黃土丘陵區(qū)土壤養(yǎng)分對不同植被恢復(fù)方式的響應(yīng)

閆玉厚,曹 煒

（1.商洛學(xué)院 城鄉(xiāng)發(fā)展與管理工程系,陜西商洛726000;2.黃河水土保持生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心,西安 710021）

土壤是生態(tài)系統(tǒng)中的重要組成部分,是植物群落發(fā)育演化的重要物質(zhì)基礎(chǔ),它一方面深刻影響著植被的發(fā)展變化,但其自身也會隨植被的變化而變化[1-2]。特殊的土壤不但在一定時間內(nèi)影響著植物群落的發(fā)生、發(fā)育和演替速度,而且在同一相似的氣候帶里決定著植被群落的演替方向[3-10]。對退化生態(tài)系統(tǒng)而言,植被恢復(fù)與演替過程對土壤的改善作用非常明顯。隨著退化生態(tài)系統(tǒng)植被的恢復(fù),生態(tài)系統(tǒng)的小氣候會得到改善[11-16],進而對土壤理化性質(zhì)產(chǎn)生影響;而植被地下部分的發(fā)展,加上土壤動物和土壤微生物的活動及其發(fā)展,對土壤的發(fā)展變化均起到了重要作用[9,17-24],而由此形成的土壤養(yǎng)分的收支平衡和積累,對不同的植被恢復(fù)方式可能存在較大差異。從目前研究進展來看,很多研究對植被恢復(fù)演替過程中的土壤養(yǎng)分變化進行了較多的分析,一般認(rèn)為隨著演替時間土壤養(yǎng)分有明顯的積累現(xiàn)象,但目前對于哪種恢復(fù)方式對土壤養(yǎng)分的積累更有效,卻少有研究探討。鑒于此,本研究試圖研究土壤養(yǎng)分對不同恢復(fù)方式的響應(yīng)規(guī)律,以提高對植被-土壤相互作用及其演化的認(rèn)識,為人工調(diào)控植被演替以促進植被恢復(fù)提供依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)為延安燕溝流域,位于延安市南3 km處,屬黃土高原丘陵溝壑第 Ⅱ副區(qū)(36°20′-36°36′N,109°20′-109°35′E),流域面積46.9 km2。梁峁起伏,溝壑縱橫,地形復(fù)雜,土地類型多樣,海拔986～1 425 m。氣候?qū)倥瘻貛?年平均氣溫9.4℃,年日照時數(shù)2 472 h,年降水量550 mm,57%集中在7-9月。在20世紀(jì)30-70年代期間,燕溝流域毀林開荒,植被遭到極大破壞,尤其森林植被幾乎破壞殆盡,流域生態(tài)系統(tǒng)嚴(yán)重退化之后。隨著生態(tài)治理工程的開展,在該流域采用人工恢復(fù)、半人工恢復(fù)及封禁治理等不同措施進行生態(tài)恢復(fù),經(jīng)過近20 a的保護恢復(fù),流域植被得到初步恢復(fù),生態(tài)系統(tǒng)逐漸呈現(xiàn)良性循環(huán)。流域內(nèi)不同恢復(fù)途徑形成的植物群落,為本研究的開展提供了較好的試驗條件。

2 材料與方法

在研究區(qū)選取不同植被恢復(fù)式及不同植被恢復(fù)年限樣地。盡量使所選樣點具有典型性、代表性(具有統(tǒng)計學(xué)意義)和一致性(植物群落特征尤其是建群種及群落蓋度、土壤類型、地形、坡度、坡位、坡向等環(huán)境條件盡量一致或相似)。本文根據(jù)樣地信息,主要選擇燕溝流域陽坡兩個不同退耕階段不同恢復(fù)方式進行比較分析,在每個樣地中各樣方按隨機多點混合取樣法采集土樣,20 cm為間隔,取0-60 cm土壤樣品,以供實驗室測定。其中6 a的樣本數(shù)為6個;20 a的樣本數(shù)為4個。測定項目包括土壤有機質(zhì)含量、土壤全氮、土壤速效氮、土壤全磷、土壤速效磷、土壤速效鉀。在獲得各樣本數(shù)據(jù)后,按照年限及退耕方式分組并進行組內(nèi)平均,然后采用圖表對比法分析,以便提供較為直觀的顯示。

