不同植被恢復(fù)土壤容重和孔隙度特征分析

張學(xué)權(quán)

(成都大學(xué) 旅游與經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院， 四川 成都 610106)

不同植被恢復(fù)土壤容重和孔隙度特征分析

張學(xué)權(quán)

(成都大學(xué) 旅游與經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院， 四川 成都 610106)

土壤物理結(jié)構(gòu)的優(yōu)化也是退耕還林工程建設(shè)的目標(biāo)之一.通過對退耕還林不同植被恢復(fù)類型土壤容重和孔隙度的測定，并與農(nóng)耕地比較，探討植被恢復(fù)后土壤容重和孔隙度的變化特征.結(jié)果表明，土壤容重的改良并非退耕后植被恢復(fù)初期就能實(shí)現(xiàn)的，土壤孔隙度也遠(yuǎn)不在土壤適宜范圍之內(nèi)，不同植被恢復(fù)類型對土壤容重和孔隙度的改良存在明顯不同；土壤物理結(jié)構(gòu)的改良尚需植被恢復(fù)后對土壤—植被系統(tǒng)科學(xué)合理的經(jīng)營和持續(xù)的保護(hù)才能實(shí)現(xiàn).

植被恢復(fù)；土壤容重；土壤孔隙度

0 引 言

土壤結(jié)構(gòu)退化主要表現(xiàn)在土壤容重、孔隙度與團(tuán)聚體含量等方面的變化.容重的大小可以反映土壤通透性的好壞，直接影響土壤的通氣透水性能[1].隨著土壤退化過程的發(fā)展，地表土壤質(zhì)地發(fā)生變化，有機(jī)質(zhì)含量也漸次減少，土壤結(jié)構(gòu)變差，土壤容重也隨之變大[2].因此，土壤容重與土壤退化程度有著明顯的關(guān)系，是土壤退化的重要物理指標(biāo)之一.土壤孔隙的大小、數(shù)量及其分配是土壤物理性質(zhì)的基礎(chǔ)，也是評價(jià)土壤結(jié)構(gòu)特征的重要指標(biāo)，土壤結(jié)構(gòu)肥力在一定程度上決定于土壤的孔性[3].由此，除研究退耕還林對水土流失的治理效應(yīng)以外，探討退耕地不同植被恢復(fù)對土壤容重和孔隙度的影響有助于深層次理解退耕還林工程的成效.

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

本研究試驗(yàn)地設(shè)在四川盆地邊緣低山地的洪雅縣境內(nèi)，其縣域西南部海拔2 000 m左右，東北部丘陵海拔降至500 m左右.全縣以低、中山為主.區(qū)域內(nèi)土壤侵蝕較為嚴(yán)重，退耕還林植被恢復(fù)主要采取“竹+草和林+草”模式，以此來實(shí)現(xiàn)生態(tài)治理土壤侵蝕和逐步調(diào)整農(nóng)村產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的目的.

1.2 研究方法

在試驗(yàn)區(qū)選取退耕5年的樺木+牛鞭草、苦竹+牛鞭草、純牛鞭草地和雜交竹+牛鞭草4種植被恢復(fù)類型作為研究對象，另設(shè)傳統(tǒng)農(nóng)耕地作為對照，進(jìn)行土壤容重和孔隙度的試驗(yàn)研究.土壤容重和土壤田間持水量采用環(huán)刀法測定[4].

2 結(jié)果與分析

2.1 不同植被恢復(fù)下土壤容重的變化

土壤容重反映了土壤的松緊度和對地表水的蓄積能力，是衡量土質(zhì)疏松度的指標(biāo)之一.它影響到土壤的空隙度大小分配，以及土壤水的穿透阻力，進(jìn)而影響到土壤的水肥氣熱條件與植物根系在土壤中的穿插.退耕還林植被恢復(fù)初期的土壤容重的變化主要取決于恢復(fù)前土壤質(zhì)地，恢復(fù)后植被的具體類型以及人為經(jīng)營措施等幾方面的影響.不同植被恢復(fù)類型的土壤容重試驗(yàn)結(jié)果見表1.

