廖良宇， 李静帧，陈国建，2*，叶润根， 王 震， 韦 杰，2

(1.重庆师范大学 地理与旅游学院， 重庆 401331； 2.三峡库区地表过程与环境遥感重庆市重点实验室， 重庆 401331)

山区小流域作为自然界的自然集水单元，是一个集自然地理、社会经济的综合系统[1]。中国作为农业大国，农业的重要性不言而喻。土壤是农业的基础[2]，而土壤养分是土壤肥力的重要标志[3]，是影响农业产量的主要因素[4]，关系着农业的兴衰。因此，研究山区小流域耕地土壤养分的分布特征，可为山区土地资源的合理利用以及土壤肥力现状评价提供科学依据。不少学者针对小流域土壤养分进行了研究[5-11]，但对山区微小尺度小流域的相关研究相对较少，导致规划治理缺乏合理有效的科学指导，土地生产力难以明显提高。笔者等立足山区小流域耕地土壤，从海拔、坡度、土层深度等方面分析小流域耕地土壤养分分布特征，以期更深入地了解海拔、坡度等不同因素对土壤养分分布的影响，利于科学认识山区小流域土壤质量现状，为该地区及其他相似地区土壤养分管理、土地综合利用开发以及可持续利用提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究区位于重庆市渝东南黔江区东北部城北河小流域(图1)，108°45′41″～108°47′59″E，29°34′3″～29°35′39″N，小流域面积约6.24 km2，其中旱地1.52 km2，水田0.60 km2，分别占小流域总面积的24.35%和9.54%。该流域属亚热带湿润季风气候区，具有气候温和、四季分明、雨量充沛、日照少、湿度大、常见冬干、气温年差较小、局部小气候较明显等特点。流域内多年平均降雨量1 186.8～1 288.2 mm，降雨年内分配极不均匀，降水年际变化较大，夏季多暴雨或大暴雨，暴雨一般发生在4-10月，大暴雨多发生在5-9月，具有强度大、历时短、笼罩面小的特点。根据黔江气象站1960-2004年资料统计，多年平均降水量1 200.2 mm，多年平均气温15.4℃，多年平均日照1 182 h。

1.2 土壤样品采集与分析

1.2.1 样品采集 土壤采样时间为2017年4月10-12日，土壤采样点的选择根据研究区内海拔、地形地貌、土地分布等资料综合考虑。在海拔上，根据自然断裂法结合小流域实际海拔把研究区分为 3 个高程：小流域底部(<780 m)、小流域中部(780～933 m)、小流域顶部(>933 m)。根据1984年中国农业区划委员会颁发的《土地利用现状调查技术规程》将耕地坡度分为5级，即≤2°、2°～6°、6°～15°、15°～25°、>25°，在每级坡度分别取样。在无人机航拍的高清影像图上概略确定采样点位置，野外采样时根据实地情况调整后，用GPS定位读取采样点坐标，土壤取样的同时，记录海拔、坡度等环境因子[12]。采样时挖取有代表性土壤剖面，并在剖面内自下而上分为0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm 3个土层进行土样采集，将土样去除杂质，混合均匀，每个土样取1 kg鲜土留作试验。共采集土样159个，其中旱地116个，水田43个。采样点基本包含研究区各种地形、地类及土壤类型，具有一定的代表性。

1.2.2 样品分析 采回的土壤样品及时送至实验室，平摊风干，避免污染。经研磨、过筛后编号装袋备用。所有土壤样本均进行有机质、全氮、速效磷、速效钾、pH等常规分析。土壤的各个养分指标进行分级，养分分级指标参考我国第2次土壤普查制定的养分分级标准[13](表1)。土壤pH分级标准：≤4.5为强酸性土壤；4.5～5.5时为中强酸性土壤；5.5～6.5时为弱酸性土壤；6.5～7.5时为中性土壤；7.5～8.5时为碱性土壤；>8.5为强碱性土壤。土壤有机质含量采用重铬酸钾法测定，全氮采用凯式定氮仪测定，速效磷利用0.5 mol/L NaHCO3法测定，速效钾利用用1 mol/L NH4AC火焰光度计法测定，pH采用电极法测定[14]。根据张仁铎[15]的研究，变异系数在0～0.15为低等变异水平，0.15～0.36为中等变异水平，大于0.36则为高等变异水平，判定研究区。

1.3 数据处理

所有数据均采用Excel 2016和SPSS 21软件处理。

表1 土壤养分分级标准

2 结果与分析

2.1 土壤养分

2.1.1 养分含量 由表2可知，在研究区所有土样中，土壤有机质平均含量为19.89 g/kg，变异系数为0.53；全氮平均含量为1.24 g/kg，变异系数为 0.41；全磷平均含量为1.09 g/kg，变异系数为0.47；全钾平均含量为22.29 g/kg，变异系数为0.57；速效磷平均含量为 8.07 mg/kg，变异系数为0.94；速效钾平均含量为 72.45 mg/kg，变异系数为0.74；土壤pH平均值为5.05，变异系数为0.15。土壤有机质、全氮、全磷、全钾、速效磷、速效钾均为高等变异水平，pH则为低等变异水平。