3 結(jié)果與分析

3.1 較短退耕時間內(nèi)植被恢復(fù)方式對土壤養(yǎng)分變化的影響

植被恢復(fù)方式對土壤養(yǎng)分積累的影響,可以不同的植被恢復(fù)階段進行觀察與識別。根據(jù)對恢復(fù)期為6 a的自然與人工恢復(fù)植被的土壤養(yǎng)分對比分析(圖1),結(jié)果表明,退耕6 a左右,在0-60 cm 土壤垂直剖面中,人工種植檸條林的土壤有機質(zhì)、全N、有效N和速效K等含量均大于自然恢復(fù)植被的土壤養(yǎng)分含量。但隨著土層的加深,這種增加的幅度減小;而自然恢復(fù)方式下的全P含量和速效P含量則較人工植被高。

圖1 退耕6 a后不同植被恢復(fù)方式下土壤養(yǎng)分變化

3.2 較長退耕時間內(nèi)植被恢復(fù)方式對土壤養(yǎng)分變化的影響

退耕年限為20 a時,自然植被與人工植被的土壤養(yǎng)分含量差異則縮小(圖2)。退耕20 a左右,在0-40 cm土層中,人工種植檸條林的土壤全N、有效N和速效P等含量均大于自然恢復(fù)植被的土壤養(yǎng)分含量。但在40-60 cm土層,人工種植檸條林的土壤全N、有效N和速效P等含量均小于自然恢復(fù)植被的土壤養(yǎng)分含量。在0-20 cm土層中,人工干預(yù)與自然恢復(fù)植被的土壤有機質(zhì)含量相當(dāng)。在20-60 cm土層中,人工干預(yù)植被的土壤中有機質(zhì)含量又小于自然恢復(fù)植被。在0-60 cm土壤垂直剖面中,人工干預(yù)植被的土壤中全P和速效K含量均小于自然恢復(fù)植被,但總體看,兩者的差距隨著演替年限的延長逐漸縮小。

圖2 退耕20 a后不同植被恢復(fù)方式下土壤養(yǎng)分的變化

4 討論與結(jié)論

研究土壤水分對不同植被恢復(fù)方式的響應(yīng)特征及其隨時間的變化規(guī)律,對于理解和認(rèn)識植被-土壤相互關(guān)系,采取有效途徑促進植被恢復(fù)具有重要意義。根據(jù)本文研究結(jié)果可以看出,在演替初期,除P元素外,人工植被下的其他土壤養(yǎng)分都較自然植被為高,但當(dāng)植被恢復(fù)到20 a左右,人工植被群落的土壤養(yǎng)分含量則逐漸降低,土壤有機質(zhì)含量則低于自然植被。這種變化與人工植被類型及其土壤前期土壤水分有很大關(guān)系。因為在人工植被恢復(fù)條件下,喬灌木樹種可以利用土壤前期儲存的水分獲得較快的生長,生物量產(chǎn)量較高。較高的生物量會形成較多的枯落物,為土壤養(yǎng)分的積累提供了較好的條件。這也是為什么演替初期人工植被土壤養(yǎng)分含量顯著高于自然植被的原因。但隨著演替時間的進行,兩者的差距逐漸縮小,自然植被的土壤有機質(zhì)含量甚至超過了人工植被。可能原因是隨著土壤水分的消耗,單純的降水已不能滿足人工植被的生長,林分生長受限或退化,生物量大大降低。土壤養(yǎng)分的這種變化規(guī)律,對采取合理的調(diào)控措施提供重要依據(jù),如在植被初期,可以利用人工植被較高的生物產(chǎn)量,快速積累土壤養(yǎng)分,在人工植被恢復(fù)后期,則可以通過對這些林分采取近自然林改造,將其逐漸改變?yōu)榻匀涣只蜃匀恢脖?但在實踐中如何進行,仍需開展進一步的試驗工作進行探討。

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