冀北圍場地區(qū)不同植被恢復(fù)模式下土壤理化性質(zhì)研究

劉永定+李勇+雪梅

摘 要：為探究不同植被恢復(fù)模式下的土壤理化性質(zhì)變化特征，對冀北地區(qū)圍場縣的不同植被恢復(fù)模式下（空白區(qū)、水區(qū)、藻區(qū)、草區(qū)、藻草區(qū)）的土壤理化性質(zhì)進(jìn)行研究。在不同植被恢復(fù)模式下設(shè)置樣地，分層取樣，分別測定了土壤pH、容重、土壤含水量、速效氮、速效磷、速效鉀含量。結(jié)果表明：圍場荒漠區(qū)土壤理化性質(zhì)總體變化特征：土壤pH為6.06～7.39，土壤容重，土壤含水量0.21%～6.32%，土壤速效氮0.3～34.64mg/kg，速效磷0.08～0.8mg/kg，速效鉀10.9～34.9mg/kg；圍場荒漠區(qū)的土壤理化性質(zhì)隨不同的植被恢復(fù)模式呈現(xiàn)一定的差異性，總體來說，草區(qū)和藻草區(qū)的土壤容重和速效氮含量要高于其它區(qū)域，但速效磷和速效鉀含量要低于其它區(qū)域，土壤pH的含量在5個處理區(qū)域內(nèi)無顯著差異。

關(guān)鍵詞：圍場；植被恢復(fù)；土壤理化性質(zhì)

中圖分類號：S-3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20170431001

前言

荒漠化（desertification）是由于干旱少雨、植被破壞、大風(fēng)吹蝕、流水侵蝕、土壤鹽漬化等因素造成的大片土壤生產(chǎn)力下降或喪失的自然（非自然）現(xiàn)象[1]。在全世界一百多個國家當(dāng)中，超過10億人口受到荒漠化影響[2]。我國河北省北部超過60萬人口，經(jīng)境內(nèi)貧困人口眾多，而且集中，人口的逐漸增長與土地利用面積減少的矛盾逐漸凸顯。當(dāng)?shù)卦跇O端暴雨或干旱天氣下極易造成泥沙流或沙塵暴，造成植被破壞，侵蝕土壤，導(dǎo)致薄土層全部流失，造成嚴(yán)重水土流失和荒漠化，水分、養(yǎng)分調(diào)蓄能力迅速降低[3]。水土流失和荒漠化已經(jīng)成為制約我國冀北地區(qū)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人類生存的重大生態(tài)問題，然而，目前我國冀北地區(qū)恢復(fù)生態(tài)學(xué)理論研究遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于荒漠化治理實(shí)踐，荒漠化生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)重建嚴(yán)重缺乏相關(guān)理論研究的科學(xué)支撐，導(dǎo)致荒漠化治理成效不明顯，存在荒漠化治理后的生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性差、抵抗力弱，治理成果難以維系等一系列問題[4]。

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)過程的載體，是植物群落更新演替過程中不可或缺的研究內(nèi)容[5-8]。通過對特定環(huán)境條件下生態(tài)系統(tǒng)演替過程中土壤理化性質(zhì)變化的研究，將有助于認(rèn)識生態(tài)系統(tǒng)演變過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)控草原更新演替的進(jìn)程提供科學(xué)依據(jù)[9-12]。但到目前為止，盡管對冀北地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)單一生態(tài)過程的研究較為深入，但對冀北地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)植物多樣性和土壤理化性質(zhì)缺乏深入研究，其時(shí)空分異及其對荒漠化演替過程的響應(yīng)尚無研究； 荒漠化環(huán)境經(jīng)過人工更新演替后，植物多樣性和土壤理化性質(zhì)特征及變化趨勢如何，人工植被演替又怎樣影響地下土壤的演變，以及構(gòu)建怎樣的草原植被才有利于該區(qū)域土壤性質(zhì)的改善等問題，尚缺乏研究[13-18]。為此，本研究以冀北地區(qū)圍場滿族自治縣環(huán)境為研究對象，研究不同植被恢復(fù)措施后植物多樣性和土壤理化性質(zhì)特征及其兩者之間的相關(guān)性，探討荒漠化過程中植物多樣性和土壤理化性質(zhì)的變化規(guī)律及其響應(yīng)機(jī)制，以期為冀北地區(qū)乃至中國北方草原生態(tài)保護(hù)和荒漠化生態(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

