红壤丘陵区不同生态恢复模式的土壤生态效应

2014-12-13熊平生

水土保持通报 2014年2期

熊平生，王鹏

（衡阳师范学院资源环境与旅游管理系，湖南衡阳421002）

南方红壤退化生态系统主要集中分布于花岗岩、第四纪红土和砂页岩上覆红壤分布区。第四纪网纹红土土质黏重，平时板结，雨季降水不易下渗，地表径流常引起坡而冲刷，致使水土流失严重，往往形成植被稀疏、沟壑纵横的“红色荒漠”景观［1］。花岗岩母质土壤的抗冲性最差，低于变质岩红壤、第四纪红黏土红壤和紫色土［2－3］。本研究选取南方红壤丘陵区严重退化生态系统，探讨不同生态恢复模式对红壤退化生态系统的土壤生态效应的影响。

1 研究区概况

研究区位于赣县田村镇和白鹭乡交界的地区（表1），该地年均气温19℃，7月份极端最高气温39.8℃，地表极端最高温达76.6℃，年均降雨量1 628.2 mm。土壤为粗晶花岗岩风化发育的红壤，含沙量大（＞1mm石砾占45%左右），风化层深厚，由于长期侵蚀，表土侵蚀殆尽，土壤极为贫瘠，马尾松的年高生长仅为5～25cm，十几年才长到1m左右。林下仅有十分稀少的野枯草和岗松等，是花岗岩区红壤严重退化生态系统之一。

表1 红壤丘陵区不同生态恢复模式的地理特征

（1）金水梨模式（LS-A）。2004年对严重退化缓坡地进行水平沟台状整地，开垦3.5～4.0cm宽的水平台面，按4m左右的株距定点开挖定植穴，定植穴规格长宽深为1m×1m×0.8m，施基肥。次年秋季种植，定植时施用复合肥。与此同时，按照比例为2∶1配置好授粉树（黄花梨）。幼年树在生长季节每月施肥1次；第3年开始结果实，结果后每年施肥4次。

（2）脐橙模式（简称 QC-D）。2004年对严重退化缓坡地修筑为反坡梯田。在同一等高水平线上，把梯田面修成内低外高（里外高差20cm左右），按照缓坡平地行距5m，株距3～4m来挖定植穴，定植沟（穴）宽1m以上，深0.8m以上。当年定植的幼树，从定植后的半个月至8月下旬，每隔半个月追施一次稀薄液肥（先淡后浓），秋冬季节结合深翻重施基肥。结果后全年施3～5次肥。

（3）芦苇草模式（简称LW-E）。2005年在坡度为600坡地上，按照按株行距0.5m×0.5m进行栽植，每穴3～5株，每年的5月中下旬进行施肥，施肥品种以氮肥为主。当苗高达到30cm后，加强灌水。

（4）封禁模式（简称FJ-C）。离集镇较远的分水岭地带，2000年起采取封山育林办法，马尾松长势良好，林下植被主要以芒萁为主，盖度达80%。

（5）对照裸地（简称LD-B）。裸地，无植物覆盖。

2 材料与方法

在5种样地内用环刀法沿S形曲线进行布点取样，采用烘干称质量法和浸水法测定土壤的各项物理指标。粒度测试采用Masterizer-2000型激光粒度仪测定。土壤pH值采用酸度计法测定，有机质含量采用硫酸重铬酸钾外加热法测定，有效磷采用盐酸氟化铵浸提—分光光度法测定，有效氮采用碱解扩散法，有效钾采用醋酸铵浸提原子吸收分光光度法，土壤有效微量元素采用火焰原子吸收光谱法测定。土壤微生物类群的测定采用稀释平板培养计数法，稀释倍数为真菌10－2～10－3，细菌10－2～10－3，放线菌10－2～10－3，细菌分离采用牛肉膏蛋白胨培养基，鉴定通过菌体形态结构观察和生理生化指标测定。真菌分离马铃薯培养基（PDA），放线菌分离采用高氏1号培养基。

