不同植被重建模式下赣北红壤侵蚀坡地土壤养分效应

王昭艳，单志杰，池春青，左长清，杨 洁，李安怡

（1.中国水利水电科学研究院 泥沙研究所，北京 100048；2.水利部水土保持生态工程技术研究中心，北京 100048；3.北京沃尔德防灾绿化技术有限公司，北京 100048；4.江西省水土保持科学研究院，江西 南昌 330029）

不同植被重建模式下赣北红壤侵蚀坡地土壤养分效应

王昭艳1，2，单志杰1，2，池春青3，左长清1，2，杨 洁4，李安怡3

（1.中国水利水电科学研究院 泥沙研究所，北京 100048；2.水利部水土保持生态工程技术研究中心，北京 100048；3.北京沃尔德防灾绿化技术有限公司，北京 100048；4.江西省水土保持科学研究院，江西 南昌 330029）

为了探讨植被重建模式与土壤养分的关系，合理改良与利用红壤侵蚀坡地，本文分析了草本、果树、果树+草、果树+草+农作物和果树+农作物等不同植被重建模式对土壤养分的影响，并运用灰色关联分析方法对不同恢复模式的土壤养分效应进行综合评价。研究结果表明：不同植被重建模式土壤养分效应差异显著，以果树+横坡套种农作物改善土壤养分效应最好，然后依次是果树+草本模式（全区覆盖优于带状覆盖）、果+草+农作物模式、果树+纵坡套种农作物，草本、果树模式改善土壤养分效应最差。赣北侵蚀坡地植被恢复，可以优先考虑恢复果树+横坡套种农作物模式和果树+草本模式。

土壤养分；植被重建模式；红壤侵蚀坡地

南方红壤区光、热、水及生物资源十分丰富，既是我国土地生产潜力最高的地区，又是我国南方农业综合开发与经济发展的重要基地，在全国占有非常重要的地位。但长期以来，由于受各种自然因素和人为因素的影响，该区域的水土流失仅次于黄土高原［1］，尤其是人类频繁活动的坡地，更是水土流失的主要策源地，土壤生态系统严重退化。快速而有效地恢复、保护植被，是防治退化土地的关键所在［2］。因此，国内众多学者对红壤区水土流失动态演变趋势［3］、土壤侵蚀区域差异与趋势分析［4］、土壤侵蚀量与泥沙输移比［5］、不同类型梯田产流产沙特征［6］、崩岗侵蚀的土壤特性与影响因素［7］、水土保持主要治理模式［8］等方面都进行了深入的研究，不同生态恢复措施对土壤质量的影响［9］、植被恢复对红壤轻组有机质特性［10］和侵蚀红壤可溶性有机质含量及光谱学特征的影响［11］、不同恢复措施对土壤质量与土壤理化性质影响［12］等也有一定的探讨。红壤养分退化与养分库重建［13］、红壤肥力退化与评价指标体系［14］、不同施肥和调理剂对侵蚀红壤肥力的修复效应［15］、植被恢复过程中侵蚀红壤有机质变化［16］等方面也有一定的报道，但是针对红壤侵蚀坡地植被恢复较长时间后，不同植被重建模式对土壤养分效应综合评价的研究尚不深入。本文以野外长期定位观测试验数据为基础，以红壤中心区域江西北部的燕沟小流域为研究对象，开展侵蚀坡地植被恢复土壤养分综合效应研究，对比分析植被重建10年不同植被恢复模式对土壤养分的影响，探讨赣北红壤侵蚀坡地植被恢复模式与土壤养分效应，旨在为红壤侵蚀坡地植被恢复功效、优良模式及调控技术的筛选，丘陵区的土地综合利用提供依据。

1 研究区概况

试验区位于江西省北部的德安县燕沟小流域，地理位置介于东经115°23′—115°53′，北纬29°10′—29°35′之间，属亚热带湿润季风气候区，多年平均降雨量1 350mm，多年平均气温16.7℃，年日照时数为1 650～2 100 h，无霜期249 d，年蒸发量为1 400～1 800 mm；地貌类型以浅丘岗地为主，地势西北高、东南低，地形起伏，高差较小，海拔高度一般在30～90m之间；土壤为第四纪红土发育的红壤，土层平均深60～100 cm；地带性植被属亚热带常绿阔叶林，现状植被主要是天然次生、半次生和人工林，主要树种有杉木（Cunningham ia lanceolata）、湿地松（Pinus elliottii Engelmann）、杜鹃（Rhododendron simsii Planch）、继木（Loropetalum chinensis）、金樱子（Rosa laevigata Michx.）等；主要草本植物有芭茅（M iscanthussinensis Anderss）、狗尾草（S.viridis（L.）Beauv.）等。

