干熱河谷沖溝溝岸葛藤不同覆被狀況及土壤性質(zhì)差異分析

校 亮,熊東紅,張寶軍,張 素,吳 漢,楊 丹

1 中國(guó)科學(xué)院山地災(zāi)害與地表過程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,成都 610041 2 中國(guó)科學(xué)院水利部成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所,成都 610041 3 中國(guó)科學(xué)院大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院,北京 100049

植被通過根系與土壤連成統(tǒng)一整體,并通過代謝活動(dòng)影響土壤性質(zhì)及其演化[1],對(duì)土壤性質(zhì)及其質(zhì)量影響顯著[2-3]。植被恢復(fù)主要通過物理作用[4](如覆被遮蔭、截流入滲、根系穿插)和化學(xué)作用[5](如殘?bào)w分解與養(yǎng)分歸還、根系分泌物與土壤膠結(jié))等方式直接或間接影響著土壤水分物理環(huán)境及化學(xué)性質(zhì),并進(jìn)一步影響土壤生物活性[6]。

金沙江干熱河谷是我國(guó)土壤生態(tài)環(huán)境脆弱區(qū),也是植被恢復(fù)困難區(qū)[7]。1950 s以來,為防治水土流失、改善生態(tài)環(huán)境,先后開展了一系列植被恢復(fù)的理論研究和實(shí)踐探索,涵蓋植被恢復(fù)的限制性因子[8]、適宜樹種的篩選與引種[9]、植被恢復(fù)的技術(shù)方法[10]、有效性評(píng)估等多個(gè)方面[11-12]。如Tang等[13]指出,新銀合歡(Leucaenaleucocephala)在干熱河谷具有較好的固碳潛力；Forrester等[14]研究表明,含羞草科植物能有效固定大氣氮素以滿足植物生長(zhǎng),進(jìn)而促進(jìn)土壤改良；唐國(guó)勇等[15]發(fā)現(xiàn)植被類型和恢復(fù)年限決定土壤改良進(jìn)程。但是,已有研究多集中在流域或坡地尺度,針對(duì)裸露、陡立的沖溝溝岸的植被恢復(fù)及其對(duì)土壤性質(zhì)的影響研究卻少有報(bào)道,羅君等針對(duì)元謀干熱河谷沖溝區(qū)植被對(duì)微地形的響應(yīng)研究中,其指出燥紅土區(qū)活躍性沖溝坡面植被生長(zhǎng)的臨界坡度為小于65°,植被蓋度和種類的優(yōu)勢(shì)方向同為東北向[16]。

溝岸是沖溝發(fā)育過程中因流水下切侵蝕和側(cè)壁崩塌發(fā)育形成的,由于特殊的微地形條件,降雨過程中其水分入滲及保存困難,并長(zhǎng)期受陽光直射,水熱矛盾極為突出；同時(shí),溝岸土壤退化嚴(yán)重、土層淺薄、土壤貧瘠；因而植被恢復(fù)極端困難,長(zhǎng)期以來一直未能找到有效的植被恢復(fù)措施。而探尋適宜溝岸的植被恢復(fù)措施、并深入開展植被生長(zhǎng)對(duì)溝岸土壤性質(zhì)影響的研究,對(duì)于深刻認(rèn)識(shí)土壤-植被相互作用機(jī)理、指導(dǎo)沖溝活躍地帶的植被恢復(fù)實(shí)踐及控制水土流失具有重要意義。

