥力最差.以上结果表明:撂荒地与农用地之
间土壤肥力差异很大. 没有出现古周和肯福样地聚
为一类的情况,说明母岩性质对土壤肥力影响很大.
古周研究区样地第 2 主成分得分均高于肯福样地,
说明古周土壤 pH和全磷含量均高于肯福土壤.
摇 摇 图 1B 中,肯福桔园聚为一类,肯福玉米木薯地
与灌丛 27 号样地聚为一类.古周灌草丛 4 号样地单
独为一类,余下的分为 2 类.肯福桔园第 3 主成分得
分最高,有效磷含量最高. 肯福玉米木薯地与灌丛
27 号样地第 4 主成分得分最高,全钾含量最高. 样
地没有表现出以相同岩性聚类的现象,表明岩性不
是土壤有效磷和全钾的主要影响因素.另外,样地也
没有表现出以相同土地利用方式聚类的现象,说明
土地利用方式也不是土壤有效磷和全钾含量的主要
影响因素.
3摇 讨摇 摇 论
3郾 1摇 岩性和土地利用方式对土壤综合肥力的影响
本研究中,土壤的阳离子交换量、总有机碳、全
氮、碱解氮、有效钾、微生物生物量碳和氮显著正相
关,可归纳为一个支配因子,即土壤综合肥力. 从第
1 主成分排序上看,两研究区的灌丛之间相距较远,
灌草丛之间也有差距,而农用地除古周坡地玉米和
肯福洼地玉米外,其他农用地(其中还包括人工松
林)之间无明显差异. 说明在人为干扰较小的情况
下,岩性对土壤综合肥力有较大影响,但在严重人为
干扰以后,这种影响逐渐消失.这可能与石灰土高含
钙量有关.许多研究表明,钙离子能起到保护土壤有
机质的作用,因为钙与胡敏酸结合能生成不易分解
的胡敏酸钙[7] . 在受到人为干扰较小的情况下,石
灰土比红壤的含钙量高,土壤更易储存有机质,故综
合肥力更好.但长期耕作使土壤中的有机质大量分
解与流失,阳离子也大量流失,石灰土逐渐失去固碳
优势,导致两个研究区的农用地土壤综合肥力无明
显差异.
总体上,两个研究区灌草丛和灌丛土壤综合肥
力均好于其他土地利用类型(坡地玉米地除外),并
99516 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 杨摇 珊等: 岩性和土地利用方式对桂西北喀斯特土壤肥力的影响摇 摇 摇 摇 摇 摇
随着自然恢复年限延长而提高,这与许多研究结果
相一致[8-12] .另外, 撂荒也有利于改善土壤物理性
状[13]和防止水土流失[14], 这些都可以提高土壤综
合肥力.值得注意的是,古周玉米坡地的土壤综合肥
力也较好,其原因主要是,一方面, 相对于洼地,其
地形比较复杂,大量基岩出露,裸露的岩石对土壤养
分起到了一定的保护作用;另一方面,坡地种植强度
较小.肯福红壤飞播人工松林的土壤综合肥力很差,
这是由于单一的林木结构降低土壤了有机质和营养
物质的可得性[15],由于针叶含有较高的木质素含
量,而木质素复杂的结构使其较其他组分(如纤维
素)更难于被土壤微生物(特别是真菌)利用,随着
降解的进行,木质素和其他酸不溶的代谢底物含量
逐渐增大,进一步加大了凋落物被真菌降解的难
度[16],从而减少土壤了有机碳的输入. 肯福洼地玉
米地综合质量最差, 尽管玉米和甘蔗都属于高强度
的土地利用方式,但玉米地收获后通过焚烧秸秆和
收获果实带走大量的养分,而通过施肥或秸秆还田
的补给不够,而甘蔗地由于具有较高的经济收入,农
户对其投入(施肥和秸秆还田等)较高. 因此, 在桂
西北地区,撂荒是一种有效的土壤肥力恢复措施,不
适合耕种的严重退化土地可以利用撂荒达到恢复土
壤肥力;红壤上人工营造马尾松林时,应该同时与其
他落叶阔叶乡土物种混种,以改善土壤综合肥力;经
济利益驱动下的土地利用方式,也应该合理施肥与
管理,确保土地生产力的可持续.
