（环境科学专业论文）贵州喀斯特石漠化地区土壤磷素变异特征及生态恢复研究.pdf

贵州喀斯特石漠化地区土壤磷素变异特征及生态恢复研究 贵州喀斯特石漠化地区土壤磷素变异特征及生态恢复研究 摘要 本研究分别探讨了贵州不同石漠化程度、不同地区、不同生态模式下以及不 同土壤剖面层次的喀斯特石漠化土壤磷素变异特征，建立了不同地区不同石漠化 程度土壤磷素指标，并在此基础上讨论生态环境恢复，得出的主要结论如下： ( 1 ) 不同程度石漠化土壤有机质和磷素含量与无石漠化土壤相比，呈急剧 下降趋势。且土壤有机质、全磷、有机磷、无机磷含量按照石漠化程度的由轻度 到极强度而呈递减趋势，西南部石灰性土壤c a l 0 p 、c a 8 一p 、c a 2 一p 、a i p 、o p 含量也表现出相同规律，而f e - p 未表现出明显规律。 ( 2 ) 贵州各石漠化地区( 中部、东部、西南部和西部) 不同生态模式下石 漠化区域土壤( 农用地、草地、退耕还草地) 有机质和磷素含量与无石漠化区域 土壤( 林地) 相比，呈急剧下降趋势。但它们之间不同形态磷素含量的变异规律 各不相同。非石漠化地区( 南部) 土壤有机质和磷素含量高低顺序为林地 草地， 但相对于石漠化地区差异程度较小。 ( 3 ) 建立了不同石漠化程度土壤磷素指标。随着石漠化程度由无明显石漠 化向极强度石漠化发展，各磷素指标均呈现明显的降低趋势，且土壤磷素指标的 变异越微弱。不同石漠化程度土壤磷素指标可以作为判断石漠化生态环境的一个 营养指标。 ( 4 ) 不同地区土壤无机磷不同形态含量的变异规律不同。不同石漠化程度、 不同地区和不同生态模式下无机磷组分占无机磷比例与含量的变化趋势不一致， 但在西南部地区石灰性土壤无机磷组分变异特征与含量变异特征基本一致。 ( 5 ) 在土壤剖面上有机质和各形态磷素主要集中分布在土壤表层，并随着 土壤层次的加深而逐渐降低，但f e p 含量并未表现相同的变异规律。各生态模 式土壤剖面a 层土壤有机质和全磷含量的大小排列顺序为：林地 草地 退耕 还草地 农用地。 ( 6 ) 土壤中f e p 、速效磷含量变异无规律性。 ( 7 ) 极强度石漠化土壤中砂粒含量很高，砂化严重。除此之外，贵州各地 区、各石漠化程度和各种生态模式下土壤表层土壤所含的砂粒、粉砂粒和粘粒配 比比较恰当，其中土壤枯粒含量随着石漠化程度和土壤剖面层次的加深而分别减 4 贵州喀斯特石漠化地区土壤磷索变异特征及生态恢复研究 少和增加。 ( 8 ) 总体而言，贵州不同石漠化程度土壤有机质和磷素与土壤粗粉粒 ( o 0 1 0 0 5 ) 间呈显著正相关关系，与砂粒间呈( 极) 显著负相关关系，但总体 上贵州西部、西南部喀斯特地区不同石漠化程度下土壤磷素含量与土壤机械组成 的相关性不显著。各种生态模式下土壤有机质和各种磷素与土壤粘粒、粉砂粒和 砂粒间存在一定的相关关系，但相关关系水平不同；土壤剖面各层有机质及各种 磷素与土壤剖面机械组成间没有明显相关关系。 ( 9 ) 随着喀斯特石漠化由无到强的发展和生态模式由林地一草地一农用地 退耕还草地变化，土壤磷素含量不断降低，且随石漠化程度的提高，磷素含量 变异越微弱，而随退耕年限的增加，土壤磷素有逐渐恢复的趋势。据此认为，石 漠化地区土壤可在自然条件下逐步恢复磷素营养。 关键词：喀斯特石漠化生态模式土壤剖面磷素形态含量变异特征 机械组成生态恢复 贵州喀7 7 r 鞫5 漠化地区土壤磷素变异特征及生态恢复研究 s t u d yo nv a r i a t i o nf e a t u r e so fp h o s p h o r u so fk a r s t r o c k yd e s e r t i f i c a t i o ns o i 1a n de c 0 1 0 9 i c a lr e s t o r ei n g u i z h o u a b s t r a c t t h i ss t u d yh a sd i s c u s s e d v a r i a t i o nf e a t u r e so fn i t r o g e no fk a r s tr o c k y d e s e r t i f i c a t i o ns o l la td i f f e r e n td e g r e e so fk a r s tr o c k y d e s e r t i f i c a t i o n ，i nd i f f e r e n ta r e a s ，a n du n d e rd i f f e r e n te c o l o g i c a lm o d e s ， a sw e l la sa td i f f e r e n tl e v e l so fs o i lp r o f i l e ss e p a r a t e l y h a s e s t a b l i s h e dt h ep h o s p h o r u se l e m e n tt a r g e ta td i f f e r e n td e g r e e so fk a r s t r o c k yd e s e r t i f i c a