岩溶环境中土壤退化规律研究——以金佛山北坡及邻近地区为例

摘要

西南岩溶地区与黄土高原地区同为我国贫困与环境退化问题最为突出的地区。岩溶区作为典型的生态脆弱区，其脆弱性首先源于成土环境的先天不足，碳酸盐岩酸不溶物含量低，成土速度缓慢，导致大部分地区土层浅薄。其次，土层浅、富钙、偏碱和石生的环境限制了生物多样性。土壤是岩溶生态系统物质循环的纽带，是岩溶生态系统重要组成部分，对岩溶环境的变化响应敏感。近年来，部分岩溶区人口增长加快，林草地垦殖增加，恶化了本来脆弱的岩溶生态环境。岩溶植被的破坏使土壤侵蚀加剧，土壤质量下降，并与土地退化和石漠化相藕联。对岩溶环境不同生态系统土壤理化性质及土壤质量的差异开展研究，分析土壤理化性质变化的驱动因子，探讨岩溶环境土壤退化的一般规律，揭示土壤退化与石漠化的联系，对于脆弱生态区土地利用结构调整、生态恢复与石漠化治理都具有重要的理论与实践意义。 论文以重庆金佛山北坡及邻近的岩溶丘陵为研究区，分山顶和坡腰、坡脚两大研究小区。依覆被类型布设土壤剖面(山顶5个，坡腰、坡脚9个)，按发生层次取土壤理化分析样品38个。对两大研究小区不同覆被下土壤理化性质差异及其影响因子进行了研究，构建了土壤质量评价指标体系，并评价了两个研究区的土壤质量状况。同时取<'137>Cs全样及分层样品共35个，把核素示踪土壤侵蚀的原理运用于岩溶坡地土壤侵蚀退化的研究中。 山顶生态原生性强，土壤质量总体较好。但由于局部地形及植被类型的差异以及由此引起的土壤发育环境与过程的不同，土壤理化性质及质量也有一定差异。 山顶各群落土壤物理性质的特点及差异：①土壤容重均较小，以阔叶林和竹林土壤平均容重最小；②土壤质地都属于壤土组。剖面平均粘粒含量以草甸和柳杉林含量稍高，阔叶林和竹林含量稍低，与局部地形差异造成的粘粒迁移有关；⑧山顶区土壤各级水稳性团聚体含量均极高，>5mm、>3mm和1>2mm水稳性团聚体含量以阔叶林和竹林剖面最高。 山顶土壤有机质含量都较高，阔叶林和竹林剖面有机质含量大于草甸和柳杉林土壤。大部分养分含量也以阔叶林和竹林土壤最高。阔叶林和竹林下土壤腐殖质品质较好。 山顶陡坡区以阔叶林为主，土层较浅薄，受岩性影响较大，土壤pH值比缓坡区高，游离碳酸盐含量1.7g/kg-10.5g/kg。缓坡区土层厚，淋溶较强，受岩性影响已较小，土壤pH较低，碳酸盐残留痕迹。 选取包括土壤物理性质、土壤养分因子、土壤化学和生态因子在内的四大类共17项指标构建岩溶区土壤质量评价指标体系，该评价体系较已有研究更为完善。 山顶区四种主要植被类型土壤的综合质量指数为：阔叶林(67.53％)、竹林(57.86％)、草甸(42.32％)、柳杉林(23.38％)。以阔叶林土壤为基准计算的土壤退化指数：草甸(-2.23％)、柳杉林(-7.72％)、竹林(7.00％)。坡腰、坡脚岩溶区主要利用类型有次生马尾松灌丛林地、草坡地、耕地(含水田)和退耕地。次生马尾松林地破坏后，一般演变为荒草坡或用作耕地，近来部分耕地已退耕。 次生马尾松灌丛退化后土壤物理性质发生显著的退化：①土壤表层及剖面平均粘粒含量均不同程度下降；②土壤容重整体呈上升趋势；③土壤水稳性团聚体含量减少，土壤结构恶化。>0.25mm水稳性团聚体含量为：马尾松林地(86.83％)>退耕地(82.38％)>草坡(77.02％)>耕地(72.91％)。>Smm和>2mm水稳性团聚体均以阔叶林最高，最低值都出现在耕地。有机质及其胡敏酸是研究区土壤结构主要胶结物质。林地破坏后，土壤有机质补充减少，矿化分解加快是导致土壤结构退化的主要原因；④结构系数和土粒团聚度下降，抗蚀性降低。 土壤有机质含量以退耕地和马尾松灌丛土壤最高。HA/FA的分布是马尾松灌丛林地(0.47)>退耕地(0.41)>旱地(0.34)>水田(0.31)>草坡(0.27)。马尾松灌丛土壤腐殖质品质最好。 土壤全氮及水解氮含量分布：退耕地>马尾松灌丛>旱地>水田>草坡。全磷与速效磷含量最高值均出现在退耕地。全钾的分布是马尾松灌丛林地>草坡>水田>退耕地>旱地，全钾减少与粘粒的流失有关。 土壤退化指数的计算结果为：相对于马尾松灌丛林地，退耕地(16.91％)、水田(-14.36％)、早地(-22.90％)和草坡地(-31.40％)。综合土壤质量指数的计算，马尾松灌丛、退耕地、水田、旱地和草坡分别为78.71％、70.15％、37.39％、33.75％和25.90％。次生林地退化后土壤质量显著下降。 <'137>Cs法示踪土壤侵蚀的结果显示，林草地平均侵蚀速率112.5 t/(km<'2>.a)；平均坡度11.2°的缓坡早耕地平均侵蚀速率565.5 t/(km<'2>.a)，平均坡度25.4°的陡坡耕地平均侵蚀速率2264.8t/(km<'2>.a)。陡坡开垦是加速岩溶石山化发展的重要原因。坡耕地点侵蚀速率与坡度显著正相关。随着土壤侵蚀速率的增大，研究剖面表层有机质、表层粘粒及水稳性团聚体含量呈降低趋势。与黄土高原和紫色土区对比，岩溶区土壤侵蚀速率相对较小。但岩溶区成土速度慢，土壤侵蚀的危害性大。 岩溶区常绿阔叶林下发育的土壤可以代表岩溶区最高质量序列。次生灌丛林地下的土壤仍具较高的肥力，可以视为退化初期土壤质量序列。早地及石漠化区，土壤有机质下降，养分元素大部分减少，覆盖度降低，是土壤退化中晚期阶段。 石灰岩土壤质量退化伴随岩溶生境退化而发生。不同的岩溶生态系统对应不同的土壤质量序列阶段，针对不同的土壤质量序列阶段应采取不同的土壤利用原则与方式。

