退化紅壤區(qū)不同生態(tài)修復(fù)措施對(duì)土壤理化特性的影響

李燕燕，黃榮珍，樊后保，肖 龍

（1.南昌工程學(xué)院生態(tài)與環(huán)境科學(xué)研究所，江西 南昌 330099；2.江西省泰和縣水土保持站，江西 泰和 343700）

退化紅壤區(qū)不同生態(tài)修復(fù)措施對(duì)土壤理化特性的影響

李燕燕1，黃榮珍1，樊后保1，肖 龍2

（1.南昌工程學(xué)院生態(tài)與環(huán)境科學(xué)研究所，江西 南昌 330099；2.江西省泰和縣水土保持站，江西 泰和 343700）

以裸露地為對(duì)照，對(duì)江西省嚴(yán)重退化紅壤區(qū)不同生態(tài)修復(fù)措施（強(qiáng)烈干擾馬尾松林、封禁、竹節(jié)溝、種草竹節(jié)溝、谷坊、無(wú)谷坊）下馬尾松林分的土壤理化性質(zhì)進(jìn)行了研究。結(jié)果表明：與裸露地相比，不同恢復(fù)措施的馬尾松林0 ～ 20 cm土層的容重明顯降低，最小的為谷坊馬尾松林，容重為1.21 g/cm3；種草竹節(jié)溝馬尾松林對(duì)水分的改善效果最好，其0 ～ 20 cm土層的最大持水量、毛管含水量和土壤含水量分別為44.27%、48.24%和46.28%。與裸露地相比，6種馬尾松林分的土壤有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分含量明顯增加，強(qiáng)烈干擾馬尾松林、封育馬尾松林、竹節(jié)溝馬尾松林、種草竹節(jié)溝馬尾松林、谷坊馬尾松林和無(wú)谷坊馬尾松林的土壤有機(jī)質(zhì)含量分別比裸露地高1.41、4.51、2.73、5.66、8.91和3.66 g/kg；裸露地的N、P、K含量最低，種草竹節(jié)溝馬尾松林的N含量最高，而竹節(jié)溝馬尾松林的P和K含量最高。

紅壤退化區(qū)；土壤理化特性；生態(tài)修復(fù)

我國(guó)南方紅壤地區(qū)總面積203 153萬(wàn)km2，占全國(guó)土地總面積的21%，由于其地形起伏大、降水量多而集中、暴雨強(qiáng)度大等獨(dú)特的自然條件和墾殖指數(shù)高、突出的人地矛盾，使該地區(qū)自然植被破壞嚴(yán)重，生態(tài)條件惡化，成為了我國(guó)水土流失最為嚴(yán)重的區(qū)域[1～2]。在多年的治理過(guò)程中，根據(jù)高溫、多雨、無(wú)霜期長(zhǎng)的氣候條件、植被自然恢復(fù)能力強(qiáng)的特點(diǎn)，在紅壤退化區(qū)形成了以人工植被或森林重建為主的生態(tài)恢復(fù)方式，根據(jù)許多學(xué)者的研究，不同類型的森林重建提高了土壤有機(jī)質(zhì)含量、改善了通氣狀況，微生物量和酶活性得到了提高，特別是自然恢復(fù)林分其土壤質(zhì)量?jī)?yōu)于人工撫育的林分[3～9]，這對(duì)于紅壤地區(qū)的生態(tài)恢復(fù)有重要的指導(dǎo)意義。本研究以嚴(yán)重侵蝕紅壤地輔以工程措施（水平溝、谷坊等）的生態(tài)修復(fù)林分為對(duì)象，通過(guò)其土壤理化特性研究，探討不同修復(fù)模式對(duì)土壤地力的改良效果，為南方嚴(yán)重退化紅壤區(qū)的生態(tài)修復(fù)和生產(chǎn)力提高提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

