关键词：麻阳河；自然保护区；森林土壤；理化性状

Physical and Chemical Property of Forest Soil of Mayanghe Nature Reserve in Guizhou province

Wu Peng, Zhu jun

（Guizhou Academy of forestry, Guiyang Guizhou 550005）

Abstract: According to the distribution of forest vegetation and the corresponding elevation, 12 sample plots were set under forests of Ma Yang River Nature Reserve in Guizhou province, and the physical and chemical property of the soils are analyzed. The study results are as follows: ⑴The soil bulk densities were 1.13～1.54g/cm³; Soil total porosities were 40.73～55.40%; Maximum water storage capacity were 511.60～3382.70t·hm^-2; The initial penetration rate and stable penetration rate were 1.26 and 0.28 mm·min^-1.⑵The soil pH values were 4.50～7.11; Organic matter contents were 62.94g/kg; Total nitrogen content and rapidly available content were 1.81g/kg and 82.08mg/kg; Total phosphorus and rapidly available phosphorus were 0.36g/kg and 1.94mg/kg; Total potassium and rapidly available potassium were 19.90g/kg and 101.07mg/kg; Cation exchange capacity were 18.11cmol/kg. ⑶The forests of Ma Yang River Nature Reserve had significant ecological function on improving physical property, increasing the water conservation ability, enriching the content of organic matter, and increasing the soil fertility.

Keywords: Ma Yang River; Nature Reserve; Forest Soil;
Physical and Chemical Property

麻阳河国家级自然保护区森林土壤的形成与发育，很大程度上是受成土母质及其生物质的影响，岩石的风化过程是形成土壤的物质基础，而植物旺盛的生物量累积过程则是改善土壤理化性状的基础，反过来这些土壤理化特性又促进了植物的生长，从而形成了很好的良性循环^[1～3]。因此，研究森林土壤理化性状与植被的关系，对于加强保护区森林植被的保护与管理等都至关重要。本文以麻阳河国家级自然保护区的森林生态系统为调查对象，探讨其森林土壤的理化性状与规律，旨在为该区森林土壤资源的科学评价与管理及森林植被的恢复与更新提供参考依据和基础数据。

1 研究区自然概况

麻阳河国家级自然保护区位于黔东北沿河土家族自治县及务川仡佬族苗族自治县接壤处，主要保护对象是国家一级重点保护野生动物黑叶猴及其栖息地，属野生动物类型的自然保护区。地理位置东经108°3′58″～108°19′45″，北纬28°37′30″～28°54′20″。保护区总面积31 113hm²，其中核心区10 543 hm²，缓冲区面积15 022 hm²，实验区面积5 548hm²。区内最高海拔1441m，位于务川县境内红丝乡月亮坝村的桃子园，最低海拔280m，位于沿河县境内新景乡的龚溪口。年均降水量1158.7mm。年均气温16. 7℃，极端最高温度41℃，极端最低温-6℃。成土母岩主要有砂页岩、石灰岩、白云岩等。土壤以黄壤和石灰土（黄色石灰土和淋溶性黄色石灰土）为主。

2 研究方法

2.1 样地设置及土壤样品的采集

根据自然保护区森林植被的垂直分布状况，选择具有代表性的森林植被类型设置标准样地（表1），每个样地20m×20m。在样地内进行每木检尺，测定其树高、胸径，调查记录植物种类、郁闭度、盖度等。剖面的挖掘和土壤样品的采集：在设置的样地内，选择典型剖面地点（记录每个剖面的位置、地形地貌、植被及形态特性），然后开挖剖面。剖面挖好后，观察记录各土层的厚度、颜色、质地、结构、坚实度等剖面特征。根据实地所划分的土壤剖面层次，每层取500g以上土样，装入布袋，贴上标签，运回室内自然风干，分析其土壤理化性状；同时分层采集相应的土壤环刀样品，分析测定土壤空隙特征。

2.2 土壤理化性状的测定^[4]