表1 不同植被恢復(fù)類型土壤容重的變化(g/cm3)

從表1數(shù)據(jù)看，樺木+牛鞭草類型和純牛鞭草類型土壤0～20 cm、20～40 cm的土壤容重均比農(nóng)耕地對應(yīng)土層高，苦竹+牛鞭草和雜交竹+牛鞭草地則有所減少，說明樺木+牛鞭草和純牛鞭草這2種植被恢復(fù)類型植被恢復(fù)前期對土壤容重的改良效果尚未體現(xiàn)，而苦竹+牛鞭草和雜交竹+牛鞭草這2種植被恢復(fù)類型植被恢復(fù)對土壤容重的改良效益則很快就表現(xiàn)出來.

植被恢復(fù)初期土壤容重變化主要取決于兩方面：一是土壤容重會(huì)有增大趨勢，原因在于土壤翻耕停止，土壤顆粒在重力、化學(xué)和生物等共同作用下相互結(jié)合更加緊密，從而使土壤容重有增大；二是土壤容重會(huì)有減小趨勢，原因在于植被恢復(fù)迅速，植物根系量大且伸展范圍廣，枯落物多等導(dǎo)致土壤孔隙度增加，從而使土壤容重有減少.樺木+牛鞭草中由于樺木處于幼齡階段，尚未形成植被系統(tǒng)效應(yīng)，根系量還少，土壤容重的大小主要取決于先期土壤質(zhì)地以及土壤的重力作用；純牛鞭草地的土壤容重增大除土壤自然下沉以外，刈割時(shí)人工外力的作用也是一個(gè)因素.苦竹+牛鞭草與雜交竹+牛鞭草種植4年后土壤容重有一定的減小，這與苦竹、雜交竹植被類型根系量大、分布寬的生物學(xué)特性有密切關(guān)系.研究發(fā)現(xiàn)，4種植被恢復(fù)對土壤0～20 cm土層容重的改良效果依次為，苦竹+牛鞭草>雜交竹+牛鞭草>樺木+牛鞭草>純牛鞭草；4種植被恢復(fù)對土壤20～40 cm土層容重的改良效果依次為，雜交竹+牛鞭草>苦竹+牛鞭草>樺木+牛鞭草>純牛鞭草.

通常，土壤容重值多介于1.0～1.5 g/cm3之間[4]，試驗(yàn)區(qū)4種退耕種植類型土壤容重介于1.30～1.54 g/cm3之間，在該土壤質(zhì)地下尚屬偏大，雖然苦竹+牛鞭草和雜交竹+牛鞭草對土壤性質(zhì)有一定的改善作用，但效果不太明顯，距川西地區(qū)杉木人工成熟林地土壤容重還有較大差距[5].

2.2 不同植被恢復(fù)下土壤孔隙度的變化

土壤結(jié)構(gòu)肥力在一定程度上決定于土壤的孔性，而植被恢復(fù)對土壤孔隙度的改變機(jī)理主要體現(xiàn)在：地表徑流減少，土壤砂粒生物分化和分解等增加土壤粉粒和黏粒的積累；增加土壤腐殖質(zhì)(有機(jī)質(zhì))；死亡根系形成非毛管孔隙；土壤微生物活動(dòng)增加非毛管孔隙.4種退耕還林植被恢復(fù)對土壤孔隙度影響的試驗(yàn)結(jié)果表2.

從表2可以看出，與農(nóng)耕地比較，4種植被恢復(fù)類型土壤0～20 cm、20～40 cm的總孔隙度除純牛鞭草地20～40 cm土層外都有一定程度的增加，其增加的情況分別是苦竹+牛鞭草的4.72%和4.67%，雜交竹+牛鞭草的2.69%和5.48%，樺木+牛鞭草的0.58%和0.71%，純牛鞭草地的0.07%和-0.63%.相對來說，苦竹+牛鞭草和雜交竹+牛鞭草植被恢復(fù)對土壤孔隙度的改良效果明顯，樺木+牛鞭草和純牛鞭草的短期改良效果不明顯.