3 结果与讨论

3.1 不同生态恢复模式土壤物理性质分析

土壤的容重、孔隙度、土壤水分、持水性能等物理性质均会影响土壤肥力。由图1可知，4种生态恢复模式的土壤容重明显低于对照裸地，降低幅度为7%～30%。土壤毛管孔隙度、非毛管孔隙度与对照裸地比均有明显增加，其中措施QC-D土壤非毛管孔隙和毛管孔隙分别是对照裸地的3.58倍和1.42倍，生态恢复模式FJ-C，FJ-C，LW-E土壤孔隙状恢复状况也较明显。由图2可知，土壤保水和供水能力亦得到不同程度改善，土壤饱和持水量、有效水含量由大到小排序为：脐橙模式＞芦苇草模式＞封禁模式＞金水梨模式＞对照裸地；田间持水量由大到小排序为：脐橙模式＞芦苇草模式＞金水梨模式＞封禁模式＞对照裸地。因此，对花岗岩型退化红壤采取不同生态恢复和重建措施后，土壤孔隙、结构、土壤水分性能均得到不同程度改善。

图1 不同生态恢复模式下土壤的容重、毛管孔隙度、非毛管孔隙度的变化

图2 不同生态恢复模式土壤饱和持水量、有效持水量以及田间持水量的变化

3.2 不同生态恢复模式土壤养分状况

3.2.1 有效氮、磷、钾含量特征由表2可以看出，各生态恢复模式样地中有效氮含量由大到小的顺序为：对照裸地＞封禁模式＞金水梨模式＞脐橙模式＞芦苇草模式；有效磷含量顺序为：脐橙模式＞金水梨模式＞芦苇草模式＞封禁模式＞对照裸地；有效钾含量顺序为：金水梨模式＞脐橙模式＞芦苇草模式＞封禁模式＞对照裸地。

表2 不同生态恢复模式对土壤营养元素的影响

3.2.2 微量元素有效含量各种生态恢复模式样地有效锌、有效铜、有效铁、有效钙、有效镁和有效硼含量均高于对照裸地（表3）。有效铜、有效锌大小排序为：脐橙模式＞封禁模式＞芦苇草模式＞金水梨模式＞对照裸地；有效铁大小排序为：芦苇草模式＞脐橙模式＞封禁模式＞金水梨模式＞对照裸地；有效锰排序为：芦苇草模式＞脐橙模式＞封禁模式＞对照裸地＞金水梨模式；有效钙排序为：脐橙模式＞金水梨模式＞封禁模式＞对照裸地＞芦苇草模式；有效镁排序为：脐橙模式＞芦苇草模式＞金水梨模式＞对照裸地＞封禁模式；有效硼排序为：脐橙模式＞封禁模式＞芦苇草模式＝金水梨模式＞对照裸地。

3.2.3 土壤元素的有效含量与pH值、有机质的关系土壤中微生物的活动、有机质的合成与分解、氮磷等营养元素的形态转化与释放、微量元素有效性、养分保持的能力以及土壤元素的迁移等，都与土壤的pH值密切相关。由表3可以看出，研究区pH值大小顺序为：芦苇草模式＞脐橙模式＞对照裸地＞封禁模式＞金水梨模式。

土壤有机质含量与气候、植被、地形、土壤类型、农耕措施密切相关。土壤较长时间处于还原状态，有利于土壤有机质的累积，良好的轮作制度和合理的施肥，有利于提高土壤有机质含量。研究区不同生态恢复模式土壤土壤有机质含量（g／kg）大小顺序为：脐橙模式＞封禁模式＞金水梨模式＞芦苇草模式＞对照裸地。

表3 土壤微量有效元素与有机质、pH值

土壤有效态含量与有机质含量、pH值间的相关性分析表明（表4），土壤有机质含量与有效铜、有效锌、有效铁、有效硼和有效镁呈显著正相关性，而与有效锰相关性不明显；pH值与有效铜、有效镁、有效硼间相关性不明显，与有效锰和有效铁间具一定正相关，而与有效锌含量间具一定负相关关系。

