若爾蓋濕地草原土壤退化過程中土壤表層團(tuán)聚體變化規(guī)律

林皓然

摘要 若爾蓋濕地地處長(zhǎng)江上游，是世界上面積最大的高原沼澤濕地。近年來(lái)，由于受氣候變暖、過度放牧、鼠害嚴(yán)重等影響，若爾蓋濕地草原出現(xiàn)了不同程度的沙化。以若爾蓋縣境內(nèi)唐克鎮(zhèn)為研究對(duì)象，根據(jù)植被覆蓋度劃分草地為100%覆蓋度的草甸、60%覆蓋度的固定沙地、25%覆蓋度的半固定沙地，探究不同覆蓋度草地土壤表層團(tuán)聚體變化規(guī)律。結(jié)果表明：草甸土壤團(tuán)聚體特征與固定沙地、半固定沙地拉開很大的差距，而后兩者的植被覆蓋度相差35%，但兩者的土壤團(tuán)聚體特征并沒有很大差距，主要是因?yàn)?0%覆蓋度固定沙地的植物大多為東南景天、蒿類等淺根植物，導(dǎo)致土壤整體穩(wěn)定性較差。因此，評(píng)價(jià)草地穩(wěn)定性應(yīng)綜合評(píng)價(jià)植被覆蓋度與植物種類，分析潛在退化草地，盡早治理。

關(guān)鍵詞 若爾蓋;植被覆蓋度;土壤團(tuán)聚體;土壤有機(jī)質(zhì);東南景天

中圖分類號(hào)：S714.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095–3305（2020）07–0–04

DOI：10.19383/j.cnki.nyzhyj.2020.07.063

Changes of Soil Surface Aggregates During Soil Degradation in Zoige Wetland Steppe

LIN Hao-ran （Chengdu University of technology， Chengdu，Sichuan 610059）

Abstract The Zoige Wetland is located in the upper reaches of the Yangtze River and is the largest plateau swamp wetland in the world. In recent years， due to the effects of climate warming， overgrazing， and severe rodent damage， the Ruoergai wetland grassland has experienced varying degrees of desertification. Taking Tangke Town in Ruoergai County as the research object， according to the vegetation coverage， the grassland is divided into 100% coverage meadow， 60% coverage fixed sandy land， 25% coverage semi-fixed sandy land， and explore different coverage grassland The changes of aggregates in the soil surface layer. The results show that there is a big gap between the characteristics of meadow soil aggregates and the fixed and semi-fixed sands. The vegetation coverage of the latter two differs by 35%， but there is no big difference in the characteristics of soil aggregates between the two. The main reason is that most of the plants on the fixed sandy land with 60% coverage are shallow-rooted plants such as Sedum and Artemisia， resulting in poor overall soil stability. Therefore， the evaluation of grassland stability should comprehensively evaluate vegetation coverage and plant species， analyze potential degraded grassland， and control it as soon as possible.

Key words Zoige; Vegetation coverage; Soil aggregate; Soil organic matter; Sedum alfredii

若爾蓋濕地地處長(zhǎng)江上游，是世界上面積最大的高原沼澤濕地，被譽(yù)為“高原之腎”“黃河蓄水池”，對(duì)于保護(hù)生物多樣性、維持區(qū)域，乃至全球碳循環(huán)平衡以及保障地區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展具有重要作用[1]。調(diào)查表明，1994—2009年， 若爾蓋沙化草地面積增加了28.1%， 2009年沙化草地面積達(dá)到82.19×104 hm2， 占川西北轄區(qū)面積25.85×106 hm2 的3.18% [2]。

土壤在物理方面的退化主要表現(xiàn)為土壤結(jié)構(gòu)的退化，團(tuán)聚體作為土壤結(jié)構(gòu)的基本單元，是決定土壤侵蝕、壓實(shí)、板結(jié)等物理過程速度和幅度的關(guān)鍵指標(biāo)，影響土壤的孔隙性、持水性、通透性和抗蝕性[3]。草原在沙化過程中，原本儲(chǔ)存在土壤團(tuán)聚體內(nèi)的養(yǎng)分，隨著團(tuán)聚體的破碎而嚴(yán)重流失，植物逐漸減少，草地逐漸沙化。因此，深入了解若爾蓋濕地退化的機(jī)理、過程及效應(yīng)，對(duì)若爾蓋濕地草原的生態(tài)建設(shè)與水土保持研究、沙漠化治理和草原牧業(yè)生產(chǎn)方面的問題具有指引作用。

