黄土丘陵区土壤养分对不同植被恢复方式的响应

闫玉厚,曹 炜

（1.商洛学院 城乡发展与管理工程系,陕西商洛726000;2.黄河水土保持生态环境监测中心,西安 710021）

土壤是生态系统中的重要组成部分,是植物群落发育演化的重要物质基础,它一方面深刻影响着植被的发展变化,但其自身也会随植被的变化而变化[1-2]。特殊的土壤不但在一定时间内影响着植物群落的发生、发育和演替速度,而且在同一相似的气候带里决定着植被群落的演替方向[3-10]。对退化生态系统而言,植被恢复与演替过程对土壤的改善作用非常明显。随着退化生态系统植被的恢复,生态系统的小气候会得到改善[11-16],进而对土壤理化性质产生影响;而植被地下部分的发展,加上土壤动物和土壤微生物的活动及其发展,对土壤的发展变化均起到了重要作用[9,17-24],而由此形成的土壤养分的收支平衡和积累,对不同的植被恢复方式可能存在较大差异。从目前研究进展来看,很多研究对植被恢复演替过程中的土壤养分变化进行了较多的分析,一般认为随着演替时间土壤养分有明显的积累现象,但目前对于哪种恢复方式对土壤养分的积累更有效,却少有研究探讨。鉴于此,本研究试图研究土壤养分对不同恢复方式的响应规律,以提高对植被-土壤相互作用及其演化的认识,为人工调控植被演替以促进植被恢复提供依据。

1 研究区概况

研究区为延安燕沟流域,位于延安市南3 km处,属黄土高原丘陵沟壑第 Ⅱ副区(36°20′-36°36′N,109°20′-109°35′E),流域面积46.9 km2。梁峁起伏,沟壑纵横,地形复杂,土地类型多样,海拔986～1 425 m。气候属暖温带,年平均气温9.4℃,年日照时数2 472 h,年降水量550 mm,57%集中在7-9月。在20世纪30-70年代期间,燕沟流域毁林开荒,植被遭到极大破坏,尤其森林植被几乎破坏殆尽,流域生态系统严重退化之后。随着生态治理工程的开展,在该流域采用人工恢复、半人工恢复及封禁治理等不同措施进行生态恢复,经过近20 a的保护恢复,流域植被得到初步恢复,生态系统逐渐呈现良性循环。流域内不同恢复途径形成的植物群落,为本研究的开展提供了较好的试验条件。

2 材料与方法

在研究区选取不同植被恢复式及不同植被恢复年限样地。尽量使所选样点具有典型性、代表性(具有统计学意义)和一致性(植物群落特征尤其是建群种及群落盖度、土壤类型、地形、坡度、坡位、坡向等环境条件尽量一致或相似)。本文根据样地信息,主要选择燕沟流域阳坡两个不同退耕阶段不同恢复方式进行比较分析,在每个样地中各样方按随机多点混合取样法采集土样,20 cm为间隔,取0-60 cm土壤样品,以供实验室测定。其中6 a的样本数为6个;20 a的样本数为4个。测定项目包括土壤有机质含量、土壤全氮、土壤速效氮、土壤全磷、土壤速效磷、土壤速效钾。在获得各样本数据后,按照年限及退耕方式分组并进行组内平均,然后采用图表对比法分析,以便提供较为直观的显示。

3 结果与分析

3.1 较短退耕时间内植被恢复方式对土壤养分变化的影响

植被恢复方式对土壤养分积累的影响,可以不同的植被恢复阶段进行观察与识别。根据对恢复期为6 a的自然与人工恢复植被的土壤养分对比分析(图1),结果表明,退耕6 a左右,在0-60 cm 土壤垂直剖面中,人工种植柠条林的土壤有机质、全N、有效N和速效K等含量均大于自然恢复植被的土壤养分含量。但随着土层的加深,这种增加的幅度减小;而自然恢复方式下的全P含量和速效P含量则较人工植被高。

图1 退耕6 a后不同植被恢复方式下土壤养分变化

3.2 较长退耕时间内植被恢复方式对土壤养分变化的影响

退耕年限为20 a时,自然植被与人工植被的土壤养分含量差异则缩小(图2)。退耕20 a左右,在0-40 cm土层中,人工种植柠条林的土壤全N、有效N和速效P等含量均大于自然恢复植被的土壤养分含量。但在40-60 cm土层,人工种植柠条林的土壤全N、有效N和速效P等含量均小于自然恢复植被的土壤养分含量。在0-20 cm土层中,人工干预与自然恢复植被的土壤有机质含量相当。在20-60 cm土层中,人工干预植被的土壤中有机质含量又小于自然恢复植被。在0-60 cm土壤垂直剖面中,人工干预植被的土壤中全P和速效K含量均小于自然恢复植被,但总体看,两者的差距随着演替年限的延长逐渐缩小。

图2 退耕20 a后不同植被恢复方式下土壤养分的变化

4 讨论与结论

研究土壤水分对不同植被恢复方式的响应特征及其随时间的变化规律,对于理解和认识植被-土壤相互关系,采取有效途径促进植被恢复具有重要意义。根据本文研究结果可以看出,在演替初期,除P元素外,人工植被下的其他土壤养分都较自然植被为高,但当植被恢复到20 a左右,人工植被群落的土壤养分含量则逐渐降低,土壤有机质含量则低于自然植被。这种变化与人工植被类型及其土壤前期土壤水分有很大关系。因为在人工植被恢复条件下,乔灌木树种可以利用土壤前期储存的水分获得较快的生长,生物量产量较高。较高的生物量会形成较多的枯落物,为土壤养分的积累提供了较好的条件。这也是为什么演替初期人工植被土壤养分含量显著高于自然植被的原因。但随着演替时间的进行,两者的差距逐渐缩小,自然植被的土壤有机质含量甚至超过了人工植被。可能原因是随着土壤水分的消耗,单纯的降水已不能满足人工植被的生长,林分生长受限或退化,生物量大大降低。土壤养分的这种变化规律,对采取合理的调控措施提供重要依据,如在植被初期,可以利用人工植被较高的生物产量,快速积累土壤养分,在人工植被恢复后期,则可以通过对这些林分采取近自然林改造,将其逐渐改变为近自然林或自然植被,但在实践中如何进行,仍需开展进一步的试验工作进行探讨。

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