貴州省喀斯特地區(qū)石漠化是一種脆弱生態(tài)地質(zhì)背景下與人類活動相關(guān)聯(lián)的土地退化,石漠化的核心是人類對土地的不合理開發(fā)利用而導(dǎo)致土壤質(zhì)量下降及至土地荒蕪的過程。研究喀斯特生態(tài)系統(tǒng)中環(huán)境要素—土壤在石漠化過程中質(zhì)量屬性變化及其與石漠化程度的關(guān)聯(lián),是研究西南喀斯特山地石漠化發(fā)生規(guī)律及其動力學(xué)機制的基礎(chǔ)和重要環(huán)節(jié)。本文選擇貴州省具有典型石漠化特征的普定縣后寨河流域和荔波縣茂蘭自然保護區(qū)為研究區(qū)域,以不同石漠化演替階段的土壤為研究對象,分析了喀斯特地區(qū)不同石漠化階段土壤水力學(xué)特征、土壤有機碳和全氮含量、土壤有機碳組分、低分子量有機酸及污染元素氟的含量特征,探討了石漠化演替階段土壤質(zhì)量屬性的變化特征,并從土壤氧化鐵含量角度研究了喀斯特石漠化的演化特征,為喀斯特石漠化的生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)和土壤質(zhì)量的提高提供了科學(xué)依據(jù)。 研究的主要結(jié)論如下： (1)喀斯特地區(qū)土壤水分特性在不同石漠化演替階段有明顯差異。隨石漠化程度加重,土壤飽和導(dǎo)水率、水分含量和水分庫容呈降低趨勢。研究區(qū)域土壤的飽和導(dǎo)水率在27.2～50.8×10-4cm·s-1之間。研究區(qū)土壤水分特征曲線隨水吸力增加呈先陡后緩的趨勢,不同水吸力下的土壤水分含量也表現(xiàn)出未石漠化土壤高于石漠化土壤。研究區(qū)土壤田間持水量在341.5～587.8 g·kg-1之間,有效水總量在270.6～435.8 g·kg-1之間,隨石漠化程度加重,土壤田間持水量和有效水總量呈降低趨勢,喀斯特地區(qū)石漠化降低了土壤蓄持水分能力和水分在土體中的運移能力,表現(xiàn)出隨石漠化加重,土壤貯水庫容、有效水庫容、通透庫容降低�？λ固氐貐^(qū)土壤有機碳含量、顆粒組成、容重和孔性是影響土壤水分性質(zhì)的主要因素。 (2)喀斯特石漠化降低了土壤碳、氮含量,隨石漠化程度加重,土壤有機碳、全氮含量呈降低趨勢。研究區(qū)表層土壤有機碳含量在14.89 g·kg-1～67.30 g·kg-1之間,石漠化造成土壤有機碳、輕組有機碳、重組有機碳含量降低,且降低了土壤有機碳的更新比例年內(nèi)土壤總有機碳庫的更新比例以未石漠化和潛在石漠化階段土壤最高,分別為19%和20%,而輕度和中度石漠化階段土壤總有機碳庫更新比例較低,僅為11%和14%。研究區(qū)表層土壤全氮含量在1.82 g·kg-1～5.42 g·kg-1之間,石漠化不僅降低了土壤全氮含量,還降低了土壤全氮的季節(jié)變異幅度。研究區(qū)土壤有機碳和全氮均表現(xiàn)出夏低冬高的趨勢。 (3)喀斯特地區(qū)土壤有機碳組分在不同石漠化演替階段有明顯差異,隨石漠化程度加重,土壤有機碳組分含量呈降低趨勢。喀斯特地區(qū)土壤有機碳組分含量表現(xiàn)出胡敏素碳富里酸碳胡敏酸碳,土壤有機碳腐殖化程度低,HA/FA的比值在0.10～0.46之間。隨石漠化程度加重,土壤胡敏素碳、富里酸碳、胡敏酸碳含量均呈降低趨勢,而HA/FA呈先增加后降低現(xiàn)象。在石漠化程度較低情況下,土壤有機碳通過腐殖化作用以保持有機碳的穩(wěn)定性�？λ固氐貐^(qū)土壤有機碳特性和土壤顆粒組成是影響土壤有機碳組分含量的主要因素。 (4)喀斯特地區(qū)土壤低分子量有機酸含量在不同石漠化演替階段有明顯差異,隨石漠化程度加重,土壤中低分子量有機酸含量呈顯著降低趨勢�？λ固氐貐^(qū)表層土壤溶液中低分子量有機酸總量在0.358μmol·g-1～1.823μmol·g-1之間,平均為0.912μmol·g-1。土壤溶液中低分子量有機酸以乙酸、甲酸最高,其次為乳酸,而以草酸、蘋果酸含量較低,研究區(qū)各有機酸平均含量分別為0.302±0.228μmol·g-1、0.301±0.214μmol·g-1、0.212±0.089μmol·g-1、0.086±0.118μmol·g-1、0.014±0.018μmol·g-1�？λ固厥^程造成土壤溶液中低分子量有機酸含量顯著降低,表現(xiàn)出未石漠化階段潛在石漠化階段輕度石漠化階段中度石漠化階段。土壤溶液中低分子量有機酸與土壤有效磷、速效鉀、交換性鈣、無機陰離子(Cl-、NO3-、SO42－)均呈顯著正相關(guān)關(guān)系,低分子量有機酸在喀斯特土壤養(yǎng)分循環(huán)、碳酸鹽巖的溶蝕風(fēng)化過程中有重要作用。有機碳含量是影響喀斯特地區(qū)土壤低分子量有機酸含量的主要因素。 (5)喀斯特地區(qū)土壤氧化鐵含量在不同石漠化演替階段有明顯差異,隨石漠化程度加重,研究區(qū)自然生態(tài)系統(tǒng)與農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)土壤游離氧化鐵含量、氧化鐵游離度均呈增加趨勢,而鐵活度呈明顯降低趨勢。研究區(qū)土壤表層全鐵含量在38.9-53.9 Fe2O3 g·kg－1之間,游離氧化鐵含量在18.0～26.7 Fe2O3 g·kg-1之間,鐵游離度在44.1～73.4%之間,鐵活度在7.2～11.4%之間。在土體分布上,研究區(qū)原始森林未石漠化土壤隨剖面深度增加,土壤全鐵含量呈增加趨勢,而游離氧化鐵、氧化鐵游離度呈降低趨勢,研究區(qū)自然生態(tài)系統(tǒng)土壤的石漠化過程表現(xiàn)出明顯的表土侵蝕特征；研究區(qū)荔波玉米輕度石漠化土壤隨剖面深度增加,全鐵、游離氧化鐵表現(xiàn)出明顯的淋溶淀積特征,以心土層最高,而鐵游離度呈增加趨勢,研究區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)土壤的石漠化過程表現(xiàn)出明顯的淋溶特征,是“土壤丟失”過程。 (6)喀斯特地區(qū)土壤氟含量在不同石漠化演替階段有明顯差異,隨著石漠化的加重,土壤全氟含量在總體上呈先增加后降低的趨勢,水溶性氟呈遞減趨勢。研究區(qū)土壤表層的全氟含量為45.2～97.7 mg·kg-1,平均為65.6 mg·kg-1;水溶性氟的質(zhì)量比為0.38～3.12 mg·kg-1,平均為1.44 mg·kg-1,研究區(qū)普定縣處于土壤氟污染狀態(tài),荔波縣處于土壤氟安全水平。研究區(qū)土壤全氟、水溶性氟均表現(xiàn)出明顯的淋溶特征,以底土層較高,而水力作用下的表土侵蝕過程可能會加重氟污染狀況�？λ固氐貐^(qū)土壤全氟主要受土壤母質(zhì)、生物作用和土壤無機膠體帶電性能的影響,而水溶性氟主要受土壤無機膠體帶電性能的影響。 (7)貴州屬于亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候,具有良好的自然條件,但長期的土地不合理利用致使土壤質(zhì)量惡化,上壤的水分性能、物理特性、肥力指標(biāo)下降,導(dǎo)致植被生存的基礎(chǔ)環(huán)境惡化甚至喪失,植被恢復(fù)極為困難。土壤是生物體和非生物體進(jìn)行物質(zhì)、能量交換和轉(zhuǎn)化的重要介質(zhì)與紐帶,石漠化治理中首要問題是提高地區(qū)土壤質(zhì)量,通過減少水土流失增加土層厚度,提高土壤的保水性能和肥力水平,改變土壤物理性狀,為植被恢復(fù)提供基礎(chǔ)的物質(zhì)條件。