t i o n ，t h e nd i s c u s se c o l o g i c a le n v i r o n m e n tr e s t o r e s ， t h em a i nc o n c l u s i o n sa r ea sf o l l o w s ： ( 1 ) c o m p a r e dw i t hk a r s tn o r o c k yd e s e r t i f i c a t i o ns o l i ，t h ec o n t e n t o fs o i1o r g a n i cm a t t e ra n dp h o s p h o r u si nv a r i o u sd e g r e e so fk a r s tr o c k y d e s e r t i f i c a t i o ns h o w sat e n d e n c yt od r o ps u d d e n l y t h ec o n t e n to fs o i l o r g a n i cm a t t e r ，t h ee n t i r ep h o s p h o r u s ，t h eo r g a n i cp h o s p h o r u s ，t h e i n o r g a n i cp h o s p h o r u sd e c r e a s e sw i t ht h ed e g r a d a t i o no fd e g r e e so fk a r s t r o c k yd e s e r t i f i c a t i o n ，t h ec o n t e n to fs o i lc a i o p ，c a , 一p ，c a 2 - p ，a 1 一p ，t h e 旷pi nn o r t h - w e s ta l s od i s p l a y st h es a m ev a r i a t i o nl a w b u tf e ph a sn o t d i s p l a y e dt h eo b v i o u sv a r i a t i o nl a w ( 2 ) c o m p a r e dw i t hk a r s tn o r o c k yd e s e r t i f i c a t i o ns o l l ( f o r e s ts o i l ) ， t h ec o n t e n to fd e s e r t i f i c a t i o ns o i lo r g a n i cm a t t e ra n dp h o s p h o r u s ( f a r m i n gs o l l ，m e a d o ws o i l ，a n dd e f a r m i n gs o l l ) u n d e rd i f f e r e n t e c o l o g i c a lm o d e ss h o wat e n d e n c yt od r o ps u d d e n l yi n t h ek a r s tr o c k y d e s e r t i f i c a t i o na r e a ( m i d d l e ，e a s t e r n ，n o r t hw e s ta n dw e s ti ng u i z h o u ) b u tt h ev a r i a t i o nl a w so fc o n t e n to fd i f f e r e n ts h a p ep h o s p h o r u sh a v e n o t h i n gi nc o m m o na m o n gt h e m t h ec o n t e n to fd e s e r t i f i c a t i o ns o l lo r g a n i c m a t t e ra n dp h o s p h o r u si sa sf o l l o w s ：f o r e s ts o i i m e a d o ws o l li nk a r s t n o r o c k yd e s e r t i f i c a t i o nta r e a ( s o u t hi ng g u i z h o u ) b u tt h ed i s p a r i t y i sr e l a t i v e l yi i t t l ec o m p a r e dw i t hk a r s tr o c k yd e s e r t i f i c a t i o na r e a ( 3 ) e s t a b l i s h e dt h ep h o s p h o r u se l e m e n tt a r g e ta td i f f e r e n td e g r e e s o fk a r s tr o c k yd e s e r t i f i c a t i o ns o l l w i t ht