中國(guó)南方喀斯特石漠化演替過(guò)程中土壤理化性質(zhì)的響應(yīng)

盛茂銀，劉 洋，熊康寧，*

(1.貴州師范大學(xué)中國(guó)南方喀斯特研究院，貴陽(yáng) 550001;2.貴州省喀斯特山地生態(tài)環(huán)境國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地，貴陽(yáng) 550001)

石漠化是指在脆弱喀斯特生態(tài)環(huán)境下人類不合理的社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)，造成人地矛盾突出、植被破壞、水土流失、巖石逐漸裸露、土地生產(chǎn)力衰退甚至喪失，地表呈現(xiàn)類似于荒漠化景觀的演變過(guò)程或結(jié)果［1-4］。我國(guó)西南喀斯特地區(qū)位于世界三大連片喀斯特發(fā)育區(qū)之一的東亞片區(qū)中心，面積約54萬(wàn)km2。目前居住著1億多人口、48個(gè)少數(shù)民族［2］，貧困人口相對(duì)集中，人地矛盾非常突出，坡地植被一旦破壞，土壤侵蝕作用加劇，導(dǎo)致稀薄土層全部流失，造成嚴(yán)重的石漠化，水分、養(yǎng)分調(diào)蓄能力迅速降低［5-6］。石漠化已經(jīng)成為制約我國(guó)西南喀斯特地區(qū)區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的一個(gè)重大生態(tài)問(wèn)題［7-9］。

土壤是陸地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，是生態(tài)系統(tǒng)諸多生態(tài)過(guò)程的載體，是植物群落更新演替過(guò)程中不可或缺的研究?jī)?nèi)容［10］。通過(guò)對(duì)特定環(huán)境條件下生態(tài)系統(tǒng)演替過(guò)程中土壤理化性質(zhì)變化的研究，將有助于認(rèn)識(shí)生態(tài)系統(tǒng)演變過(guò)程中地上與地下相互作用關(guān)系及機(jī)理，進(jìn)而為實(shí)現(xiàn)人工調(diào)控森林更新演替的進(jìn)程提供科學(xué)依據(jù)［11-12］。但到目前為止，盡管對(duì)喀斯特生態(tài)系統(tǒng)單一生態(tài)過(guò)程的研究較深入［13］，但對(duì)喀斯特生態(tài)系統(tǒng)土壤理化性質(zhì)缺乏深入研究，其時(shí)空分異及其對(duì)石漠化過(guò)程的響應(yīng)尚無(wú)研究［14］;石漠化生態(tài)系統(tǒng)經(jīng)過(guò)人工更新演替后，土壤理化性質(zhì)及變化趨勢(shì)如何，人工植被演替又怎樣影響地下土壤的演變，以及構(gòu)建怎樣的森林植被才有利于該區(qū)域土壤性質(zhì)的改善等問(wèn)題，尚缺乏研究。為此，以中國(guó)西南典型喀斯特石漠化生態(tài)系統(tǒng)土壤為研究對(duì)象，研究不同等級(jí)石漠化環(huán)境土壤理化性質(zhì)特征，探討石漠化過(guò)程中土壤理化性質(zhì)變化的響應(yīng)及其機(jī)制，以期為中國(guó)西南喀斯特森林生態(tài)保護(hù)和石漠化生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)重建提供理論支撐。

1 研究區(qū)概況與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究選擇了中國(guó)西南喀斯特地區(qū)3個(gè)典型石漠化區(qū)域作為研究區(qū)，3個(gè)研究區(qū)的地理位置和基本信息見(jiàn)表1和圖1。