土壤容重和土壤水分-物理性质的测定采用环刀法《LY/T 1215-1999》；土壤渗透率的测定采用环刀法《LY/T1218-1999》；土壤全N的测定采用扩散法《LY/T1228-1999》；土壤全K采用的测定采用碱熔-火焰光度法《LY/T1234-1999》；土壤全P的测定采用碱熔法《LY/T1232-1999》；土壤水解性N的测定采用碱解-扩散法《LY/T1229-1999》；土壤速效K的测定采用乙酸浸提-火焰光度法《LY/T1236-1999》；土壤有效P的测定采用盐酸和硫酸溶液浸提法《LY/T1233-1999》；土壤pH值的测定《LY/T1239-1999》；土壤有机质采用外加热重铬酸钾-浓硫酸氧化-容量法《LY/T1237-1999》。

表1　麻阳河国家级自然保护区森林土壤调查样地基本情况表

3 结果与分析

麻阳河国家级自然保护区调查样地的土壤理化性状测定结果（见表2、3）。

3.1 土壤容重

土壤容重是土壤紧实度的敏感性指标，也是表征土壤质量的一个重要参数^[1、5]。由表2可知：保护区内各土壤剖面的平均土壤容重为1.13～1.54g/cm³，平均值1.37g/cm³；土壤表层（A）容重在0.98～1.42g/cm³之间，平均值1.22g/cm³，其下层(即B、C层)的平均容重分别为1.40和1.54g/cm³；各剖面不同土层的土壤容重有随土层深度的增加而递增的趋势，这可能与土壤有机质的含量和土壤的结构有关，表层土壤的有机质含量高，且多为粒状和团粒状结构，土壤总孔隙度大，使得表层土壤较疏松，容重也相对较小，有利于水分的下渗和植物根系的生长，在剖面形态特征上也可以看出该层集中着大量的植物根系；B层和C层的土壤多以块状或碎块状的结构存在，土壤紧实、孔隙度小，容重也相对较大，有利水分的保存，但由于紧实而不利于植物根系的生长，从剖面形态上看，在该层无根系或仅有少量较粗的根系。

从不同海拔高度来看，各剖面的平均土壤容重随海拔高度的升高而降低：海拔400～500m（1.46g/cm³）＞海拔600～800m（1.43g/cm³）＞海拔900～1100m（1.22g/cm³）。

从不同植被类型来看，选择海拔高度差异不大的1、5、6和9号样地，通过比较我们可知：柏木林林下土壤的平均容重（1.34g/cm³）＜栓皮栎-杉木林（1.36g/cm³）＜小花木荷林（1.46g/cm³）＜栓皮栎-丝栗栲林（1.53g/cm³）。

3.2 土壤孔隙度

土壤孔隙度是土壤中养分、水分、空气和微生物等的迁移通道、贮存库和活动场地，其数量与分配是土壤物理性质的基础，也是评价土壤结构特征的重要指标^[1、6]。经研究表明（表2）：保护区内各土壤剖面的平均总孔隙度为40.73～55.40%，平均值46.16%。各土壤剖面A、B和C层毛管孔隙度的平均值分别为：48.09%、40.22%和37.27%；非毛管孔隙度为：3.63%、4.50%和2.44%；土壤总孔隙度是其非毛管孔隙度和毛管孔隙度的综合表现：保护区内各土壤剖面A、B、C三层的平均总孔隙度依次为：51.72%、44.72 %和39.71%；各土壤剖面的总孔隙度和毛管孔隙度基本上都是随土层深度的增加而减小，非毛管孔隙度随土层深度的增加无明显变化规律。

从不同海拔高度来看，各土壤剖面的平均总孔隙度和毛管孔隙度均随海拔高度的升高而增加：海拔900～1100m（50.28%、46.24%）＞海拔600～800m（44.67%、41.82%）＞海拔400～500m（43.73%、38.53%）；非毛管孔隙度则为海拔400～500m（5.19%）＞海拔900～1100m（4.03%）＞海拔600～800m（2.85%）。