h ek a r s tr o c k yd e s e r t i f i c a t i o n d e g r e ed e v e l o p sf r o mn oo b v i o u sk a r s tr o c k yd e s e r t i f i c a t i o nt ot h e s t r e n g t hk a r s tr o c k yd e s e r t i f i c a t i o n ，p h o s p h o r u se l e m e n tt a r g e tp r e s e n t s o b v i o u s l yr e d u c e st h et e n d e n c y ，a n dt h ev a r i a t i o nb e c o m ew e a k e r t h e p h o s p h o r u se l e m e n tt a r g e to fd i f f e r e n td e g r e e s o fk a r s t r o c k y d e s e r t i f i c a t i o ns o i lm a yb ean u t r i t i o nt a r g e tj u d g i n g tk a r s tr o c k y d e s e r t i f i c a t i o ne c o l o g i c a le n v i r o n m e n t ( 4 ) t h ec o n t e n to fi n o r g a n i cp h o s p h o r u sh a sd i f f e r e n tv a r i a t i o nl a w s i nd i f f e r e n ta r e a s u n d e rt h ed i f f e r e n td e g r e e so fk a r s tr o c k y d e s e r t i f i c a t i o n ，d i f f e r e n ta r e aa n dt h ed i f f e r e n te c o l o g yp a t t e r n ，t h e p r o p o r ti o no fi n o r g a n i cp h o s p h o r u sc o m p o n e n ta c c o u n t sf o rt h el n o r g a n i c p h o s p h o r u sn o tt ob ei n c o n s i s t e n tw i t ht h ec o n t e n tc h a n g et e n d e n c y ，b u t i tb a s i sc o n s i s t e n ti nn o r t h - - w e s ta r e al i m es o i l 6 贵州喀斯特石漠化地区土壤磷素变异特征及生态恢复研究 ( 5 ) t h eo r g a n i cm a t t e ra n dv a r i o u ss h a p e sp h o s p h o r u se l e m e n tm a i n c o n c e n t r a t e so nt o pl a y e ri ns o l1p r o f il e s ，a n dr e d u c e sg r a d u a ll ya l o n g w i t ht h es o l lp r o f i l e s ，b u tt h ef e pc o n t e n td i s p l a y st h es a m ev a r i a t i o n l a w t h el a wo fp r o f il eas o llo r g a n i cm a t t e ra n dp h o s p h o r u si nv a r i o u s e c o l o g yp a t t e r ni s ：f o r e s ts o l l m e a d o ws o l l d e f a r m i n gs o l l f a r m i n gs o l l ( 6 s o i lf e - p ，f a s t a c t i n gp h o s p h o r u sc o n t e n tv a r i a t i o nd i s o r d e r ( 7 ) t h ec o n t e n to fs a n dg r a i no fs t r o n g e s tr o c k yd e s e r t i f i c a t i o ns o l l i sh i g h ，a n dt h es a n d i f i c a t i o ni ss e r i o u s e x c e p tf o rt h a t ，t h ep r o p o r t i o n o fs a n dg r a i n ，f l o u rs a n dg r