研究區(qū)Ⅰ位于貴州省畢節(jié)市鴨池鎮(zhèn)東南13 km處，屬長(zhǎng)江流域?yàn)踅蛋灼趾又Я鲄^(qū)。區(qū)內(nèi)以喀斯特高原山地地貌類型為主，地勢(shì)起伏大，海拔為1400—1742 m。區(qū)內(nèi)年均降雨量為863 mm，年最大降水量995 mm，年最小降水量618 mm，降雨量主要分布在7—9月，占全年總降雨的52%。巖石以碳酸鹽類的石灰?guī)r為主，有部分侏羅紀(jì)紫色砂頁(yè)巖、頁(yè)巖分布。土壤以黃壤土及紫砂土為主，在洼地和平地有水源的地方有零星水稻土分布，坡耕地以黃色石灰土屬的巖泥土，灌草叢為黑灰色石灰土。植被為亞熱帶常綠落葉針闊混交林，原生植被基本上被破壞，現(xiàn)以次生植被為主。野生植被有以窄葉火棘(Pyracantha angustifolia)、刺梨(Rosa roxbunghii)、救軍糧(Pyracantha fortuneana)、鐵線蓮(Clematis florida)等為主的藤、刺、灌叢，以及零星分布的青岡(Cyclobalanopsis glauca)、馬尾松(Pinus massoniana)、光皮樺(Betula luminifera)為主的喬木林。

研究區(qū)Ⅱ位于貴州省清鎮(zhèn)市紅楓鎮(zhèn)簸籮村王家寨組，距清鎮(zhèn)市12 km，屬長(zhǎng)江流域?yàn)踅蝶溛毯又Я鲄^(qū)。區(qū)內(nèi)地貌類型為典型的喀斯特高原盆地，地勢(shì)平緩，海拔為1271—1451 m。區(qū)內(nèi)年均降雨量為1215 mm，降雨量主要分布在4—8月，占全年總降雨的75%。區(qū)內(nèi)巖石多屬三疊系的白云巖、泥質(zhì)白云巖及頁(yè)巖。土壤以黃壤、黃色石灰土為主。植被以農(nóng)田植被為主，自然植被在小區(qū)中所占比重較小，其中柏木(Cupressus funebris)是其常見(jiàn)喬木物種，灌木層多為典型石灰?guī)r有刺灌叢，以金佛山莢蒾(Viburnum chinshanense)、救軍糧、野薔薇(Rosa multiflora)、懸鉤子(Rubus corchorifolius)、亮葉鼠李(Rhamnus hemsleyana)等為主，草本層常見(jiàn)種類有白茅(Imperata cylindrica)、五節(jié)芒(Miscanthus floridulu)、芒(Miscanthus sinensis)、藎草(Arthraxon hispidus)、鐵線蓮等。

研究區(qū)Ⅲ位于貴州省安順市北盤江花江河段峽谷兩岸，地貌類型為典型的喀斯特高原峽谷，地勢(shì)起伏大，海拔為450—1450 m，相對(duì)高差達(dá)1000 m。區(qū)內(nèi)年均降雨量為1100 mm，降雨量主要分布在5—10月，占全年總降雨的83%。區(qū)內(nèi)巖石多屬三疊系的白云巖、泥質(zhì)白云巖及頁(yè)巖。土壤以黃壤、黃色石灰土為主。植被為亞熱帶常綠落葉針闊混交林，原生植被基本上被破壞，現(xiàn)以次生植被為主。野生植被是以窄葉火棘、刺梨、救軍糧、鐵線蓮等為主的藤、刺、灌叢，以及零星分布的青岡、馬尾松、光皮樺為主的喬木林。

表1 研究區(qū)基礎(chǔ)信息及樣方設(shè)置Table 1 Basic information of experiment sites and sample plots set in the study

圖1 研究區(qū)位置及其概況Fig．1 Location and basic information of experiment sites in this study

1.2 研究方法

1.2.1 土壤樣品采集

在對(duì)研究區(qū)詳細(xì)踏查的基礎(chǔ)上，選取石漠化演替過(guò)程中5個(gè)典型階段為研究對(duì)象，分別為無(wú)石漠化的原生森林、潛在石漠化的疏林地、輕度石漠化的灌草地、中度石漠化的疏草地和強(qiáng)度石漠化的石旮旯地，石漠化等級(jí)劃分參照熊康寧等［15］的方法。在3個(gè)研究區(qū)分別針對(duì)每個(gè)研究對(duì)象設(shè)立面積為20 m×20 m重復(fù)樣地3個(gè)，共建立了45個(gè)土壤取樣樣地(表1)。所有的樣地除石漠化演替階段不同外，其它的因子都大致一致，土壤是同質(zhì)的，均為黃色石灰土。在樣地中心按蛇形方式選3個(gè)采樣點(diǎn)，各點(diǎn)間距在5 m之內(nèi)。2012年8月和2013年1月分別在各樣點(diǎn)用環(huán)刀(0—15 cm)取樣3次重復(fù)，均勻混合組成待測(cè)土樣。石漠化區(qū)域土壤很薄，部分僅有15 cm左右，因此以0—15 cm土壤層中作為研究對(duì)象。

