滇中不同植被恢復(fù)模式下土壤肥力變化趨勢(shì)研究

李品榮，孟廣濤，方向京，柴 勇，張正海，尹艾萍，蔡雨新

（云南省林業(yè)科學(xué)院，昆明650204）

土壤肥力是土壤的基本屬性，是土壤物理、化學(xué)和生物性質(zhì)的綜合反映。土壤條件是植被恢復(fù)的基礎(chǔ)，同時(shí)植被恢復(fù)也對(duì)土壤性質(zhì)的改善具有促進(jìn)作用，植被和土壤相輔相成、協(xié)同發(fā)展。林齡不同、林分樹種組成以及結(jié)構(gòu)配置不同，土壤肥力也不盡相同［1］。本文選擇滇中富源縣2002年退耕還林工程營(yíng)建的旱冬瓜（Alnus nepalensis）林、川滇榿木（Alnus ferdinandi-coburgii）林、云南松 （Pinus yunnanen-sis）林、銀荊（Acacia dealbara）林、墨西哥柏（Cupressus lusitanica）林和云南松＋旱冬瓜林6種不同植被恢復(fù)模式為研究對(duì)象，采用定期監(jiān)測(cè)的方法分別于2002年、2005年、2008年和2011年對(duì)其土壤理化性狀進(jìn)行定點(diǎn)取樣和測(cè)定，研究滇中不同植被恢復(fù)模式下土壤肥力變化趨勢(shì)并進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，以期對(duì)滇中地區(qū)乃至全省的退耕還林工程和中低產(chǎn)林改造工程提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于滇中富源縣，地理位置103°58′37″—104°49′48″E、25°02′30″—25°58′22″N，年均溫13.8℃，極端最高溫39.4℃，極端最低溫－10.7℃，≥10℃年有效積溫4 024℃，年日照時(shí)數(shù)1 819.9h，無(wú)霜期240 d，年均降水量1 032mm，海拔1 910～2 040m。土壤為山地紅壤，地帶性植被是以滇石櫟（Lithocarpus dealbatus）、滇青岡（Cyclobalanopsis glaucoides）等殼斗科植物為主的亞熱帶半濕潤(rùn)常綠闊葉林，由于原生性植被破壞較嚴(yán)重，僅分布于偏遠(yuǎn)和陡峭的溝谷地帶，現(xiàn)存植被主要是以云南松、華山松為主的純林和混交林。

試驗(yàn)區(qū)的林分于2002年退耕還林工程營(yíng)建，除云南松株行距為1.5m×1.5m外，其余林分株行距均為2m×2m，2008年已郁閉成林。旱冬瓜林樹高7～9m，胸徑13～18cm，郁閉度0.9；川滇榿木林樹高8～10m，胸徑14～17cm，郁閉度0.9；云南松林樹高5～7m，胸徑11～13cm，郁閉度0.75；銀荊林樹高11～15m，胸徑25～28cm，郁閉度0.95；墨西哥柏林樹高8～11m，胸徑15～18cm，郁閉度0.85；云南松＋旱冬瓜林樹高5～9m，胸徑11～18cm，郁閉度0.9，混交比例為：云南松7行旱冬瓜3行。林下植物以苔蘚（Mnium spinosum）、藎草（Arthraxon hispidus）、糯米團(tuán)（Gonostegia hirta）和馬蹄金（Dichondra repens）等中生和蔭生植物為主。

1.2 研究方法

采用野外作業(yè)與室內(nèi)分析相結(jié)合的方法，在每種林分內(nèi)選取標(biāo)準(zhǔn)地，進(jìn)行立地條件調(diào)查和標(biāo)準(zhǔn)地立木調(diào)查。記錄坡度、坡向、坡位、樹高、枝下高、胸徑、冠幅、郁閉度以及灌草的種類、高度、蓋度等。同時(shí)在每塊標(biāo)準(zhǔn)樣地內(nèi)選擇3個(gè)具有代表性的位置定點(diǎn)采集0—10cm土層的土壤樣品，采用中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所分析方法［2］和中國(guó)分析標(biāo)準(zhǔn)方法［3］對(duì)不同土類的物理化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行室內(nèi)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤物理性狀