a i na n dg l u eg r a i ni nt h et o ps o i ll a y e ri s m o r ea p p r o p r i a t ei ng u i z h o u ，a n dt h ec o n t e n to fg l u eg r a i nd e c r e a s e sa n d i n c r e a s e sr e s p e c t i v e l yw i t ht h ed e g r e eo fr o c k yd e s e r t i f i c a t i o na n ds o i l l e v e lg r o w i n g ( 8 ) i ng e n e r a l ，o r g a n i cm a t t e ra n dp h o s p h o r u so fv a r i o u sd e g r e e so f k a r s tr o c k yd e s e r t i f i c a t i o ns o l la n dt h i c ks i l tg r a i n ( 0 0 1 0 0 5 m ) a r e e x t r e m e l yr e m a r k a b l ep o s i t i v ea s s o c i a t i o n ，t h e ya n ds a n dg r a i na r e ( e x t r e m e l y ) n e g a t i v er e m a r k a b l ea s s o c i a t i o n ，b u ta saw h o l ew e s t n o r t h - w e s tg u i z h o u ，t h es o l1 p h o s p h o r u sa n dt h es o l1m a c h i n e r yc o m p o s e s i sn or e m a r k a b l ea s s o c i a t i o n s o i lo r g a n i cm a t t e ra n dp h o s p h o r u su n d e r d i f f e r e n te c o l o g i c a lm o d e sa n dg l u e ，f l o u rs a n da n ds a n dg r a i n sa r e c e r t a i na s s o c i a t i o n ，b u tt h e i rl e v e l sa r ed i f f e r e n t o r g a n i cm a t t e ra n d p h o s p h o r u so fs o l il e v e l si ns o i lp r o f i l e sa n ds o l lm e c h a n i c a lc o m p o s i t i o n a r en or e m a r k a b l ea s s o c i a t i o n ( 9 ) w i t ht h ed e v e l o p m e n to fk a r s tr o c k yd e s e r t i f i c a t i o nf r o mn o r o c k y d e s e r t i f i c a t i o nt ot h es t r o n g e s tr o c k yd e s e r t i f i c a t i o na n dt h ee c o l o g y p a t t e r nc h a n g ew i t hf o r e s ts o i l - m e a d o ws o l l f a r m i n gs o i l d e f a r m i n g s o l l ，t h es o l lp h o s p h o r u sc o n t e n tu n c e a s i n g l yr e d u c e s ，a l s oa l o n g w i t ht h e r o c k yd e s e r t i f i c a t i o nd e g r e ee n h a n c e m e n t ，t h ep h o s p h o r u sc o n t e n t v a r i a t i o ni sw e a k e r a n dw i t ht i m ei n c r e a s e ，s o i lp h o s p h o r u si sr e s t o r e d w h i c hg r a d u a l l y a c c o r d i n gt ot h i s ，i ts h o w st h a t ，t h ep h o s p h o r u s n u t r it i o nm a yr e s t o r eg r a d u a l l yu n d e rt h en a t u r a lc o n d i t i o ni nk