研究區(qū)位于圍場滿族蒙古族自治縣卡倫后溝牧場，牧場中心坐標(biāo)N41°568.78”，E116°4545.09”，平均海拔高度1021m，處于內(nèi)蒙古高原與華北山地的交接帶、冀北山地森林與內(nèi)蒙古草原的過渡帶。研究區(qū)夏短冬長，盛行偏南風(fēng)，屬半干旱向半濕潤過度、寒溫帶向中溫帶過度、大陸性季風(fēng)型山地氣候。多年平均降水373mm，其中6—8月降水占全年降水的70%～80%，極端最高氣溫39.4℃，極端最低氣溫-28.7℃，多年平均氣溫5.1℃，全年日照時(shí)數(shù)為2704h，平均凍土深度90.2cm，土壤以山地棕壤、褐土為主，兼有少量的栗鈣土、風(fēng)沙土、草甸土、灰色森林土、沼澤土，研究區(qū)位置圖如下圖1所示：

1.2 樣方設(shè)置

在對研究區(qū)詳細(xì)踏查的基礎(chǔ)上，選取恢復(fù)治理荒漠化過程中的5個植被恢復(fù)措施為研究對象，分別為空白區(qū)（對照）、水區(qū)（用灑水車灑水）、藻區(qū)（用灑水車對藻液進(jìn)行噴灑）、草區(qū)（撒播苜蓿和沙打旺）和藻草區(qū)（用灑水車對藻液進(jìn)行噴灑并撒播苜蓿和沙打旺）。針對這5個不同的植被恢復(fù)處理，分別在每個處理按照坡上、坡中、坡下進(jìn)行樣方設(shè)置，共設(shè)立了5×3個研究樣方，每個樣方的面積為20 m × 20 m，樣方的詳細(xì)情況見表1。

1.3 土壤樣品的采集及其理化性質(zhì)分析

1.3.1 土壤樣品采集

在各樣地中心按蛇形方式選3個采樣點(diǎn)，各點(diǎn)間距在5m之內(nèi)。在各樣點(diǎn)按照0～5cm、5～10cm和10～20cm的層次收集土壤樣品，每個土壤層3次重復(fù)，均勻混合組成待測土樣?；哪瘏^(qū)域土壤很薄，部分僅有15cm左右，因此以0～20 cm土壤層中作為研究對象。

1.3.2 土壤理化性質(zhì)測定

容重、自然含水量采用環(huán)刀法和烘干法[19]； pH值采用2.5：1的水土比，用電位計(jì)法測定； 水解N采用堿解擴(kuò)散法測定[20]； 速效P采用碳酸氫鈉浸提為鉬銻抗比色法測定[21]； 速效K采用中性乙酸銨提取為火焰光度計(jì)法測定[22]；以上分析方法見土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法[23]。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Excel軟件進(jìn)行繪圖，利用SPSS16.0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。

2 結(jié)果分析與討論

2.1 不同處理土壤的pH、容重、土壤含水量變化特征

如表2所示，不同處理土壤的pH、容重和土壤含水量不同，處理內(nèi)的不同坡位的土壤pH、容重及含水量也不同。在同一區(qū)域內(nèi)，坡上的土壤pH要大于坡中及坡下部位，即坡上部位的土壤更為堿性些。從土壤容重來看，有撒播草種的區(qū)域，其土壤容重要大于未撒播的，這可能與植物根系對土壤性質(zhì)的改良作用有關(guān)。5個區(qū)域中的土壤含水量，空白區(qū)和灑水區(qū)域呈現(xiàn)典型的冀北干旱特征，其有些土壤層的土壤含水量不足1%，但噴灑藻種的藻區(qū)，其土壤含水量有一定程度的提升，但仍不足草區(qū)和藻草區(qū)的含水量大，這說明草區(qū)和藻草區(qū)對改善當(dāng)?shù)赝寥拉h(huán)境具有顯著作用。