土壤物理性質(zhì)直接關(guān)系到林木根系生長(zhǎng)及其對(duì)水分、養(yǎng)分的吸收，是土壤肥力的重要指標(biāo)之一，土壤物理質(zhì)量的變化直接影響林木的生長(zhǎng)和林地生產(chǎn)力。在評(píng)價(jià)土壤質(zhì)量的定量體系中，基本的物理性狀指標(biāo)包括質(zhì)地、結(jié)構(gòu)性、含水狀況、持水特性、容重和孔隙度等，本文根據(jù)實(shí)際情況，選擇容重、總孔隙度和毛管孔隙度為本次研究的主要物理指標(biāo)。土壤物理性狀及其變化見表1。

（1）土壤容重的大小反映了土壤的結(jié)構(gòu)狀況，預(yù)示著土壤的水分和空氣的運(yùn)行和存在的狀態(tài)，是反映土壤松緊程度及土壤通氣透水狀況的一個(gè)指標(biāo)，主要受土壤質(zhì)地、結(jié)構(gòu)狀況、有機(jī)質(zhì)含量的影響。一般來(lái)說(shuō)，容重小，土壤疏松，有利于攔滲蓄水，減緩徑流沖刷，容重大則相反［4］。表1表明，退耕還林前試驗(yàn)區(qū)是耕地，土壤容重差異不大，為1.2～1.3g／cm3，但隨著植被恢復(fù)的進(jìn)程，土壤容重呈遞減趨勢(shì)。退耕還林9a后，由于營(yíng)建的樹種不同導(dǎo)致土壤容重存在一定差異，銀荊林的土壤容重最低，為0.95g／cm3，說(shuō)明銀荊比其它參試樹種的土壤改良作用更明顯。

表1 不同植被恢復(fù)模式下的土壤物理性狀

（2）土壤孔隙度是評(píng)價(jià)土壤通透性和水源涵養(yǎng)潛力的重要指標(biāo)之一，毛管孔隙的大小決定著土壤的田間持水能力，非毛管孔隙因孔隙直徑大而有利于土壤通氣透水，與土壤水分的滲透能力有密切關(guān)系，孔隙度的增加有利于土壤水分滲透［5］。由表1可知，經(jīng)過(guò)9a的植被恢復(fù)，土壤總孔隙度和毛管孔隙度均明顯增加，說(shuō)明土壤的持水能力增強(qiáng)。不同植被恢復(fù)模式下土壤總孔隙度依次為：銀荊林＞旱冬瓜林＞云南松＋旱冬瓜林＞川滇榿木林＞墨西哥柏林＞云南松林，這與土壤容重結(jié)論一致，土壤孔隙度增加則容重降低。

（3）植被恢復(fù)后，土壤容重逐漸降低，土壤孔隙度則隨之增加，這是由于植物根系生長(zhǎng)和枯枝落葉物的形成，使得土壤通透性和穩(wěn)定性增加，抗蝕性也隨之增強(qiáng)，說(shuō)明植被恢復(fù)對(duì)土壤物理性質(zhì)具有很好地改善作用。由于樹種不同導(dǎo)致不同植被恢復(fù)模式下土壤物理性質(zhì)存在一定差異，闊葉樹種優(yōu)于針葉樹種，特別是9a生銀荊林的土壤容重和孔隙度已接近地帶性植被（滇石櫟林），一方面說(shuō)明植被恢復(fù)能有效改善土壤的物理性狀，另一方面說(shuō)明銀荊林的保水性能優(yōu)于其余參試樹種，值得在當(dāng)?shù)厮帘３至譅I(yíng)建中推廣應(yīng)用。

2.2 土壤化學(xué)性狀

土壤化學(xué)性質(zhì)分析主要是對(duì)土壤養(yǎng)分的分析，本文選取有機(jī)質(zhì)、pH、全N、全P、全K等指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定和分析。土壤化學(xué)性質(zhì)及其變化見表2。

