水土流失治理或生态恢复与重建一般采用工程措施与生物措施相结合的方法，逐渐恢复植被生长。土壤作为植物生长的载体和养分库，在其他环境条件相似的情况下，植被恢复效果往往与土壤类型关系密切^[1-2]。因此研究一定区域内土壤类型分布特征对于提升该区域植被恢复效率，保障后续生态系统健康与稳定发展具有十分重要的作用。地形作为五大自然成土因素之一，主要是通过海拔、坡度、坡位、坡向等发生变化来影响地表水热条件、母质或土壤物质的重新分配^[3]，进而影响土壤属性。随着海拔升高，土壤阳离子交换量（CEC）和土壤水、有机质、全氮、速效钾含量逐渐增加，土壤容重、pH 和全钾含量及土壤中铁、铝含量逐渐减少，土壤质地由黏土过渡到壤土^[4-5]；坡向与土壤有机质含量^[6]和淋溶作用存在明显关系，主要表现为阳坡有机质含量大于阴坡^[7]，山地迎风坡土壤 pH、盐基饱和度低于背风坡，而 CEC 则高于背风坡^[8]；坡度会对土壤厚度产生一定影响，喀斯特地区土壤在坡度为 8°以下的土层发育较厚，15°～25°和 25°～35°的坡度条件下，土层厚度相差不大^[9]，坡度与土壤分离速率存在显著正相关关系^[10]，坡度还是影响土壤含水量变化的主导因素，在 0°～5°范围内土壤含水量最低^[11]；喀斯特地区土壤有机质含量出现上坡位高于下坡位的倒置现象^[12-13]，由于受到土壤流失的影响，土壤厚度及土壤含水量均表现为下坡位 >中坡位 >上坡位的现象^[14-16]。由此可见，已有相关研究往往基于某一地形因素变化引起土壤属性差异来探讨地形条件对土壤肥力及水土保持的影响。土壤属性的显著差异会引起土壤类型分异^[17]，而关于土壤类型分布与地形条件关系的研究则少有报道。贵州是中国喀斯特地貌分布的典型区域，碳酸盐岩分布面积广大，约占全省面积的 62.1%^[18]。按中国土壤发生分类，石灰（岩）土是贵州喀斯特地区的主要土壤类型之一^[19]，也是决定喀斯特脆弱生态系统稳定的关键要素之一。已有研究表明，石灰（岩）土可与中国土壤系统分类的富铁土、淋溶土、均腐土和雏形土等近似参比^[20]。贵州又是一个山地省，以高原山地为主，其中 92.5% 的面积为山地和丘陵^[21]。地势由西向东梯级下降，最大高差可达 2763 m。独特复杂的地形地貌为贵州喀斯特山区土壤的形成发育提供了多样化的自然环境条件，而目前按中国土壤系统分类研究贵州喀斯特山区复杂地形条件对土壤属性及土壤类型分布影响的综合研究鲜有报道。基于此，以贵州石灰岩分布区 32 个典型土壤剖面为研究对象，比较不同地形条件（包括海拔、坡度、坡位、坡向等）下土壤属性的差异，分析地形条件与土壤属性及土壤类型分异的关系，进而探讨不同地形条件下土壤的分布特征。本研究将按中国土壤系统分类，初步认识贵州石灰岩山区不同地形条件下土壤的分布特征，为今后喀斯特山区水土流失治理及生态系统的恢复与重建提供数据支撑。

1 研究区域与研究方法

1.1 研究区概况

贵州省位于中国西南部的云贵高原区，地处长江与珠江两大水系的分流地带，地理坐标 103°36′— 109°35′E，24°37′—29°13′N，属于亚热带季风气候，气温变化小，冬暖夏凉，降水主要集中于夏季，日照时间少，年平均气温 12～19℃，年平均降水量 1100～1300 mm，该气候适宜多种植物的生长，以亚热带常绿阔叶林为主。由于受到燕山、喜马拉雅造山运动和青藏高原隆起的影响，使得贵州高原地势具有西高东低、呈掀斜状的特点^[22]。省内山脉众多、重峦叠嶂，山地和丘陵占绝大部分，碳酸盐岩广泛分布，其中石灰岩分布区面积约为 5.675×10⁴ km^2[23]。