2 研究方法

2.1 试验设计试验区选择在山坡的中下部，坡面土层厚度为0.5～1.5m范围，地面坡度为12°，坡向西偏北，土壤为第四纪红土发育的红壤。1999年底，在侵蚀坡地采取不同人工植被重建模式进行植被恢复，共建了8个长为20m、宽为5m的标准径流小区，水平投影面积100 m2。其中，除裸露对照小区外，草本模式，全园种植百喜草；其他小区均种植二年生柑橘12株，栽植密度均为2.5m×3.0m；果树+草、果树+草+农作物和果树+农作物等模式的小区，分别在果树中套种牧草、农作物等，在试验期所有小区未施肥。各小区的具体布设见表1。

表1 不同植被重建模式标准径流小区试验设计

2.2 土壤样品采集与分析各径流小区于2010年6月进行土壤采样。采样时先清除地被物，用环刀法取0～20 cm的耕作土壤，重复3次，按S形取5个点的混合样1 kg左右，放入聚乙烯袋中密封带回。用重铬酸钾法测定有机质，半微量开氏法测定全氮，高氯酸消化、钼锑抗比色法测定全磷，氢氧化钠熔融、火焰光度计法测定全钾，碱解蒸馏法测定速效氮，Na2CO3碱熔钼锑抗比色法测定速效磷，火焰分光光度计法测定速效钾［17-18］。

2.3 土壤养分综合效应评价应用灰色系统理论的原理与方法［19］，运用灰色关联分析（Gray inci⁃dence analysis）对不同植被恢复模式土壤养分效应进行定量评价。

数据标准化采用极差正规化法：

关联系数：

关联度：

2.4 统计分析采用EXCEL和SPSS13.0进行相关的数据处理与统计分析，用LSD法进行差异性显著比较。

3 结果分析

3.1 土壤有机质通过植被重建前后不同模式土壤有机质分析（表2）结果表明，植被恢复10年后，裸露对照小区与果树模式较恢复前分别降低15.58%和5.13%外，其他模式也均高于重建前的土壤有机质。裸露对照与各重建模式差异均达到极显著水平；各恢复模式之间，除了果树+草本带状覆盖模式与果树+草+农作物两种模式外，其他各模式之间均达到极显著水平（p＜0.01）。这说明了各重建模式均能有效提高土壤有机质含量，不同恢复模式提高土壤有机质含量差异明显。

表2 植被恢复过程中不同模式土壤有机质变化

3.2 土壤全量养分 土壤全氮、全磷、全钾在一定程度代表了其供氮、供磷和供钾的能力大小。通过对不同植被重建模式土壤全量养分分析（表3和表4）可知，植被重建10年后，裸露对照与各种模式、不同植被重建模式之间土壤全量养分含量差异达到极显著水平（p＜0.01）。从土壤全氮来看，7种植被重建模式的土壤全氮含量明显高于对照小区，果树+草本全区覆盖模式改良最好，然后依次是果树+草+农作物（1.05 g·kg-1）、果树+草本带状覆盖（0.97 g·kg-1）、果树+农作物（0.95 g·kg-1、0.90 g·kg-1）、草本（0.80 g·kg-1）、果树模式（仅比裸露对照高15.10%）。

从土壤全磷来看，果树+农作物模式明显高于其他模式，而且横坡套种（0.75 g·kg-1）高于纵坡套种（0.63 g·kg-1），其后依次为果树+草本带状覆盖（0.38 g·kg-1）、果树+草+农作物（0.34 g·kg-1）与果树（0.34 g·kg-1）。果树+草本全区覆盖（0.30 g·kg-1）与草本两种模式土壤全磷低于对照小区。这与以往植被恢复5年后的研究结果［11］“7种模式都提高土壤全磷含量、果树与草本2种模式土壤全磷含量最低”不完全一致。土壤磷素主要富集于较细的土壤颗粒上，土壤侵蚀对土壤全磷含量的影响一般比较明显。果树模式与果树+农作物纵坡套种水土流失严重（表3），但果树模式的土壤全磷含量高于水土流失程度低的草本和果树+草本全区覆盖模式。这可能跟植被重建5年之后群落结构基本稳定，果树模式地表结皮，随着水土流失而流失的土壤全磷量减少，百喜草的生长消耗磷素较多有关。而果树+农作物模式土壤全磷含量较高，可能与套种黄豆固氮，土壤结构改善、有机质提高、土壤微生物增多有一定的关系。

