寧南黃土丘陵區(qū)退耕地植被恢復(fù)中土壤物理特性變化研究

苗正德 李銀平 王治霞 明占武

摘要以寧夏南部黃土丘陵區(qū)固原市原州區(qū)的大紅溝流域?yàn)檠芯繉?duì)象,分析了原州區(qū)退耕地植被恢復(fù)過(guò)程中不同恢復(fù)年限、不同植被類型下的土壤物理變化特征,結(jié)果表明:對(duì)于土壤含水量,林草間作地<灌木林地<喬灌混交林地,隨著退耕年限的不斷增長(zhǎng),上層土壤含水量不斷增加,下層不斷降低,隨土層不斷加深,其含量逐步趨于穩(wěn)定;對(duì)于0～60 cm 土壤平均容重及孔隙度,以灌木林地土壤容重相對(duì)較大,孔隙度相對(duì)較小,喬灌混交林地的容重及孔隙度的變化與灌木林地相反,并且隨著退耕年限的不斷延長(zhǎng),土壤容重不斷減小,孔隙度不斷增加,但是不同恢復(fù)方式下土壤容重及其孔隙度變化不大。

關(guān)鍵詞退耕地;植被恢復(fù);土壤物理特性;黃土丘陵溝壑區(qū)

中圖分類號(hào)S152.9文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào) 1007-5739(2009)14-0245-02

寧南山區(qū)的固原市原州區(qū)位于黃土高原西部,屬于典型的黃土丘陵區(qū)。自2000年實(shí)施退耕還林工程以來(lái),截至2006年,共退耕造林3.71萬(wàn)公頃,加快了區(qū)域植被恢復(fù)進(jìn)程,改善了生態(tài)環(huán)境,工程建設(shè)取得了階段性成效。然而,由于退耕還林區(qū)生境比較脆弱,自生植被與人工植被的競(jìng)爭(zhēng)矛盾突出,人工植被退化嚴(yán)重。土壤物理性質(zhì)作為土壤環(huán)境的一部分,對(duì)植被恢復(fù)有著極其重要的作用,通過(guò)對(duì)退耕林地土壤的調(diào)查與分析,對(duì)其進(jìn)行植被恢復(fù)和重建,將有助于提高土地生產(chǎn)力,減緩水土流失,對(duì)生態(tài)環(huán)境的改善有著重要的實(shí)踐意義。因此,結(jié)合野外實(shí)驗(yàn)及其所采集的數(shù)據(jù)對(duì)退耕地植被恢復(fù)中土壤物理性質(zhì)的變化特征進(jìn)行分析,以期為固原市原州區(qū)退耕地的植被恢復(fù)與重建及其生態(tài)環(huán)境建設(shè)提供科學(xué)依據(jù)。

1材料與方法

1.1研究區(qū)概況

研究區(qū)設(shè)在寧夏回族自治區(qū)固原市原州區(qū)具有代表性的東北部黃土丘陵區(qū)的大紅溝流域,其位于固原市東北部15km處,屬黃土高原丘陵溝壑區(qū),主溝長(zhǎng)9km,流域面積115km2。流域內(nèi)地形復(fù)雜,溝壑縱橫,土地利用類型多樣。流域大致呈東南—西北走向,海拔1 570～1 930m。流域?yàn)楦珊禋夂騾^(qū),年均氣溫7.5℃,多年平均降水量350mm,土壤以湘黃土為主。

1.2研究方法

研究以調(diào)查觀測(cè)采樣與室內(nèi)分析相結(jié)合的方法,選擇具有代表性的樣地6處,從土壤水分含量、土壤容重以及土壤孔隙度3個(gè)方面,對(duì)退耕地植被恢復(fù)中不同恢復(fù)年限、不同的植被類型的土壤物理性質(zhì)變化特征進(jìn)行分析。供試樣地基本情況見(jiàn)表1。

1.3觀測(cè)指標(biāo)與方法

1.3.1土壤含水量。土壤水分調(diào)查采用土鉆法,取土深度為500 cm,每隔20cm 取土1次,土壤水分的測(cè)定采用烘干法。計(jì)算公式:W(%)=(M1-M2)/(M2-M3)式中,M1為烘前鋁盒及土樣重(g);M2為烘后鋁盒及土樣重(g);M3為烘干空鋁盒重(g)。