試驗(yàn)地位于江西省泰和縣老虎山小流域內(nèi)114° 52′ ～ 114° 54′ E，26° 50′ ～ 26° 51′ N，屬中亞熱帶季風(fēng)氣候，多年平均雨量為1 363 mm。無(wú)霜期288 d，平均氣溫為18.6℃，年平均大于10℃的積溫為5 918℃，極端最高氣溫40.4℃、極端最低氣溫－6℃。老虎山小流域?qū)倨皆媲鹆陞^(qū)，海拔80 ～ 200 m，流域內(nèi)丘坡平緩，坡度多在5°左右，土壤為第四紀(jì)紅色粘土發(fā)育而成的紅壤，厚度一般為3 ～ 40 m。

2 研究方法

2.1 樣地選取

本實(shí)驗(yàn)以裸露地（植被恢復(fù)前作為對(duì)照，用CK表示），采取不同生態(tài)修復(fù)模式進(jìn)行紅壤區(qū)退化地的治理，人工修復(fù)模式包括6種：在裸露地上治理恢復(fù)的強(qiáng)烈干擾馬尾松（Pinus massoniana）林分（打松枝、耙松針，無(wú)任何撫育管理措施）、封育馬尾松林分、竹節(jié)溝馬尾松林分（開(kāi)挖水平竹節(jié)溝）、種草竹節(jié)溝馬尾松林分（帶狀種草且開(kāi)挖水平竹節(jié)溝）、谷坊馬尾松林分（在溝道下游修建攔擋水沙，以抬高侵蝕基準(zhǔn)面的水土保持措施）、無(wú)谷坊馬尾松林分。

裸露地屬于強(qiáng)度土壤侵蝕，地表無(wú)任何草灌。林分為1983年植苗造林治理形成，2000年開(kāi)挖完成竹節(jié)溝。本試驗(yàn)于2008年4月進(jìn)行土壤樣品的野外采樣。各林分特征見(jiàn)文獻(xiàn)[10]。

2.2 土壤樣品的采集與測(cè)定

用環(huán)刀法（環(huán)刀分層：0 ～ 20，＞20 ～ 40 cm）取樣，測(cè)定土壤容重、土壤持水量。在每個(gè)代表性地塊上按0～ 10、＞ 10 ～ 20、＞20 ～ 40、＞ 40 ～ 60 cm四個(gè)層次采集土壤樣品進(jìn)行室內(nèi)分析，土壤有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀—濃硫酸外加熱法，土壤全氮用硫酸—高氯酸消煮，半微量開(kāi)氏法測(cè)定，土壤全磷采用鉬銻抗比色法，全鉀用Perkin-Elmer公司生產(chǎn)的ICP-MS（電感耦合等離子質(zhì)譜儀）測(cè)定。

3 結(jié)果與分析

3.1 土壤物理性質(zhì)

3.1.1 容重和含水量 從表1可以看出，裸露地表土沒(méi)有植被保護(hù)，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期雨水沖刷后0 ～ 20 cm和 ＞ 20 ～ 40 cm土層容重分別為1.67和1.66 g/m3，經(jīng)過(guò)人工修復(fù)后，處于坡面的強(qiáng)干擾馬尾松林、封育馬尾松林、竹節(jié)溝馬尾松林和種草竹節(jié)溝馬尾松林等林分0 ～ 20 cm土壤容重均有所下降，而且低于＞ 20 ～ 40 cm土層容重，分別為1.43、1.36、1.37和1.36 g/m3，處于坡底的谷坊馬尾松林和無(wú)谷坊馬尾松林，容重分別為1.21和1.24 g/m3。＞ 20 ～ 40 cm土壤的容重除竹節(jié)溝馬尾松林略有增加外，其余林分＞ 20 ～ 40 cm土層的容重明顯降低。這表明處于不同坡面位置的馬尾松林均降低了土壤容重，使土壤的物理結(jié)構(gòu)得到了改善。

