不同治沙技术对风积沙地原生土壤理化性质的影响

范小妮，车业琦，臧小龙，刘耀臣

（青岛冠中生态股份有限公司，山东青岛 266102）

土壤是母质、气候、生物、地形、时间等自然因子与人类活动共同作用的结果。自然因子从根本上决定着土壤本身的发生与发展，但人类活动如耕作、灌溉、施肥等可改变土壤的生态功能，并影响土壤的发展和肥力变化[1-3]。土壤是植物生存的基质，与植物共同构成了一个复杂、动态的系统。植物在生长过程中通过凋落物分解、根系沉积作用将低分子量有机物质（糖、氨基酸、有机酸、激素等）以及高分子量物质（酶、凝胶状物等）释放至土壤，直接影响土壤的理化性质[4-5]。目前土壤侵蚀问题日益显著，尤其是相对不利于植物生长的特殊地理位置土壤治理问题愈加严峻。

西藏自治区雅鲁藏布江流域，地处高寒高海拔地域，常年在干旱季风气候条件下，河床沙地和河滩沙地在贫水季节裸露，裸露的沙源在风力的搬运作用下，堆积于周边山体形成风积沙地；周边土壤受风蚀作用的影响，也逐步退化形成沙化表土。沙地及沙化土壤贫瘠，保水性差，极不利于植物生长[6-7]。在高寒高海拔环境下植物生长速度较慢，生长周期短，在风沙的作用下植物生长环境愈发恶劣[8-9]。现如今防沙治沙的方式方法有很多，应用较广泛的防沙治沙技术主要有人工栽植技术、团粒喷播植被恢复技术等。以上技术可有效地防风固沙并改善土壤环境，为植被生长提供较适宜的生长环境，进而降低风蚀缓解土壤压力。不同的防沙治沙技术能够在不同程度上改善土壤理化性质；即使在同一治沙技术中，不同的植物配置对土壤养分的影响也有一定的区别。唐永发等[10]研究发现，通过采取固沙网-人工栽植技术开展治沙工程后，土壤的有机质和全氮含量均显著提高，且随着年限的增加土壤养分存在一定变化。前人研究表明，团粒喷播植被恢复技术实施后，喷播后底层原生土壤相较于风蚀土壤的有机质、碱解氮、速效磷、速效钾等养分含量均有一定程度的增加[11]。一些学者研究发现，不同的植物配置对于土壤养分含量的影响也不同，土壤养分含量随着年份的积累也呈现相应的变化[12]。袁在翔等[13]研究认为土壤理化性质受不同植被恢复模式的响应。

现如今对于沙化的治理采取的方法多样，不同的方法对于原生土壤的改良效果也不尽相同。本研究通过对比不同治沙技术的原生土壤理化性质，比较不同治沙技术的优劣。探讨一种能够在防沙固沙的基础上，提高原生土壤养分含量，实现土壤改良的方法，对改善现有环境提供新的思路。

1 研究区域与研究方法

1.1 研究区域

研究区域位于西藏自治区雅鲁藏布江中游，山南市贡嘎县，贡嘎国际机场对岸（29°33′，90°86′），海拔3569.5m，属干旱季风气候，日照时间长，气温日变化较大，降水主要集中在7-9月，其他月份降雨极少，甚至无雨，干旱季节风沙天气盛行。沙尘天气以冬、春季最多，秋季较少，夏季很少发生；扬沙和沙尘暴主要发生在午后，浮尘天气全天均会发生，冬季和春季大风频繁，年均大风日数为40天[14]。研究区域及周边为大面积的风积沙地，生态环境破坏极为严重。

1.2 试验设计

根据风积沙地地形特征及研究区域实际情况，治理方式包括固沙网—人工栽植（以下简称人工栽植或Plant）和团粒喷播植被恢复技术两种方式，其中团粒喷播植被恢复技术设置不同植物配置进行对比，分为2017年波斯菊、早熟禾、白草，以下简称17-1；菊叶香藜、牛膝菊、白草，以下简称17-2；波斯菊、地毯草、白草，以下简称17-3；2019年黄花草木樨、白花草木樨、紫花苜蓿，以下简称19-1；以未治理风积沙地为对照，以下简称CK；日常水分管理采用自动微喷系统科学合理灌溉，土壤表面无径流产生。