本文以元謀干熱河谷區(qū)沖溝發(fā)育的溝岸土體為研究對(duì)象,基于野外調(diào)查,選取藤本植物葛藤(Kudzu)覆被為溝岸植被恢復(fù)措施,結(jié)合室內(nèi)實(shí)驗(yàn),定量分析葛藤不同覆被狀況下溝岸土壤性質(zhì)的變化特征,探討葛藤生長(zhǎng)對(duì)溝岸土壤性質(zhì)的影響,旨在為干熱河谷沖溝系統(tǒng)生境改良與植被恢復(fù)提供有益參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于元謀干熱河谷區(qū)(101°35′—102°26′E,25°23′—26°06′N),該區(qū)屬南亞熱帶季風(fēng)氣候,具有“炎熱干燥、降雨集中、干濕季分明”的氣候特征[17]；區(qū)內(nèi)地帶性土壤為燥紅土；自然植被為稀樹灌木草叢[18]。該區(qū)沖溝發(fā)育,溝壑密度為3.0—5.0 km/km2,最高達(dá)7.4 km/km2,因下切侵蝕和側(cè)壁崩塌,溝谷兩側(cè)常發(fā)育有陡立溝岸[19]。

1.2 樣地選取

本研究所指的沖溝溝岸,區(qū)分于溝頭以上及其臨近范圍受集水區(qū)徑流沖刷影響的區(qū)域,特指在地形平坦開闊的溝床兩側(cè)的陡立地帶,即從溝床側(cè)壁底部向上延伸至溝緣的區(qū)域。其地形特征在于地形坡度十分陡峭,不利于植被生長(zhǎng),地表常常裸露；由于特殊的地形和植被狀況,使得降雨過程中水分入滲及保存困難,并長(zhǎng)期受陽光直射的影響,水熱矛盾極為突出,導(dǎo)致土壤退化嚴(yán)重,土層淺薄、土壤貧瘠,植被生長(zhǎng)更加困難。

2016年3月,在元謀溝蝕崩塌觀測(cè)研究站(101°83′E,25°85′N)附近選取了一葛藤生長(zhǎng)的原位溝岸。葛藤屬多年生藤本植物,2006年種植在溝底區(qū)域,攀沿生長(zhǎng)以布滿溝岸,因在溝底葛藤的種植密度和管護(hù)措施等的差異,不同地塊覆被狀況各異,因處旱季時(shí)段,出現(xiàn)了大量枯藤和極少鮮藤共存的景象。溝岸坡向30°、坡度67.5°、坡面長(zhǎng)5.9 m、岸寬47 m,燥紅土層(上層3.9 m)、砂積層(下層2 m)成層分布。

研究采用空間替代時(shí)間的方法,探討葛藤不同生長(zhǎng)階段土壤性質(zhì)變化特征及其差異成因。隨葛藤生活史的進(jìn)行,試驗(yàn)溝岸會(huì)經(jīng)歷裸露→鮮藤覆被→枯藤覆被→枯藤逐年累積等階段。

基于葛藤自然生長(zhǎng)狀況,在溝岸沿坡面長(zhǎng)2 m以下的燥紅土層選取試驗(yàn)地塊(規(guī)格1.8 m×1.8 m),以規(guī)避溝緣以上臺(tái)面區(qū)域水分入滲/蒸散對(duì)深層土壤水分的影響,盡可能地保證溝岸土壤水分散失只取決于側(cè)壁蒸發(fā)。其中選取裸露地塊作對(duì)照CK,鮮藤覆被地塊設(shè)置1種處理T1,枯藤覆被地塊設(shè)置3種處理(T2、T3、T4),葛藤覆被狀況以單位面積生物量計(jì)(圖1)。

圖1 試驗(yàn)區(qū)原位小區(qū)處理圖示Fig.1 Sketch of experimental field plotsCK:裸露溝岸, the bare gully bank; T1: 鮮藤覆被溝岸, the gully bank under fresh coverage of Kudzu; T2—T4: 枯藤覆被溝岸, the gully bank under withered coverage of Kudzu

1.3 葛藤生物量測(cè)定

采集各地塊葛藤覆被物,各處理取4個(gè)重復(fù)樣(S形采樣)。將自制方形環(huán)刀(20 cm×20 cm×20 cm)垂直輕扣在覆被物上,緊貼環(huán)刀外壁刈割覆被物,并收集環(huán)刀內(nèi)所有覆被物。烘干法(85℃)測(cè)定其生物量,算數(shù)平均后換算求得葛藤單位面積生物量,作為葛藤覆被狀況指標(biāo)(表1)。