1.2 样品采集

选择贵州典型石灰岩分布区，按不同地形条件 （海拔、坡度、坡位、坡向），共挖掘 32 个代表性剖面（图1）。土壤野外成土因素调查、剖面层次划分和形态的观察记录以及样品的采集等均按照 《野外土壤描述与采样手册》^[24]进行，土壤剖面与成土条件见表1。样品经风干、研磨后备用，用于土壤理化性质的测定。

1.3 理化分析

根据土壤发育的特点并参考相关文献^[25-26]进行理化实验，其中土壤机械组成采用比重计法测定（砂粒 0.05～2 mm；粉粒 0.002～0.05 mm；黏粒 <0.002 mm），质地采用美国制分类，pH 采用电位法测定（土水比 1∶2.5），有机碳采用德国 vario MACRO cube 常量元素分析仪测定，交换性盐基采用乙酸铵交换法测定，游离氧化铁采用次亚硫酸钠-柠檬酸钠-碳酸氢钠（DCB）浸提-邻菲罗啉比色法测定，CEC 采用三氯化六氨合钴浸提-分光光度法测定^[27]。各剖面理化性质见表2。

续表

1.4 数据处理

对坡向和坡位等非数值指标依据前人研究方法进行赋值。坡向划分为 4 类^[28]：阳坡（南、西南） 0.3、半阳（东南、西）0.5、半阴（东、西北）0.8、阴坡（北、东北）1.0；坡位划分为 3 类：上坡位 0.4、中坡位 1.0、下坡位 0.8^[29-31]。

在 Excel 2010 和 SPSS 20.0 中对试验数据进行整理与统计，用单因素方差分析和多重比较 （LSD）分析不同地形条件下土壤属性的差异（显著性水平为 0.05）。运用 CANOCO 4.5 进行冗余分析（RDA），分析地形条件与土壤类型的相关性。在此之前需要对样本信息数据进行去趋势对应分析，并对原始数据进行 lg（x+1）转换，分析结果中 Lengths of gradient 分别为 1.104 和 0.244，均小于 3，因此适用基于线性的冗余分析。

2 结果与分析

2.1 不同地形条件下土壤属性差异

不同海拔条件下发育土壤诊断表层有机碳、诊断表下层黏粒 CEC 和游离氧化铁含量均存在显著性差异（表3）。在海拔 <900 m 区域，土壤诊断表层有机碳含量最低，为 13.11～35.17 g/kg，且显著低于其他海拔条件下形成的土壤。在海拔 <900 m 和海拔为 900～1400 m 区域，土壤诊断表下层黏粒 CEC 较低，分别为 18.67～52.22 和 16.51～39.26 cmol/kg，均显著低于海拔 >1900 m 区域土壤。在海拔 1400～1900 m 区域，土壤诊断表下层游离氧化铁含量均值达到最高，为 29.20～50.70 g/kg，显著高于其他海拔条件下形成的土壤；当海拔 >1900 m 时，诊断表下层游离氧化铁含量为 5.00～24.00 g/kg，显著低于其他海拔区域土壤。

注：表中同列不同小写字母表示差异达 0.05 显著水平。

不同坡度条件下发育土壤诊断表下层的黏粒 CEC、盐基饱和度、pH、诊断表层 pH 和黏化率存在显著性差异（表3）。对土壤属性在不同坡度组间的表现进行多重比较发现：在坡度≤ 20°区域，土壤诊断表层 pH 和诊断表下层 pH、黏粒 CEC 分别为 5.68～7.52、5.54～7.37 和 15.36～40.32 cmol/kg，显著低于坡度 35°～45°区域土壤；同时诊断表下层盐基饱和度为 42.00%～75.00%，显著低于其他坡度区域土壤；坡度 >45°区域土壤黏化率显著高于坡度 20°～45°土壤。