从土壤全钾来看，只有果树+草本2种模式的土壤全钾含量高于对照小区。其他模式均降低了土壤全钾含量，草本模式降的最多，依次是果树、果树+纵坡农作物、果树+横坡农作物、果树+草+农作物模式。这也与以前的植被恢复5年后的研究结果［11］“果树+草本（全区覆盖和带状覆盖、果树+草+农作物3种模式降低土壤全钾含量，其他4种模式提高土壤全钾含量”不完全相符，说明在植被恢复过程中，不同的恢复年限不同模式对土壤全钾影响均不相同。

表3 不同植被重建模式的土壤养分含量与总径流量、流失的总泥沙量

3.3 土壤有效养分土壤有效态养分是作物可以直接利用的养分，其含量的变化可敏感指示土壤肥力的变化。土壤速效氮、磷、钾含量的高低，直接关系到土壤结构好坏，供肥能力的强弱。通过对不同植被重建模式的土壤速效养分分析可知（见表3和表4），裸露对照与各种模式、不同重建模式之间土壤速效养分含量差异达到极显著水平（p＜0.01）。从土壤碱解氮来看，7种植被恢复模式都明显提高土壤速效氮，以果树+草本全区覆盖最好，然后依次是果树+草本带状覆盖、果树+草+农作物、果树+横坡套种农作物、果树、果树+纵坡套种农作物、草本模式。从土壤速效磷来看，果树+农作物最高，而且横坡套种高于纵坡套种，然后依次是果树模式、果树+草本带状覆盖、裸露对照、果树+草+农作物、果树+百喜草全区覆盖，草本模式最低；而草本、果树+草本全区覆盖、果树+草本+农作物等3种模式分别比对照降低了81.88%、58.06%和11.08%。

表4 不同植被重建模式对土壤养分的影响

从土壤速效钾来看，果树+横坡耕作农作物模式最高（173.33 mg·kg-1），然后是果树+草本带状覆盖（147.50 mg·kg-1）、果树+农作物纵坡耕作（115.00 mg·kg-1）、果树+草本全区覆盖（112.50 mg·kg-1）。而草本、果树、果树+草+农作物3种模式分别比裸露对照降低了32.80%、11.20%和4.80%。

根据土壤速效钾含量的划分等级：＜80 mg·kg-1，为严重缺钾；80～125 mg·kg-1为缺钾；125～155mg·kg-1为适量；＞155mg·kg-1为富钾。植被恢复10年后，仅有果树+农作物横坡耕作富钾和果树+草本带状覆盖适量，其他模式均属于缺钾型或严重缺钾型，主要是因为研究区降雨量较大，容易造成水土流失，土壤中的K易被淋洗而损失，需要通过施肥加以缓解。

3.4 土壤养分效应综合评价为定量评价各种恢复模式土壤养分效应，选择有机质（X1）、全氮（X2）、全磷（X3）、全钾（X4）、碱解氮（X5）、速效磷（X6）、速效钾（X7）等7个指标，先采用极差正规化法对数据进行初值化处理（表5），以消除量纲影响，然后运用灰色关联分析，计算各对应点的关联系数和关联度（取K=0.5），各指标关联系数和关联度结果见表6。关联度越大，子数列与母数列的发展趋势就越接近，即表明土壤养分效应越好。

表5 数据初值化处理结果

表6 土壤理化性质指标关联系数及关联度

由表6可知，土壤理化性质关联度，果树+横坡套种农作物（0.7364）＞果树+百喜草全区覆盖（0.7355）＞果树+百喜草带状覆盖（0.6134）＞果树+草+农作物（0.5351）＞果树+纵坡套种农作物（0.5168）＞裸露对照（0.4177）＞草本模式（0.3932）＞果树模式（0.3895）。