1.3 样品采集与测定

1.3.1 样品采集

于不同工程，不同植物配置区域，采用S形5点取样法，于15cm表土下，采集10cm原生沙土混合形成一个土样，以此方式于每个区域取3个重复土壤样品。

1.3.2 检测指标与方法

每个处理土壤样品测定土壤含水量、土壤碱解氮、土壤速效磷、土壤速效钾以及土壤有机质，分别采用烘干法、碱解氮扩散法、NaHCO3浸提钼锑抗比色法、NH4OAC浸提—火焰光度法和重铬酸钾外加热法测定[15]。

1.4 数据处理

采用SPSS统计软件进行分析，ANOVA单因素方差分析对试验结果进行显著性检验，采用Excel 2016绘制图表。

2 结果与分析

2.1 不同治沙技术土壤含水量

如图1所示，团粒喷播植被恢复技术原生土壤水分含量显著高于人工栽植技术，人工栽植技术与对照的土壤含水量差异不显著。相比于CK的土壤含水量，17-1、17-2、17-3和19-1的土壤含水量，分别增加2.90、2.29、3.76和4.08倍（P＜0.05），Plant和CK的土壤含水量差异不显著。团粒喷播工程中，不同植物配置土壤含水量也有所不同，土壤含水量19-1＞17-3＞17-1＞17-2，从整体来看团粒喷播植被恢复技术对于土壤水分的保持高于人工栽植技术，人工栽植技术在土壤含水量上没有明显的改善，在喷播技术中以黄花草木樨、白花草木樨、紫花苜蓿植物配置的土壤含水量最佳。

图1 不同治沙技术土壤水分含量

2.2 不同治沙技术土壤养分含量

2.2.1 土壤碱解氮含量

不同治沙技术的原生土壤碱解氮含量以17-2最高，土壤碱解氮自高至低为17-2＞17-3＞19-1＞17-1＞Plant＞CK（图2）。相较于CK，17-1、17-2、17-3和19-1的土壤碱解氮含量分别增加0.74、2.54、1.31、1.71倍（P＜0.05），Plant和CK的土壤碱解氮含量差异不显著。团粒喷播植被恢复技术中17-2的土壤碱解氮含量显著高于其他植物配置。从整体来看，团粒喷播植被恢复技术的原生土壤碱解氮含量高于人工栽植和对照的原生土壤碱解氮含量；由此看来，相较于人工栽植技术，团粒喷播植被恢复技术的原生土壤碱解氮含量更高，能够提供给植物更多的氮素养分。

图2 不同治沙技术土壤碱解氮含量

2.2.2 土壤速效磷含量

如图3所示，不同治沙技术土壤速效磷含量以团粒喷播植被恢复技术17-2、17-3和19-1植物配置显著高于CK和Plant，土壤速效磷含量自高至低为17-2＞17-3＞19-1＞17-1＞Plant＞CK。相比于CK的土壤速效磷含量，17-2、17-3和19-1分别显著增加63.63%、44.83%和39.31%，CK、Plant和17-1的土壤速效磷含量差异不显著。总的来说，并不是所有的植物配置都能够提高土壤原生土壤速效磷含量。

图3 不同治沙技术土壤速效磷含量

2.2.3 土壤速效钾含量

由图4可知，不同治沙技术的原生土壤速效钾含量与上述其他养分的变化不同的是，人工栽植土壤速效钾含量在各处理中并不是最低的，土壤速效钾含量由高到低分别是17-3＞19-1＞Plant＞17-2＞17-1＞CK；相比于CK的土壤速效钾含量，17-1、17-2、17-3、19-1和Plant的土壤速效钾含量分别增加11.97%、45.33%、114.42%、97.74%和78.68%（P＜0.05）；其中以对照的土壤速效钾含量最低，波斯菊、早熟禾、白草和菊叶香藜、牛膝菊、白草植物配置土壤速效钾含量较低，人工栽植的土壤速效钾含量较高，波斯菊、地毯草、白草和黄花草木樨、白花草木樨、紫花苜蓿植物配置相对更高。