表1 試驗(yàn)處理設(shè)置

CK:裸露溝岸, the bare gully bank; T1: 鮮藤覆被溝岸, the gully bank under fresh coverage ofKudzu; T2—T4: 枯藤覆被溝岸, the gully bank under withered coverage ofKudzu

1.4 土壤樣品采集與分析

2016年3月進(jìn)行土樣采集。用環(huán)刀法取0—10 cm表層土壤,分別于2016年4月下旬、5月上旬、中旬采集,每次按S形取5個(gè)點(diǎn)的混合樣500 g左右,放入聚乙烯袋中密封帶回,隨即置于0℃冰箱中冷藏保存,以備室內(nèi)分析測(cè)定各種指標(biāo),各土壤性質(zhì)分析指標(biāo)及測(cè)定方法如表2所示[20]。

其中,試驗(yàn)土壤微生物量測(cè)定采用PLFA法,測(cè)定指標(biāo)包括單位質(zhì)量土壤總PLFA量,單位質(zhì)量土壤中的細(xì)菌、真菌、放線菌、原生動(dòng)物的相對(duì)含量百分比,前者是表征土壤微生物量的重要指標(biāo),后者反映了土壤微生物群落結(jié)構(gòu)及其活性[21]。PLFA測(cè)定的是表征微生物群落信息的磷脂脂肪酸甲酯,前處理將磷脂脂肪酸提取出來,甲酯化后通過GC分析。數(shù)據(jù)庫(kù)匹配信息后,給出檢測(cè)到的甲酯的名稱及其含量百分比。上機(jī)前加入定量C19甲酯內(nèi)標(biāo),通過內(nèi)標(biāo)計(jì)算土壤中每種甲酯的質(zhì)量含量,不同的甲酯表征不同的微生物的種類及其含量。表征土壤微生物的PLFA如表3所示[21]。

表2 土壤性質(zhì)分析指標(biāo)及測(cè)定方法

表3 表征土壤微生物的PLFAs

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

采用EXCEL 2013和SPSS 13.0進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)的整合處理與統(tǒng)計(jì)分析,所有數(shù)據(jù)通過正態(tài)分布檢驗(yàn)和方差一致性檢驗(yàn),用一維方差分析(one-way ANOVA)檢驗(yàn)葛藤不同覆被狀況下各土壤性質(zhì)參數(shù)變化的顯著性(P<0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 葛藤覆被對(duì)溝岸土壤物理性狀的影響

土壤是由固、液、氣及多種活的有機(jī)體組成的一個(gè)十分復(fù)雜的無機(jī)-有機(jī)復(fù)合系統(tǒng),它作為植物生長(zhǎng)的基質(zhì),不僅要供給植物生長(zhǎng)所需要的水分,還要向根系提供養(yǎng)分和氧氣,這些不同的功能主要取決于土壤固相的組成和性質(zhì),即土壤物理性狀[22]。

植被生長(zhǎng)對(duì)土壤物理性狀影響顯著,其主要通過截流入滲、根系穿插等方式改變土壤物理性狀,尤其對(duì)土壤水分狀況及孔隙結(jié)構(gòu)有較大影響[23-24]。表4反映了葛藤不同覆被狀況下溝岸表層0—10 cm土壤物理性狀(土壤含水率、容重、毛管孔隙度、非毛管孔隙度)的變化差異。

表4 葛藤不同覆被狀況下溝岸土壤物理性狀差異

表內(nèi)±后跟數(shù)據(jù)為標(biāo)準(zhǔn)差；同列數(shù)據(jù)中標(biāo)有相同的字母表示其統(tǒng)計(jì)差異不顯著(P> 0.05)

