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岩溶山地典型植被恢复过程中土壤性质变化研究

任伟  
【摘要】: 岩溶山地环境属于典型的生态脆弱区,其土壤有着特殊性:土层浅薄,分布不连续,普遍缺乏C层,稳定性差,常处于负增长状态,与缓慢的成土速率相比,具有不可再生性。退化岩溶生态系统的恢复对植物种类具有选择性,只有在生理上能够适应的物种才能很好地生长和发育。本研究以岩溶山地为背景,分析了常见的适应能力强的圆柏植被恢复过程中土壤主要理化性质及部分微生物特征的演变状况。共选择了14个土壤剖面,植被恢复阶段包括耕地(秸秆还田为主要培肥方式)、1年退耕地、灌草地、15年圆柏(Sabina chinensis)疏林地、25年圆柏次生林地。 从耕地到次生林,土壤表层粘粒含量由流失逐渐转变为积累;土壤容重先升高后降低,总孔隙度变化趋势与容重刚好相反。耕地和退耕地表层土壤以小粒径水稳性团聚体为主,灌丛地、疏林地和林地以大粒径水稳性团聚体为主;后四个恢复阶段土壤0.25mm水稳性团聚体较耕地的增幅为5.1%~12.5%;对于5mm水稳性大团聚体含量,耕地和退耕地更是远低于后面三个植被恢复阶段;土壤团聚体破坏率呈依次降低的趋势,与有机质表现出显著负相关,与土壤粘粒含量存在一定相关性,植被的恢复促进了土壤结构的显著改善。 土壤水分生态效应被概括为持水性和供水性,耕地退耕以后的各恢复阶段土壤持水能力以林地和退耕地最好,灌草地最差,耕地接近于疏林地。土壤供水能力强弱依次为耕地疏林地林地灌草地退耕地,耕地土壤较好的水分特性受惠于人类耕作活动。植被恢复过程中土壤的持水和供水能力改变并不都一致,但都与土壤粘粒含量、孔隙度状况和团聚体稳定性等土壤结构指标密切相关。 随着恢复的进行及恢复年限的增加,有机质的生物累积作用相当明显,后四个阶段较耕地分别高出5.9%、45.6%、93.8%和86.8%;耕地有机质主要补充源是农家肥,因土壤流失损耗和微生物分解,土壤有机质长期处于低水平,耕作活动破坏了原有结构,有机质分解增强,植物残余也较少返回土壤,有机质含量只有20.5g/kg左右。随着植被的恢复,地表枯枝落叶逐渐增加,有机质开始积累;林地略低于疏林地可能是由于次生林下灌草植物数量较疏林少,且柏树叶四季常绿,与落叶树种相比凋落物较少,有机质循环循环速率较慢。 与植被恢复顺序一致,土壤全N及碱解N含量基本呈增加的趋势。土壤全氮含量变化范围为1.60g/kg~2.43g/kg,退耕地与耕地相近,而后含量逐渐升高,在林地阶段达到最高值,与有机质平均含量的分布规律基本一致。不同植被阶段土壤碱解氮平均含量变化范围为99.55mg/kg-l 52.87mg/kg,耕地最低,而后在疏林地阶段达到最高,与有机质平均含量分布规律较好地吻合。 不同岩溶生态系统土壤全P和速效P平均含量变化变化规律一致,呈波状起伏变化,都在灌草地阶段达到最高值,全P平均含量变化范围为0.42 g/kg~1.1g/kg,分布为灌草地林地耕地灌草地疏林地,速效P平均含量变化范围为2.91 mg/kg~11.4mg/kg,分布同全P分布-致,灌草地和林地有利于土壤植物可有效利用磷的生成。 不同植被类型下土壤全K平均含量变化范围为10.2 g/kg~15.36g/kg,为灌草地耕地退耕地疏林地林地,速效K平均含量变化范围为100.63 g/kg~134.8 g/kg,分布为灌草地耕地退耕地疏林地林地,二者变化总体趋势一致,但相关性并不显著,反映了各自来源不同。 不同植被类型下土壤平均pH值分布范围为6.6~8.0,为灌草地林地疏林地退耕地耕地,耕地由于人为耕作活动影响频繁,土壤显酸性,而后退耕地pH值逐渐升高,灌草地由于地表大量浅根植物作用,pH值最高,疏林和次生林由于凋落物分解及根系分泌物的作用土壤pH值降低,但也都属于微碱性,与岩溶自然环境下土壤偏碱性特点相吻合。 随着地表植被组成的演变和植被的恢复,主要与有机质输入方式及对凋落物的转化和利用有关,表土微生物总数逐渐降低。数量上细菌各阶段都表现为优势类群,其数量占总数的66.7%~93.3%;放线菌对凋落物中的难分解成分起着关键作用;四个植被恢复阶段土壤呼吸强度分别较耕地上升34.3%、139.4%、47.0%和19.1%;结合微生物总数的变化,发现土壤呼吸强度与微生物总数间相关性并不显著,但与细菌比例呈极显著正相关(r=0.936**),表明细菌类群是土壤呼吸的主要贡献者。 通过不同植被恢复阶段下土壤质量的综合评价,土壤质量综合指数表现为灌草地疏林地林地退耕地耕地,灌草地土壤质量得分最高,耕地土壤质量得分最低,质量最差,虽然灌草地到林地表现为综合质量下降的过程,但林地质量也明显高于耕地和退耕地。总的来看,退耕及植被恢复促进了土壤质量的改善,提高了土壤抗蚀性等土壤性质的同时增加了土壤肥力和生化活性,该过程中有机质及土壤酸碱度起着十分重要作用。


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