表2 不同植被恢復(fù)模式下土壤養(yǎng)分比較

（1）土壤pH值主要取決于土壤中酸堿物質(zhì)的多少，也是土壤的基本特性，也是影響土壤肥力和作物生長(zhǎng)的重要因素之一。表2說(shuō)明，植被恢復(fù)9a后土壤pH值變化不大，呈中性，有利于植物的生長(zhǎng)。

（2）土壤有機(jī)質(zhì)在礦化過(guò)程中能釋放大量供植物生長(zhǎng)需要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，能增加土壤的保肥性和緩沖性、水穩(wěn)性團(tuán)聚體數(shù)量和土壤孔隙度，降低容重，促進(jìn)微生物的活動(dòng)，對(duì)改善土壤理化性質(zhì)、增加土壤肥力有著極其重要的作用。經(jīng)9a的植被恢復(fù)，土壤有機(jī)質(zhì)變化明顯，由平均27.89g／kg增加到平均67.58 g／kg，平均增幅達(dá)142.35%。云南松＋旱冬瓜林增幅最大，達(dá)到191.23%，其次是川滇榿木林；幾種群落的有機(jī)質(zhì)增幅依次是云南松＋旱冬瓜林＞川滇榿木林＞銀荊林＞旱冬瓜林＞墨西哥柏林＞云南松林，這是由于闊葉樹種的枯枝落葉物容易腐爛分解，而針葉樹種的枯枝落葉物因含油脂難分解造成的。

（3）云南省土壤平均全N、全P、全K、速效N、速效P、速效 K含量分別為2.4g／kg，0.8g／kg，14.4g／kg，161.7mg／kg，14.08mg／kg，168.08mg／kg［6］。從表中看出，土壤全N、速效N含量豐富，全P、速效P缺乏，全K、速效K含量中等偏低，所以試驗(yàn)區(qū)應(yīng)重視磷鉀肥的施用。植被恢復(fù)9a后，全K變化不大，其余土壤各養(yǎng)分均明顯增加，土壤全N、全P、速效N、速效P、速效 K分別平均增加196.7%，382.4%，68.8%，61.4%，15.1%，58.6%。全 N 以銀荊林增幅最大，其次是川滇榿木林和云南松＋旱冬瓜林，分別達(dá)217.5%，215.1%，213.8%；全 P以云南松＋旱冬瓜林最高，其次是銀荊林和川滇榿木林，增幅分別為644.8%，406.3%，405.9%；速效 N 以川滇榿木林最高，為226.2mg／kg，其次是銀荊林和旱冬瓜林，增幅分別為99.4%，78.6%，77.0%；銀荊林的速效 P增幅最大，達(dá)105.5%，速效K以墨西哥林增幅最大為30.5%。

（4）土壤陽(yáng)離子交換量（CEC）的大小基本代表了土壤保持的養(yǎng)分?jǐn)?shù)量，交換量大表明保存養(yǎng)分的能力大，反之則弱，也是評(píng)價(jià)土壤能力的指標(biāo)之一。退耕還林前CEC平均為88.90cmol／kg，保肥力弱，經(jīng)9a的植被恢復(fù)后，CEC上升為平均141.01cmol／kg，肥力中等，平均增幅為58.6%；其中云南松＋旱冬瓜林增幅最大，達(dá)89.3%。幾種群落的增幅依次是云南松＋旱冬瓜林＞旱冬瓜林＞銀荊林＞川滇榿木林＞墨西哥柏林＞云南松林，這與土壤養(yǎng)分的增幅基本一致。

2.3 土壤肥力綜合評(píng)價(jià)