土壤水分是溝岸植被恢復(fù)與重建的重要影響因子,水分供給不足將限制植被生長(zhǎng)甚至威脅其生存,它直接反映了土壤供給植物生存、生長(zhǎng)的基本能力[25]。研究發(fā)現(xiàn),葛藤不同覆被狀況下溝岸土壤含水率變化差異明顯,相比裸露溝岸而言(VCK=11.05%),鮮藤覆被溝岸土壤含水率明顯降低,僅為7.63%；枯藤覆被下溝岸土壤含水率持續(xù)增加,且枯藤覆被量越多,其下土壤含水率越高；具體地,T2—T4處理溝岸土壤含水率依次為13.30%、16.49%、18.90%。方差分析表明,鮮、枯藤覆被溝岸土壤含水率變化差異顯著。上述研究結(jié)果表明溝岸土壤水分狀況受葛藤覆被類型(鮮/枯)及覆被物生物量共同影響,枯藤覆被有助于保持其下溝岸土壤水分,鮮藤覆被下溝岸土壤水分則明顯減小。

土壤容重綜合反映孔隙狀況、松緊度和肥力等,對(duì)土壤透氣狀況、入滲性能、持水能力等均有很大影響[26]。研究發(fā)現(xiàn),相比裸露溝岸而言,鮮藤覆被溝岸土壤容重相對(duì)減小,T1處理較CK對(duì)照土壤容重減小了3.92%；在枯藤覆被溝岸,隨枯藤覆被量的增加,溝岸土壤容重依次降低(T2、T3、T4土壤容重依次為1.59、1.54、1.50 g/cm3),但均高于裸露溝岸(1.45 g/cm3)。方差分析表明,較裸露溝岸,鮮、枯藤覆被溝岸土壤容重變化差異顯著；在枯藤覆被溝岸,T2—T4處理溝岸土壤容重存在差異但差異不顯著。上述研究結(jié)果表明溝岸土壤容重同樣受葛藤覆被類型(鮮/枯)及覆被物生物量共同影響,鮮藤覆被有助于降低其下溝岸土壤容重,枯藤覆被下溝岸土壤容重反而增加。

土壤孔隙直接影響土壤通氣透水性能、水分保持與運(yùn)移、根系穿插難易等。其中,土壤毛管孔隙度反映了植被吸持水分用于維持自身生長(zhǎng)發(fā)育的能力,非毛管孔隙度反映了植被滯留水分發(fā)揮涵養(yǎng)水源的能力等[27]。研究發(fā)現(xiàn),相比裸露溝岸而言,鮮、枯藤覆被溝岸土壤毛管孔隙度均有所增加,尤其以鮮藤覆被溝岸土壤毛管孔隙度增加最為明顯。具體地,T1—T4處理較CK對(duì)照毛管孔隙度分別增加了18.85%、8.18%、8.91%、10.17%。在枯藤覆被溝岸,T2—T4處理毛管孔隙度和非毛管孔隙度均隨枯藤覆被量的增加而增加。T2—T4處理土壤毛管孔隙度依次為40.48%、40.75%、41.22%,非毛管孔隙度依次為1.26%、1.32%、2.96%。方差分析表明,較裸露溝岸,鮮、枯藤覆被溝岸土壤毛管孔隙度、非毛管孔隙度變化差異顯著；在枯藤覆被溝岸,T4較T2、T3處理溝岸土壤非毛管孔隙度變化差異顯著。上述研究結(jié)果表明溝岸土壤孔隙狀況依舊受葛藤覆被類型(鮮/枯)及覆被物生物量共同影響。鮮、枯藤覆被均有助于增加其下溝岸土壤毛管孔隙度,但均不利于土壤非毛管孔隙度的提升。

2.2 葛藤覆被對(duì)溝岸土壤化學(xué)性質(zhì)的影響

植被恢復(fù)顯著影響土壤化學(xué)性質(zhì),其主要通過提供生物殘?bào)w、產(chǎn)生根系分泌物、活化土壤微生物等方式來影響土壤酸堿度、土壤膠體性質(zhì)及土壤養(yǎng)分狀況等[28],對(duì)植物生長(zhǎng)下的土壤化學(xué)特性進(jìn)行分析,是改良土壤、提高肥力、補(bǔ)充作物所需營(yíng)養(yǎng)元素的前提和基礎(chǔ)。表5反映了葛藤不同覆被狀況下溝岸表層0—10 cm土壤化學(xué)性質(zhì)(全鹽含量、有機(jī)質(zhì)、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、有效磷、速效鉀)的變化差異。