从不同植被类型来看，栓皮栎-杉木林林下土壤的平均总孔隙度（47.83%）>柏木林（47.07%）>小花木荷林（42.87%）>栓皮栎-丝栗栲林（40.73%）。

3.3 土壤蓄水性能

土壤的持水能力是评价土壤涵养水源及调节径流的一个重要指标，它主要取决于土壤毛管孔隙度及非毛管孔隙度的大小^[5]。保护区内各土壤剖面的平均最大、毛管和最小持水量分别为：351.74g/kg、323.60g/kg和267.46g/kg，且基本上都是随着土层深度的增加而减小。从不同海拔高度来看，保护区内各土壤剖面的最大、毛管和最小持水量均随海拔高度的升高而增加：海拔900～1100m（429.44g/kg、393.18g/kg、321.04g/kg）＞海拔600～800m（324.19g/kg、303.88g/kg、258.71g/kg）＞海拔400～500m（304.07g/kg、268.54g/kg、208.96g/kg）。从不同植被类型来看，各土壤剖面的平均最大、毛管和最小持水量均为：栓皮栎-杉木林（353.57g/kg、335.03g/kg、302.19g/kg）>柏木林（352.96g/kg、330.82g/kg、282.96g/kg）>小花木荷林（315.56g/kg、299.10g/kg、260.26g/kg）>栓皮栎-丝栗栲林（274.01g/kg、250.10g/kg、192.29g/kg）。

土壤总贮水量是毛管孔隙与非毛管孔隙水分贮蓄量之和，是反映土壤贮蓄和调节水分的潜在能力，它是土壤涵蓄潜力的最大值；而土壤非毛管孔隙能较快容纳降水并及时下渗，更加有利于涵养水源^[3、7]。保护区内各土壤剖面总的最大蓄水量在511.60～3382.70t·hm^-2之间波动，平均最大蓄水量为2311.41t·hm^-2；不同层次（A、B、C层）的平均最大蓄水量分别为203.16t·hm^-2、1475.94t·hm^-2和903.30t·hm^-2。保护区内各土壤剖面总的非毛管蓄水量最低的为35.20t·hm^-2，最高的为435.60t·hm^-2，平均非毛管蓄水量为217.01t·hm^-2。不同植被类型各土壤剖面的最大蓄水量依次为：栓皮栎-丝栗栲林（3106.40t·hm^-2）>栓皮栎-杉木林（2714.10t·hm^-2）>柏木林（1845.50t·hm^-2）>小花木荷林（1430.30t·hm^-2）。

3.4 土壤渗透性能

土壤的渗透性能是土壤重要的水分物理性质之一，也是林分水源涵养功能的重要指标。土壤渗透性能的好坏，直接关系到地表产生径流的大小，渗透性能越好，地表径流越少，土壤理水调洪的功能越强，土壤的侵蚀量也会相应减少^[8]。保护区内各土壤剖面的平均初渗速率和稳渗速率分别为1.26和0.28mm·min^-1；土壤的初渗速率和稳渗速率基本上都是随着土层深度的增加而减小；各土壤剖面不同土层（A、B、C）的平均初渗速率分别为：3.15、0.35和0.11mm·min^-1，土壤表层(A)的初渗速率分别是B、C层的9.0和27.6倍；随着时间的推移，入渗速率逐渐减慢，当达到一定时间时，土壤的入渗速率趋于一个定值，最终A、B、C三层的稳渗速率分别为：0.66、0.10和0.04mm·min^-1。

3.5 土壤pH值

土壤酸碱度是土壤重要的化学性质之一，它直接影响着植物的生长和微生物的活动以及土壤的其它性质与肥力状况^[1]。由表3可以看出，保护区内的土壤为酸性至弱碱性，各土壤剖面的pH值在4.50～7.11之间，其平均值为5.48；表层土壤的pH平均值为5.27，而母质层的pH平均值为5.65；各土壤剖面的PH值随土壤深度的增加而增大；导致这种结果的原因可能是盐基离子随着水分下移至心土层使其pH值略有升高。石灰土的pH值（7.09）要高于黄壤的（5.15）。