【學(xué)位單位】：南京農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2011
【中圖分類】：X144
【部分圖文】：

本研究區(qū)選擇在貴州省普定縣后寨河流域陳旗小流域的潛在石漠化兩個研究點和荔波縣茂蘭國家自然保護區(qū)堯古村的未石漠化、輕度石漠化和中度石漠化四個研究點，研究區(qū)域位置如圖2一1�，F(xiàn)將兩個研究區(qū)的基本情況概述如下:圖2一1研究區(qū)域位置圖Fig.2一 1ThestudyarealoeationsinGuizhouProvinee，China普定縣位于貴州省中西部，處于云貴高原東側(cè)斜坡地帶，喀斯特巖溶地貌發(fā)育強烈，屬典型巖溶山區(qū)。全境海拔高度在1042一1846m之間，大多為丘陵和大山。普定縣年均溫15.1℃，年降雨量為 13782mm，年平均相對濕度為80%以上，屬亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候

439Oxg離心 1Omin，過濾，濾液通過0.22刃m一次性濾頭注入As40自動進(jìn)樣器，用離子色譜儀 (DionexICS一1000)分析濾液中低分子量有機酸(乳酸、乙酸、甲酸、蘋果酸、草酸)和無機陰離子(F一、el一、No3一、5042一、Po4，一)的濃度(圖2一2)。色 色譜柱:AS23十AG23峰 :1.FFF___淋洗液45， nMNaZCo，ando名 mM2.乳酸酸 NNNaHC0o3.乙酸 酸抑 抑制器r:ASRS礴 mm4.甲酸 酸一一流速:1.0:n口， nin5.CI---幸 幸卞溫 :30oC86.N03---___進(jìn)樣體積:25刀l幾，，，。八 ___一一~’‘””‘一“一‘ {17.H，PO‘ ---檢 檢測器:oionex電導(dǎo)檢測器}}8.50“ “ lll}19.蘋果酸 酸一 一劇11八l:.}一丫.:10草飛 飛廠 廠廠節(jié)’“ “10刀】5刀20刀 25.030.035刀】】11n圖2一2土壤低分子量有機酸離子色譜分析圖Fig.2一 2IonchromatograPhyoforganicaeidandinorganieanionsinsoilsolution2.3.6土壤鐵形態(tài)分析土壤全鐵采用碳酸鈉熔融法一鄰啡羅琳比色法;土壤游離氧化鐵采用檸檬酸鈉-重碳酸鈉一連二亞硫酸鈉混合液(DCB法)提取一鄰啡羅琳比色法;土壤非晶形氧化鐵采用酸性草酸按緩沖溶液提取一鄰啡羅琳比色法(李學(xué)垣，1997;鮑士旦，2000;魯如坤

2003;吳華山，2005)。通過對荔波黑色石灰土(未石漠化)、普定黑色石灰土(潛在石漠化1)、普定棕色石灰土(潛在石漠化2)、荔波黃紅壤(輕度石漠化2)的土壤水分特征曲線的分析可以看出(圖3一1、3一2)，當(dāng)水吸力S<300KPa時，土壤含水率em下降很快，走勢陡直，土壤水分釋放快，釋放量大;當(dāng)水吸力S超過30OKPa，直至1.SMPa吸力段時，em變化平直，土壤水分釋放緩慢，釋放量小。:幼600名n

本文編號：2818144