不同坡位条件下发育土壤诊断表层有机碳和诊断表下层黏粒 CEC、盐基饱和度存在显著性差异（表3）。方差分析表明，上坡位土壤诊断表层有机碳含量达到最高，为 25.20～127.35 g/kg，且显著高于其他坡位土壤，同时上坡位诊断表下层黏粒 CEC、盐基饱和度达到最高，分别为 39.26～165.23 cmol/kg、61.85%～93.68%，且显著高于中坡位土壤。

不同坡向条件下发育土壤诊断表层厚度存在显著性差异（表3），阴坡（北、东北）土壤诊断表层厚度显著大于半阴坡（东、西北）和阳坡（南、西南），阴坡诊断表层土壤厚度为 16～54 cm，半阴坡诊断表层土壤厚度为 4～25 cm，阳坡诊断表层土壤厚度为 3～30 cm。

2.2 不同地形条件下发育土壤在中国土壤系统分类中的归属

1、5、6、11、12、13、14、16、19、21、22、 26、27、30、31 号剖面土壤表层润态颜色明度 <3.5，润态彩度 <3.5，干态颜色明度 <5.5，表层有机碳含量均≥ 6 g/kg，盐基饱和度≥ 50%，厚度等其他指标也符合暗沃表层的诊断标准。

32 号剖面盐基饱和度 <50%，其余均同暗沃表层，符合暗瘠表层的诊断标准。

2、7、8、9、15、17、18、20、23、24、25、28、29 号剖面土壤表层颜色和有机碳含量均同暗沃表层，但厚度较低，为淡薄表层；3、4、10 号剖面表层土壤颜色润态明度≥ 3.5，润态彩度 ≥ 3.5，干态明度≥ 5.5，符合淡薄表层鉴定要求，也属淡薄表层。

1、3、4、5、6、7、8、9、11、13、14、15、 19、21、22、24、25、26、27、28、30 号剖面的表下层黏粒含量明显高于上覆土层，黏化率≥ 1.2，具有黏化层；剖面 10、12、17 的上覆淋溶层总黏粒含量为 40%～60%，B 层总黏粒的绝对增量 ≥ 8%，也符合黏化层鉴定标准。

18、20、26、29 号剖面诊断表下层土壤厚度 >30 cm，质地为黏土，润态色调为 5YR，DCB 浸提游离氧化铁含量分别为 20.70、23.00、23.44 和 29.20 g/kg，黏粒 CEC<24 cmol/kg，符合低活性富铁层标准。

2、16、23 号剖面在成土过程中未发生明显黏化，B 层土壤厚度均 >10 cm，且其底部均在 25 cm 以下，质地为黏土或粉砂黏土，土壤结构发育占土层体积的 50% 以上，不符合其他诊断表下层的条件，符合雏形层的诊断标准。

本研究中土壤水分状况以陆晓辉等^[32]的划分结果为依据；土壤温度状况以董宇博等^[33]的划分结果为依据。

1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、14、 16、18、19、20、21、22、23、24、25、26、29、 31 号剖面土壤母质均为石灰岩风化物，且所有土层的盐基饱和度均≥ 50%，pH 均≥ 5.5，因此具有碳酸盐岩岩性特征。

12、13、20、26、27、28、29、30 号剖面 B 层细土部分 DCB 浸提游离氧化铁均≥ 20 g/kg，具有铁质特性。

31 号剖面按比例计算其腐殖质储量比 <0.4，且碳氮比为 13.3，符合均腐殖质特性。

按照中国土壤系统分类要求对供试剖面进行系统分类检索，共检出均腐土、富铁土、淋溶土、雏形土和新成土 5 个土纲，8 个亚纲、10 个土类，结果列于表4。

2.3 土壤属性、土壤类型与地形因子的 RDA 分析

贵州石灰岩分布区典型土壤属性、土壤类型与环境（地形）因子的 RDA 分析结果（表5）显示，第Ⅰ轴的特征值为 0.092，共解释了 72.9% 的属性-地形关系的累积变异；第Ⅱ轴的特征值为0.02 7，共解释了 94.3% 的属性-地形关系的累积变异；两个排序轴的属性与地形因子的相关系数分别为 0.332 和 0.713，共解释了 11.9% 的属性数据累积方差。

