衡陽紫色土丘陵坡地植被恢復過程中土壤生化強度變化

楊滿元，楊寧

湖南環(huán)境生物職業(yè)技術學院園林學院，湖南 衡陽 421005

衡陽紫色土丘陵坡地植被恢復過程中土壤生化強度變化

楊滿元，楊寧*

湖南環(huán)境生物職業(yè)技術學院園林學院，湖南 衡陽 421005

摘要：采用空間代替時間序列的方法，選用立地條件基本相似的草本（狗尾草）階段（Ⅰ）、灌草（紫薇-狗尾草）階段（Ⅱ）、灌叢（牡荊+剌槐）階段（Ⅲ）和喬灌（楓香+苦楝-牡荊）階段（Ⅳ），通過調(diào)查取樣和實驗分析，對不同恢復階段0～40 cm土層土壤生化作用強度以及它們與土壤理化因子的關系進行研究。結(jié)果表明：隨著植被恢復的進行，土壤生化作用強度（包括土壤氨化作用強度、硝化作用強度、固N作用強度、纖維素分解作用強度和呼吸作用強度）顯著增強（P<0.05）；土壤生化作用強度和土壤理化因子間存在密切的相關性。

關鍵詞：植被恢復；生化強度；紫色土；衡陽

引用格式：楊滿元，楊寧. 衡陽紫色土丘陵坡地植被恢復過程中土壤生化強度變化[J]. 生態(tài)環(huán)境學報, 2015, 24(7): 1125-1127.

YANG Manyuan, YANG Ning. Dynamic Changes of Soil Biochemical Intensity along Re-vegetation on Sloping-land with Purple Soils in Hengyang of Hunan Province, South-central China [J]. Ecology and Environmental Sciences, 2015, 24(7): 1125-1127.

衡陽紫色土丘陵坡地面積1.625×105hm2，是湖南省生態(tài)環(huán)境最為惡劣的地區(qū)之一，也是中國南方極具代表性的生態(tài)災害易發(fā)地區(qū)。由于紫色土極易水蝕，發(fā)育期短，地力差，常處于幼年階段，加上顏色深、吸熱性強，夏季地面溫度高，蒸發(fā)量大，以及區(qū)域性水、熱分布等不利環(huán)境影響和不合理的開發(fā)，致使該區(qū)域長期以來植被稀疏（有的區(qū)域出現(xiàn)大面積基巖裸露，幾乎無土壤發(fā)育層，植被恢復極度困難），而且水土流失和季節(jié)性旱災嚴重，該區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)的恢復與重建已成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境改善、區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展及人民脫貧致富的迫切要求（楊寧等，2013a，2014a，2014b）。

高質(zhì)量的土壤一般具有較高的生物活性（楊寧等，2013b，2015）。土壤生化強度指標已經(jīng)用來評價退化生態(tài)系統(tǒng)中生物群系與恢復功能之間聯(lián)系，并能為退化土地恢復提供有用的信息（蔡燕飛等，2003）。但人們在研究生態(tài)恢復時，較多地考慮植被指標以及土壤理化性質(zhì)（楊寧等，2009，2010），而對生化活性的研究較少，有關衡陽紫色土丘陵坡地不同恢復階段的土壤生化強度鮮見報道。本研究以衡陽紫色土丘陵坡地不同恢復階段為研究對象，采用“時空互代”的方法（楊寧等，2013c，2014a），研究不同恢復階段土壤生化強度的變化，為揭示該區(qū)域退化生態(tài)系統(tǒng)的恢復機理、構(gòu)建恢復技術體系提供參考。

1　研究區(qū)概況

研究區(qū)位于湖南省中南部，湘江中游（地理坐標為：110°32′16″～113°16′32″ E，26°07′05″～27°28′24″N），地貌類型以丘崗為主，紫色土呈網(wǎng)狀集中分布于該區(qū)域海拔60～200 m地帶。該區(qū)域?qū)儆趤啛釒Ъ撅L濕潤氣候，年平均氣溫18 ℃，極端最高氣溫40.5 ℃，極端最低氣溫-7.9 ℃，年平均降雨量1325 mm，年平均蒸發(fā)量1426.5 mm。平均相對濕度80%，全年無霜期286 d（楊寧等，2014c，2014d）。

2　研究方法

2.1樣地設置與取樣

2009年8─9月，選擇坡度、坡向、坡位和裸巖率等生態(tài)因子基本一致的坡中下部沿等高線選擇有代表性的植被恢復樣地，分別為：草本（Grass，GS）（狗尾草Setaria viridi）階段（Ⅰ），灌草（Frutex and grass，F(xiàn)G）（紫薇Lagerstroemia indica-狗尾草）階段（Ⅱ）；灌叢（Frutex，F(xiàn)X）（牡荊Vitex negundo var. cannabifolia+剌槐Robinia pseudoacacia）階段（Ⅲ）；喬灌（Arbor and frutex，AF）（楓香Liquidamdar formosana+苦楝Melia azedarach-牡荊）階段（Ⅳ），每個樣地大于1 hm2，樣地概況見表1。演替初始均為退耕封育地，其前作為玉米（Zea mays）。在每個樣地內(nèi)設置3塊20 m×20 m的樣方，間距大于20 m，按S型采集15個0～40 cm土層土樣進行混合，除掉土壤中可見的植物根系和殘體，重復3次，鮮樣保存于4 ℃冰箱之中（不超過4 d），進行土壤生化強度測定。

