沙棘不同恢復(fù)年限對土壤質(zhì)量的影響

相里佳菲 路培

相里佳菲，路 培.沙棘不同恢復(fù)年限對土壤質(zhì)量的影響[J].南方農(nóng)業(yè)，2023，17（18）：-20，58.

摘 要 植被恢復(fù)對土壤質(zhì)量的影響研究是生態(tài)建設(shè)環(huán)境效應(yīng)評價研究的重要內(nèi)容，探明沙棘不同恢復(fù)年限對土壤質(zhì)量的影響具有重要意義?；诖?，以內(nèi)蒙古鄂爾多斯市不同恢復(fù)年限（1 a、3 a和5 a）的沙棘林土壤為研究對象，結(jié)合野外調(diào)查和室內(nèi)分析的方法，分析沙棘不同恢復(fù)年限土壤基本理化性質(zhì)的差異。結(jié)果表明：速效磷的隸屬度值最低，為0.274，說明土壤速效磷含量是研究區(qū)土壤質(zhì)量評價的限制性因子。土壤質(zhì)量指數(shù)隨沙棘恢復(fù)年限的增加呈增長趨勢，土壤質(zhì)量指數(shù)由大到小表現(xiàn)為5 a（0.864）＞3 a（0.517）＞1 a（0.239）＞裸地（0.038），恢復(fù)5 a的土壤質(zhì)量改良效果最優(yōu)。

關(guān)鍵詞 土壤質(zhì)量；恢復(fù)年限；土壤理化性質(zhì)；隸屬度分析

中圖分類號：S714 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2023.18.006

土壤是陸地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，其動態(tài)變化直接影響著陸地生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力及穩(wěn)定性[1]。土壤質(zhì)量是土壤多個功能指標(biāo)的綜合體現(xiàn)，是揭示土壤動態(tài)條件最敏感的指標(biāo)，體現(xiàn)了自然因素和人類活動對土壤的影響[2]。沙棘是用以恢復(fù)植被的典型樹種，面對內(nèi)蒙古鄂爾多斯市砒砂巖荒漠治理區(qū)植被配置升級、低效林改造的新要求和新形勢，在現(xiàn)有水土保持林體系下，從土壤質(zhì)量的角度出發(fā)，展開對沙棘林土壤質(zhì)量的研究，利于探明該區(qū)域沙棘林土壤質(zhì)量的特征，對今后該地區(qū)生物多樣性保護(hù)、植被恢復(fù)與重建、低效林改造等林業(yè)生態(tài)工程建設(shè)，以及推進(jìn)黃河流域的生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展具有重要的理論和實踐意義[3-6]。

本研究以沙棘林土壤為研究對象，旨在探明沙棘林土壤物理和化學(xué)性質(zhì)的變化特征，明確土壤質(zhì)量隨著沙棘恢復(fù)年限延長所呈現(xiàn)的變化規(guī)律，對生態(tài)恢復(fù)和日后調(diào)整生態(tài)恢復(fù)結(jié)構(gòu)具有重大現(xiàn)實意義。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

內(nèi)蒙古鄂爾多斯市屬北溫帶半干旱大陸性氣候區(qū)，東部為半濕潤地帶，西部為半干旱地帶。該地域最主要的特點是日照豐富，年日照時間為2 716～3 194 h；

晝夜溫差大，一般可達(dá)10 ℃左右，年平均氣溫在5.3～8.7 ℃；降水少且時空分布極為不均[7-9]。

1.2 樣品采集

本試驗在內(nèi)蒙古鄂爾多斯罕臺鎮(zhèn)沙棘恢復(fù)區(qū)進(jìn)行，共選取立地條件一致的3個沙棘恢復(fù)年限（1 a、3 a、5 a）區(qū)，每塊樣地設(shè)置3個20 m×20 m樣方，在樣方內(nèi)按照五點取樣法設(shè)置3個取樣點，挖取各樣點0～20 cm土層土壤為樣本，選取裸地為實驗對照組（CK）。

1.3 指標(biāo)測定

土壤指標(biāo)具體測定方法：環(huán)刀法測定土壤容重、總孔隙度、毛管孔隙度和田間持水量，堿解蒸餾法測定堿解氮，火焰光度法測定速效鉀，光電比色法測定速效磷，重鉻酸鉀容量法測定土壤有機質(zhì)含量。

1.4 土壤質(zhì)量評價方法

以各指標(biāo)經(jīng)主成分分析后所得的公因子方差占所有指標(biāo)公因子方差之和的比為指標(biāo)權(quán)重，指標(biāo)權(quán)重越高，表明其在土壤質(zhì)量評價中的貢獻(xiàn)度越高[10]。