表5 葛藤不同覆被狀況下溝岸土壤化學(xué)性質(zhì)差異

表內(nèi)±后跟數(shù)據(jù)為標(biāo)準(zhǔn)差；同列數(shù)據(jù)中標(biāo)有相同的字母表示其統(tǒng)計(jì)差異不顯著(P> 0.05)

研究發(fā)現(xiàn),相比裸露溝岸而言,鮮、枯藤覆被溝岸土壤全鹽含量均呈現(xiàn)整體增加的規(guī)律。具體表現(xiàn)為,相比裸露溝岸而言,鮮(T1)、枯藤覆被(T2—T4)溝岸土壤全鹽含量分別增加了199.45%、66.08%、198.20%、204.16%。方差分析表明,較裸露溝岸,鮮、枯藤覆被溝岸土壤全鹽含量變化差異顯著(T2處理除外)；在枯藤覆被溝岸,T3、T4處理間溝岸土壤全鹽含量變化無差異,但T3和T4處理較T2處理溝岸土壤全鹽含量變化差異顯著。上述變化特征表明鮮、枯藤覆被均加重了其下溝岸土壤受鹽分的脅迫作用。

研究發(fā)現(xiàn),相比裸露溝岸而言,鮮藤覆被溝岸土壤有機(jī)質(zhì)含量相對(duì)降低,而枯藤覆被溝岸土壤有機(jī)質(zhì)含量則明顯增加,且枯藤覆被量越多,增幅越顯著。具體地,較裸露溝岸,鮮藤覆被溝岸土壤有機(jī)質(zhì)含量降低了25.93%,而在枯藤覆被溝岸,T2—T4處理土壤有機(jī)質(zhì)含量分別提升了41.20%、144.91%、294.44%。方差分析表明,T2—T4處理間溝岸土壤有機(jī)質(zhì)含量變化差異顯著。上述變化特征表明溝岸土壤有機(jī)質(zhì)含量受葛藤覆被類型(鮮/枯)及覆被物生物量共同影響?？萏俑脖痪兄谠黾悠湎聹习锻寥烙袡C(jī)質(zhì)含量,鮮藤覆被則相反。

研究發(fā)現(xiàn),相比裸露溝岸而言,鮮、枯藤覆被溝岸土壤銨、硝態(tài)氮含量變化差異明顯；鮮藤覆被溝岸土壤銨、硝態(tài)氮含量均相對(duì)減少；而枯藤覆被溝岸土壤銨態(tài)氮含量相對(duì)減少(T3處理除外),土壤硝態(tài)氮含量則呈現(xiàn)出不同程度的增加。具體表現(xiàn)為：較裸露溝岸,鮮藤覆被溝岸土壤銨、硝態(tài)氮含量分別減少了26.63%、12.57%；T2—T4處理土壤銨態(tài)氮含量分別減少了25.34%、-25.52%(銨態(tài)氮含量增加)、22.08%；T2—T4處理土壤硝態(tài)氮含量分別增加了227.75%、161.78%、507.33%。方差分析表明,較裸露溝岸,鮮、枯藤覆被溝岸土壤銨態(tài)氮含量變化差異顯著；除T1處理外,土壤硝態(tài)氮含量變化差異也顯著；在枯藤覆被溝岸,T2—T4處理間溝岸土壤銨、硝態(tài)氮含量變化差異均顯著。上述研究結(jié)果表明溝岸土壤銨、硝態(tài)氮含量受葛藤覆被類型(鮮/枯)及覆被物生物量共同影響?？萏俑脖挥兄谠黾悠湎聹习锻寥老鯌B(tài)氮含量,但不利于土壤銨態(tài)氮含量的提升；鮮藤覆被下溝岸土壤銨、硝態(tài)氮含量均明顯減小。