如图2 所示，实线箭头表示地形因子，虚线箭头表示土壤属性，当两者夹角小于 90°，说明土壤属性与地形因子呈正相关，大于 90°则呈负相关。海拔与土壤诊断表层有机碳、诊断表下层黏粒 CEC 呈正相关，与诊断表下层游离氧化铁呈负相关；坡度与土壤诊断表层的 pH、盐基饱和度、诊断表下层的盐基饱和度、pH、黏粒 CEC 呈正相关；坡位与土壤诊断表层的有机碳、盐基饱和度、诊断表下层的盐基饱和度、黏粒 CEC 呈负相关；坡向主要与诊断表层土壤厚度呈正相关。

注：● 钙质湿润淋溶土；○ 铁质湿润淋溶土；■ 钙质常湿淋溶土；□ 简育常湿淋溶土；▲ 钙质湿润雏形土；△ 钙质常湿雏形土；◆ 钙质湿润富铁土；◇ 钙质常湿富铁土；× 湿润正常新成土； ＋ 简育湿润均腐土；ELE 海拔；GRA 坡度；POS 坡位；ASP 坡向； SOC 诊断表层有机碳；CCEC 诊断表下层黏粒阳离子交换量；FFO 诊断表下层游离氧化铁；SVR 黏化率；BSP（A） 诊断表层盐基饱和度； BSP（B） 诊断表下层盐基饱和度；pH（A） 诊断表层 pH；pH（B） 诊断表下层 pH；TH（A） 诊断表层土壤厚度。

从 RDA 分析排序图中可以看出，富铁土在变量海拔射线上的垂直投影远离箭头方向，说明富铁土主要与海拔呈负相关，大部分出现在中、低海拔区域。钙质湿润淋溶土在变量坡度射线上的垂直投影相比铁质湿润淋溶土更靠近箭头方向，说明两者所在区域坡度大小排序为钙质湿润淋溶土 >铁质湿润淋溶土。雏形土坡向值排序位于中后，说明所研究剖面的雏形土主要出现在偏阳坡。坡位对土壤类型的分布没有明显的影响。

3 讨论

3.1 地形因子对土壤理化性质的影响

贵州位于云贵高原向东部湖南低山丘陵过渡的梯级状斜坡地带，西部威宁、赫章一带为高原，平均海拔 2166 m；中部贵阳、遵义海拔高度降至 800～1200 m，为丘原和山原；东部铜仁、玉屏则降至 500 m 以下，为低山丘陵；同时，海拔高度从中部的贵阳又向南部的罗甸和北部的桐梓等地逐渐降低^[19]。伴随着区域海拔的变化，贵州省可划分为南亚热带、中亚热带、北亚热带和暖温带 4 个温度带^[34]；降水分布的总趋势是南部多于北部，东部多于西部^[19]。本研究中，土壤诊断表层有机碳含量与海拔高度呈正相关关系，且海拔 <900 m 区域土壤诊断表层有机碳含量显著低于其他区域，一方面是因为海拔变化带来的土壤水热状况差异，影响土壤微生物活跃度^[35]，进而影响土壤有机质分解速率；另一方面高海拔区域降水少，淋溶作用弱，钙凝作用明显，更有利于有机碳累积^[36]。通常随着降水量的增加，淋溶作用加强，引起土体中大量阳离子淋失，土壤胶体所能吸附的阳离子总量减少^[37]。故在贵州西高东低地势及降水东部多于西部的影响下，土壤黏粒 CEC 与区域海拔呈正相关关系，且海拔 <1400 m 区域土壤的黏粒 CEC 显著低于海拔 >1900 m 区域。本研究中，土壤诊断表下层游离氧化铁含量与海拔呈负相关关系，这与以往研究结果一致^[38]。在海拔 1400～1900 m 区域，土壤游离氧化铁含量显著高于其他区域，这可能与较高有机质含量会促进土壤中硅酸盐矿物溶解，释放更多氧化铁有关^[39]。