1.3.2土壤容重及孔隙度。環(huán)刀法測(cè)定土壤容重,即用環(huán)刀取有代表性的原狀土,稱其重量,并計(jì)算單位容積的烘干土重。計(jì)算公式:Qb=(m2-m1)/V。式中,Qb為土壤容重 (g/cm3);m1為環(huán)刀重(g);m2為環(huán)刀和烘干土重(g);V為環(huán)刀容積(cm3);土壤孔隙度根據(jù)容重?fù)Q算公式為:P =(1-Qb/Qs)×100%,式中,Qb為土壤容重(g/cm3);Qs為土壤比重,取2.65g/cm3。

2結(jié)果與分析

2.1退耕地植被恢復(fù)中不同退耕年限土壤物理特性變化

2.1.1退耕地植被恢復(fù)中不同退耕年限土壤含水量變化。在退耕地的植被恢復(fù)中,隨著退耕年限的不斷延長(zhǎng),土壤水分發(fā)生相應(yīng)的變化。表2為不同恢復(fù)年限的土壤含水量變化?？梢钥闯?退耕地土壤含水量都小于對(duì)照坡耕地的土壤含水量。2000年、2004年退耕地土壤平均含水量分別為7.55%和6.12%,兩者相差2.66%,這是由于隨著恢復(fù)年限的增長(zhǎng),植被蓋度增加,故土壤水分含量隨著恢復(fù)年限的不斷增長(zhǎng)而逐漸增加。在250 cm 以下土層,土壤含水量隨著退耕年限的不斷增加而逐漸減小,并且隨著土層的不斷加深,土壤含水量有逐步趨于穩(wěn)定的趨勢(shì)。造成這一趨勢(shì)的主要原因是隨著退耕年限的延長(zhǎng),植被的耗水量也隨之增加,特別是在干旱期,植物的強(qiáng)烈蒸騰致深層儲(chǔ)水因補(bǔ)充調(diào)節(jié)植物需水而逐漸減小。當(dāng)有降雨時(shí),土壤表層的水分虧缺得到補(bǔ)充,卻不能使深層的土壤水分得到應(yīng)有的補(bǔ)充,進(jìn)而使得土壤深層的土壤水分含量較小,并且長(zhǎng)期的干旱還可能導(dǎo)致土壤干層的出現(xiàn)。

2.1.2退耕地植被恢復(fù)中不同恢復(fù)年限土壤容重及孔隙度變化。對(duì)于進(jìn)行植被恢復(fù)的退耕地來(lái)說(shuō),由于恢復(fù)年限的不同,使得土壤的容重及其孔隙度也產(chǎn)生一定的差異結(jié)果(見(jiàn)表3),可以看出,隨著恢復(fù)年限的不斷增長(zhǎng),0～ 60 cm 土層的平均容重不斷減小,孔隙度不斷增大;并且不同恢復(fù)年限不同土層的土壤容重及孔隙度變化幅度也不同,以土壤表層的變化幅度相對(duì)較大,這說(shuō)明隨著退耕年限的不斷增長(zhǎng),土壤的孔性變好,土壤入滲能力增強(qiáng),土壤水分也得到相應(yīng)的改善,這與土壤含水量的變化是相對(duì)應(yīng)的。但是,總體來(lái)說(shuō),隨退耕年限的延長(zhǎng)土壤容重及其孔隙度變化不太明顯。

2.2退耕地植被恢復(fù)中不同植被類型對(duì)土壤物理性質(zhì)的影響

2.2.1退耕地植被恢復(fù)中不同植被類型的土壤含水量變化。在退耕地的植被恢復(fù)中,不同的植被類型對(duì)土壤水分有著不同的影響,從表2可以看出退耕地植被恢復(fù)中不同植被類型的土壤水分變化。各種植被類型的土壤水分都小于對(duì)照的坡耕地,植被類型的土壤含水量總的變化趨勢(shì)為喬灌混交林地>灌木林地>林草間作地,并且隨著土層的不斷加深,土壤水分逐步趨于穩(wěn)定。在0～350cm土層,林草間作地(S5)、灌木地(S3)和喬灌混交林地(S2)的平均含水量分別為5.95%、7.68%和7.43%,而在350～500cm土層,喬木地的土壤含水量大于灌木地,這可能是由于對(duì)深層土壤水的消耗該地灌木大于喬木。因此,在對(duì)退耕地進(jìn)行植被恢復(fù)時(shí),應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐耐寥拉h(huán)境條件特別是水分狀況,進(jìn)行植被類型的選擇,做到因地制宜、適地適樹(shù)。