在紅壤退化區(qū)，土壤的含水量對(duì)植被恢復(fù)有重要作用，它影響著土壤中各種養(yǎng)分的輸送，從而影響植被的生長(zhǎng)和發(fā)育。自然恢復(fù)林分中，除封育馬尾松林外，其余林分0 ～ 20 cm深度土層的最大持水量、毛管含水量和土壤含水量均高于裸露地，其中種草竹節(jié)溝馬尾松林對(duì)水分的改善效果最好，其0 ～ 20 cm土層的最大持水量、毛管含水量和土壤含水量分別比對(duì)照高 92.40%、93.28%、117.50%，表明在退化紅壤區(qū)林分恢復(fù)的過(guò)程中種草能明顯提高土壤的水分含量，對(duì)林分的后期演替有非常重要的作用。處于坡底的谷坊馬尾松林提高了侵蝕基準(zhǔn)面，減少了水土流失，其最大持水量、毛管含水量和土壤含水量與無(wú)谷坊馬尾松林相比分別提高了 10.99%、23.61%、39.04%。

表1 不同林分土壤容重和水分特性Table 1 Soil bulk density and moisture content properties under different sample plots

3.1.2 土壤機(jī)械組成 從表2可以看出，強(qiáng)烈干擾馬尾松林 ＞ 1.00 mm的顆粒比例在81.2%，高于封育馬尾松林和裸露地。人工修復(fù)林中，谷坊馬尾松林和無(wú)谷坊馬尾松林 ＞ 1.00 mm的石礫比裸露地明顯降低，二者相差不大，而谷坊馬尾松林中 ＜ 0.25 mm的細(xì)砂礫比無(wú)谷坊馬尾松林中明顯提高，從而使得土壤的粒級(jí)分布更加平均。開(kāi)挖竹節(jié)溝的林分中，種草竹節(jié)溝馬尾松林0.25 ～ 1.00 mm顆粒組成比例增大，而 ＜ 0.25 mm的細(xì)砂礫比例減少。

表2 0 ～ 20 cm土壤機(jī)械組成Table 2 Mechanical composition of soil layer of 0-20cm %

3.2 土壤化學(xué)性質(zhì)

圖1 不同林分土壤有機(jī)質(zhì)含量Figure 1 Organic matter content in soil under different sample plots

3.2.1 有機(jī)質(zhì) 從圖1可以看出，所有林分有機(jī)質(zhì)的含量在垂直方向上隨土壤深度增加而逐漸減少。0 ～10 cm土層有機(jī)質(zhì)含量從高到低依次為：種草竹節(jié)溝馬尾松林、谷坊馬尾松林、無(wú)谷坊馬尾松林、封育馬尾松林、竹節(jié)溝馬尾松林、強(qiáng)干擾馬尾松林、裸露地面。裸露地和強(qiáng)干擾馬尾松林由于無(wú)植被覆蓋，其0～ 10 cm與10 cm以下土層相差不明顯，差異最明顯的是種草竹節(jié)溝馬尾松林，其0 ～ 10 cm土層比10 cm以下土層平均高12.14 g/kg，可見(jiàn)在紅壤區(qū)種百喜草可以改善了土壤的微生物種類和數(shù)量，從而提高土壤有機(jī)質(zhì)含量[11]。

3.2.2 養(yǎng)分含量 從N、P、K三種養(yǎng)分含量的平均值來(lái)看，三種養(yǎng)分含量的平均值的排列順序?yàn)镵 ＞ N ＞P；不同水土保持措施的土壤養(yǎng)分含量均大于裸露地面和強(qiáng)干擾馬尾松林，谷坊馬尾松林的養(yǎng)分含量高出無(wú)谷坊馬尾松5.5% ～ 29.9%。處于谷底的林分中，谷坊馬尾松林修建了抬高侵蝕基準(zhǔn)面的水土保持措施，其N、P、K含量顯著高于無(wú)谷坊馬尾松林；在坡面林分中，竹節(jié)溝馬尾松林對(duì)P和K的改善效果最好，種草竹節(jié)溝馬尾松林土壤N含量最高，而P和K低于竹節(jié)溝馬尾松林，可能由于草本植物生長(zhǎng)對(duì)P和K的需求較大，而對(duì)N的需求較小。