目录

文摘

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第一章绪论

1文献综述

1.1研究背景

1.2研究意义

1.3国内外研究现状

1.4存在的不足

2研究内容与技术路线

2.1研究内容

2.2技术路线

3实验方法

第二章岩溶坡地土壤基本理化性质与土壤肥力

1研究区概况与各土壤剖面基本性状

1.1研究区的选择

1.2研究区概况

1.3样品采集与各土壤剖面的基本情况

1.4各研究剖面土体构型示意图

2不同岩溶生态系统土壤物理性状分析

2.1土壤容重的分布特征及影响因素

2.2土壤颗粒、微团聚体组成及土壤抗蚀性分析

2.3不同岩溶生态系统土壤团聚体组成及其稳定性

2.4小结

3.土壤有机质含量及腐殖质组成与土壤肥力

3.1山顶与坡腰、坡脚区土壤有机质含量及腐殖质组成的差异

3.2山顶区不同植被土壤有机质含量及腐殖质组成

3.3坡腰、坡脚区不同岩溶生态系统土壤有机质含量及腐殖质组成

3.4小结

4.土壤酸度分布特点及其与环境的关系

4.1山顶与坡腰、坡脚岩溶区土壤酸度差异及其影响因子

4.2山顶区不同植被下土壤酸度差异及影响因素

4.3坡腰、坡脚岩溶区不同利用类型下土壤酸度分布的差异

4.4小结

5.土壤氧化铁形态的环境意义及其与土壤性质的关系

5.1研究区土壤铁氧化物形态及其与环境的关系

5.2山顶区土壤铁氧化物形态差异与土壤性质

5.3坡腰、坡脚地区土壤铁氧化物形态与土壤性质的关系

5.4小结

6.不同岩溶生态系统土壤养分含量变化特征及影响因素

6.1山顶不同岩溶生态系统土壤养分的变化

6.2坡腰、坡脚区土壤养分含量及其影响因子

6.3小结

第三章土壤质量评价指标体系的构建及土壤质量评价

1土壤质量评价指标体系的构建

1.1岩溶区土壤质量评价指标体系的选取

1.2土壤质量评价指标权重的分配(层次分析法)

2.山顶区土壤质量评价

2.1山顶区综合土壤质量指数的计算

2.2山顶区土壤退化指数的计算

3坡腰、坡脚区土壤质量的评价

3.1综合土壤质量指数的计算

3.1土壤退化指数的计算

4小结：

第四章岩溶坡地土壤侵蚀退化的137Cs法定量研究

1引言

2 137Cs示踪土壤侵蚀的原理

3试验方法与研究区概况

4试验结果

4.1研究区137Cs区域本底值

4.2耕地与非耕地137Cs剖面分布特征

4.3137Cs面积活度在四个取样断面上的分布

4.4侵蚀与堆积速率的推算

4.5不同侵蚀类型的土壤侵蚀速率

5讨论

5.1岩溶坡地土壤侵蚀与堆积的空间分布

5.2土壤侵蚀强度的讨论

5.3岩溶坡地土壤侵蚀特点及其危害性

5.4土壤侵蚀与土壤性质的关系

5.5岩溶区开展137Cs法研究需注意的问题

6小结

第五章结论

1.山顶不同岩溶生态系统土壤理化性状差异

2坡腰、坡脚区不同岩溶生态系统土壤理化性状差异及成因

2.1次生林地退化后土壤物理性质的退化及机制

2.2次生林地退化后土壤化学性质及养分含量的演化

3.土壤质量评价指标体系的构建及土壤质量评价

3.1土壤质量评价指标体系的构建

3.2山顶土壤质量评价

3.3坡腰、坡脚区土壤质量的评价

4土壤侵蚀退化的137Cs法研究

5岩溶区土壤质量序列的探讨

6岩溶区土壤退化过程与规律

7岩溶区土壤退化防治措施的探讨

7论文创新点与展望

7.1论文创新点

7.2有待于进一步深入或开展的研究领域

参考文献

研究生简介

致谢