坡度主要通过改变地表径流流速对土壤属性产生影响^[40]。本研究中，土壤 pH、盐基饱和度和黏粒 CEC 与坡度呈正相关，这可能是因为坡度越大地表径流流速越快，下渗速率降低^[41]，盐基淋失较少，从而使得盐基饱和度偏高，土壤 pH 呈现随坡度的增加而逐渐增大的趋势，这与吴正祥等^[3]研究结果相一致。同时坡度越大，在降水集中的季节，雨水的冲刷、流水的侵蚀等外力作用越强，往往在陡坡（>25°）区域，土壤一般为经历了历史时期侵蚀后重新发育形成的，土层较薄，年龄较短^[42]。因此土壤良好地继承了石灰岩母质的特性，交换性盐基离子以 Ca²⁺ 为主，且脱硅富铁铝化处于较弱阶段，盐基饱和度、黏粒 CEC 较高^[38]，而坡度较小的区域则相反，且坡度 <20°土壤 pH、诊断表下层盐基饱和度和黏粒 CEC 显著低于坡度 35°～45°区域土壤。基于土壤盐基饱和度和 pH 与坡度的关系，可判断在贵州石灰岩分布区随着山体坡度增大，土体出现碳酸盐岩特性的可能性增强。

坡位主要是通过对太阳辐射、降水和成土物质的再分配进而影响土壤属性的高低^[43]。本研究中，土壤盐基饱和度、诊断表层有机碳和诊断表下层黏粒 CEC 与坡位呈负相关关系，且上坡位诊断表下层土壤的盐基饱和度、黏粒 CEC 和诊断表层有机碳显著高于中坡位。可能是因为上坡位成土母质以石灰岩残积物为主，风化产物就地累积形成土壤，土体中钙镁等盐基离子较丰富，土壤盐基饱和度偏高，同时钙与腐殖质的凝聚作用也有利于有机质的积累^[36，44-45]，黏粒 CEC 也较高；中坡位母质以石灰岩坡积物为主，受流水搬运作用，盐基淋失程度增强，土壤盐基饱和度下降，大量钙离子淋失也不利于有机碳累积^[44]，因而土壤有机碳含量出现上坡位高于中坡位的倒置现象^[46-49]，黏粒 CEC 也降低。

贵州主要盛行西南季风，其在西南坡向形成降水^[50]。因此，迎风坡的阳坡（南、西南）降水量大，土壤受侵蚀程度强，表层土壤厚度相对较薄； 背风坡的阴坡（北、东北）降水少，土壤受侵蚀弱，表层土壤相对较厚。故阴坡发育土壤诊断表层厚度显著大于阳坡土壤。