1.2.2 土壤物理性質(zhì)測(cè)定

容重、田間持水量、自然含水量和毛管持水量測(cè)定采用環(huán)刀法;總孔隙度用pt=93.947-32.995×b來(lái)計(jì)算，b為容重，pt為總孔隙度;毛管孔隙度測(cè)定采用環(huán)刀法;非毛管孔隙度用po=pt-pc來(lái)計(jì)算，po為非毛管孔隙度，pc為毛管孔隙度;滲透特性測(cè)定采用雙環(huán)滲透法。以上分析方法見(jiàn)森林土壤分析方法［16］。

1.2.3 土壤化學(xué)性質(zhì)測(cè)定

pH值采用2.5∶1的水土比，用電位計(jì)法測(cè)定;有機(jī)質(zhì)采用硫酸重鉻酸鉀氧化為容量法測(cè)定;全氮采用硫酸鉀為硫酸銅為硒粉消煮，定氮儀自動(dòng)分析法測(cè)定;水解氮采用堿解擴(kuò)散法測(cè)定;全磷采用硫酸為高氯酸消煮為鉬銻抗比色法測(cè)定;有效磷采用碳酸氫鈉浸提為鉬銻抗比色法測(cè)定;全鉀采用氫氟酸為高氯酸消煮火焰光度計(jì)法測(cè)定;速效鉀采用中性乙酸銨提取為火焰光度計(jì)法測(cè)定;土壤呼吸采用氣室法進(jìn)行測(cè)定。以上分析方法見(jiàn)土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法［17］。

1.2.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Excel軟件進(jìn)行繪圖，利用SPSS 16.0軟件進(jìn)行方差分析、t檢驗(yàn)、多重比較(Duncan檢驗(yàn))、相關(guān)性分析和主成分分析等統(tǒng)計(jì)分析［18］。

2 結(jié)果分析

2.1 不同等級(jí)石漠化環(huán)境土壤理化性質(zhì)

2.1.1 土壤物理性質(zhì)

(1)土壤容重

土壤容重是土壤緊實(shí)度的敏感性指標(biāo)，表征土壤的疏松程度與通氣性，是土壤質(zhì)量的一個(gè)重要參數(shù)，其值大小與土壤的通氣性、透水性和根系生長(zhǎng)阻力有關(guān)［19］。研究顯示，不同等級(jí)石漠化環(huán)境土壤容重存在顯著差異(表2)。潛在石漠化顯著大于中度和強(qiáng)度石漠化，無(wú)石漠化、潛在和輕度石漠化土壤容重沒(méi)有明顯差異;隨著石漠化程度增加，土壤容重有降低趨勢(shì)。

(2)土壤孔隙度

土壤孔隙狀況直接影響著土壤的通氣透水性及根系穿插的難易程度，對(duì)土壤中水、肥、氣、熱以及生物活性等發(fā)揮著不同的作用［20］。從表2看出，不同等級(jí)石漠化土壤孔隙度差異顯著，潛在石漠化的土壤總孔隙度顯著小于中度石漠化，潛在石漠化的毛管孔隙度顯著小于強(qiáng)度石漠化，而非毛管孔隙度在不同等級(jí)石漠化環(huán)境無(wú)明顯差異。

(3)土壤自然含水量及持水狀況

研究發(fā)現(xiàn)，不同等級(jí)石漠化環(huán)境土壤自然含水量無(wú)明顯差異(表2)。土壤田間持水量和毛管持水量存在顯著差異:潛在石漠化的土壤田間持水量顯著小于強(qiáng)度石漠化，對(duì)于毛管持水量，潛在和輕度石漠化顯著小于強(qiáng)度石漠化?？梢?jiàn)，隨著石漠化程度增加，土壤田間持水量和毛管持水量顯著增加。

(4)土壤滲透性

土壤滲透性是土壤理水調(diào)洪功能極為重要的特征參數(shù)之一，是將地表徑流轉(zhuǎn)化為壤中流、地下徑流的能力，對(duì)土壤水土保持及水源涵養(yǎng)功能影響極大［21］。對(duì)于土壤滲透速率，5種不同等級(jí)石漠化環(huán)境土壤，不管是上層飽和滲透率還是下層飽和滲透率均無(wú)明顯差異。