a r s tr o c k y d e s e r t i f i c a t i o na r e a s k e yw o r d s ：k a r s tr r o c k yd e s e r t i f i c a t i o n ：e c o l o g i c a lm o d e ：s o i lp r o f i l e p h o s p h o r u sf o r m ；c o n t e n t ： v a r i a t i o nf e a t u r e s ：s o i lm e c h a n i c a l c o m p o s i t i o n ：e c o l o g i c a lr e s t o r e 7 贵州喀斯特石漠化地区土壤磷素变异特征及生态恢复研究 1 前言 贵州位于我国西南部，是一个喀斯特强烈发育的高原山区。贵卅| j 晗处于世 界喀斯特集中分布的亚洲片区中心，是中国喀斯特分布面积最大、发育最复杂 的一个省区。其喀斯特分布面积占全省面积的8 5 ，其中出露的碳酸盐岩面积 达1 5 万k i n ，占全省土地总面积的7 3 6 。在全省3 9 0 0 万人口中，有近9 0 居住在碳酸盐岩岩溶地区。 喀斯特石漠化是指在亚热带脆弱的喀斯特环境背景下，受人类不合理的社 会经济活动的干扰破坏，造成土壤严重侵蚀，基岩大面积出露，土地生产力严 重下降，地表出现类似荒漠景观的土地退化过程。我国西南喀斯特地区石漠化 问题是该区最严重的生态问题，它不仅严重制约着农业生产，而且威胁喀斯特 山区人们赖以生存的自然环境。由于喀斯特环境的特殊性及不合理的人为活动， 贵州喀斯特地区水土流失日趋严重，出现了喀斯特石漠化问题。到2 0 0 5 年，贵 州石漠化面积达3 7 5 9 7 3 6k m 2 ，占全省总面积的2 1 3 4 ，其中轻度石漠化 面积2 2 1 5 5 7 6 k i n 2 ，占1 2 5 8 ；中度石漠化面积1 0 8 6 8 9 5 k m 2 ，占6 1 7 ，成为 难利用土地；强度石漠化面积3 7 1 5 4 1 k i n 2 ，占2 1 1 ；极强度石漠化面积 8 5 7 2 4 k m 2 ，占o 4 9 。石漠化的结果不仅使石山地无林、无土、无水，而且成 了丧失土地生产力的荒漠，人类无法生存的环境，变成最贫困的地区。 全省分布在岩溶地区的县市有7 3 个，其中有3 2 个县市的土地石漠化面 积大于全省平均水平，有1 4 个县市的土地石漠化面积大于3 0 ，有8 个县市 的石漠化状况非常严重，土地石漠化面积大于4 0 。贵州省喀斯特石漠化加 速了环境恶化，致使水土流失、自然灾害频繁和生态系统退化，直接威胁到 当地人民的基本生存条件，加剧了喀斯特地区的贫困，而且还危及到长江和 珠江中下游地区的生态安全。 如此严重的石漠化问题，制约着整个贵州生态的平衡和可持续发展。因 而喀斯特石漠化的生态效应、地质地貌特征、植被演化特征、土壤演化特征， 石漠化土地的恢复等己成为科研工作者研究的热点问题( 朱震达等，1 9 9 6 ； 屠玉麟，2 0 0 0 ；张殿发等，2 0 0 2 ) 。但有关不同石漠化程度土壤养分变异状况 方面的研究尚不多见，对喀斯特石漠化土壤磷素组分的研究更是罕见。磷是 植物生长发育的必需营养元素之一，参与组成植物体内许多重要化合物，是 贵州喀斯特石漠化地区土壤磷素变异特征及生态恢复研究 植物体生长代谢过程不可缺少的。土壤磷素在不同石漠化程度和不同生态模 式条件下的这种变异规律，不仅可以为石漠化等级的划分提供一个微观指标， 同时还可以作为判断土壤是否具有潜在石漠化可能性的指标之一，从而为石 漠化的防治和恢复提供理论依据。再者，石漠化生态恢复，植被的恢复是关 键，而磷素是植物营养的三大要素之一，本研究中反映的各种磷素形态比例， 特别是有效态磷素所占的比例可以作为土壤供磷能力的评价指标，并以此来 衡量石漠化生态自我恢复潜力。 2 国内外研究概况 2 1 喀斯特石漠化的研究概况 2 1 1 石漠化概念的提出 近3 0 年来世界上许多国家都十分重视对喀斯特环境问题的研究。1 9 7 9 年 h el e g r a d 首次提出了喀斯特地区的生态环境问题，1 9 8 3 年美国科学促进会 第1 4 9 届年会上，正式把喀斯特和沙漠边缘地区等同地列为脆弱环境。国外 早期的喀斯特研究主要侧重地质成因、地貌特征、水文特征以及发育过程。 继之，结合社会、经济发展需要，对喀斯特水文地质、工程地质、地球物理 勘探、喀斯特洞穴、喀斯特发育理论等做了大量研究( 袁道先，1 9 9 7 ) 。我国 西南喀斯特地区土地石漠化，因具明显的地域性，一直未能引起国际社会的 广泛关注，也没有被明确列人荒漠化防治国际公约的防治范围。所以，在国 际上喀斯特土地石漠化的科学内涵一直不是很明确，其成因理论及防治研究 也很少。 2 0 世纪8 0 年代末到9 0 年代初，国内学者从不同的领域开展了喀斯特石 漠化的研究，并取得了一些可喜的研究进展( 朱安国等，1 9 9 5 ，屠玉麟，1 9 9 6 1 孙承兴等，2 0 0 2 ：姚长宏，2 0 0 1 ；李瑞玲等，2 0 0 3 ；等等) 。主要集中在：( 1 ) 关于喀斯特生态环境脆弱性的研究。