研究發(fā)現(xiàn),相比裸露溝岸而言,鮮、枯藤覆被溝岸土壤有效磷含量均呈現(xiàn)出不同程度的降低,T1—T4處理土壤有效磷含量分別降低了97.63%、78.11%、-47.93%(有效磷含量增加)、21.89%,方差分析表明,較裸露溝岸,鮮、枯藤覆被溝岸土壤有效磷含量變化差異顯著,在枯藤覆被溝岸,T2—T4處理間溝岸土壤有效磷含量變化差異顯著。表明鮮、枯藤覆被整體上未能提高其下溝岸土壤的有效磷含量,但枯藤覆被可明顯增加其下溝岸土壤有效磷含量。

研究發(fā)現(xiàn),相比裸露溝岸而言,鮮、枯藤覆被溝岸土壤速效鉀含量均呈現(xiàn)出不同程度的增加。具體地,較裸露溝岸,鮮藤覆被溝岸土壤速效鉀含量增幅較小,僅為10.29%；但在枯藤覆被溝岸,溝岸土壤速效鉀含量則呈現(xiàn)出倍數(shù)級(jí)顯著增加的規(guī)律,且葛藤覆被量越多,效果越明顯；T2—T4處理土壤速效鉀含量分別提升了213.24%、232.35%、402.94%。方差分析表明,較裸露溝岸,鮮、枯藤覆被溝岸土壤速效鉀含量變化差異顯著(除鮮藤覆被溝岸T1處理外)；在枯藤覆被溝岸,T4較T2、T3處理溝岸土壤速效鉀含量變化差異顯著。表明鮮、枯藤覆被均有助于提高其下溝岸土壤的速效鉀含量,且以提升枯藤覆被溝岸土壤速效鉀含量最為明顯。

2.3 葛藤覆被對(duì)溝岸土壤微生物特性的影響

土壤微生物群落是土壤中最為重要的活體成分,土壤微生物量是指體積小于 5×10-3μm3細(xì)菌、真菌等的生物總量,是土壤活性養(yǎng)分的儲(chǔ)存庫(kù),其數(shù)量、組成及其活性是評(píng)價(jià)土壤質(zhì)量的重要指標(biāo)[29]。

覆被狀況不同,微生物生長(zhǎng)環(huán)境如水分、枯落物量和根系分泌物等不同,土壤微生物的數(shù)量、組成及活性在某種程度上也存在著較大差別,進(jìn)而導(dǎo)致土壤微生物群落結(jié)構(gòu)和功能發(fā)生改變[30]。表6反映了葛藤不同覆被狀況下溝岸表層0—10 cm土壤微生物總PLFA含量及各類微生物PLFA量的相對(duì)含量百分比。其中PLFA指的是單位質(zhì)量的土壤中所包含的所有微生物的量,包括細(xì)菌、真菌、放線菌、原生動(dòng)物等的物質(zhì)的量,其單位為 nmol/g。

由表6可知,葛藤不同覆被狀況下溝岸土壤的總PLFA量之間存在較大差異。鮮、枯藤覆被溝岸土壤的總PLFA量明顯高于裸露溝岸(裸露溝岸表層土壤的總PLFA量為3.24 nmol/g,總PLFA量處于最低水平)。其中,鮮藤覆被溝岸(T1)土壤的總PLFA量約為裸露溝岸的10.5倍,總PLFA量最高?？萏俑脖粶习?T2—T4)土壤的總PLFA 量分別為裸露溝岸的2.6、2.6、6.5倍,土壤的總PLFA量處于裸露溝岸和鮮藤覆被溝岸之間。上述研究結(jié)果表明鮮、枯藤覆被均有助于增加其下溝岸土壤的總PLFA量。