2.1.2 土壤化學(xué)性質(zhì)

(1)土壤有機(jī)質(zhì)、pH值及土壤呼吸

土壤有機(jī)質(zhì)是土壤固相部分的重要組分，它與土壤礦物質(zhì)共同作為林木營(yíng)養(yǎng)的來(lái)源，直接影響和改變土壤的一系列物理、化學(xué)和生物學(xué)性質(zhì)［20］。研究表明(表3)，潛在石漠化環(huán)境土壤有機(jī)質(zhì)明顯小于無(wú)石漠化，而無(wú)石漠化與輕度、中度和強(qiáng)度石漠化土壤有機(jī)質(zhì)無(wú)明顯差異。土壤pH值研究顯示，無(wú)石漠化環(huán)境土壤pH值明顯小于潛在、輕度、中度和輕度石漠化，但無(wú)石漠化和強(qiáng)度石漠化環(huán)境土壤為酸性，pH值均小于7，而其它土壤pH值均大于7。對(duì)于土壤呼吸，不同等級(jí)石漠化環(huán)境間無(wú)顯著差異。

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(2)土壤氮素

全氮是土壤氮素養(yǎng)分的儲(chǔ)備指標(biāo)，在一定程度上說(shuō)明土壤氮的供應(yīng)能力［22］;水解氮能較好地反映出近期內(nèi)土壤氮的供應(yīng)狀況和氮的釋放速率。研究表明，不同等級(jí)石漠化環(huán)境土壤全氮無(wú)明顯差異，顯示了石漠化環(huán)境土壤受母巖影響明顯。而不同等級(jí)石漠化環(huán)境土壤水解氮存在明顯差異，無(wú)石漠化和中度石漠化顯著大于潛在石漠化，強(qiáng)度石漠化顯著小于中度石漠化，顯示土壤水解氮的變化與石漠化演化無(wú)明顯相關(guān)，這可能與水解氮聚集效果強(qiáng)烈、取樣隨機(jī)有關(guān)。

(3)土壤磷素

全磷是衡量土壤中各種形態(tài)磷總和的一個(gè)指標(biāo)，其值大小受土壤母質(zhì)、成土作用影響很大，另外與土壤質(zhì)地和有機(jī)質(zhì)有關(guān)系［23］。研究顯示，不同等級(jí)石漠化環(huán)境土壤全磷無(wú)顯著差異。而土壤有效磷在不同等級(jí)石漠化環(huán)境存在顯著變化，潛在石漠化顯著大于無(wú)石漠化和強(qiáng)度石漠化，隨石漠化程度增加，顯示了先增加后降低的趨勢(shì)。

(4)土壤鉀素

土壤鉀是植物光合作用、淀粉合成和糖類轉(zhuǎn)化所必需的元素，也是衡量土壤肥力的一個(gè)重要指標(biāo)［23］;速效鉀是植物能利用的鉀，占土壤中鉀素的極少部分，能真實(shí)反映土壤中鉀素的供應(yīng)情況。研究結(jié)果顯示，不同等級(jí)石漠化環(huán)境土壤全鉀存在顯著差異，無(wú)石漠化顯著大于輕度、中度和強(qiáng)度石漠化，而土壤有效鉀在不同等級(jí)石漠化環(huán)境無(wú)明顯變化。