( 2 ) 关于喀斯特石漠化概念及其科学内 涵的探讨。( 3 ) 关于喀斯特石漠化的特点、分布、成因及影响因素的研究。( 4 ) 从各个角度，应用各种原理探索喀斯特石漠化的防治。经过多年的努力，对 这些方面已经有了初步的了解，并在一些地区采取了行之有效的治理措施， 获得了一定的成绩，但喀斯特石漠化过程中能量和物质的迁移规律研究的并 不多见或者正在研究之中。目前，涂成龙、林昌虎、何腾兵等人( 2 0 0 4 ) 已 经从植被演替角度对贵州西部喀斯特石漠化过程中土壤氮素的变异特征和退 贵州喀斯特石漠化地区土壤磷素变异特征及生态恢复研究 耕荒地土壤在减少或排除人为干扰条件下土壤氮素的变异特征以及黔中石漠 化地区生态恢复过程中土壤养分变异特征进行了初步研究，张冬青、林昌虎、 何腾兵等人( 2 0 0 5 ) 也做了对贵州喀斯特石漠化土壤氮素变异特征以及生态 效应的研究。而本项目所研究的贵州喀斯特石漠化土壤磷素变异特征与生态 环境效应，正是在这些研究基础上，为了进一步探索贵州喀斯特石漠化过程 的物质流失规律，为喀斯特地区石漠化治理提供理论指导。此外，本研究的 成果还可以作为石漠化等级划分的参考指标之一。 2 1 2 喀斯特石漠化的形成过程 喀斯特石漠化是在诸多自然因素和社会因素共同作用下发生、形成的， 而作用的主要过程是人为因素一林退、草毁一陡坡开垦一土壤侵蚀一耕地减 少一石山、半石山裸露一土壤侵蚀一完全石漠化。很明显，脆弱的生态环境 为石漠化提供了条件，不良的人为活动则加速了这一过程( 喻理飞等，2 0 0 0 ； 蒋忠诚等，2 0 0 1 ；徐明岗等，2 0 0 1 ；王德炉等，2 0 0 3 ) 。 亘困 【玉 广 亟 图1 喀斯特石漠化演化模式图( 熊康宁，等) 图l 显示了喀斯特脆弱生态环境条件下两个相反的生态演替过程。王德炉 等人在研究喀斯特演化过程时，也得到了相似的结论。他们认为：( 1 ) 喀斯特石 漠化森林退化的过程为：次生乔林一乔灌林一灌木林或藤刺灌丛一稀灌草坡或 草被一稀疏灌草丛。( 2 ) - t - 壤理化性质退化过程为：随着石漠化的发展，土壤容 贵州喀斯特石漠化地区土壤磷素变异特征厦生态恢复研究 重增加，孔隙度降低，坚实度加大，保水保肥能力和通透性降低，结构恶化； 同时，侵蚀和淋溶程度加强，生物富集作用不断减弱，土壤有机质含量大大减 少，引起了土壤中全氮、腐殖质、阳离子交换量等主要化学成分的降低，使土 壤肥力下降，生产力逐渐丧失。土壤理化性质的变坏与石漠化过程形成相互促 进的正反馈关系，并在退化方向和阶段上具有一致性和同步性。 2 1 3 石漠化形成的原因 贵州喀斯特石漠化是自然环境和社会环境相互叠加而形成的。主要过程如 下： 2 1 3 1 自然环境是石漠化形成的基础 ( 1 ) 特定的地质特征为石漠化形成奠定了物质基础，而地形地貌则提供了势 能基础 自晚震旦纪到三叠纪晚期，发育了四大套碳酸盐岩沉积建造，以浅海相碳 酸盐岩为主，分布面积广，产出厚度大。碳酸盐岩分布面积1 5 万k m 2 ，占全省 总面积的7 3 6 ；在垂直分布上，贵州碳酸盐岩总厚度达8 5 0 0 m ，从而为贵州 省土地石漠化的广泛发育奠定了物质基础。这些碳酸盐岩酸不溶物含量低，抗 风化能力强，成土过程缓慢，据计算，在贵州每形成1 a n 的风化土层需要4 0 0 0 余年，慢则需要8 5 0 0 年( 李林立等，2 0 0 2 ) ，自然土层厚度小，土壤抗蚀年限 短，极易形成无土可流的石漠化。 山地性及地表崎岖破碎的地形地貌，为石漠化的形成提供了势能基础，使 得斜坡体上的土层不易保存而流走，降水极易流失，同时也加大了降水的侵蚀 能力，在不合理的人类活动干扰下，喀斯特山地极易退变为荒山秃岭。 ( 2 ) 独特的水文特征和雨量充沛的温暖湿润气候为石漠化的形成提供了侵 蚀营力 贵州高原河川径流的径流深和径流量均比较大，年内分配不均，洪枯流量 比高，河流深切，相对高差大，地表侵蚀切割强度大，雨季汛期水土流失动力 强劲( 张殿发等，2 0 0 2 ) 。当植被遭受破坏或暴雨时，极易造成水土流失，形成 石漠化。岩溶地下水则一方面溶蚀、侵蚀或拓宽空穴介质，使灰岩溶蚀残余物 以及上覆土壤随地表水进入并残积于空间介质中；另一方面，又携带搬运它们， 不断让出新的空间，使石漠化过程不断进行。更为严重的是蛊州喀斯特地区地 下水位埋深大，一般大于5 0 m ，大者上l o o m ，大气降水垂直渗流带厚，很不利 贵州喀斯特石漠化地区土壤磷素变异特征及生态恢复研究 于表层土涵养，- n 旱季植被受干旱而枯萎，为土壤侵蚀与丢失提供了潜能， 有利于石漠化进程( 周锦忠等，2 0 0 3 ) 。 在贵州雨量充沛、温暖湿润的特殊气候条件下，碳酸盐岩化学溶蚀作用强 烈，有利于岩溶裂隙和管道发育，形成了岩溶地上地下双层结构。一方面加速 了地表水向下渗漏，地表土层含水量较少，土质疏松，加之贵州降雨相对集中， 年际变化大，分布极不均匀，易成暴雨和特大暴雨，表层土壤在高强度暴雨的 冲刷下极易流失，从而形成喀斯特石漠化( 袁春等，2 0 0 3 ) 。另一方面，为土壤 岩溶化丢失与受降水、地表水和地下水的侵蚀流失提供了充分的空隙场所与空 间通道，这些溶蚀空穴需要上覆土壤在重力和渗水压力等作用下向下填充，从 而使地表土壤下陷堆积于溶沟、溶槽等空隙中，造成地表土壤层渐渐不连续， 基岩逐渐裸露，形成典型的岩溶石漠化( 周锦忠等，2 0 0 3 ) 。 ( 3 ) 贵卅l 喀斯特地区适生植物的脆弱性及极低的覆盖率是石漠化形成的关 键 岩溶植物具有耐旱性、喜钙性、岩生性等特征，反过来在这一水土条件下 的植物一般生长缓慢，对环境变化极为敏感，森林生态阈值低，易退化，而植 被的退化又加剧了降雨在时空上的不均匀性，降低了水土稳定性。典型的喀斯 特区域，土层浅薄，植被稀疏，随着森林覆盖率的降低，喀斯特土壤失去了植 被的保护后，地表水下渗，很快产生侧向径流，使得松散的土层被地表径流所 侵蚀，土壤流失，母岩出露，形成石漠化( 熊康宁等，2 0 0 2 ) ( 4 ) 性质独特的土壤及其不合理的过度利用必然导致喀斯特石漠化的形成 在脆弱的喀斯特地区，成土困难，成土速率小，土层浅薄，土壤允许流失 量小是导致石漠化形成的直接原因。石灰土受侵蚀后，其富含有机质的表层土 壤流失，使良好的土壤结构迅速破坏，土壤肥力急剧下降，土壤持水能力和抗 蚀能力减弱，土壤水库丧失( 郑永春等，2 0 0 2 ) 。此外，喀斯特土壤覆盖层与母 岩之间缺乏c 层，上层土壤松散，下伏基岩坚硬密实，土石的相互依存度低， 在大气降水和地表水下渗以后，很快在岩石一土壤界面上产生侧向径流，使得 土层根基松散，土体不稳，很快整个土体被剥蚀殆尽。而且喀斯特裂隙、孔洞 结构极为发育，侵蚀后的土壤通过孔洞向地下径流运输而流失。加之不合理的 过度利用，大面积的农耕坡地和裸坡地石砾和粗砂含量过多而粘粒含量过少， 2 贵州喀斯特石漠化地区土壤磷素变异特征厦生态恢复研究 有机质含量低，胶体缺乏，结构性极差，各种物理特性不良，抗蚀能力很弱， 土壤易于分散，极易遭受侵蚀而出现石漠化，因此坡耕地比例高是造成石漠化 的主要原因。 2 l3 2 社会环境是石漠化形成的诱导因素 ( 1 ) 超载的人口是喀斯特石漠化形成的最重要驱动力 人r 3 的超载使得粮食问题十分紧迫，在农业科学技术不发达的贵十i 1 喀斯特 山区当地农民被迫采用开垦荒地，广种薄收的农业生产方式维持生计，必然 造成森林破坏，陡坡垦殖连片；人口素质低下，必然导致观念陈旧，生产技术 落后，对资源利用不合理，生产水平低下，从而陷入“越穷越垦、越垦越穷”的 恶性循环。这些都造成水土流失剧烈发展，导致石漠化的形成。 ( 2 ) 贫困是喀斯特石漠化形成的巨大驱动力 贵州喀斯特地区正面 临着贫困和石漠化的双重压力，贫困是导致石漠化的 重要根源之一石漠化又加剧了贫困。贫困导致当地农民盲目扩大耕地、陡坡 开垦、乱伐森林等不良人为活动，导致石漠化的形成。持续着“经济落后一贫困 一毁林开荒一植被退化并减少一水土流失加剧一石漠化一经济落后一贫困加 剧”恶性循环中( 张殿发等，2 0 0 2 ) 。 ( 3 ) 民族文化从各自侧面加速石漠化的形成 以粮食为主的传统饮食文化，从而驱使人们向周围脆弱的喀斯特环境索取 更多的粮食作物，而较为适应喀斯特山区的林、畜牧业处于微弱的地位，加剧 了土地承载负担；不合理的独特的喀斯特垦殖文化，导致土地越耕越薄、越耕 越贫瘠；大量耗用木材的民族社会风俗；以木材为燃料的生活方式等等直接导 致植被退化，生态环境恶化，其结果必然加速石漠化的形成( 熊康宁等，2 0 0 2 ) 。 综上所述，贵州喀斯特自然环境从各自侧面奠定了喀斯特石漠化形成的基 础，在其上叠加了不合理的人类活动则加速了喀斯特石漠化的形成。 2 1 4 石漠化的危害 ( 1 ) 土地石化，耕地破坏。石漠化使土层变薄，土壤层次缺失。土体结构 破坏，土壤养分流失，肥力降低。随着石漠化程度的加剧，士壤表面逐渐石化， 最终无法耕种。在一些石漠化区域，严重的石化已经夺走了村民大部分的土地， 剩下的也只是石灰岩上的一层薄土，由于土层太薄，致使种植粮食产量下降。 遇到干旱就可能绝收，半年以上的缺粮成了政府和农民同样犯憨的事情。 贵州喀斯特石漠化地区土壤磷素变异特征及生态恢复研究 ( 2 ) 水源枯竭，人畜饮水困难。由于石漠化严重，水源涵养能力差，致使每 年进入冬春季节，岩溶山区不少山溪小河水源枯竭。不仅影响农业灌溉用水， 而且造成人畜饮水十分困难。毕节地区一些乡镇灌溉面积已下降了2 0 ，人 畜饮水也越来越困难，有的要跑到2 3i 【l 以外挑水，每户每天要有1 个劳动 力专门负责挑水，解决饮水问题。 ( 3 ) 旱涝灾害严重。石漠化山区土壤和植被稀少，水源涵养能力很差，生态 环境非常脆弱，气候稍有变化，就会引起严重的干旱、洪涝等自然灾害。在降 水偏多年份或雨季，岩溶洼地、岩溶盆地常常因发生洪涝灾害而受淹，少则几 天，多则几个月，最多可达一年以上，造成巨大的损失。 ( 4 ) 石漠化与贫困恶性循环。石漠化与贫困互为因果，凡是石漠化严重的 地方，都较为贫困落后。石漠化造成生态环境恶劣，农业生产条件差，生产水 平低，经济基础薄弱，群众生活贫困而无力投入石漠化综合治理，形成贫困导 致石漠化，石漠化造成贫困的恶性循环。 2 2 土壤磷素的研究进展 磷是植物生长发育的必需营养元素之一，参与组成植物体内许多重要化合 物，是植物体生长代谢过程不可缺少的。植物所利用的磷素，主要来源于土壤， 土壤中磷的总含量与其它大量营养元素相比较低。据全国土壤普查资料估算， 我国有2 3 的土壤缺磷。