黔西北巖溶山區(qū)退耕還林土壤性質(zhì)變化研究

羅永猛，左 艷，石 梅

（畢節(jié)市林業(yè)局，貴州 畢節(jié) 551700）

黔西北巖溶區(qū)，由于受到石漠化等土地退化問(wèn)題影響，生態(tài)環(huán)境迫切需要重建。通過(guò)對(duì)西南巖溶區(qū)的土地石漠化進(jìn)行研究可知，自然和人為等因素導(dǎo)致土壤、土地退化，并按照物理、化學(xué)、生物學(xué)等變化來(lái)進(jìn)行定義。巖溶地區(qū)土地退化主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：①水溫氣候惡化；②基巖裸露；③土壤質(zhì)量惡化；④生物群落退化。其中土地退化的本質(zhì)為土壤質(zhì)量惡化，核心為生物群落退化、土壤空間異質(zhì)以及土壤物質(zhì)流失等。

1 研究地區(qū)

本研究主要以黔西北畢節(jié)地區(qū)為主，區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，褶皺斷裂交錯(cuò)發(fā)育，地形地貌均受新華夏系控制，山脈嶺谷及河流順應(yīng)地質(zhì)構(gòu)造線(xiàn)展布，背斜成山，向斜成谷。境內(nèi)巖性復(fù)雜，山高坡陡，峰巒重疊，溝壑縱橫，河谷深切，地形破碎，喀斯特地貌較為發(fā)育，形成集山地、丘陵、谷地、洼地為一體的典型高原山區(qū)地貌，類(lèi)型以中山為主，海拔457～2900m，平均海拔1600m。巖石裸露突出，出露巖石以沉積巖為主，占總面積的92.81%，沉積巖中又以碳酸鹽巖類(lèi)居多（占總面積的62.2%）。市內(nèi)雨量充沛，年平均降雨量1000mm，土壤極易被流水沖刷，再加上多年來(lái)人類(lèi)不合理的陡坡耕種和過(guò)度放牧，原生植被破壞嚴(yán)重，坡面徑流匯流歷時(shí)短，坡面固土保水能力較弱，造成嚴(yán)重的水土流失，從而引發(fā)并加速石漠化。

2 不同利用類(lèi)型土壤性能變化

2.1 土壤物理性能變化

2.1.1 土壤質(zhì)地變化

由于降水量較多，巖溶環(huán)境中的土壤顆粒組成與其他地貌有差異，顆粒范圍在0.001mm 以下土壤粘粒含量在20%以上，是一種粘滯質(zhì)壤質(zhì)土壤。土壤剖面下部的粘粒含量相對(duì)于表層土較高，且不同巖溶環(huán)境下，粘粒含量不同；對(duì)于1～0.05mm 的砂粒來(lái)說(shuō)，坡耕地土壤表面和底層的沙粒含量較高。同時(shí)，耕作活動(dòng)易翻動(dòng)土層，從而導(dǎo)致土壤表層沙粒含量明顯下降，且小于底層。退耕5 年后，土壤砂礫含量降低，粘粒和物理性粘粒的沉淀效果較明顯，還生態(tài)林土壤砂礫含量降幅更大。通過(guò)對(duì)農(nóng)用地坡耕地（玉米）、退耕還經(jīng)濟(jì)林（李）、退耕還生態(tài)林（樺木×柳杉）、退耕還生態(tài)林（樺木）土壤觀(guān)測(cè)，退耕后5 年土壤表面易出現(xiàn)沾化。由表1 可知，在較短的年限內(nèi)，撫育管護(hù)力度不夠，特別是生態(tài)林，導(dǎo)致土壤質(zhì)地惡化。

表1 不同利用類(lèi)型土壤顆粒含量占比 單位：%

2.1.2 表層土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體變化

植被類(lèi)型和土地利用時(shí)間能直接影響土壤團(tuán)聚體的形成效果、土壤表層團(tuán)聚體的組織和質(zhì)量及土壤表面以下土壤團(tuán)聚體的特征。劉玉等[1]的研究認(rèn)為，農(nóng)用地土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體下降程度最多，土壤結(jié)構(gòu)破壞率高于人工林和自然林地，易形成較大的坡面徑流。各類(lèi)型土壤表層的水穩(wěn)性團(tuán)聚體的變化并不相同。其中坡耕地土壤表層的水穩(wěn)性團(tuán)聚體明顯增加，但是次生林地、灌草坡和果園的土壤表層的水穩(wěn)性團(tuán)聚體有所降低。坡耕地、棄耕地土壤表層的水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量明顯少于自然林、灌草坡、人工林地以及果園。由此可知，人為耕作直接影響到水穩(wěn)性團(tuán)聚體，巖溶地區(qū)被開(kāi)墾破壞后，水穩(wěn)性團(tuán)聚體會(huì)明顯下降，從而影響到土壤的空隙性、持水性、通透性以及抗蝕性。反之，退耕還林可降低地表徑流，土壤侵蝕減弱，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)以耕地?fù)Q生態(tài)的目標(biāo)。