3.6 土壤有机质

土壤有机质是土壤中较活跃的部分，其含量及动态变化在土壤质量演变和碳循环中起着十分重要的作用，它与土壤矿质部分共同作为植物营养的来源，直接影响着土壤的理化及生物性状^[1、3]。保护区内各土壤剖面的有机质平均含量在16.45～161.76g/kg之间，平均值为62.94g/kg；总体来说，该区森林土壤有机质含量较为丰富，其原因可能是森林凋落物长期积累而形成的结果。各土壤剖面有机质的含量基本上都是随土层深度的增加而下降，土壤表层的有机质含量（91.56g/kg）分别是其下层的1.81倍和3.01倍，其原因可能是因为表层土壤是植物根系的集中分布区，植物根系的分布直接影响了土壤中有机质的垂直分布，因为大量死根的腐解归还，为土壤提供了丰富的碳源。

从不同土壤类型来看，石灰土的有机质平均含量（136.10g/kg）要高于黄壤的（48.31g/kg）。

从不同海拔高度来看（针对黄壤），各土壤剖面的有机质平均含量随海拔高度的升高而增加：海拔900～1100m（55.78g/kg）＞海拔600～800m（46.13g/kg）＞海拔400～500m（42.56g/kg）；这可能是因为土壤有机质的积累主要取决于腐殖化和矿质化过程，一般来说，海拔较高的山体上部，年均温较低，降水量较大，土壤中好气性微生物的活性较弱，有机质的矿质化较弱，而腐殖化较强，因此，海拔较高的山体上部的土壤有机质含量通常比山体下部的要高一些。

从不同植被类型来看（1、5、6和9号样地），各土壤剖面的有机质平均含量为：柏木林（59.31g/kg）>栓皮栎-丝栗栲林（51.46g/kg）>小花木荷林（43.40g/kg）>栓皮栎-杉木林（16.45g/kg）。

3.7土壤N素状况

土壤的全N含量是衡量土壤N素供应状况的重要指标，其含量的大小主要决定于土壤有机质的积累与作用的相对强度^[1、9]。由表3可知，保护区内各土壤剖面的全N和水解N的平均含量分别为1.81g/kg和82.08mg/kg；且各土壤剖面全N和水解N的含量基本上均随土层深度的增加而下降，这与有机质的分布规律是一致的。表层土壤的全N含量极高的土壤剖面有6个（参考标准为大于2.0g/kg），含量高的剖面有4个（参考标准为1.5～2.0 g/kg），有2个剖面的全氮含量处于中等水平上（参考标准为1.0～1.5 g/kg）；水解N的含量极高的剖面有4个（参考标准为>150mg/kg），含量高的剖面有3个（参考标准为120～150 mg/kg），含量在中等水平的剖面有3个（参考标准为90～120 mg/kg），含量在低水平的剖面有2个（参考标准为＜90mg/kg）。

从不同土壤类型来看，石灰土的全N和水解N的平均含量（4.69g/kg、109.62mg/kg）均要高于黄壤的（1.23g/kg、76.57mg/kg）。

从不同海拔高度来看（针对黄壤），各土壤剖面全N的平均含量随海拔高度的升高而增加：海拔900～1100m（1.36g/kg）＞海拔600～800m（1.23g/kg）＞海拔400～500m（1.02g/kg）；水解N的平均含量则为：海拔600～800m（83.26 mg/kg）＞海拔900～1100m（70.30 mg/kg）＞海拔400～500m（69.27mg/kg）。

从不同植被类型来看（1、5、6和9号样地），各土壤剖面全N的平均含量为：柏木林（1.56g/kg）>栓皮栎-丝栗栲林（1.09g/kg）>小花木荷林（0.94g/kg）>栓皮栎-杉木林（0.89g/kg）；水解N的平均含量则为：柏木林（94.79mg/kg）>小花木荷林（90.37mg/kg）>栓皮栎-杉木林（64.52mg/kg）>栓皮栎-丝栗栲林（58.47mg/kg）；