升型分布函數(shù)公式：

F（Xi）=（Xij-Ximin）/（Ximax-Ximin）（1）

降型分布函數(shù)公式：

F（Xi）=（Ximax-Xij）/（Ximax-Ximin）（2）

式中：F（Xi）為隸屬度值，Xij為各指標(biāo)的平均值，Ximax和Ximin分別為第i個指標(biāo)的最大值和最小值。

土壤質(zhì)量指數(shù)的計算公式：

式中：n為指標(biāo)數(shù)量，Wi為指標(biāo)權(quán)重值，F(xiàn)（Xi）為指標(biāo)隸屬度，SQI為土壤質(zhì)量指數(shù)，該值越高，代表土壤質(zhì)量越好。

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

本試驗數(shù)據(jù)用辦公軟件Microsoft Excel 2021進(jìn)行統(tǒng)計與分析，用SPSS軟件進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 沙棘不同恢復(fù)年限土壤指標(biāo)統(tǒng)計特征

研究區(qū)沙棘不同恢復(fù)年限土壤理化性質(zhì)差異顯著（p＜0.05）（表1），土壤容重方面，裸地最高，其次為1 a，5 a最??；土壤總孔隙度和毛管孔隙度方面隨年限增加呈遞增趨勢，裸地最低，5 a最高，總孔隙度、毛管孔隙度均在40%左右；土壤田間持水量5 a的平均值略高于3 a的平均值，隨著年限的增加土壤田間持水量呈遞增趨勢。土壤化學(xué)性質(zhì)中堿解氮、速效磷、速效鉀能夠高效地反映土壤養(yǎng)分供應(yīng)的動態(tài)與水平。研究區(qū)沙棘恢復(fù)5 a土壤堿解氮含量相較3 a和1 a分別增加2.05與3.17 mg·kg-1；土壤速效鉀含量隨著恢復(fù)年限的增加呈遞增趨勢，在5 a到達(dá)峰值，其速效鉀含量較裸地增加了49.33 mg·kg-1；土壤速效磷含量由1 a到3 a、3 a到5 a分別增加0.05 mg·kg-1與0.36 mg·kg-1；1 a、3 a與5 a相較于裸地土壤有機質(zhì)分別增加了1.83 g·kg-1、4.43 g·kg-1、5.40 g·kg-1，表明土壤有機質(zhì)含量與恢復(fù)年限呈正相關(guān)的變化趨勢，說明研究區(qū)土壤養(yǎng)分含量隨著植被恢復(fù)呈現(xiàn)不斷上升的趨勢。綜合土壤養(yǎng)分指標(biāo)來看，5 a土壤為植被提供養(yǎng)分的能力最高，其次為3 a、1 a，裸地最差。

2.2 沙棘不同恢復(fù)年限土壤指標(biāo)權(quán)重分析

計算各指標(biāo)所占權(quán)重，結(jié)果表明，速效鉀＞總孔隙度＞毛管孔隙度＞堿解氮＞有機質(zhì)＞容重＞速效磷＞田間持水量。速效鉀權(quán)重最高達(dá)到0.135，其含量很大程度上影響了土壤質(zhì)量。其次是土壤總孔隙度權(quán)重為0.134，毛管孔隙度權(quán)重為0.133，直接影響土壤結(jié)構(gòu)性能，對土壤水分的保持、入滲具有重要作用，土壤結(jié)構(gòu)性能越好，其抗蝕性、透水性、持水量越大[11]。堿解氮權(quán)重為0.132，該指標(biāo)反映土壤近期供應(yīng)氮素的能力，是測定土壤氮素有效性指標(biāo)。有機質(zhì)權(quán)重為0.130，土壤有機質(zhì)在土壤中必不可少，與土壤礦質(zhì)成分作為植物營養(yǎng)來源的共同組成部分，對土地生產(chǎn)力和土壤理化性質(zhì)具有重要影響[12-14]。容重權(quán)重為0.128，是土壤質(zhì)量評價的重要指標(biāo)。田間持水量、速效磷相較于其他指標(biāo)對土壤質(zhì)量影響較小，在0.1左右。

2.3 沙棘不同恢復(fù)年限土壤指標(biāo)隸屬度分析

隸屬度值越大說明指標(biāo)歸屬度越高。按公式（1）和（2）計算得出各項土壤指標(biāo)的隸屬度值，各土壤指標(biāo)平均隸屬值由大到小依次為田間持水量（0.502）＞有機質(zhì)（0.489）＞速效鉀（0.456）＞總孔隙度（0.431）＞毛管孔隙度（0.418）＞容重（0.396）＞堿解氮（0.347）＞速效磷（0.274），速效磷隸屬度值最低，表明速效磷是研究區(qū)土壤質(zhì)量評價的主要限制因子。