從圖2可以看出，所有人工修復(fù)林分均提高了土壤表層的養(yǎng)分含量，而養(yǎng)分的垂直分布比較復(fù)雜，具體表現(xiàn)為：裸露地面、種草竹節(jié)溝馬尾松林、谷坊馬尾松林的0 ～ 10 cm土層N高于10 cm以下土層，其他林分則相反；裸露地土壤表層受雨水的沖刷，養(yǎng)分流失較多，因而其0 ～ 10 cm養(yǎng)分含量甚至低于強(qiáng)烈干擾的馬尾松林。在坡面林分中，竹節(jié)溝馬尾松林和強(qiáng)干擾馬尾松林因前期或長(zhǎng)期受到了人為干擾，土壤表層易流失元素N和K的含量低于10 ～ 20 cm土層，封育馬尾松林由于沒(méi)有人為干擾呈現(xiàn)相反的狀態(tài)；而種植了百喜草的竹節(jié)溝馬尾松林對(duì)表層土N和K的改善效果較好，顯著高于10 ～ 20 cm土壤N和K含量。

圖2 不同林分土壤各層次養(yǎng)分含量Figure 2 Organic matter content in different soil layer under different sample plots

4 結(jié)論與討論

南方嚴(yán)重退化紅壤區(qū)自然恢復(fù)林分和采取水土保持工程相結(jié)合的生態(tài)修復(fù)林分，土壤結(jié)構(gòu)和水分含量得到改善，處于坡面的林分中，種草竹節(jié)溝馬尾松林對(duì)土壤物理結(jié)構(gòu)的改善效果最好，其0 ～ 20 cm土層的容重、最大持水量、毛管含水量和土壤含水量分別為1.36 g/cm3、44.27%、48.24%和46.28%。處于坡底的谷坊馬尾松林對(duì)土壤物理性質(zhì)的有所改善，其0 ～ 20 cm土層容重、最大持水量、毛管含水量和土壤含水量分別為1.21 g/cm3、29.96%、44.76%和40.23%。

從土壤養(yǎng)分來(lái)看，有機(jī)質(zhì)、N、P和K的含量明顯高于裸露地和強(qiáng)干擾林地，其中種草竹節(jié)溝馬尾松林對(duì)有機(jī)質(zhì)的改善效果最好，谷坊馬尾松林對(duì)N和P的改善效果最好，竹節(jié)溝馬尾松林對(duì) K的改善效果最好。在本研究中，處于中下坡的強(qiáng)烈干擾馬尾松林、種草竹節(jié)溝馬尾松林、竹節(jié)溝馬尾松林和封育馬尾松林四種林分中，封育馬尾松林的年凋落量和養(yǎng)分歸還量最大[12]。周禮愷指出，土壤酶活性與土壤有機(jī)質(zhì)、其它肥力因素的相關(guān)性較大[13]，因此在后續(xù)的研究工作中，應(yīng)進(jìn)一步深入探討紅壤退化區(qū)域植被恢復(fù)過(guò)程中凋物落分解、土壤酶特性等相關(guān)內(nèi)容。

[1] 鄭華，歐陽(yáng)志云，王效科，等.不同森林恢復(fù)類型對(duì)南方紅壤侵蝕區(qū)土壤質(zhì)量的影響[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2004，24（9）：1 994－2 002.

[2] 梁音，楊軒，潘賢章，等.南方紅壤丘陵區(qū)水土流失特點(diǎn)及防治對(duì)策[J].中國(guó)水土保持，2008（12）：50－53.