2.2 表層土壤有機(jī)質(zhì)及養(yǎng)分變化

土壤質(zhì)量的一個(gè)關(guān)鍵屬性為土壤有機(jī)質(zhì)，部分學(xué)者認(rèn)為土壤質(zhì)量和生產(chǎn)力是重要指標(biāo)。巖溶地區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)相比其他類(lèi)型土壤較豐富，也能儲(chǔ)藏各類(lèi)養(yǎng)分。自然林土地由于得到地表凋落物的補(bǔ)充，從而使土壤有機(jī)質(zhì)含量升高。表2 顯示，與退耕還林地相比，玉米地土壤有機(jī)質(zhì)含量及養(yǎng)分相對(duì)較低。有機(jī)質(zhì)含量及養(yǎng)分依次為玉米地<李子林地<樺木×柳杉林地<樺木林地。坡耕地退耕還林后，隨著退耕年限的增加，土壤有機(jī)質(zhì)含量明顯升高，但早期土壤有機(jī)質(zhì)含量提高速度較慢。

表2 不同利用類(lèi)型土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體變化 單位：%

2.3 土壤種子庫(kù)變化

本文采用萌發(fā)法對(duì)石灰土連續(xù)耕作15a 農(nóng)用地和退耕15a樺木林地土壤種子庫(kù)進(jìn)行了簡(jiǎn)單研究。表3 表明：農(nóng)用地中，草本植物種子較為豐富，且受土壤深度的影響相對(duì)較低，木本植物種子極少；而樺木林地樺木種子較多，受取土深度影響明顯，草本植物種子稀少。從各種土壤種子庫(kù)組成來(lái)看，耕種越頻繁的土地種子庫(kù)數(shù)量越少，也可以認(rèn)為土地利用程度越大，木本植物種子則越少，草本植物種子則變多。人類(lèi)活動(dòng)頻繁的土地上，盡管種子數(shù)量較多，但物種多樣性卻在減少，從土壤種子庫(kù)角度來(lái)看，若進(jìn)行封山育林的操作，則會(huì)延長(zhǎng)棄耕地-灌叢草坡-林地的轉(zhuǎn)化時(shí)間。

表3 石灰土不同利用類(lèi)型土壤種子萌發(fā)株數(shù) 單位：株/平方米

2.4 退耕年限對(duì)土壤碳、氮等全量元素含量的影響

即使土壤中的全量元素含量不能充分代表土壤養(yǎng)分含量的水平，但是全量元素含量較高在一定程度上可以表明土壤養(yǎng)分含量不低。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)可知，土壤微生物、通透性、容重和氧化還原能直接影響植被的恢復(fù)時(shí)間，并能在一定程度上表明土壤的全量元素含量水平。根據(jù)對(duì)現(xiàn)實(shí)情況研究可知，風(fēng)沙土荒地的土壤含量水平為0.46%較低，在恢復(fù)植被后該地的土壤含量雖有增加，但較不明顯，普遍在恢復(fù)植被15 年后，土壤含量水平才可明顯增加，并可增加至10%左右。部分農(nóng)地、荒坡的土壤碳含量為1.5%高于其他土地，但隨著恢復(fù)植被時(shí)間的增長(zhǎng)，該地的土壤碳含量也明顯上升，但是其中批砂巖土區(qū)的土壤碳含量隨著恢復(fù)植被的時(shí)間增長(zhǎng)而減少，植被恢復(fù)時(shí)間12 年，土壤碳含量則減少40.70%；植被恢復(fù)時(shí)間＞20 年，土壤碳含量則減少47.62%。根據(jù)相關(guān)研究可知，水熱條件較好的地區(qū)，土壤有機(jī)物質(zhì)的輸入含量可隨植被恢復(fù)時(shí)間的增加而增加，因此，土壤碳的輸入明顯高于輸出，土壤碳含量水平明顯升高；但是部分地區(qū)的土壤孔隙隨著植被的恢復(fù)時(shí)間增加而增大，因此，土壤通氣性較好，有利于加快土壤有機(jī)物質(zhì)的分解，與此同時(shí)，土壤微生物變多，使土壤碳的輸出明顯＞輸入，以致于土壤含量降低。

3 結(jié)論

巖溶地區(qū)土地退化的實(shí)質(zhì)為以下幾個(gè)方面[2-3]：土壤各功能退化，如水庫(kù)、養(yǎng)分庫(kù)、和土壤種子庫(kù)，其中退化的內(nèi)因?yàn)橥聊纲|(zhì)繼承特性，退化的外因?yàn)槿祟?lèi)活動(dòng)。通過(guò)對(duì)黔西北巖溶山區(qū)耕地退耕還林土壤性質(zhì)變化的研究發(fā)現(xiàn)，如果缺乏撫育，簡(jiǎn)單的退耕短期內(nèi)很難使土壤質(zhì)量恢復(fù)，人工造林需要很長(zhǎng)時(shí)間來(lái)改善土壤質(zhì)量。不同土地條件下的土壤碳含量隨植被恢復(fù)時(shí)間的增長(zhǎng)而有不同的變化。巖溶坡耕地退耕還林后，雖然降低了土壤侵蝕程度，減少了地表徑流，土壤有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分有所增加，木本植物種子量加大，但短期內(nèi)土壤種子庫(kù)的生態(tài)優(yōu)勢(shì)明顯下降，且土壤有粘化現(xiàn)象，需要不斷加強(qiáng)后續(xù)撫育管理，增加林地地力，實(shí)現(xiàn)生態(tài)目標(biāo)。