3郾 2摇 岩性和土地利用方式对土壤 pH 和全磷的影
响
陆地自然生态系统中的磷除小部分来自干湿沉
降外,大部分来自土壤母质. 全磷大部分是无机磷,
其含量高低主要取决于土壤母质及成土作用[17] .石
灰岩的矿物成分主要为方解石,伴有白云石、菱镁矿
和其他碳酸盐矿物,还混有其他一些杂质.白灰石及
菱镁矿使石灰岩含磷量较高,在成土过程中,虽然石
灰质遭淋失,但土壤含磷量仍然很高,一般来说,石
灰性土壤全磷含量要高于非石灰性土壤[17] . Dunjo
等[9]认为土壤 pH 值不依赖于土壤有机质变化,也
不依赖于土地撂荒时间长短,而与母岩有关.石灰性
土壤含钙量高,盐基饱和度也高,在同样的垦殖强度
下,雨水淋洗强度相当,石灰土 pH 较红壤高. 农业
用地土壤 pH和全磷并没有因土地利用方式不同而
聚为不同的类别,说明农业土地利用方式之间对土
壤 pH和全磷的影响差异并不显著. 研究显示我国
主要农田土壤出现显著酸化的现象,并认为氮肥过
量施用是导致农田土壤酸化的最主要原因[18],但岩
性相同的不同土地利用方式之间因施氮量基本相
当,且古周石灰土高含量的阳离子交换量(主要是
Ca2+和 Mg2+)可以缓冲氮肥酸化土壤的负面效应;
而肯福红壤由于高强度开垦年限较短(8 a),所以农
业用地与自然荒地土壤 pH 并没有分开聚类 (图
1A).总之,pH和全磷含量主要受母岩类型的影响.
3郾 3摇 岩性和土地利用方式对土壤有效磷的影响
尽管石灰性土壤中的全磷含量普遍高于红壤,
但有效磷并没有呈现出石灰性土壤普遍高于红壤的
趋势,有效磷与全磷也不存在正相关性,这与李淑仪
等[19]对广东省浅海沉积物和玄武岩发育的砖红壤
全磷和有效磷的研究结果一致.研究发现,磷的有效
性不仅取决于土壤中钙、铁、铝的含量[20],还取决于
pH值的高低[21] . 石灰性土壤中 Ca2 鄄P 型是有效性
最高的磷源[22] . 但石灰性土壤在较高 pH 值下,高
含量的钙有很强的固磷作用[23], 从而形成难溶的
磷灰石导致磷的有效性降低[21], 同时, 绝大多数无
机磷呈难溶性的 Ca10 鄄P 形态,有效性非常低,而根
际 pH值下降有利于土壤中难溶性 Ca鄄P 溶解,从而
有利于植物对磷的吸收[24] . 酸性土壤中活性铁、铝
含量较高,对磷的吸附固定和沉积作用较强,降低了
土壤中磷的有效性和供磷水平. 而降低土壤酸度可
降低无机磷组分中的 Fe鄄P 和 Al鄄P 含量,提高 Ca鄄P
含量,使土壤的有效磷含量提高[25] .研究表明,南方
富铝土纲的土类在进行风化作用时,土壤 pH 降低,
磷酸钙盐向无定型和结晶型的磷酸铝盐转变,并进
一步向磷酸铁盐转化,最后演变成植物难以利用的
闭蓄态磷[21] .因此,尽管岩性不是直接影响土壤有
效磷的主要因素,但受岩性控制的土壤 pH 对磷素
有效性有重要作用.