图4 不同治沙工程土壤速效钾含量

2.3 不同治沙技术土壤有机质含量

不同治沙技术的原生土壤有机质含量均显著高于未防治风积沙地（图5）。土壤有机质含量从高至低为，17-3＞17-2＞17-1＞19-1＞Plant＞CK。17-1、17-2和17-3的土壤有机质含量均显著高于19-1、Plant和CK，其中19-1、Plant间土壤有机质含量差异不显著，并显著高于CK。相比于CK的土壤有机质含量，17-1、17-2、17-3、19-1和Plant分别增加3.83倍、5.62倍、7.11倍、1.54倍和1.29倍（P＜0.05）。故治沙措施对原生土壤的有机质含量有一定提高作用。

图5 不同治沙工程土壤有机质含量

3 讨论

3.1 不同治沙技术对土壤水分的改良

土壤水分是物质循环的重要载体，对土壤养分分配格局和能量流动起着重要的调节作用，土壤水分的变化特征受土壤理化性质和植被类型等外界条件的影响[16]。前人研究发现不同治沙技术或不同植物配置的治沙工程土壤含水量不同[17-19]，这与本研究的结果相符。不同治沙技术以及不同植物配置的土壤含水量有显著差异。团粒喷播植被恢复技术实施后的土壤含水量明显高于人工栽植，团粒喷播植被恢复技术中不同的植物配置以19-1的黄花草木樨、白花草木樨、紫花苜蓿的植物配置含水量最高，其次为17-3的波斯菊、地毯草、白草的植物配置。故治沙技术在植物配置的选择上，宜选择覆盖度强且生长期较长的植物，以利于增加土壤含水量。

3.2 不同治沙工程对土壤养分的改良

土壤养分反映了土壤提供养分的能力，能够较为准确地评价其对原生土壤的改良情况。前人研究表明，不同治沙技术对土壤养分含量的影响不同，其中土壤碱解氮、速效磷、速效钾以及有机质的含量均有所区别[20-22]，这与本研究的结果是一致的。

不同治沙技术以及不同植物配置的土壤养分含量存在一定差别：土壤碱解氮含量以团粒喷播植被恢复技术较高。其中，相比于其他植物配置，菊叶香藜、牛膝菊、白草植物配置的土壤碱解氮含量最高；对原生土壤速效磷的改良效果，可能与治沙技术无关，仅与不同的植物配置有关。波斯菊、早熟禾、白草等植物配置对原生土壤速效磷的提升效果不强，本研究中的其他植物配置对原生土壤速效磷却有显著提升。在同一治沙技术中，不同的植物配置对土壤速效钾的含量影响不同，不同的植物配置可能会影响土壤速效钾的损失量，因此会存在土壤速效钾含量低于人工栽植区域的可能。

F.A.Rutigliano等研究发现，植物覆盖影响土壤化学和微生物特性，植物覆盖类型比植物物种具有更大的影响[23]；对土壤有机质含量的改良作用，19-1黄花草木樨、白花草木樨、紫花苜蓿的植物配置和人工栽植技术的土壤有机质提升较少，而其他植物配置的土壤有机质提升相对较多，这可能与种植密度有关。

4 结论

本研究中的治沙技术均能够在一定程度上增加原生土壤速效钾和有机质含量；在适宜的植物配置下，团粒喷播植被恢复技术在起到防沙治沙作用的同时，能够一定程度上能起到提高原生土壤养分含量，改善物理性质和化学性质的作用，也能够反馈植被以提供更好的生长环境。综合考虑土壤含水量和养分的变化，较高植被覆盖率的团粒喷播植被恢复技术对原生土壤理化性质提升作用最大。