植被恢复对高寒高海拔地区沙化土壤养分含量的影响——以拉萨空港新区为例

李春林，范小妮，臧小龙，谢东升

(青岛冠中生态股份有限公司，山东青岛 266102)

西藏高原主体以高原寒温带半湿润、半干旱和干旱气候为主，植被退化、土壤水分散失，风蚀、冻融等一系列不良环境因素，使高原生态平衡难以恢复；人类对土地资源的过度开发，使高原生态陷入到沙漠化－沙漠化加剧加速的恶性循环中[1]。目前，植被恢复应用于沙漠化的控制愈来愈成熟，诸多学者根据不同立地环境和演化机理的差异化，因地制宜开展恢复过程[2]，以求改善土壤养分含量、粒级结构等创造适合植物生长的立地环境，加速流动沙地向固定沙地、牧草地的演替进程[3]。本研究采用团粒喷播植被恢复技术，在原风积沙土的表层喷播固沙培植基质、土壤改良剂、植物种子来新建植被，通过比较原生境土壤和团粒喷播基质的养分含量变化，评估植物恢复对当地土壤环境的改良效果，以期通过植被恢复技术为促进当地沙漠化逆转提供新的尝试。

1 试验设置

本研究以拉萨空港新区，雅江特大桥西侧的风积沙地为试验场地，面积约10 000m2；平均海拔3 600m，坡度20-30度，属高原温带季风半干旱气候区，冬春干旱多风，夏季温暖湿润，雨热同季；年平均降水量为300-450mm。无霜期130-140d。蒸发量为2 688.5mm，几乎是降水量的7倍。干旱季长达7-8个月，且大风盛行。

试验地设置3个试验样区，每个试验样区1 500m2，三个试验样区采用不同的土壤、植物纤维的比例，体积比分别为2∶1，1∶1和1∶2，按照上述配比采用团粒喷播技术分别对原生沙土环境进行植被恢复。基质层喷播厚度5cm，种子层喷播厚度2cm。试验过程中根据土壤墒情，采用自动微喷系统进行合理灌溉，团粒喷播基质表面无地表径流产生。

2 取样和检测方法

2.1 样品采集

以样区外原生环境的沙土作对照组；以3个试验样区样品为试验组，采用土壤剖面法和多点混合取样法进行样品采集，各试验样区每年5月份取3个平行土壤样品，团粒喷播基质采样深度为0-7cm，底层沙土采样深度为8-20cm，去除样品中的石块、动植物残体等杂物后放入无菌密封袋保存，在室温环境下自然风干备用。

2.2 检测指标及方法

土壤有机质含量采用重铬酸钾容量法测定；土壤有效氮含量采用碱解－扩散法测定；土壤有效磷含量采用0.5mol/L NaHCO3浸取－钼锑抗比色法测定；土壤速效钾采用1mol/L NH4OAc浸取－火焰光度法测定。本文的实验数据分析通过SPSS22.0和excel2013软件完成[3]。

3 结果和分析

3.1 各样区土壤有机质含量的动态变化

通过对样区外原生沙土和样区内底层沙土、团粒喷播基质的有机质含量分析发现（见表1），样区2的有机质含量是三个样区中最高的，达102.50mg/kg；团粒喷播基质和底层沙土的有机质含量明显高于原生沙土的有机质含量，且达到显著水平；各样区的土壤有机质含量随植被恢复过程的进行，呈现出随着年份增加明显降低的趋势。原生沙土的有机质含量是三种基质中最低的，试验初期的有机质含量为2.35mg/kg，并且年间变化有明显降低的趋势，2020年的原生沙土有机质含量相对于2017年降低31.78%。样区1中，底层沙土的有机质含量相比于试验初期降低33.44%，团粒喷播基质有机质含量降低38.68%；样区2中，2020年5月采集的底层沙土和团粒喷播基质有机质含量相比于试验初期分别降低24.17%和40.61%；样区3中的底层沙土有机质含量降低幅度是3个样区中最低的，相比于试验初期降低3.31%，团粒喷播基质有机质含量降低35.39%。

表1 不同样区下地表层土壤有机质含量变化

3.2 土壤碱解氮含量的动态变化

通过对样品的碱解氮含量分析发现（见表2），3个样区中，团粒喷播基质的碱解氮含量最高，底层沙土次之，且团粒喷播基质的碱解氮显著高于原生沙土。样区2团粒喷播基质的碱解氮含量是最高的，碱解氮含量高达82.45mg/kg，降低幅度最大，相比于实验初期降低37.32%，样区1和样区3的碱解氮含量降低32.54%和43.35%。各样区的底层沙土的碱解氮含量相比于团粒喷播基质明显降低，但仍显著高于原生沙土的碱解氮含量；样区1在植物恢复过程中，碱解氮降低幅度最大，达32.80%，样区2相比试验初期降低1.32%，样区3降低18.25%。样区外的原生沙土的碱解氮在自然环境下的流失现象较明显，碱解氮含量相比于试验初期降低幅度为19.52%。