從4種植被恢復(fù)類型土壤孔隙度變化與農(nóng)耕地的對比關(guān)系可知，加主要取決于毛管孔隙的增加，上下土層分別增加了6.7%和2.8%，非毛管孔隙反而有些減少(-19.2%和-6.0%).可見，該類型植被恢復(fù)后短期內(nèi)因土壤在自然重力作用下沉，細(xì)小土壤顆粒得到保持和細(xì)沙粒、粉粒和黏粒通過各種途徑增多了毛管孔隙，而因土壤腐殖質(zhì)(有機(jī)質(zhì))增多、植物根系死亡腐爛等形成非毛管孔隙的增加現(xiàn)象還未形成.苦竹+牛鞭草土壤上下土層毛管孔隙分別增加了8.4%和6.5%，非毛管孔隙增加了16.6%和36.6%，其土壤總孔隙的增加來自2個(gè)方面，且以非毛管孔隙的增加為主.試驗(yàn)表明，4個(gè)影響土壤孔隙度機(jī)理的植被因素都有可能存在，而又以土壤腐殖質(zhì)(有機(jī)質(zhì))增多，使土壤微團(tuán)聚體和穩(wěn)定性團(tuán)聚體增多，植物根系死亡腐爛和土壤微生物活動(dòng)增加進(jìn)而增加土壤非毛管孔隙為主要方面.純牛鞭草植被對土層0～20 cm和20～40 cm土壤孔隙的影響表現(xiàn)為非毛管孔隙分別比農(nóng)耕地下降12.8%和9.7%，毛管孔隙的變化為上層增加2.7%和下層下降0.13%.純牛鞭草地退耕后，土壤不再翻耕，土壤容重較大，土壤在重力作用下自然下沉幅度加大，加上牛鞭草刈割時(shí)外力踐踏作用使得土壤非毛管孔隙下降幅度大.毛管孔隙與農(nóng)耕地相比變化很小，雖然牛鞭草根系對土壤孔隙也有一定的改良作用，但由于人為不正確的刈割時(shí)間和方式的干擾(7～8月全部刈割)，遇強(qiáng)降雨時(shí)，土壤細(xì)小顆粒侵蝕嚴(yán)重.雜交竹+牛鞭草植被對土壤孔隙的改良與苦竹+牛鞭草植被類型基本一致，土壤上層結(jié)構(gòu)的改良以增加非毛管孔隙為主，提高13.1%，對土壤下層結(jié)構(gòu)的改良以增加毛管孔隙為主，提高14.1%.

樺木+牛鞭草土壤總孔隙度的增

從植物生長來看，土壤總孔隙度在50%～60%左右，非毛管孔隙和毛管孔隙同時(shí)存在，且比值為0.4～0.5最適宜.非毛管孔隙度低于10%時(shí)，通氣狀況受到阻礙[6].試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，4種植被恢復(fù)類型土壤總孔隙度都偏小，特別是各植被恢復(fù)類型土壤20～40 cm土層總孔隙度都小于50%，非毛管孔隙度也都低于10%，非毛管孔隙/毛管孔隙值在0.14～0.21之間，這表明耕地植被恢復(fù)或重建后，在短期內(nèi)雖可達(dá)到一定的保水固土功效，但土壤結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的改良，尤其是土壤結(jié)構(gòu)肥力的重建與改良差距還很大.

3 結(jié)論與討論

本研究認(rèn)為，短期內(nèi)，植被恢復(fù)對土壤容重的改良作用很小，停耕后由于土壤的下沉，土壤容重在一定時(shí)間內(nèi)可能增加，樺木+牛鞭草地和純牛鞭草地均屬如此.雖然苦竹+牛鞭草和雜交竹+牛鞭草對土壤容重有一定的改善作用，但效果不明顯.可見，土壤系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的改良并非停耕后短期植被恢復(fù)就能實(shí)現(xiàn)的，還需長時(shí)間的植被系統(tǒng)的枯落物、根系等與土壤的相互作用，并通過對植被系統(tǒng)的保護(hù)和合理的經(jīng)營，以及對土壤適當(dāng)?shù)木S護(hù)才可能實(shí)現(xiàn)土壤—植被生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)和重建.