表6 葛藤不同覆被狀況下溝岸土壤微生物特性差異

研究還發(fā)現(xiàn),各類土壤微生物(細(xì)菌、真菌、放線菌、原生動(dòng)物)在裸露溝岸和鮮、枯藤覆被溝岸之間存在著不同的變化差異。相比裸露溝岸而言,鮮、枯藤覆被溝岸土壤細(xì)菌、放線菌的PLFA相對(duì)含量普遍降低,而土壤真菌、原生動(dòng)物的PLFA相對(duì)含量則整體增加。上述變化特征表明溝岸不同種類的土壤微生物對(duì)葛藤覆被狀況的變化響應(yīng)不同。

3 討論與結(jié)論

3.1 討論

本研究葛藤覆被溝岸期間(2006—2016年)不同處理措施下土壤性質(zhì)均呈現(xiàn)出不同程度的改善,土壤性質(zhì)的改良效果受葛藤覆被類型(鮮/枯)及覆被物生物量共同影響。與土壤物理性質(zhì)相比,土壤化學(xué)性質(zhì)及微生物特性更易受葛藤覆被影響而快速被改良。

一般而言,裸露溝岸土壤因無植被生長(zhǎng)影響,其容重理應(yīng)在5種處理中最高,但本研究得到的結(jié)果卻相對(duì)較低?？赡艿脑蛟谟?盡管裸露溝岸未采取相應(yīng)的葛藤覆被措施,但該區(qū)熱輻射強(qiáng)烈,溝岸溫度晝夜劇變,表層土壤熱脹冷縮,熱能疏松表土強(qiáng)烈[9],導(dǎo)致裸露溝岸土壤容重較低。鮮藤覆被溝岸土壤容重為5種處理中的最低值,其降低的原因與葛藤藤莖發(fā)達(dá)的須根有關(guān),須根扎根土壤后,通過擾動(dòng)作用疏松了溝岸土壤,降低了土壤容重,出現(xiàn)鮮藤覆被溝岸土壤有機(jī)質(zhì)含量較低,容重也偏低的現(xiàn)象?？萏俑脖粶习锻寥廊葜芈愿哂诼懵稖习?其可能受以下因素制約,一方面與該地區(qū)夏季高溫多雨所導(dǎo)致植物殘?bào)w分解速率快,土壤腐殖化作用弱有關(guān),由于該區(qū)土壤腐殖化作用弱,土壤容重的改良也就相對(duì)較慢[31]；另一方面,在干熱暴雨的環(huán)境下,表層土壤發(fā)生流失,細(xì)土顆粒沉積會(huì)進(jìn)入土壤空隙,增加土壤容重[32]。

較裸露溝岸,鮮、枯藤覆被溝岸土壤全鹽含量反而增加,這與西北干旱區(qū)同類研究結(jié)果明顯不同[33]。綜合分析葛藤不同覆被狀況下溝岸土壤全鹽含量的變化特征及差異成因：試驗(yàn)溝岸葛藤種植于2006年,溝岸土壤全鹽含量為2006—2016年10年間土壤全鹽含量變化的階段性狀態(tài)量。在裸露溝岸,蒸發(fā)最為強(qiáng)烈,鹽分表聚現(xiàn)象也最為突出,土壤全鹽含量理應(yīng)最高。但是,裸露溝岸土壤經(jīng)歷著干熱河谷雨季逐年周期性的降雨擊濺剝蝕和坡面徑流侵蝕,陡立溝岸在旱季積累的高鹽土壤會(huì)在雨季淋失殆盡,因而裸露溝岸土壤全鹽含量很低,僅為0.76%。在鮮藤覆被溝岸,葛藤為適應(yīng)燥熱的氣候,特別是12:00—16:00強(qiáng)蒸發(fā)階段,葛藤會(huì)傾斜葉片以降低蒸發(fā)面,期間部分表土裸露,植物蒸騰和土面蒸發(fā)同時(shí)存在且強(qiáng)烈,土壤水分散失加速,鹽分表聚現(xiàn)象明顯；在降雨期間,鮮藤葉片又可對(duì)降雨產(chǎn)生阻擋,降低了表土剝蝕作用,因而鮮藤覆被溝岸土壤全鹽含量較高,達(dá)2.28%。在枯藤覆被溝岸,因枯藤存留降低了降雨期間的侵蝕作用,高鹽含量土壤得以存留,T2土壤全鹽含量(1.26%)較低可能與覆層薄有關(guān),當(dāng)葛藤覆被物達(dá)到一定的厚度后,土壤全鹽含量基本恒定,例如試驗(yàn)區(qū)T3和T4處理,土壤全鹽含量分別為2.27%和2.32%。