表2 不同样区下地表层土壤碱解氮含量变化

3.3 土壤速效磷含量的动态变化

通过对各样品的速效磷含量分析发现（见表3），各个样区底层沙土和团粒喷播基质的有效磷含量表现各不相同。团粒喷播基质的速效磷含量是各个基质中最高的，显著高于底层沙土的速效磷含量，样区3的团粒喷播基质拥有较高的速效磷含量，达36.69g/kg，且降低幅度最大，相比于试验初期，速效磷含量降低63.95%。底层沙土的速效磷含量介于原生沙土和团粒喷播基质之间，显著高于原生沙土的速效磷含量；且随着植物恢复进程推进，总体呈现降低趋势，样区1、2、3的降低幅度分别为11.62%、15.78%和16.72%。样区外原生沙土的速效磷含量是3种基质中最低的，且每年都有降低的趋势，2020年原生沙土的速效磷含量相比2017年降低25.41%。

表3 不同样区下地表层土壤速效磷含量变化

3.4 土壤有效钾含量的动态变化

通过对各样品的有效钾含量分析发现（见表5），各样区的团粒喷播基质有效钾含量显著高于底层沙土和原生沙土的有效钾含量，且随着年际变化总体呈现降低趋势，样区1、2、3团粒喷播基质的有效钾含量分别降低18.83%、6.17%和5.57%；其中，样区3的有效钾含量最高，试验初期达129.42mg/kg。各样区的底层沙土的有效钾含量略高于原生沙土，但未达到显著水平，且随着恢复进程的推进总体呈现降低趋势，样区1底层沙土的降低幅度最大，为26.94%，样区2和样区3底层沙土有效钾含量相比试验初期分别降低18.86%和19.07%。原生沙土有效钾含量相比试验初期降低36.61%，在3种基质中，有效钾含量降低最为明显。

表4 不同样区下地表层土壤有效钾含量变化

4 讨论和结论

4.1 植被恢复过程中各基质中有机质动态变化

有机质是土壤质量演变的主要标志和土壤结构的关键影响因子[4]，而且有机质能够增加土壤有机碳的含量和CO2的释放量，促进土壤营养物质的释放，提高阳离子交换量，改善土壤肥力，对土壤结构、土层特性等土壤学特征都有不同程度的增益效果[5]；本研究中，原生沙土的有机质含量随着年际变化呈现降低趋势，说明原生环境下由于风蚀、水蚀等情况，存在营养物质流失的情况。各区团粒喷播基质的有机质含量也表现出不同程度的流失现象。

4.2 植被恢复过程中各基质中碱解氮动态变化

氮素是植物生长发育的必需元素，它的丰缺直接影响植物细胞结构的建成、物质能量代谢、光合呼吸等生命活动的进行。氮素的投加会影响植被凋落物返还量，也会促进土壤有机质的增加[6]，使土壤pH降低，加快植物生长速度和代谢反应，刺激植物根系的活动。各基质的碱解氮年际变化不明显，呈现略微降低的趋势。从底层沙土基质的碱解氮含量分析发现，底层沙土的碱解氮含量相比原生沙土提升较多，推测团粒喷播基质含有丰富的氮素，能及时向底层沙土和植物根部输送碱解氮，补充植物生长所需的氮素；且植物引入，丰富了土壤环境的微生物群落，通过一系列硝化、反硝化和根系的固氮作用，能有效利用空气和土壤中的氮源，使碱解氮能够有效积累。

4.3 植被恢复过程中各基质中速效磷动态变化

磷是限制大部分地区植物生长的瓶颈[7]，是植物和土壤微生物核酸、核蛋白、磷脂和许多辅酶的重要组成成分，参与糖类、脂肪及蛋白质的代谢、细胞的渗透调节，以及细胞分裂和分生组织的发育[8]。各样区喷播基质的速效磷含量显著降低，底层沙土和原生沙土的速效磷含量都有增高的趋势。底层沙土的速效磷含量相比原生沙土整体含量较高，这与团粒喷播促进速效磷向底层沙土淋溶，提高植物根系活动进而改善土壤微生物环境有着密切关系。底层沙土的速效磷含量显著低于上层的团粒喷播基质，而土壤速效磷含量自0-20cm向深土层逐渐降低，这与梁佳辉的结果一致[9]。团粒喷播基质中的速效磷含量随着恢复进程的推进逐渐降低，推测一部分由于喷灌的水蚀作用，将样区的速效磷带入到下层的底层沙土和下坡位的其他地区；另一部分被植物利用。

4.4 植被恢复过程中各基质中有效钾动态变化

土壤钾是植物光合作用、淀粉合成和糖类转化所必需的元素，也是衡量土壤肥力的一个重要指标[10]。各样区的有效钾年际变化趋势与速效磷表现相似。底层土壤的有效钾含量相比于原生沙土还有增长趋势，也反映团粒喷播技术对原生基质有效钾有不同程度的增效。