在土壤肥力評(píng)價(jià)中，單項(xiàng)指標(biāo)不能全面反映出土壤的肥力水平，灰色系統(tǒng)理論采用多項(xiàng)指標(biāo)關(guān)聯(lián)分析方法作系統(tǒng)分析，能較好地反映土壤的肥力水平［7］。本文選用土壤容重、總孔隙度、有機(jī)質(zhì)、全N、全P、全K、速效N、速效P、速效K和CEC作為綜合評(píng)價(jià)土壤肥力的灰關(guān)聯(lián)度指標(biāo)進(jìn)行比較。不同植被恢復(fù)模式下土壤養(yǎng)分的灰關(guān)聯(lián)度分析結(jié)果見表3。由表3可知，退耕還林前，各試驗(yàn)小區(qū)的土壤肥力差異不大，隨著植被恢復(fù)的進(jìn)程，土壤肥力逐漸提高；隨著林木生長(zhǎng)量的增加，土壤肥力顯著增加，說(shuō)明植被恢復(fù)能有效改良土壤并提高土壤能力。由于營(yíng)建樹種不同，土壤肥力差異逐漸顯現(xiàn)，云南松＋旱冬瓜林土壤肥力增幅最大（61.23%），且肥力最高（0.818 9），其次是銀荊林和川滇榿木林，不同植被恢復(fù)模式下9a后的土壤能力依次是云南松＋旱冬瓜林＞銀荊林＞川滇榿木林＞旱冬瓜林＞墨西哥柏林＞云南松林，說(shuō)明由于樹種不同導(dǎo)致土壤改良作用差異，針闊混交林改良作用最好，其次是闊葉林，建議在退耕還林和中低產(chǎn)林等工程中多營(yíng)建針闊混交林和闊葉林。

表3 土壤肥力灰關(guān)聯(lián)度

3 結(jié)論

（1）滇中地區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)及氮含量豐富，但磷、鉀偏低。退耕還林9a后土壤物理性狀有較大改善，表現(xiàn)為土壤容重降低，穩(wěn)定性增強(qiáng)，孔隙度增多，土壤通透性增強(qiáng)，同時(shí)抗蝕性增強(qiáng)；化學(xué)性質(zhì)表現(xiàn)為土壤有機(jī)質(zhì)增加，養(yǎng)分增多，陽(yáng)離子交換量增加，保肥性增強(qiáng)，土壤肥力提高。

（2）從肥力綜合評(píng)價(jià)來(lái)看，隨著植被恢復(fù)的進(jìn)程，土壤肥力逐漸提高，說(shuō)明植被恢復(fù)能有效改良土壤并提高土壤肥力，且隨著林木生長(zhǎng)量增加，土壤肥力增加趨勢(shì)更加顯著。退耕還林9a后，云南松＋旱冬瓜林土壤肥力增幅最大，且肥力最高，其次是銀荊林和川滇榿木林；不同植被恢復(fù)模式下的土壤肥力依次是云南松＋旱冬瓜林＞銀荊林＞川滇榿木林＞旱冬瓜林＞墨西哥柏林＞云南松林，說(shuō)明由于樹種不同導(dǎo)致土壤改良作用差異，針闊混交林改良作用最好，其次是闊葉林，建議在退耕還林和中低產(chǎn)林等工程中多營(yíng)建針闊混交林和闊葉林。

［1］ 李裕元，邵明安，陳洪松，等.水蝕風(fēng)蝕交錯(cuò)帶植被恢復(fù)對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)和氮素的影響［J］.水土保持學(xué)報(bào)，2009，23（5）：10-15，29.

［2］ 中國(guó)科學(xué)院南京土壤所.土壤理化性質(zhì)分析［M］.上海：上?？萍汲霭嫔?，1987.

［3］ 劉光崧.土壤理化分析與剖面描述［M］.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，1996，1-41.

［4］ 李曉剛，龐獎(jiǎng)勵(lì)，黃春長(zhǎng)，等.洛川塬土地利用變化對(duì)土壤肥力質(zhì)量的影響［J］.陜西師范大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2010，38（1）：95-96.

［5］ 陳風(fēng)琴，石輝.縉云山常綠闊葉林土壤大孔隙與入滲性能關(guān)系初探［J］.西南師范大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2005，30（2）：350-353.

［6］ 云南省土壤肥料工作站，云南省土壤普查辦公室.云南土壤［M］.昆明：云南科技出版社，1996.

［7］ 袁嘉祖.灰色系統(tǒng)理論及其應(yīng)用［M］.北京：科學(xué)出版社，1991.