2.2 石漠化環(huán)境土壤理化性質(zhì)相關(guān)性

不同等級(jí)石漠化環(huán)境土壤理化性質(zhì)相關(guān)性分析表明(表4)，土壤有化學(xué)性質(zhì)的機(jī)質(zhì)和氮素與土壤其它絕大多數(shù)理化因子具有明顯的相關(guān)性。有機(jī)質(zhì)與全氮、水解氮、速效鉀、總孔隙度、自然含水量、毛管持水量、田間持水量、上層滲透率成極顯著正相關(guān)，與全磷、下層滲透率成顯著正相關(guān)，與土壤容重成極顯著負(fù)相關(guān)。全氮與pH值、有機(jī)質(zhì)、全磷、水解氮、速效鉀、總孔隙度、毛管持水量、田間持水量和上層滲透率成極顯著正相關(guān)，與容重成極顯著負(fù)相關(guān)，與有效磷成顯著正相關(guān)。水解氮與有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、孔隙度、毛管持水量、田間持水量和上層滲透率成極顯著正相關(guān)，與pH值、速效鉀、下層滲透率成顯著正相關(guān)，與容重成極顯著負(fù)相關(guān)。相關(guān)性分析也顯示，土壤物理性質(zhì)的毛管持水量、容重和孔隙度與其它絕大多數(shù)理化因子具有明顯的相關(guān)性。由此可見(jiàn)，石漠化環(huán)境有機(jī)質(zhì)、氮素、毛管持水量、容重和孔隙度是土壤理化性質(zhì)的關(guān)鍵因子，在改善土壤理化性質(zhì)和促進(jìn)養(yǎng)分循環(huán)方面起著關(guān)鍵作用。

2.3 石漠化環(huán)境土壤理化性質(zhì)季節(jié)波動(dòng)

對(duì)不同時(shí)間(1月和8月)定點(diǎn)采樣檢測(cè)的土壤理化性質(zhì)t檢驗(yàn)分析(表5)顯示，18個(gè)土壤理化性質(zhì)指標(biāo)有7個(gè)指標(biāo)存在(極)顯著差異，其余11個(gè)指標(biāo)無(wú)明顯變化。土壤物理性質(zhì)的土壤容重、土壤總孔隙度和毛管持水量等3個(gè)指標(biāo)在不同季節(jié)存在顯著差異，夏季(8月)的土壤容重顯著的小于冬季(1月)，而夏季的土壤總孔隙度和毛管持水量顯著的大于冬季;毛管孔隙度和土壤自然含水量在不同季節(jié)存在極顯著的差異，夏季的毛管孔隙度極顯著大于冬季，而夏季的土壤自然含水量極顯著小于冬季。土壤化學(xué)性質(zhì)的全鉀和有效磷在不同季節(jié)也顯示了顯著的差異，夏季的土壤全鉀和有效磷均顯著小于冬季。

2.4 基于土壤理化性質(zhì)的石漠化主成分分析

基于土壤18個(gè)理化性質(zhì)指標(biāo)的石漠化主成分分析表明(表6)，主成分1的貢獻(xiàn)率為40.83%，主成分2的貢獻(xiàn)率為30.13%，主成分3的貢獻(xiàn)率為25.25%，累計(jì)貢獻(xiàn)率已達(dá)96.21%?？梢?jiàn)，前3個(gè)主成分保留了18個(gè)土壤理化性質(zhì)指因子評(píng)價(jià)石漠化特征的絕大部分信息，因此選取這3個(gè)主成分作為評(píng)價(jià)石漠化土壤演變的依據(jù)。主成分1中，有機(jī)質(zhì)、全氮、水解氮、全鉀、速效鉀、土壤容重、田間持水量、自然含水量的毛管含水量的權(quán)重系數(shù)較大，顯示主成分1主要反映了土壤有機(jī)質(zhì)、氮素、鉀素、容重和持水狀況表征石漠化的信息。主成分2中，毛管孔隙度、非毛管孔隙度、總孔隙度、下層飽和滲透率、pH值的權(quán)重系數(shù)較大，顯示主成分2主要反映了土壤pH值、孔隙度和滲透性表征石漠化的信息。主成分3中，土壤呼吸、全磷和有效磷的權(quán)重系數(shù)較大，顯示主成分3主要反映了土壤呼吸和磷素表征石漠化的信息。

3 討論與結(jié)論

3.1 石漠化演變過(guò)程中土壤理化性質(zhì)的響應(yīng)及其機(jī)制

研究顯示，不同等級(jí)石漠化環(huán)境土壤全氮、全磷、有效鉀等理化因子無(wú)明顯差異，表明石漠化環(huán)境土壤受碳酸鹽巖母巖影響明顯。土壤是在氣候、植被、地形、母質(zhì)等因子綜合作用下形成的，并隨著植被演替的進(jìn)行總是在不斷地發(fā)生變化［24］。本研究對(duì)中國(guó)西南喀斯特地區(qū)典型石漠化區(qū)域5個(gè)典型石漠化演替階段的土壤理化性質(zhì)研究顯示，石漠化環(huán)境土壤變化與植物群落的演替具有明顯的相關(guān)性。在一定程度上，植物群落的正向演替是土壤養(yǎng)分不斷積累、物理性能不斷改善的過(guò)程，而植物群落的逆向演替是土壤不斷退化的過(guò)程。