草地整體的穩(wěn)定性與表層土壤的結(jié)構(gòu)性，即表層土壤團(tuán)聚體的大小、數(shù)量，密切相關(guān)。土壤團(tuán)聚體常用的評(píng)價(jià)指標(biāo)包括>0.25 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量（WSAC）、平均重量直徑（MWD）、團(tuán)聚體破壞率（PAD）、分形維數(shù)（FD）等[4]。本文選取若爾蓋縣唐克鄉(xiāng)境內(nèi)未受人為開墾的三種覆被程度不同的樣地進(jìn)行研究，采用沙維諾夫法分析0～20 cm表層的團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)性，了解若爾蓋濕地草原在退化過程中表層團(tuán)聚體變化的規(guī)律。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于四川省北部的阿壩州若爾蓋縣唐克鄉(xiāng)，位于33.40°N、102.46°E，轄區(qū)面積1 009.75 km2，海拔3 400～3 800 m，屬丘陵?duì)钇皆貏?shì)平坦，為高原寒帶季風(fēng)氣候，年平均氣溫1.3℃，年降雨量657～715 mm。若爾蓋濕地土壤類型主要為草甸土及沼澤土，但近些年來(lái)，由于受氣候變化、牦牛放牧，以及草原上旱獺、高原鼠兔等鼠類影響，草地植物種類減少，原本穩(wěn)定的草甸受到破壞，逐漸向沙化草地轉(zhuǎn)變，如果不采用人工干預(yù)，隨著放牧、踩踏，草地會(huì)逐步沙化，形成大型的流動(dòng)沙丘。

研究區(qū)范圍內(nèi)主要有四種類型，包括：狀態(tài)最好的濕地草甸，植物種類繁多，以根系發(fā)達(dá)的禾本科植物為主，蓋度為100%;固定沙地，植被覆蓋率為60%，按沙化梯度為輕度退化沙地，地表植物主要有景天科植物東南景天、禾本科植物以及蒿類植物;半固定沙地，植被覆蓋率為25%，地表植物主要為禾本科植物以及少量的蒿類。

2 研究方法

2.1 土樣采集方法

2019年7月，在唐克鄉(xiāng)范圍內(nèi)未經(jīng)人工擾動(dòng)的草地上，在3種類型的沙地上各設(shè)置1個(gè)2 m×2 m的樣方，每個(gè)樣方內(nèi)按對(duì)角線法選取5個(gè)樣點(diǎn)，在不擾動(dòng)樣點(diǎn)的情況下，每個(gè)樣點(diǎn)用刀割取20 cm×20 cm，自地面起厚度20 cm規(guī)格的樣塊，將15個(gè)樣塊封存好，保證完整性，避免土壤團(tuán)聚體破壞，帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行土壤團(tuán)聚體性質(zhì)測(cè)定。

2.2 土壤團(tuán)聚體測(cè)試方法

將采集到的土樣帶回實(shí)驗(yàn)室，3種類型樣地分別取0～10 cm，10～20 cm兩層研究，分析3種典型樣地表層團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)性。將6組土樣在室溫下風(fēng)干2～3 h，使其處于潮濕狀態(tài)。按土塊自然結(jié)構(gòu)手掰成直徑約15 mm的小土塊，盡量避開植物根系茂盛的部分，每組取1 000 g左右，于室內(nèi)自然風(fēng)干。

采用沙維諾夫法干篩和濕篩法進(jìn)行試驗(yàn)[5]。干篩法最大孔徑選取10 mm套篩，向下依次設(shè)置為7 mm、5 mm、2 mm、1 mm、0.5 mm、0.25 mm 套篩，測(cè)定各個(gè)粒徑土壤團(tuán)聚體含量，套篩底部的篩盒收集<0.25 mm微團(tuán)聚體。濕篩法最大孔徑選取5 mm套篩，向下依次2 mm、 1 mm、 0.5 mm、 0.25 mm。

對(duì)團(tuán)聚體的特征采用團(tuán)聚體平均重量直徑（MWD）、>0.25 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量（WSAC）、團(tuán)聚體破壞率（PAD）以及分形維數(shù)（FD）等指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)不同樣地的土壤團(tuán)聚體質(zhì)量。具體如下：

式中：表示某個(gè)粒級(jí)的團(tuán)聚體的平均直徑，wi表示某個(gè)粒級(jí)的團(tuán)聚體的重量，md為干篩所獲得的粒徑>0.25 mm風(fēng)干團(tuán)聚體的質(zhì)量，mw為濕篩獲得的粒徑>0.25 mm水穩(wěn)定性團(tuán)聚體風(fēng)干后的質(zhì)量，為粒徑的團(tuán)聚體的質(zhì)量，Xmax為團(tuán)聚體的最大粒徑。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果討論