3.2 土壤类型分布与地形因子的关系

18、20、26、29 号剖面诊断表下层厚度 >30 cm，质地为黏土，润态色调为 5YR，DCB 浸提游离氧化铁含量均 >20.00 g/kg，黏粒 CEC<24 cmol/kg，具有低活性富铁层，属于富铁土。RDA 分析中，富铁土在变量海拔射线上的垂直投影远离箭头方向，表明富铁土与海拔呈负相关关系，多分布于中、低海拔（<1900 m）区域，主要是因为海拔是影响黏粒 CEC 和游离氧化铁含量的关键地形因子，随着区域海拔的升高，土壤诊断表下层黏粒 CEC 呈升高态势，诊断表下层游离氧化铁含量先升高后减少。4 个土壤剖面分布区域的海拔差异可能受纬度影响，剖面 18（海拔 708 m，纬度 28°32′16.5″N）和剖面 20（海拔 907 m，纬度 28°29′27.4″N）位于黔北地区务川县，所处纬度相对较高，富铁土分布海拔则相对偏低，而剖面 26（海拔 1248 m，纬度 26 °3 ′0.1 ″N） 位于黔南地区长顺县，剖面 29（海拔 1610 m，纬度 25°9′51.1″N）位于黔西南地区兴义市，所处纬度相对较低，富铁土分布海拔则相对偏高。基于此，在贵州石灰岩分布区，若富铁土分布于高纬度山地（如黔北地区），则一般发育于低海拔 （<900 m）地区；若富铁土分布于低纬度山地（如黔南和黔西南地区），则通常可发育于低中海拔 （900～1400 m） 或中海拔（1400～1900 m） 地区。与同纬度湖南省、江西省非喀斯特地区发育的简育湿润富铁土、强育湿润富铁土等^[51-52] 不同，贵州省石灰岩分布区发育富铁土由于受碳酸盐岩母岩的影响，土壤盐基饱和度较高，常具有碳酸盐岩岩性特征，易为钙质常湿富铁土或钙质湿润富铁土。

淋溶土在全国分布范围广泛^[53]，其分布是多种因素综合影响的结果。本研究中 23 个剖面为淋溶土，占研究剖面总数的 71.87%，可见淋溶土是贵州石灰岩地区分布的主要土壤类型之一。RDA 分析中，钙质湿润淋溶土在变量坡度射线上的垂直投影相比铁质湿润淋溶土更靠近箭头方向，表明钙质湿润淋溶土所在区域坡度大于铁质湿润淋溶土。主要是因为坡度显著影响土壤 pH、盐基饱和度，随山体坡度增大，土壤 pH、盐基饱和度呈升高趋势，土体具有碳酸盐岩岩性特征趋势增强，多为钙质湿润淋溶土。

2、16、23 号剖面在成土过程中未发生明显黏化，B 层厚度均 >10 cm，且其底部均在 25 cm 以下，质地为黏土或粉砂黏土，土壤结构发育占土层体积的 50% 以上，不符合其他诊断表下层的条件，符合雏形层的诊断标准，属于雏形土。RDA 分析中，雏形土坡向值排序位于中后，说明其主要发育于偏阳坡。阳坡作为西南季风的迎风坡，降水丰沛，土壤易遭受较强的侵蚀过程，有利于雏形层的形成。故贵州石灰岩山地阳坡（南、西南）和半阳坡（东南、西）利于雏形土发育，且多具有碳酸盐岩的特性，易为钙质常湿雏形土或钙质湿润雏形土。

31 号剖面在成土过程中腐殖质的累积量较多，无陡减现象，具有暗沃表层，腐殖质储量比 <0.4，碳氮比 <17，具有均腐殖质特性，属均腐土。32 号剖面只具有暗瘠表层，土壤剖面呈 A-R 构型，属于新成土。由于本研究中均腐土和新成土样本数量少，不具备统计意义，故未分析二者分布与地形因子的关系。

4 结论与展望

在贵州省石灰岩分布区，海拔、坡度、坡向和坡位等地形因子与不同土壤属性存在密切关系，且对土壤类型分异有一定的指示作用，在不同海拔、坡度及坡向条件下呈现一定的土壤分布特征。富铁土多分布于中、低海拔（<1900 m）区域，且随着纬度的升高，分布区域海拔呈降低态势；在淋溶土中，随山体坡度增大，钙质湿润淋溶土分布的可能性增强；阳坡（南、西南）和半阳坡（东南、西） 石灰岩山地利于雏形土发育。

基于以上研究结果，在贵州石灰岩分布区水土流失与生态修复等治理工作中，应充分考虑不同地形条件下土壤类型的差异，因地制宜选择不同的治理措施，提高治理效率。由于贵州喀斯特山地成土环境复杂，仍需加强不同自然地理环境条件下土壤类型分异与分布规律研究，让土壤分类更好地服务于贵州喀斯特脆弱生态系统的利用与保护实践。

参考文献