喀斯特脆弱生態(tài)系統(tǒng)的退化是以強(qiáng)烈的人類干擾為驅(qū)動(dòng)力、以植被減少為誘因、以土地生產(chǎn)力退化為本質(zhì)、以出現(xiàn)類似荒漠化景觀為標(biāo)志的復(fù)合過(guò)程［11］。長(zhǎng)期以來(lái)，人們一直認(rèn)為隨著石漠化程度增加，土壤退化程度亦是隨之增加，強(qiáng)度石漠化環(huán)境的土壤退化最嚴(yán)重［1，25-26］。然而，事實(shí)卻并非如此，研究結(jié)果顯示，喀斯特石漠化環(huán)境土壤不管是物理性質(zhì)還是化學(xué)性質(zhì)的演變均不是隨著石漠化等級(jí)的增加而一直退化，而是一個(gè)先退化后改善的過(guò)程。究其原因，這應(yīng)該與石漠化環(huán)境裸露巖石聚集效應(yīng)有關(guān)。這種聚集效應(yīng)指的是裸露的巖石將大氣沉降的養(yǎng)分及其巖溶產(chǎn)物匯聚到周圍的土壤中(圖2)。隨著石漠化程度增加，裸巖聚集效應(yīng)逐漸增強(qiáng)。在強(qiáng)度石漠化環(huán)境中，這種聚集效應(yīng)非常明顯，加之水土流失作用減弱，致使退化的土壤養(yǎng)分和物理性能得到改善。本研究結(jié)果也顯示，石漠化環(huán)境土壤演變過(guò)程中，有機(jī)質(zhì)、氮素、容重和持水狀況等是其關(guān)鍵因子，在改善土壤理化性質(zhì)和促進(jìn)養(yǎng)分循環(huán)方面起著關(guān)鍵作用。

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表5 不同季節(jié)石漠化環(huán)境土壤理化性質(zhì)變化Table 5 Comparison of soil physical-chemical properties of rocky desertification environment between seasons of summer and winter

表6 基于土壤理化性質(zhì)的石漠化主成分分析Table 6 Principal component analysis of rocky desertification based on plant diversity and soil physical-chemical properties

綜上所述，石漠化演變過(guò)程中土壤理化性質(zhì)的響應(yīng)及其機(jī)制可歸納為:無(wú)石漠化環(huán)境由于森林植被毀壞，土壤養(yǎng)分隨著水土流失作用而流失，加之植被凋落物有機(jī)質(zhì)輸入減少，導(dǎo)致土壤退化。隨著石漠化等級(jí)不斷增加，裸露巖石聚集效應(yīng)逐漸明顯，匯集大氣沉降養(yǎng)分和巖溶產(chǎn)物，增加了土壤氮素和有機(jī)物的輸入;同時(shí)隨著石漠化程度增加，因可流失的土壤越來(lái)越少，導(dǎo)致水土流失越來(lái)越弱，土壤養(yǎng)分流失微弱，在強(qiáng)烈裸露巖石聚集效應(yīng)和微弱的水土流失作用下，強(qiáng)度石漠化環(huán)境土壤養(yǎng)分和物理性能得到了明顯的改善(圖3)。

圖2 石漠化環(huán)境裸露巖石對(duì)土壤養(yǎng)分的聚集作用示意圖Fig．2 The action of soil nutrients collected by exposed rocks in rocky desertification ecosystem

3.2 石漠化環(huán)境土壤理化性與石漠化退化生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)重建