3.1 土壤團(tuán)聚體分布特征

采用沙維諾夫法對(duì)土壤團(tuán)聚體進(jìn)行分析，干篩法測(cè)定的是自然狀態(tài)下土壤機(jī)械穩(wěn)定團(tuán)聚體含量，較少破壞土壤中某些瞬變性、臨時(shí)性有機(jī)膠結(jié)物質(zhì)，濕篩法測(cè)得的土壤的水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量，可以反映土壤潛在的抗蝕能力[6]。

每組濕篩實(shí)驗(yàn)所需的50 g樣品按比例從干篩所得>0.25 mm土壤團(tuán)聚體中獲得，比例為每組中各粒級(jí)團(tuán)聚體質(zhì)量占>0.25 mm團(tuán)聚體總量的百分比（圖1）。

再經(jīng)過濕篩之后，各組中>0.25 mm團(tuán)聚體含量進(jìn)一步減少，各組濕篩結(jié)果從各粒級(jí)團(tuán)聚體占比來(lái)看，主要體現(xiàn)在>5 mm粒級(jí)團(tuán)聚體的減少和<0.25 mm微團(tuán)聚體的增加，其中草甸的>0.25 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量最高，半固定沙地次之，固定沙地反而最少，半固定沙地雖然>0.25 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量較高，但多為0.25～0.5 mm的小團(tuán)聚體。固定沙地雖然植被較多，但較多為根系淺的東南景天、蒿類等植物，無(wú)法起到很好的固沙作用（圖2）。因此，這兩種類型的草地需要盡早治理，避免小粒級(jí)的水穩(wěn)性團(tuán)聚體被進(jìn)一步破碎。

從同一類型樣地的0～10 cm、10～20 cm深度組濕篩結(jié)果來(lái)看，草甸>0.25 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體減少量相差并不明顯，僅為2.3%，可見在植被覆蓋度高的草地上，0～10 cm、10～20 cm兩層深度土壤的土壤結(jié)構(gòu)性同樣穩(wěn)定，草地整體穩(wěn)定性好，抗侵蝕能力強(qiáng)。固定沙地0～10 cm深度組的>0.25 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量要比10～20 cm深度組高出7.6%，10～20 cm深度組>5 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量要比0～10 cm深度組高出19.3%，可見10～20 cm深度大團(tuán)聚體較穩(wěn)定，尚未出現(xiàn)明顯破碎;而0～10 cm深度組>5 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體已逐漸破碎成為更小的團(tuán)聚體，固定沙地最表層（0～10 cm）已經(jīng)開始發(fā)生退化。半固定沙地0～10 cm深度組>5 mm團(tuán)聚體含量要比10～20cm深度組少3.9%，但0～10 cm深度組>0.25 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量要比10～20 cm深度組少6.3%，相差并不明顯，因?yàn)榇藟K樣地所剩植被較少，無(wú)法保護(hù)表層土壤的穩(wěn)定，土壤團(tuán)聚體逐漸破碎，0～20 cm土壤已經(jīng)發(fā)生退化，但由于0～10 cm深度土壤受到風(fēng)蝕，雨蝕情況更加明顯，因此退化程度稍嚴(yán)重。

3.2 土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體特征

>0.25 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量（WSAC）常被用來(lái)評(píng)價(jià)土壤團(tuán)聚體的穩(wěn)定性，是抗蝕能力的重要指標(biāo)[7]。整合每種類型樣地0～20 cm深度水穩(wěn)性團(tuán)聚體的數(shù)據(jù)，研究區(qū)3種不同覆蓋度樣地的WSAC，呈現(xiàn)出草甸（81.06%）>半固定沙地（49.83%）>固定沙地（45.28%）的規(guī)律（圖3），且草甸的>5 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體占主要優(yōu)勢(shì)，同陳秋捷[8]研究的若爾蓋麥溪鄉(xiāng)不同沙化程度的草地土壤團(tuán)聚體變化一致。隨著植被覆蓋程度的減少，0.25～2 mm粒級(jí)團(tuán)聚體始終高于>2 mm粒級(jí)團(tuán)聚體，且差值逐漸增大;而未發(fā)生退化的草地，>2 mm粒級(jí)團(tuán)聚體遠(yuǎn)高于2～0.25 mm粒級(jí)團(tuán)聚體，說明>2 mm粒級(jí)水穩(wěn)性團(tuán)聚體對(duì)草地的整體穩(wěn)定性有很明顯的作用。