3.8 土壤磷素状况

P是构成植物体多种有机化合物的组分，在植物体的新陈代谢、生长发育等方面都具有十分重要的作用，而植物体中的P主要从其所生长的土壤中通过吸收获得。一般情况下，当土壤中的全P含量低于0.08% ～0.10%时，表征土壤中的磷素对植物的供应不足^[1]。研究结果表明（表3），保护区内各土壤剖面全P的平均含量为0.36g/kg，表明该自然保护区森林土壤磷素相对充足。土壤中所含的有效P量是能为当季植物吸收的磷量，经测定，该保护区内各土壤剖面有效P的平均含量在0.01～4.12mg/kg之间波动，平均含量为1.94mg/kg。表层土壤有效P的含量在偏低水平上的土壤剖面有2个（参考标准为5mg/kg ～10mg/kg），有6个剖面土壤表层有效P的含量在低水平上（参考标准为3 mg/kg ～5mg/kg），其余剖面的土壤表层有效P的含量均小于3 mg/kg；总体来看，保护区内表层土壤有效P的含量大部分处于低水平的状态，有效P相对缺乏。在同一剖面上土壤全P和有效P的含量都有随土层深度的加深而降低的趋势。

从不同土壤类型来看，石灰土的全P和有效P的平均含量（0.52g/kg、2.07mg/kg）均要高于黄壤的（0.32g/kg、1.92mg/kg）。

从不同海拔高度来看（针对黄壤），各土壤剖面全P的平均含量随海拔高度的升高而降低：海拔400～500m（0.50g/kg）＞海拔600～800m（0.35g/kg）＞海拔900～1100m（0.16g/kg）；有效P的平均含量则为：海拔400～500m（2.74mg/kg）＞海拔900～1100m（2.04mg/kg）＞海拔600～800m（1.51mg/kg）。

从不同植被类型来看，各土壤各剖面全P的平均含量分别为：栓皮栎-丝栗栲林（0.39g/kg）>栓皮栎-杉木林（0.37g/kg）>柏木林（1.33g/kg）>小花木荷林（0.17g/kg）；有效P的平均含量则为：小花木荷林（1.90mg/kg）>栓皮栎-杉木林（1.56mg/kg）>栓皮栎-丝栗栲林（1.53mg/kg）>柏木林（0.84mg/kg）。

3.9 土壤钾素状况

土壤全K含量是土壤的又一重要理化指标，土壤中所含的钾是植物吸收最多的营养元素之一，而土壤中的钾主要来自土壤的含钾矿物^[2、3]。由表3可知，保护区内各土壤剖面全K的平均含量在6.04～37.34g/kg之间波动，平均值为19.90g/kg。土壤中的速效K含量是土壤K素的现实供应指标，它能被植物直接吸收与利用。经测定，保护区各土壤剖面速效K的平均含量在44.02～170.08mg/kg之间波动，平均值为101.07mg/kg。根据速效K含量的分级标准，从保护区各土壤剖面表层土壤速效K的含量来看，有2个剖面表层土壤速效K含量属于高含量水平（参考标准为150～200 mg/kg），有3个剖面表层土壤速效K含量处于中等水平（参考标准为100～150 mg/kg），有5个剖面表层土壤速效K含量在中等偏低水平上(参考标准为50～100 mg/kg)，有2个剖面表层土壤速效K含量在低水平上(参考标准为＜50mg/kg)；土壤K含量的高低主要受母岩矿物和气候的影响，另外K又是容易随水淋溶流失的元素，总体来说，保护区内K的含量处于中等偏低水平。另外，在同一剖面上土壤速效K的含量有随土层深度的加深而降低的趋势，而全K含量随土层深度的加深无明显的变化规律，其原因可能是各土层水热条件和生物量累积的不同所致。

从不同土壤类型来看，石灰土的全K和速效K的平均含量（6.93g/kg、100.07mg/kg）均要低于黄壤的（22.49g/kg、101.27mg/kg）。

从不同海拔高度上来看（针对黄壤），各土壤剖面全K和速效K的平均含量均随海拔高度的升高而降低：海拔400～500m（26.98g/kg、130.79mg/kg）＞海拔600～800m（22.91g/kg、98.90mg/kg）＞海拔900～1100m（18.81g/kg、85.52mg/kg）。