[3] 劉苑秋，楊國(guó)平，杜天真，等.嚴(yán)重侵蝕紅壤重建森林的土壤生態(tài)效益研究[J].江西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2005，27（1）：119－123.

[4] 王曉龍，胡鋒，李輝信，等.侵蝕退化紅壤自然恢復(fù)下土壤生物學(xué)質(zhì)量演變特征[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2007，27（4）：1 404－1 405.

[5] 鄭華，歐陽(yáng)志云，王效科，等.不同森林恢復(fù)類型對(duì)南方紅壤侵蝕區(qū)土壤質(zhì)量的影響[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2004，24（9）：1 995－2 002.

[6] 郭曉敏，牛德奎，劉苑秋，等.江西省不同類型退化荒山生態(tài)系統(tǒng)植被恢復(fù)與重建措施[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2002，22（6）：878－884.

[7] 李德成，梁音，趙玉國(guó)，等.南方紅壤區(qū)水土保持主要治理模式和經(jīng)驗(yàn)[J].中國(guó)水土保持，2008（12）：54－56.

[8] 黃少燕.紅壤侵蝕退化地不同生態(tài)恢復(fù)措施對(duì)土壤養(yǎng)分影響研究[J].水土保持研究，2009，16（3）：38－42.

[9] 王昭艷，左長(zhǎng)清，曹文洪，等.紅壤丘陵區(qū)不同植被恢復(fù)模式土壤理化性質(zhì)相關(guān)分析[J].土壤學(xué)報(bào)，2011，48（4）：715－814.

[10] 李鳳，黃榮珍，樊后保，等.退化第四紀(jì)紅粘土重建森林恢復(fù)27年后群落多樣性及穩(wěn)定性研究[J].水土保持學(xué)報(bào)，2011，25（3）：189－193.

[11] 陳桂秋，黃道友，蘇以榮，等.紅壤丘陵區(qū)不同土地利用方式對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)的影響[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2005，24（2）：256－260.

[12] 劉文飛，樊后保，黃榮珍，等.紅壤侵蝕區(qū)不同生態(tài)修復(fù)措施對(duì)凋落物量及其養(yǎng)分歸還的影響[J].水土保持學(xué)報(bào)，2012，26（1）：58－61.

[13] 周禮愷，張志明.土壤酶活性在評(píng)價(jià)土壤肥力中的作用[J].土壤學(xué)報(bào)，1983，20（4）：413－418.

Effect of Different Restoration Measures on Soil Physico-chemical Properties in Degraded Red Soil

LI Yan-yan1，HUANG Rong-zhen1，F(xiàn)AN Hou-bao1，XIAO Long2
（1.Department of Ecology & Environment, Nanchang Institute of Technology, Nanchang 330099, China; 2.Taihe Water and Soil Conservation Station of Jiangxi, Taihe 343700, China）

Soil physico-chemical properties were determined of P.massoniana stands treated with different ecological restoration measures in degraded red soil area of Jiangxi province, taking bare ground as control.The results indicated that soil bulk density at the layer of 0-20cm under treated stands was far lower than that at bare ground, and the lowest was at P.massoniana stand + check-dam.Moisture content in the soil was greatly improved in stand + grass + CST, the maximum water-holding capacity, capillary and soil moisture content was 44.27%, 48.24% and 46.28%.Soil organic matter in treated stands was 1.41, 4.51, 2.73, 5.66, 8.91 and 3.66g/kg higher than that in the control.N, P and K content in the control was found the lowest, and stand + grass + CST had the highest N content, while stand + CST had the highest P and K content.

degraded red soil; soil property; ecological restoration

S718

A

1001-3776（2014）06-0078-05

2014-06-02；

2014-10-10

江西省教育廳青年基金項(xiàng)目（GJJ13749）；國(guó)家自然科學(xué)基金（31160179）

李燕燕（1979－），女，河南延津人，講師，博士生，從事水土保持生態(tài)修復(fù)研究。