159个土样中，pH为强酸性土壤的有39个，中强酸性土壤的有89个，弱酸性土壤的有22个，中性土壤的有8个，碱性土壤的有1个，无强碱性土壤。表明，该研究区土壤大部分属于中强酸到强酸性土壤，主要是由于南方红、黄壤分布广泛，其pH主要分布在4.5～6，而该研究区正好位于南方红、黄壤地区。

2.1.2 土壤分级 由表3可知，研究区土壤有机质含量绝大部分处于2级、3级、4级水平，占总数的88.68%，有机质含量适中。土壤全氮64.78%处于中上水平，约1/3地区土壤全氮含量缺乏。土壤全磷和全钾含量颇丰，其中前两级水平分别占全磷和全钾总数的66.67%和61.64%。而速效磷与速效钾4级、5级、6级水平分别占总量的71.07%和72.96%，含量非常缺乏。

2.2 不同海拔耕地土壤的养分含量

由图2可知，研究区土壤全氮和有机质含量流域底部<流域中部<流域顶部，随着海拔的升高而增加，呈极显著正相关线性关系，主要因为随着海拔升高，该区域植被覆盖度越大，来自于地表森林植被的枯枝落叶不断分解补充与累积，使得土壤全氮与有机质含量随海拔升高而增加。土壤中全钾、速效磷、速效钾含量则表现为流域底部>流域中部>流域顶部，随海拔升高而不断降低，呈极显著负相关，这由于当地农业生产主要集中于流域中低海拔地区，在耕作中大量施用钾、磷肥，受耕作、施肥等人为因素影响较大。全磷含量与pH由流域中部向两极递减，原因可能是受土壤类型影响较大。

表2 研究区土壤的养分含量

2.3 不同坡度耕地土壤的养分含量

从图3 a可以看出，研究区土壤全氮含量、有机质含量、pH随着耕地坡度的变化均呈先降低再升高后降低趋势，其中全氮最大值为1.68 g/kg，出现在6°～15°坡度内，最小值为1 g/kg，出现在2°～6°坡度内；有机质最大值为33.15 g/kg，出现在0°～2°坡度内，最小值为19.99 g/kg，出现在2°～6°坡度内；pH最大值为5.55，出现在6°～15°坡度内，最小值为4.73，出现在大于25°的坡度。

由图3 b可以看出，研究区土壤全磷及速效磷含量随着耕地坡度的变化均呈先升高后降低趋势，其中全磷最大值为1.55 g/kg，最小值为1.12 g/kg，分别出现在6°～15°坡度内和大于25°的坡度；速效磷最大值为17.70 mg/kg，最小值为7.09 mg/kg，分别出现在2°～6°坡度内和大于25°的坡度。

从图3 c可知，研究区土壤全钾含量随着耕地坡度的变大呈先升高后降低趋势，而速效钾含量则为先升高再降低后升高。其中全钾最大值为32.66 g/kg，最小值为16.26 g/kg，分别出现在15°～25°坡度内和0°～2°坡度内；速效钾最大值为112.08 mg/kg，最小值为56.12 mg/kg，分别出现在大于25°的坡度和15°～25°坡度内。

综上所述，除全钾和速效钾以外，研究区土壤养分含量随坡度变化而降低的大致趋势，主要由于研究区夏季雨量大，多暴雨，耕地坡度越大，受到的雨水冲刷更强烈，水土流失严重；而全钾和速效钾在坡度较大地区含量较高则可能受成土母质影响较大，研究区含钾矿物较多。

2.4 不同土层深度耕地土壤养分的含量

由表4可知，在小流域耕地土壤中，除全钾和pH外，其余土壤养分含量依次为0～20 cm土层>20～40 cm土层>40～60 cm土层，养分由表层土壤向深层土壤依次递减，说明表层土壤受到农业生产活动影响最大，施用肥料可直接为表层土壤补充各类养分元素，而对深层土壤基本无影响，故养分含量较表层土壤小；pH由表层土壤向深层依次递增，酸度0～20 cm土层>20～40 cm土层>40～60 cm土层。

从表5看出，除pH为中低等变异水平外，其余土壤养分为高等变异水平，表明pH在0～60 cm土层中分布较均匀，而其余养分在表层土壤与深层土壤中分布极不均匀；pH变异程度由表层土壤向深层土壤递减，而其他土壤养分变异程度基本由表层向深层递增，说明表层土壤养分含量离散程度较深层土壤小，主要原因是表层土壤受到人类生产生活影响多，表层土壤养分较深层土壤趋于稳定。