从不同植被类型来看，各土壤剖面全K和速效K的平均含量均为：栓皮栎-丝栗栲林（26.54g/kg、112.44mg/kg）>栓皮栎-杉木林（21.78g/kg、93.67mg/kg）>柏木林（17.46g/kg、68.90mg/kg）>小花木荷林（11.43g/kg、49.43mg/kg）。

3.10 阳离子交换量

阳离子交换量作为评价土壤保肥能力的指标，是土壤缓冲性能的主要来源，是改良土壤和合理施肥的重要依据。由表3可知，保护区内各土壤剖面的阳离子交换量在9.60～29.25cmol/kg之间波动，平均值为18.11cmol/kg；且随土壤深度的加深而降低。

从不同土壤类型来看，石灰土的阳离子交换量（25.82cmol/kg）要高于黄壤的（16.57cmol/kg）。

从不同海拔高度上来看（针对黄壤），各土壤剖面的阳离子交换量为：海拔400～500m（17.83cmol/kg）＞海拔900～1100m（16.58cmol/kg）＞海拔600～800m（16.06cmol/kg）。

从不同植被类型来看，各土壤剖面的阳离子交换量为：柏木林（17.78cmol/kg）>栓皮栎-杉木林（16.56cmol/kg）>栓皮栎-丝栗栲林（14.93cmol/kg）>小花木荷林（9.60cmol/kg）。

4 小结

（1）麻阳河国家级自然保护区不同植被类型的土壤容重为1.13～1.54g/cm³，平均值1.37g/cm³，且随土层深度的增加而增加。土壤总孔隙度为40.73～55.40%，平均值46.16%，土壤总孔隙度和毛管孔隙度基本上都是随土层深度的增加而减小，非毛管孔隙度随土层深度的增加无明显变化规律。土壤的最大蓄水量为511.60～3382.70t·hm^-2，其蓄水能力较强。土壤的平均初渗速率和稳渗速率分别为1.26和0.28mm·min^-1，均随着土层深度的增加而减小。另外，各土壤剖面的平均总孔隙度、毛管孔隙度、最大持水量、最小持水量和毛管持水量均随海拔高度的升高而增加。

（2）保护区内的土壤为酸性至弱碱性，pH值在4.50～7.11之间，基本上都是随土层深度的增加而递增。土壤有机质含量较为丰富：在16.45～161.76g/kg之间变动，平均值为62.94g/kg。土壤全N和水解N含量较为充足，分别为1.81g/kg和82.08mg/kg。土壤的全P含量相对充足，平均值为0.36g/kg之间；土壤有效P含量在0.01～4.12mg/kg之间波动，平均含量为1.94mg/kg，大部分处于低水平的状态，有效P相对缺乏。土壤的全K和速效K含量分别为19.90g/kg和101.07mg/kg；保护区内K的含量大部分处于中等偏低水平。阳离子交换量在9.60～29.25cmol/kg之间波动，平均值为18.11cmol/kg。土壤有机质、全N、水解N、全P、有效P、速效K含量和阳离子交换量均随土层深度的增加而减小，全K含量随土层深度的加深无明显的变化规律。各土壤剖面的有机质、全N含量随海拔高度的升高而增加；全P、全K和速效K的含量随海拔高度的升高而降低。

（3）总体来说，麻阳河国家级自然保护区森林土壤比较疏松、通气性能良好。土壤中有机质、全N和水解N、全P等主要养分的含量相对充足，但是土壤有效P、全K和速效K则相对缺乏。保护区内所分布的森林植被类型在改良其森林土壤的物理特性，提高土壤的贮水能力，丰富土壤有机质含量，增强和维护土壤肥力等方面都具有较显著的生态功能，它对于维护和保障周边地区的生态安全以及对该自然保护区的森林更新、恢复等都具有重要作用及参考应用价值。

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表2 保护区各调查样地土壤物理性状

表3保护区各调查样地土壤化学性状