較裸露溝岸,鮮藤覆被溝岸土壤有機(jī)質(zhì)、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、有效磷、速效鉀含量大都呈現(xiàn)出不同程度的降低,這可能與藤莖須根扎根土壤以吸收有效養(yǎng)分供給葛藤生長(zhǎng)有關(guān)。枯藤覆被溝岸土壤上述養(yǎng)分含量整體提升,這與葛藤殘?bào)w分解后,腐殖質(zhì)等養(yǎng)分歸還土壤有關(guān)。需要指出,枯藤亦是由鮮藤發(fā)展而來的,在鮮藤覆被溝岸階段,溝岸土壤養(yǎng)分狀況也會(huì)出現(xiàn)一定程度的降低,在枯藤覆被溝岸以后,土壤養(yǎng)分狀況才得以提升,且土壤養(yǎng)分的主要來源應(yīng)為溝底葛藤母根根際土壤,具體原因有待下一步研究。

較裸露溝岸,鮮、枯藤覆被溝岸土壤微生物總PLFA量均有所增加,尤其以鮮藤覆被溝岸土壤總PLFA量增加最為明顯。鮮藤覆被溝岸土壤總PLFA 量最高可能與葛藤根系分泌物最為密切[30]?？萏俑脖粶习锻寥赖目侾LFA 量增加的原因則可能與枯藤覆被溝岸后,通過覆層保水、遮蔽降溫、提供植物殘?bào)w等方式提升了土壤含水率、降低了土壤溫度、改善了土壤理化性質(zhì),尤其是適宜的水熱條件加快了葛藤殘?bào)w分解,提供腐殖質(zhì)、有效養(yǎng)分等,有益于微生物的生物量和微生物群落活性等的提高。研究還發(fā)現(xiàn),相比裸露溝岸而言,鮮、枯藤覆被溝岸土壤細(xì)菌、放線菌的PLFA相對(duì)含量普遍降低,而土壤真菌、原生動(dòng)物的PLFA相對(duì)含量則整體增加。即不同種類的土壤微生物對(duì)葛藤覆被狀況的變化響應(yīng)不同,這可能與不同土壤微生物對(duì)與土壤水熱條件、孔隙結(jié)構(gòu)、養(yǎng)分分配比例等的不同有關(guān)。

3.2 結(jié)論

(1)溝岸土壤性質(zhì)受葛藤覆被類型(鮮/枯)及覆被物生物量共同影響,與土壤物理性質(zhì)相比,土壤化學(xué)性質(zhì)(除全鹽含量)及微生物特性更易受葛藤覆被影響而快速被改良。

(2)溝岸土壤養(yǎng)分狀況受葛藤生長(zhǎng)階段影響。鮮藤覆被溝岸階段,土壤養(yǎng)分狀況呈現(xiàn)出不同程度的降低,枯藤覆被溝岸階段,土壤養(yǎng)分狀況得以明顯提升。

(3)鮮、枯藤覆被均有益于增加其下溝岸土壤微生物總 PLFA量,尤其以鮮藤覆被下溝岸土壤總 PLFA量提升最為明顯。

(4)整體而言,葛藤覆被可作為溝岸土壤改良的可行方法,它對(duì)于提升土壤水分含量、有效孔隙、養(yǎng)分狀況、微生物量等均有顯著作用。