長(zhǎng)期以來(lái)，人們一直認(rèn)為喀斯特石漠化生態(tài)系統(tǒng)土壤退化隨石漠化程度增加而增強(qiáng)，強(qiáng)度石漠化環(huán)境土壤退化最嚴(yán)重［2，25-26］。而本研究顯示，喀斯特石漠化生態(tài)系統(tǒng)土壤理化性質(zhì)演變并非如此，而是隨著石漠化程度增加先退化后改善的一個(gè)過(guò)程。強(qiáng)度石漠化和無(wú)石漠化土壤條件明顯好于其他等級(jí)石漠化環(huán)境，潛在和輕度石漠化環(huán)境土壤條件反而是最差的。這一研究結(jié)果很好解釋了為什么喀斯特地區(qū)裸巖石山植被能夠演替成頂級(jí)森林群落并能夠維系穩(wěn)定。

同時(shí)，這一研究結(jié)果在指導(dǎo)喀斯特石漠化生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)重建中具有極其重要意義。石漠化已經(jīng)是制約我國(guó)西南喀斯特地區(qū)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展和地方社會(huì)穩(wěn)定的重大生態(tài)問(wèn)題，嚴(yán)重阻礙了我國(guó)同步小康戰(zhàn)略目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)［5，14，27］。自 2008年以來(lái)，石漠化治理已經(jīng)成為我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展建設(shè)中一項(xiàng)重要內(nèi)容，投入了大量的人力物力開展石漠化治理［2，5］。然而，治理效果并不理想。其中一個(gè)重要原因就是石漠化治理缺乏對(duì)石漠化環(huán)境土壤的深入研究［26，28-29］，導(dǎo)致相關(guān)技術(shù)措施仍停留在經(jīng)驗(yàn)總結(jié)層面、難說(shuō)科學(xué)，甚至是錯(cuò)誤。例如，在石漠化治理領(lǐng)域，長(zhǎng)期以來(lái)，人們一直認(rèn)為(極)強(qiáng)度石漠化環(huán)境，植被恢復(fù)措施只能是封山育林，人工種植措施是不可能成功的，甚至是在一些地方石漠化治理規(guī)程中也是這樣總結(jié)的［2］。然而，本研究結(jié)果不能支持這一觀點(diǎn)，(極)強(qiáng)度石漠化環(huán)境土壤條件不但不比潛在-輕度石漠化環(huán)境差，而且優(yōu)于潛在-輕度石漠化環(huán)境土壤，完全應(yīng)該實(shí)施人工造林措施修復(fù)石漠化。這一結(jié)論已被一些地區(qū)石漠化治理實(shí)踐所證實(shí)，在貴州花江石漠化治理示范區(qū)的(極)強(qiáng)度石漠化環(huán)境土壤上種植任豆樹(Zenia insignis，一種高大喬木)非常成功。相反潛在-輕度石漠化環(huán)境土壤很貧瘠、土層薄，采取人工種植恢復(fù)植被措施往往不能成功，這一論斷同樣被眾多已實(shí)施的石漠化實(shí)踐所證實(shí)。

圖3 石漠化演變過(guò)程中土壤理化性質(zhì)的響應(yīng)及其機(jī)制Fig．3 Response and its mechanism of soil physical-chemical properties to rocky desertification succession

石漠化治理是一項(xiàng)復(fù)雜的綜合工程，需要林業(yè)、農(nóng)業(yè)、水利等多領(lǐng)域的合作［2，27，30］。然而，長(zhǎng)期以來(lái)由于石漠化治理技術(shù)措施缺乏對(duì)土壤深入的理論研究支撐，基本上是經(jīng)驗(yàn)式的總結(jié)提煉，導(dǎo)致不同地區(qū)、不同領(lǐng)域、不同專家總結(jié)了紛繁復(fù)雜的治理技術(shù)和模式［2，30-31］，在這些技術(shù)和模式中存在大量的混亂，甚至是出現(xiàn)了完全矛盾的觀點(diǎn)。例如，部分專家對(duì)(極)強(qiáng)度石漠化環(huán)境種植皇竹草(Pennisetum hydridum)、金銀花(Lonicera Japonica)等大水大肥物種一直持否定態(tài)度，認(rèn)為(極)強(qiáng)度石漠化環(huán)境土壤不可能支撐這些物種的生長(zhǎng)。這些物種在(極)強(qiáng)度石漠化環(huán)境土壤生長(zhǎng)的非常好，這一現(xiàn)象也支持了研究結(jié)果。對(duì)中國(guó)西南喀斯特森林生態(tài)保護(hù)和石漠化生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)重建具有一定的理論意義和實(shí)踐指導(dǎo)價(jià)值。

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