表4不同土层深度土壤养分含量

表5 不同土层深度土壤养分变异系数

2.5 不同耕地条件下土壤养分的分布差异

由表6可知，研究区旱地土壤有机质平均含量为21.97 g/kg，变异系数为0.35，属于中等变异水平；全氮平均含量为1.28 g/kg，变异系数为 0.33，为中等变异水平；全磷平均含量为1.17 g/kg，变异系数为0.33，为中等变异水平；全钾平均含量为24.1 g/kg，变异系数为0.44，达到高等变异水平；速效磷平均含量为9.94 mg/kg，变异系数为0.69，为高等变异水平；速效钾平均含量为83.19 mg/kg，变异系数为0.50，为高等变异水平；pH平均值为5.1，变异系数为0.15，属于低等变异水平。

水田中土壤有机质平均含量为24.06 g/kg，变异系数为0.2，属于中等变异水平；全氮平均含量为1.49 g/kg，变异系数为 0.21，为中等变异水平；全磷平均含量为1.09 g/kg，变异系数为0.39，为高等变异水平；全钾平均含量为27.19 g/kg，变异系数为0.26，达到中等变异水平；速效磷平均含量为9.74 mg/kg，变异系数为0.67，为高等变异水平；速效钾平均含量为63.67 mg/kg，变异系数为0.5，为高等变异水平；pH平均值为4.76，变异系数为0.11，属于低等变异水平。

综上所述，研究区水田中有机质、全氮、全钾平均含量最高，主要是由于水田中腐殖质层较旱地更多，能够提供更多的有机质、氮素等养分；其余养分指标均属旱地最高，可能与当地农业管理中大量施用磷肥、钾肥等有关。在研究区不同耕地条件下，所有养分指标变异水平以中等变异和高等变异为主，且变异程度除全磷旱地略小于水田外，其余指标均为旱地大于水田，说明旱地土壤养分离散程度更高，分布更加不均。这是由于旱地受到雨水直接冲刷，养分更易受到迁运和搬移，加之人为扰动更大，经常的翻耕农作，使得土壤养分物质迁移更加频繁，分布更加复杂，而且水田中有水作为介质，相比于旱地，养分物质更容易相对均匀地分布。

表6 不同耕地条件土壤养分分布差异

3 结论与讨论

研究区土壤全磷和全钾含量颇丰，全氮含量处于中上水平，有机质含量一般，而速效磷与速效钾含量相对缺乏，建议当地在农业管理中少施用氮肥，增施农家肥；而速效磷和速效钾为农作物生长发育必不可缺的2种营养元素，很难快速从自然环境中得到补充，因此在农业生产中应着重注意磷肥与钾肥的施用；研究区土壤大部分属于中强酸到强酸性土壤，应注意避免种植趋向中碱性的作物，可选择茶树等适应酸性土壤的作物。

在土壤形成的过程中，海拔高低可影响地表物质和能量的再分配，对土壤形成起到间接作用[16]。不同地形高度的成土过程不同，其土壤养分含量也不同。MOORE等[17-18]研究表明，某一地区的土壤属性与该地区海拔高度有一定相关性。研究区内土壤全氮和有机质含量流域底部<流域中部<流域顶部，全钾、速效磷、速效钾含量则表现为流域底部>流域中部>流域顶部。而耕地的坡度不同，其土壤保水保肥能力也不同，使得不同坡度土壤养分含量存在一定差异[19]。尤其是山区，地势陡峭，地形起伏较大，耕地坡度较大，土壤侵蚀强烈，使得山区不同坡度耕地土壤养分差异显著。此研究区土壤养分含量呈随坡度变大而降低的大致趋势。因此建议尽量减少在流域高海拔、坡度较大地区从事农业生产活动，若确要进行生产，则应加大磷肥与钾肥的施用以提高农作物产量，并且在坡度较大地区修筑土坎、沟渠等工程措施防止和减轻水土流失。

土壤是时空连续的变异体，具有高度的空间异质性[20]，这就导致不同深度的土壤养分含量存在一定的差异性。研究不同深度土壤的养分含量能够更好的指导农业生产，提高农业生产力。而耕地条件的变化是影响土壤养分变化最直接、最深刻的因素。不同的耕地条件与土壤养分差异也有着极密切的联系，是人类利用土地进行各类活动的综合反映[21-22]。此研究区除全钾和pH外，土壤养分含量均由表层土壤向深层土壤递减，土壤养分指标的变异系数都比较高。在不同耕地条件下，研究区所有养分指标的变异系数均为旱地大于水田。因此在平时耕作中要注意加大翻耕力度，促使土壤养分均匀化。