土壤养分综合评价结果表明，不同植被重建模式植被恢复10年后土壤养分效应以果树+横坡套种农作物最好，然后依次是果树+草本模式（全区覆盖优于带状覆盖）、果+草+农作物模式、果树+纵坡套种农作物，草本模式、果园模式改善土壤养分效应最差，甚至低于裸露对照，可能跟果树模式水土流失严重（表3），百喜草和果树生长过程中消耗土壤磷、钾素有关。

4 结论

（1）红壤侵蚀坡地植被重建复10年后，裸露对照与不同植被重建模式及不同植被重建模式之间土壤养分效应差异显著。与裸露对照相比，各模式均能明显提高土壤有机质，改善土壤速效氮、全氮含量。在植被恢复过程中，不同的恢复年限、不同模式对土壤磷素和钾素影响均不相同。

（2）果树+农作物的土壤全磷、土壤速效磷明显高于其他模式，而且横坡套种优于纵坡套种。土壤全磷果树+草本全区覆盖（0.30 g·kg-1）与草本2种模式低于对照小区。土壤速效磷草本、果树+草本全区覆盖、果树+草本+农作物等3种模式分别比对照降低了81.88%、58.06%和11.08%。

（3）果树+草本（全区覆盖和带状覆盖）2种模式的土壤全钾含量高于裸露对照小区，其他模式均降低了土壤全钾含量，尤以草本模式降的最多。果树+横坡耕作农作物模式土壤速效钾最高，而草本、果树、果树+草+农作物3种模式分别比裸露对照降低了32.80%、11.20%和4.80%。除了果树+农作物横坡耕作和果树+草本带状两种模式，其他土壤均属于缺钾型或严重缺钾型，需要施肥缓解。

（4）土壤养分效应综合评价的结果表明：以果树+横坡套种农作物改善土壤养分效应最好，然后依次是果树+草本模式（全区覆盖优于带状覆盖）、果+草+农作物模式、果树+纵坡套种农作物、草本模式，果园模式改善土壤养分效应最差。赣北侵蚀坡地植被恢复，可以优先考虑恢复果树+横坡套种农作物模式和果树+草本模式。

致谢：本试验得到江西省水土保持科学研究院、江西水土保持生态科技园的大力支持，在此一并表示衷心感谢！

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Soils nutrient under different vegetation restoration models in red soil erosion slope，North of Jiangxi Province

WANG Zhaoyan1，2，SHAN Zhijie1，2，CHI Chunqing3，ZUO Changqing1，2，YANG Jie4，LI Anyi3
（1.China InstituteofWater Resourcesand Hydropower Research，Beijing 100048，China；2.Research Center on Soiland Water Conservation of theMinistry ofWater Resources，Beijing 100048，China；3.Beijing World Hazard Preventing Tech Co.，Ltd，Beijing 100048，China；4.Jiangxi Instituteof Soiland Water Conservation，Nanchang 330029，China）

To explore relationships between vegetation restoration models and soil nutrient，and provide the advices for rational utilization of the land resources in eroded slope of red soils，effects of vegetation resto⁃ration model using different vegetations，such as grasses，orchard，fruit trees+grasses，fruit trees&crops and fruit trees+crops，on soil nutrient were analyzed with the gray incidence analysis method.Results show that the effects of soil nutrient vary from vegetation to vegetation and from model to model.The model that fruits interplanted horizontally with corps is optimal in integrated effect，and followed by the models fruit trees+grasse，fruit treess+grasses& crops and better than the models fruit trees interplanted vertically with crops，grasses.Orchard is the least rational model in this area.In the vegetation restoration in severely eroded hilly areas of red soils in North Jiangxi Province，it is recommended to adopt the models of fruit trees+contoured crops and ruit trees+grass for extension of vegetation restoration in the hilly regions.

soil nutrient；vegetation restoration model；red soil erosion slope

S153

：Adoi：10.13244/j.cnki.jiwhr.2015.05.002

1672-3031（2015）05-0327-06

（责任编辑：李 琳）

2015-01-16

中国水利水电科学研究院科研专项（泥基本科研1415，泥基本科研1514）；江西省水利厅科技项目（KT201404）；水利部公益性行业专项（201501047）

王昭艳（1974-），女，浙江淳安人，博士后，高级工程师，主要从事水土保持与林业生态研究。E-mail：wangzhaoys@163.com