表4 土壤微量有效元素与有机质、pH值间相关性

3.3 不同生态恢复模式土壤微生物变化

3.3.1 不同生态恢复模式对土壤微生物数量的影响由图3可以看出，不同生态模式样地细菌数量由多到少依次为：封禁模式＞脐橙模式＞芦苇草模式＞金水梨模式＞对照裸地，封禁模式分别是对照裸地、金水梨模式、芦苇草模式和脐橙模式的4.0，3.4，2.5和1.8倍。土壤细菌主要营养来源是植物残体，在肥沃土壤和有机质丰富的土壤中，细菌数量相应偏多，而在缺乏有机质的土壤中其数量较少［4］。细菌数量很大程度上与土壤有机质含量呈正相关关系［5］。与表3的有机质含量分布情况基本吻合。

放线菌数量由多到少依次为：脐橙模式＞金水梨模式＞封禁模式＝芦苇草模式＞对照裸地，脐橙模式分别是对照裸地、芦苇草模式、封禁模式、金水梨模式的9.7，2.7，2.7和1.2倍。放线菌的发育远比大多数的真菌和细菌缓慢，它的作用主要是分解植物和动物的某些难分解的组分，形成腐殖质，把植物残体和凋落物转化为土壤有机组分，放线菌具有喜热耐旱以及适合在碱性土壤环境中生存［5］。

图3 不同生态恢复模式各类群土壤微生物数量

各样地真菌数量由多到少依次为为：金水梨模式＞脐橙模式＞封禁模式＝芦苇草模式＞对照裸地。真菌在森林土壤物质转化中占有重要地位，其复杂的酶系统能积极参与有机物质的分解，使枯落物中的蛋白质转化成林木可直接吸收的可溶性氮素氨基酸和铵盐等，同时它对无机营养的吸收也有显著地影响［6］。丝状真菌类群成为主要降解菌群，并且真菌在植物残体分解过程中起着较大的作用，此外真菌比细菌和放线菌更适应于在pH值较低的土壤条件下发育［7］，这也同表3的pH值相印证。

不同生态模式样地微生物总量顺序依次为：封禁模式＞脐橙模式＞金水梨模式＞芦苇草模式＞对照裸地。采取不同生态恢复措施后土壤细菌、真菌和放线菌数量均有明显增加，其中封禁模式、脐橙模式、金水梨模式、芦苇草模式的土壤微生物总数分别是对照裸地的3.5，3.28，2.32和1.79倍。根据章家恩等［8］、杨鹏等［9］和苏涛等［10］研究发现，微生物数量与土壤大多数养分含量（除有效磷和全钾之外）之间存在着一定的正相关关系，即土壤微生物数量随土壤养分含量的增加而增加。因此，退化生态系统生态恢复模式中土壤质量由高到低排序为：封禁模式＞脐橙模式＞金水梨模式＞芦苇草模式＞对照裸地。

3.3.2 土地生态恢复模式对土壤微生物组成的影响

不同生态恢复模式土壤中3大类群微生物的组成比例有显著不同。金水梨模式细菌数占总菌数的35.91%，放线菌类群和真菌类群分别占46.68%和17.41%；对照裸地细菌数占总数的70.83%，放线菌、真菌数分别占总菌数的13.75%和15.42%；封禁模式细菌数占总菌数的80.95%，放线菌、真菌数分别占总菌数的14.28%和4.76%；脐橙模式细菌数占总菌数的48.41%，放线菌、真菌数分别占总菌数的40.76%和10.82%；芦苇草模式细菌数占总菌数的62.79%，放线菌、真菌数分别占总菌数的27.91%和9.30%。细菌在微生物总数量中占有优势，其次是放线菌，真菌占比例最少。