2.2 不同處理土壤的速效氮、磷、鉀的變化特征

如圖2所示，不同處理的各層土壤速效氮含量呈現(xiàn)不同的變化特征，總體來說，空白區(qū)和只灑水的區(qū)域中，速效氮的含量要顯著低于藻區(qū)、草區(qū)和藻草區(qū)（P<0.05）。這說明未采取任何植被恢復(fù)措施和只對研究區(qū)采取灑水處理對土壤速效氮含量的提高并無明顯效果，灑水區(qū)域相當(dāng)于多增加了降水，也就是說增加降水對土壤速效氮含量的提升并無顯著作用[24]。在有植被恢復(fù)措施的草區(qū)、藻區(qū)和藻草區(qū)，可以看出不同植被恢復(fù)措施對土壤氮含量的改良具有顯著作用，但只撒播草種的區(qū)域和只噴灑藻種的區(qū)域?qū)ν寥赖刻嵘男Ч嗤?個處理區(qū)域的土壤氮含量并無顯著差異（P<0.05）。同時(shí)可以看出的是，即噴灑草種又噴灑藻種對速效氮含量提升的效果最顯著，說明藻草區(qū)對改善區(qū)域土壤氮含量具有重要貢獻(xiàn)[25]。

如圖3所示，同處理的各層土壤速效磷含量呈現(xiàn)不同的變化特征，總體來說，5個處理區(qū)域的速效磷含量并無相差太大，有撒草種的草區(qū)及藻草區(qū)內(nèi)速效磷含量要顯著低于其它3區(qū)域（P<0.05）?？瞻讌^(qū)、水區(qū)和藻區(qū)內(nèi)的速效磷含量并無顯著差異（P>0.05），根據(jù)以上特征變化可以得出，有草種的區(qū)域生長的植被較為豐富，可能對土壤速效磷的吸收更為強(qiáng)烈[26]，因此在檢測的土壤樣品中含有的速效磷較少，而水區(qū)、空白區(qū)域及藻區(qū)內(nèi)的植被種類和蓋度幾乎一樣，該區(qū)植被對土壤速效磷含量的吸收也一樣[27]，并能維持較高的水平。

如圖4所示，同處理的各層土壤速效鉀含量呈現(xiàn)不同的變化特征，總體來說，空白區(qū)和水區(qū)內(nèi)的速效鉀含量要顯著高于其它3個區(qū)域（P<0.05），說明增加降水對速效鉀的增加無顯著作用。而在草區(qū)、藻區(qū)及藻草區(qū)內(nèi)，速效鉀的平均含量排序?yàn)樵鍏^(qū)>草區(qū)>藻草區(qū)，根據(jù)研究區(qū)內(nèi)的植被生長狀況可以看出，藻草區(qū)的植被蓋度和多樣性最好，草區(qū)次之，藻區(qū)最差，植被生長良好和旺盛的區(qū)域?qū)︹浄实奈绽寐矢?，所以造成鉀肥的含量呈現(xiàn)這樣的梯度變化。

3 結(jié)論

總的來說，圍場荒漠區(qū)土壤理化性質(zhì)總體變化特征：土壤pH為6.06～7.39，土壤容重，土壤含水量0.21%～6.32%，土壤速效氮0.3～34.64mg/kg，速效磷0.08～0.8mg/kg，速效鉀10.9～34.9mg/kg。此外圍場荒漠區(qū)的土壤理化性質(zhì)隨不同的植被恢復(fù)模式呈現(xiàn)一定的差異性，總體來說，草區(qū)和藻草區(qū)的土壤容重和速效氮含量要高于其它區(qū)域，但速效磷和速效鉀含量要低于其它區(qū)域，土壤pH的含量在5個處理區(qū)域內(nèi)無顯著差異。撒播草種的區(qū)域的土壤理化性質(zhì)和土壤含水量要比未散播的區(qū)域好，增加降水對改善和提高土壤理化性質(zhì)無顯著影響，藻液區(qū)和空白區(qū)的土壤理化性質(zhì)相同，這是由于藻液噴灑后的時(shí)間段尚未完全發(fā)揮改良土壤改善土壤理化性質(zhì)的作用。本研究尚未對土壤有機(jī)質(zhì)進(jìn)行分析處理，再接下來的研究可以綜合前幾年的土壤理化性質(zhì)對荒漠區(qū)植被恢復(fù)模式做更為深入的探討。

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作者簡介：李勇（1973-），主要從事環(huán)境污染和生態(tài)修復(fù)相關(guān)方面的研究。