本研究中,农业用地有效磷含量规律不明显,同
一种土地利用类型的土壤有效磷变异也很大,其原
因主要与农业耕作和管理措施(施肥和秸秆还田
等)有关, 这与许联芳等[2]得出的结论一致.桔园因
为施用较多的磷肥,且基本不翻耕,钙离子淋溶相对
较轻,Ca鄄P(相对其他形态的无机磷有效性高,见前
述)相对较高,导致桔园有效磷含量最高. 依据第 2
次全国土壤普查,将速效磷分成 6 个等级,1 ~ 6 级
速效磷含量分别为>40、20 ~ 40、10 ~ 20、5 ~ 10、3 ~ 5
和<3 mg·kg-1 .在本研究中,38郾 5%的样地(15 个)
属于第 6 级水平,即有效磷含量小于 3 mg·kg-1;
23郾 1%的样地(9 个)属于第 5 级水平,即有效磷含
量在 3 ~ 5 mg·kg-1 .可见,两个研究区的土壤有效
0061 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 21 卷
磷均极为缺乏,在全国属最低水平. 所以,在农业生
产和生态重建过程中需注重提高土壤有效磷含量.
肯福研究区土壤母质含钙量低,加上强烈的淋溶作
用,土壤极其缺钙.因此肯福研究区需通过加大磷肥
的施用量和施用石灰来提高磷的有效性,而古周研
究区可通过施用铵态氮肥降低根际 pH 值以提高磷
的生物有效性.此外,在两个研究区施加有机肥以增
加土壤有机质含量和使用免耕技术以维持阳离子交
换量水平均可有效降低土壤闭蓄态磷的含量,提高
磷的有效性.
3郾 4摇 岩性和土地利用方式对土壤全钾的影响
土壤中总钾含量与成土母质和土壤发育程度关
系密切,土壤供钾能力的大小取决于成土母质的矿
物组成和风化程度, 且不同的钾矿石具有不同的供
钾能力[26] .本研究中古周研究区土壤母质为石灰岩
发育而来的石灰土, 主要含钾矿物为云母类矿物,
钾长石含量很低,有的土壤中甚至检测不出钾长
石[27],钾矿石中,钾长石含钾量最高[28] . 有研究表
明,石灰岩发育的土壤钾含量比其他母质类型土壤
低[29-30] .肯福研究区母质为砂页岩,砂页岩抵抗风
化的能力弱,由其发育的土壤主要由高度风化作用
形成的高岭石组成.而与伊利石、蒙脱石等其他矿物
相比,高岭石的全钾含量最低[27,31] .另外, 研究区属
于雨热同季, 土壤容易被淋溶侵蚀,钾素流失较多,
加重了土壤的缺钾性.
两种岩性对全钾的影响没有显著差别,两种母
质含钾都很低,由此发育的土壤也普遍缺钾.第 2 次
土壤普查土壤速效钾分成 6 个等级,1 ~ 6 级速效钾
的含量分别为>200、150 ~ 200、100 ~ 150、50 ~ 100、
30 ~ 50 和<30 mg·kg-1 .在本研究中,23郾 1%的样地
(9 个)属于第 6 级水平,20. 5%的样地(8 个)属于
第 5 级水平,53郾 9%的样地(21 个)属于第 4 级水
平.与全国水平相比,这两个研究区的速效钾含量都
偏低, 甚至成为土壤生产力的主要养分限制因
子[32] .少数样地(肯福玉米木薯地, 古周桔园与牧
草地)全钾含量较高,主要是因为这些样地均离农
户住所较近,可能与农户长期施用草木灰有关. 因
此,农业生产实践中,需适当增施钾肥,辅以防治水
土流失的管理措施以避免缺钾限制作物的生长.
4摇 结摇 摇 论
通过因子分析,可将土壤的肥力指标分解为 4
个独立的因子,分别为:综合肥力,pH 和全磷,有效
磷,全钾.综合肥力主要受土地利用方式的影响,撂
荒地土壤综合肥力高于农用地. 土壤 pH 和全磷主
要受岩性的影响,且石灰岩地区土壤 pH 和全磷显
著高于砂页岩地区. 两个研究区的土壤有效磷含量
都非常低.有效磷受多种因素影响,与岩性和土地利
用方式没有直接关系.两种母岩含钾量都很低,对钾
的贡献不大,全钾含量主要受施肥影响.
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作者简介摇 杨摇 珊,女,1984 年生,硕士研究生.主要从事区
域生态研究. E鄄mail: yangshan19840907@ yahoo. com. cn
责任编辑摇 张凤丽
2061 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 21 卷