2.2.2退耕地植被恢復(fù)中不同植被類型的土壤容重及孔隙度變化。土壤容重和孔隙度是衡量土壤結(jié)構(gòu)好壞的2個(gè)重要指標(biāo),并且影響著土壤水分的滲透性。從表3可以看出,不同植被類型的退耕地,土壤容重及其孔隙度存在一定的差異。灌木地(S3)0～60cm平均土壤容重相對(duì)較小,孔隙度相對(duì)較大,分別為1.30g/cm3和51.02%;喬木地(S3)0～60cm平均土壤容重相對(duì)較大,孔隙度相對(duì)較小,分別為1.34g/cm3和49.57%;草地的數(shù)值介于灌木地與喬木地之間;對(duì)于同一植被類型不同土層的土壤容重及孔隙度來(lái)說(shuō),灌木地和喬木地的上下土層變化趨勢(shì)是一致的,都表現(xiàn)為上層土壤容重小于下層土壤容重,上層的孔隙度大于下層孔隙度,而草地上下土層變化不太明顯。從分析中可以看出,灌木地對(duì)土壤孔隙的改善優(yōu)于其他植被類型,這就要求在對(duì)退耕地進(jìn)行植被恢復(fù)時(shí),其他條件相同及其客觀條件允許的情況下,首先考慮選擇灌木樹(shù)種。

3結(jié)論

在退耕地植被恢復(fù)過(guò)程中,由于退耕時(shí)間、植被類型和恢復(fù)方式不同,使土壤含水量、土壤容重、土壤孔隙度存在一定的差異。

(1)在退耕地的植被恢復(fù)過(guò)程中,隨著退耕年限的增長(zhǎng),上層土壤含水量不斷增加,下層土壤含水量不斷減小,并且隨著土層的不斷加深,土壤水分逐步趨于穩(wěn)定;0～60cm土層,隨恢復(fù)年限的延長(zhǎng),土壤平均容重不斷減小,孔隙度不斷增大。

(2)對(duì)于不同植被類型的土壤含水量,以喬灌混交林地相對(duì)較高,林草間作地相對(duì)較低,灌木林地介于兩者之間;0～60cm 土層,土壤平均容重以灌木林地相對(duì)較大,喬灌混交林地相對(duì)較小,孔隙度的變化與容重的變化相反。

(3)對(duì)退耕地進(jìn)行植被恢復(fù),土壤含水量大小于對(duì)照坡耕地的土壤含水量。

4參考文獻(xiàn)

[1] 卜崇峰,劉國(guó)彬,戴全厚.紙坊溝流域狼牙刺對(duì)土壤物理性狀的影響[J].水土保持研究,2003,10(2):25-27.

[2] 吳蔚東,黃春昌,王景明,等.江西省山地幾種森林類型下土壤物理性狀的研究[J].土壤侵蝕與水土保持學(xué)報(bào),1997,3(1):50-55.

[3] 曹世杰,王小青,徐會(huì)霞.蒙山幾個(gè)樹(shù)種改良土壤物理性狀的作用探討[J].山東林業(yè)科技,2002(5):10-11.

[4] 張海林,秦耀東,朱文珊.耕作措施對(duì)土壤物理性狀的影響[J].土壤,2003(2):140-144.

[5] 曹河水.不同治理模式侵蝕地土壤物理特性變化的研究[J].土壤,2001(5):260-263.

[6] 王政權(quán),王慶成.森林土壤物理性質(zhì)的異質(zhì)性研究[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2000,20(6):945-950.

[7] 琚彤軍,劉普靈,鄭世清,等. 大紅溝流域水土流失治理及其效益分析[J].西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(bào),2003(31):65-67.

[8] 鄭劍英,吳瑞俊,翟連寧.黃土丘陵溝壑區(qū)小流域土壤養(yǎng)分的分布特征[J].水土保持通報(bào),1996,16(4):26-30.