表1　樣地概況Table 1 The basic condition of sampling sites

2.2土壤生化強度的測定

土壤作用強度的測定（許光輝等，1986；魏媛等，2008）：土壤氨化、硝化、固N、纖維素分解及呼吸作用強度分別采用土壤培養(yǎng)法、溶液培養(yǎng)法、土壤培養(yǎng)法、埋布片法及堿液吸收滴定法測定。

2.3數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 13.0軟件進行數(shù)據(jù)處理。采用單因素方差分析法（one-way ANOVA）和最小顯著差異法（LSD）比較不同數(shù)據(jù)間的差異，用Pearson相關系數(shù)分析法分析土壤生化強度與理化因子的相關系數(shù)。所有數(shù)據(jù)為3次重復平均值。

3　結(jié)果與分析

研究表明（表2），隨著恢復進行，土壤生化強度明顯上升（P<0.05），從草本階段（Ⅰ）、灌草階段（Ⅱ）、灌叢階段（Ⅲ）到喬灌階段（Ⅳ），土壤氨化作用強度分別增加57.64%、29.96%和29.49%；硝化作用強度，61.36%、30.28%和8.12%；纖維素分解作用強度，8.58%、9.13%和11.11%；土壤呼吸作用強度，25.79%、32.01%和43.87%；土壤固氮作用強度，12.92%、19.61%和23.77%。這說明，隨著恢復進行，土壤環(huán)境有利于微生物生長，微生物活性增強，加速土壤營養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)速度，增加土壤養(yǎng)分供應，提高土壤肥力。

表2　不同恢復階段0～40 cm土壤生化作用強度Table 2 Biochemical intensity of 0～40 cm soil layer in different re-vegetation stages

表3　土壤生化作用強度與土壤理化性質(zhì)之間的相關系數(shù)Table 3 Correlation coefficients between biochemical intensity and physico-chemical properties

4　結(jié)論與討論

4.1討論

早期階段，地表裸露大，光照、土壤溫度、相對濕度及氣溫等波動大，土壤微生物的生存環(huán)境受到影響，加之植物生物量低，凋落物少，水土流失相對較強，養(yǎng)分和有機質(zhì)低下，土壤理化性質(zhì)較差，微生物數(shù)量較少，微生物量與生化功能較低；后期階段，植被迅速生長，植被蓋度增加，減少徑流、泥沙、養(yǎng)分流失和土壤水分蒸發(fā)，而根系分泌物和凋落物增加了土壤有機質(zhì)輸入，促進土壤微生物繁殖和生長，加速土壤C循環(huán)和礦化過程，提高土壤微生物量，土壤性質(zhì)得到顯著改善，顯著提高土壤的生化功能，表明研究區(qū)域土壤質(zhì)量正以不同速率處于改善之中（楊滿元等，2013；楊寧等，2013a，2013d，2013b，2014c，2014e，2014d，2014b，2015）。這與Garcia et al.（2002）與Gil-Sotres et al.（2005）的研究結(jié)果基本一致，提示我們在植被恢復中，可施用菌肥來提高土壤生化強度，促進植被恢復。

4.2結(jié)論

對研究區(qū)域草本階段（Ⅰ）、灌草階段（Ⅱ）、灌叢階段（Ⅲ）和喬灌階段（Ⅳ）的土壤生化強度的變化及其與理化因子關系進行研究，得出以下主要結(jié)論：

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Dynamic Changes of Soil Biochemical Intensity along Re-vegetation on Sloping-land with Purple Soils in Hengyang of Hunan Province, South-central China

YANG Manyuan, YANG Ning*
College of Landscape Architecture, Hunan Environmental-Biological Polytechnic College, Hengyang, 410128 China

Abstract:The purpose of the paper was to study the dynamic changes of soil biochemical intensity and the relationship between them and soil physio-chemical properties along re-vegetation on sloping-land with purple soils in Hengyang of Hunan Province, South-central China. We took soils of 0～40 cm depth in similar and typical grass (Setaria viridi) stage (Ⅰ), frutex and grass (Lagerstroemia indica-Setaria viridi) stage(Ⅱ), frutex (Vitex negundo var. cannabifolia+Robinia pseudoacacia) stage (Ⅲ), and arbor and frutex (Liquidamdar formosana+ Melia azedarach-Vitex negundo var. cannabifolia) stage (Ⅳ), and denoted four re-vegetation stages as our test objects by using the method of the space for time. The results showed that: From Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ, to Ⅳ, the biochemical intensities, including ammonification, nitrification, nitrogen fixation, cellulose decomposition and respiration significantly intensified (P<0.05); There were close correlations between soil biochemical intensity and physio-chemical factors.

Key words:re-vegetation; biochemical intensity; purple soils; Hengyang of Hunan Province, South-central China

收稿日期：2015-04-18

*通信作者：楊寧（1974年生），男，博士，副教授。

作者簡介：楊滿元（1976年生），女，實驗員，主要從事植物與恢復生態(tài)學的教學研究。E-mail: yangning8787@sina.com

基金項目：湖南省科技廳項目（S2006N332）；湖南省林業(yè)科技創(chuàng)新計劃項目（XLK201341）；湖南省衡陽市農(nóng)業(yè)科技支撐計劃項目（2014KN27）；湖南環(huán)境生物職業(yè)技術學院青年科研基金項目

中圖分類號：S157.34

文獻標志碼：A

文章編號：1674-5906（2015）07-1125-03

DOI:10.16258/j.cnki.1674-5906.2015.07.007