2.4 沙棘不同恢復(fù)年限土壤質(zhì)量指數(shù)分析

圖1為鄂爾多斯荒漠治理區(qū)沙棘不同恢復(fù)年限土壤質(zhì)量指數(shù)的變化結(jié)果。研究區(qū)沙棘不同恢復(fù)年限土壤質(zhì)量指數(shù)介于0.038和0.864之間。由大到小表現(xiàn)為5 a＞3 a＞1 a＞裸地，結(jié)果表明沙棘恢復(fù)5 a對土壤質(zhì)量改良效果最優(yōu)。恢復(fù)5 a土壤的孔隙度和養(yǎng)分高于恢復(fù)1 a和3 a的土壤，植被殘體如樹葉、枝、條形成的枯落物層較厚，并且干物質(zhì)生物量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他土壤。枯枝落葉會形成不同分解狀態(tài)的有機殘體或被降解為分子量大小各異的有機化合物，一些枯枝落葉碎屑或化合物可隨降水的攜帶作用及土壤動物和微生物的轉(zhuǎn)移作用進(jìn)入土壤，并被土壤層的細(xì)顆粒保存下來，也可以進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為復(fù)雜的腐殖質(zhì)分子，從而降低有機質(zhì)流失的概率[15-16]。因此，5 a土壤有機質(zhì)含量高的原因主要與上覆枯落物層物質(zhì)的腐解有關(guān)，其次為3 a、1 a。土壤質(zhì)量指數(shù)整體隨著恢復(fù)年限的增加呈現(xiàn)遞增的趨勢。裸地質(zhì)量為貧瘠狀態(tài)，孔隙度低且養(yǎng)分含量少，田間持水量小，表層裸露，含水量易蒸發(fā)，少部分水資源能被植被利用[17]。

3 結(jié)論與討論

1）不同恢復(fù)年限土壤物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)差異顯著（p＜0.05）；隨著恢復(fù)年限的增加，沙棘恢復(fù)5 a相對裸地土壤容重降低了0.28 g·cm-3，土壤田間持水量、總孔隙度、毛管孔隙度、堿解氮、速效鉀、速效磷、有機質(zhì)分別增加5.88個百分點、3.83個百分點、3.48個百分點、3.41 mg·kg-1、49.33 mg·kg-1、0.40 mg·kg-1、5.40 mg·kg-1，沙棘恢復(fù)1 a整體表現(xiàn)較差。2）土壤質(zhì)量指數(shù)隨沙棘恢復(fù)年限增加呈增長趨勢，土壤質(zhì)量指數(shù)由大到小表現(xiàn)為5 a（0.864）＞3 a（0.517）＞1 a（0.239）＞裸地（0.038），恢復(fù)5 a對土壤質(zhì)量改良效果最優(yōu)。

土壤質(zhì)量受土壤特性，水分條件等自然因素和人為因素的綜合影響，在局部地區(qū)，立地條件差異不顯著的情況下，不同恢復(fù)年限成為影響土壤質(zhì)量的重要因素。在本研究中，沙棘不同恢復(fù)年限對土壤理化性質(zhì)的改善效果隨著植被恢復(fù)年限的延長存在顯著性差異（p＜0.05）。土壤有機質(zhì)作為指示土壤質(zhì)量指數(shù)的關(guān)鍵指標(biāo)，主要受制于地上植物及其地下根系有機質(zhì)的輸入與分解[18]。沙棘恢復(fù)5 a的土壤有機質(zhì)含量大于3 a、1 a的土壤有機質(zhì)含量，說明沙棘恢復(fù)年限的延長對土壤有機質(zhì)含量有較大影響。隨著恢復(fù)年限的增長，沙棘林下土壤速效磷、速效鉀、堿解氮逐漸增加。這與王曉琳、趙韻美等研究結(jié)果基本一致[19-20]。其原因主要是沙棘生長迅速，地上生長量大，大量枯枝落葉能夠歸還土壤，大部分根系密集于表層，殘體及分泌物較多，在腐殖化作用下，有機質(zhì)及速效營養(yǎng)元素含量能夠不斷增加。測定沙棘不同恢復(fù)年限土壤有機質(zhì)含量是研究土壤性狀特征、判斷土壤質(zhì)量及恢復(fù)情況的重要因素，土壤質(zhì)量指數(shù)受到沙棘恢復(fù)年限影響較大，隨著沙棘恢復(fù)年限的延長可以增加土壤養(yǎng)分含量，有效提高土壤質(zhì)量指數(shù)。

內(nèi)蒙古砒砂巖沙棘恢復(fù)是長期且復(fù)雜的任務(wù)。由于沙棘的生長與土地地形地貌、不同干擾強度、氣候、環(huán)境、動植物多樣性等因素密不可分，多種因素相互作用影響土壤質(zhì)量，進(jìn)而影響沙棘生長。因此，在以后的研究中要綜合考慮各種影響因素，進(jìn)一步探討干擾強度、環(huán)境因素等對沙棘林土壤質(zhì)量特征的影響，進(jìn)一步為沙棘林土壤質(zhì)量評價與恢復(fù)、森林可持續(xù)發(fā)展提供全面科學(xué)的數(shù)據(jù)支撐。

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（責(zé)任編輯：張春雨）