同時(shí)，試驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)，植被對土壤孔隙的影響表現(xiàn)在增加土壤腐殖質(zhì)、減少土壤細(xì)粒流失等多個(gè)方面.4種植被恢復(fù)類型土壤孔隙度總體上都優(yōu)于農(nóng)耕地，但是不同類型植被恢復(fù)對土壤總孔隙度的提高機(jī)理有所不同：樺木+牛鞭草和純牛鞭草地的增加源于土壤毛管孔隙，而苦竹+牛鞭草和雜交竹+牛鞭草的增加主要源于土壤非毛管孔隙.這說明植被恢復(fù)重建坡耕地土壤—植被生態(tài)系統(tǒng)時(shí)，控制土壤侵蝕是考慮的一個(gè)重要方面，而植被類型的選擇，尤其是枯落物情況和植物根系類型的選擇也是需要重點(diǎn)考慮.此外，4種植被恢復(fù)類型土壤總孔隙度都偏小，特別是土壤20～40 cm土層都小于50%，非毛管孔隙度都低于10%，非毛管孔隙/毛管孔隙值還處于0.14～0.21之間，與土壤適宜范圍相差甚遠(yuǎn).此表明，退耕還林工程不僅僅是林或者竹栽種幾年后植被郁閉了就完成了，對土壤系統(tǒng)結(jié)構(gòu)改良的工程效果還需十幾年甚至更長時(shí)間才能有較大成效.因此，本研究建議，退耕后持續(xù)的保護(hù)需繼續(xù)納入退耕還林工程范圍.

[1]呂殿青,邵明安,潘云.容重變化與土壤水分特征的依賴關(guān)系研究[J].水土保持學(xué)報(bào)，2009，23(3):209-212．

[2]董田建,程力,張學(xué)強(qiáng).洪雅林場3種植被恢復(fù)模式下土壤理化性質(zhì)的調(diào)查分析[J].四川林業(yè)科技，2015,36(1):43-47.

[3]彭東海,侯曉龍,何宗明，等.金尾礦廢棄地不同植被恢復(fù)模式對土壤理化性質(zhì)的影響[J].水土保持學(xué)報(bào)，2015，29(6)：137-142.

[4]黃昌勇.土壤學(xué)[M].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2000.

[5]萬雪琴.坡耕地退耕還林后的植被恢復(fù)及改土效應(yīng)[D].成都：四川農(nóng)業(yè)大學(xué)，2003.

[6]羅水發(fā).尾葉桉林地不同時(shí)期土壤物理性狀研究[J].福建林業(yè)科技，2001,28(3):39-41.

Abstract:The optimization of soil physical structure is also one of the objectives of the project of returning farmland to forestry.Through the determination of soil bulk density and porosity of different types of vegetation restoration after the process of returning farmland to forestry,and their comparison with farmland,the paper discusses the changing characteristics of soil bulk density and porosity after vegetation restoration.The results show that the improvement of soil bulk density is not realized at the early stage of vegetation restoration,the soil porosity is not in the appropriate range at all.There are significant differences in soil bulk density and porosity between different vegetation restoration types.The soil physical structure improvement depends on reasonable management and sustainable protection of the soil-vegetation system after vegetation restoration.

Keywords:vegetation restoration;soil bulk density;soil porosity

AnalysisofSoilBulkDensityandPorosityinDifferentVegetationRestoration

ZHANGXuequan

(School of Tourism, Economics and Management, Chengdu University, Chengdu 610106, China)

S152.5

A

1004-5422(2017)03-0325-03

2017-08-15.

張學(xué)權(quán)(1967 — )， 男， 博士， 教授， 從事林業(yè)與生態(tài)園林關(guān)鍵技術(shù)研究.