缺磷的主要原因是由于土壤有效磷含量不足，施入土 壤的大量磷素在土壤中以无效态储备起来。磷肥的当季利用率一般只有 1 0 , - 2 5 ，不能满足一般作物的生理需求。土壤磷素的研究2 0 世纪七八十年 代主要侧重于测定技术方面，9 0 年代以来，对磷的形态，剖面分布及固定、解 吸机理方面的研究全面展开，有机磷方面的研究也有所发展。 2 2 1 土壤有机磷的研究进展 作为土壤磷库的重要组成部分，土壤有机磷对土壤肥力和植物营养有着重 要的影响：其对植物的作用愈来愈受到关注。土壤有机磷经过矿化分解而转化 为有效态磷，然后供给植物吸收利用。在无机磷含量较低的土壤上，有机磷的 矿化更成为植物吸收磷素的重要来源。 在土壤中，磷元素主要源于母质的特殊性，不像碳、氢、氧、氮等大部 分来自大气。因此在成土过程中，随着土壤有机质的积累，土壤有机磷也随之 形成，土壤中的磷包括无机磷和有机磷两大部分，而有机磷在土壤磷库中占相 4 贵州喀斯特石漠化地区土壤磷素变异特征及生态恢复研究 当大的比例。从世界范围的土壤看，有机磷在土壤中的比重大约占1 5 8 0 我国大部分土壤有机磷占土壤全磷的2 0 4 0 ，且有逐年增加的趋势。天 然植被下土壤有机磷含量时常可占总磷量的一半以上，而黑土中的含量更高。 耕作土常可占总磷量的一半以上，而黑土中的含量更高。耕地土壤有机磷因 为开垦的缘故，其含量时常比同类的自然土壤低。一般来说，土壤表层有机 磷含量较高，随着深度的增加，有机磷含量逐渐下降。k i t a y a m a 等在不同海 拔高度上土壤有机磷分布的研究中证实了这一点 土壤有机磷含量因土壤母质、土壤类型、土壤特性、土壤质地、植被类型、 气候季节变化及土地管理措施而不同。一般认为，母质全磷量高，其土壤有机 磷含量就高；母质全磷量低，其土壤有机磷含量就低。从土壤类型来看，有机 土和有机质土有机磷含量最高，软土和变性土有机磷含量居中，氧化土和某些 灰化土有机磷含量最低。土壤特性( 包括土壤有机质量、全氮量和土壤p h 等) 对有机磷含量的影响比较复杂。研究表明，土壤有机磷含量和土壤有机质( 有机 碳) 及全氮量具有良好的相关性；酸性土壤含有较多的植酸铁、铝盐，易使有机 磷形成沉淀，故酸性土壤比石灰性土壤容易积累有机磷从土壤质地来看，粘 粒、粉砂能够吸附有机磷，泥炭、腐泥的有机磷含量最高。壤质砂土、砂和细 砂的有机磷含量最低一般来说，森林土壤和草地土壤由于腐殖质积累较多， 因此有机磷含量较高( 赵少华，宇万太等，2 0 0 4 ) 。 季节和气候变化对有机磷的影响为：随着气温升高、雨量增加，土壤有机 磷的含量上升；土壤有机磷含量因季节不同而呈现周期性变化。观察表明，土 壤有机磷春季含量下降，冬季又积累上升。土地管理措施( 放牧、耕作、种植方 式和施肥等人类活动) 对土壤有机磷的含量也有重要影响( d o r m a a r ，1 9 7 7 ) 。 在采伐后的森林土壤上放牧l o 年左右后的结果表明，放牧使土壤有机磷占全磷 的比例增加了1 7 ( t u r r i o n 等，2 0 0 0 ) 。研究认为，未开垦土壤含较高的有机磷， 燕麦野豌豆玉米豇豆轮作有利于有机磷积累( r h e i n h e i m e r 等，2 0 0 3 ) 。 荒地土壤有机磷含量较高，种植巴拉圭茶5 0 年的土壤有机磷减少1 0 。荒地 耕作初期有机磷含量较高，以后逐渐下降，但下降的幅度趋缓。种植三叶草和 苜蓿能使土壤有机磷含量增加。不同有机肥对土壤有机磷含量影响不同，牛粪、 绿肥等能使土壤有机磷含量增加，施化肥对有机磷总量的影响不明( g i u f f r e 贵州喀斯特石漠化地区土壤磷素变异特征及生态恢复研究 等，2 0 0 1 ) 。 d e a n 在1 9 3 8 年指出，磷的化合物可大体上分为某些等级b o w m a n - - - c o l e 于1 9 7 8 年首先提出的土壤有机磷分组法是目前关于土壤有机磷组分与土壤供 磷能力关系的一种常用方法，为人们全面认识土壤磷素提供依据。b o w m n c o l e 把土壤有机磷分为四组：( 1 ) 活性有机磷，指能溶于0 5 m o l ln a h c 0 3 ， 而易矿化易为植物吸收的组分。( 2 ) 中度活性有机磷，指能溶于1m o l lh 2 s o 。， 而易矿化又较易为植物吸收的组分。( 3 ) 中稳性有机磷，指能溶于0 5m o l l n a o h ，在p h = l 1 5 条件下而不发生沉淀而较难矿化又较难为植物吸收的组 分。( 4 ) 高稳性有机磷，指能溶于0 5m o l ln a o h ，在p h = l 1 5 条件下产生 沉淀而很难矿化又很难为植物吸收的组分。贺铁、李世俊、任怡等对b o w m a n c o l e 法的基本原理和操作要点进行了探讨，确认了该法的可靠性和可行性。 熊恒等人就b o w m a n c o l e 法应用在酸性水稻土上存在一些问题，对其进行了 一些改进，主要改进点为：a 、对土样用氯仿进行预处理。b 、中稳性有机磷 的浸提液改为0 1 m o l ln a o h 。c 、对土样采用超声波处理以缩短震荡时间。d 、 采用先碱后酸的浸提顺序。改进法比b o w m a n - -