黄土丘陵区小流域植被恢复的土壤养分效应研究①

黄土丘陵区小流域植被恢复的土壤养分效应研究①内容摘要：

: 10. 13870 第 DOI 19卷第 1期 /j . cnki . st bcxb. 2005. 01. 023 水土保持学报 2005年 2月 Jour nal of Soil and W ater Co nse rva tio n V ol. 19 N o. 1 Feb. , 2005 　 黄土丘陵区小流域植被恢复的土壤养分效应研究 ① 巩　杰 , 陈利顶* , 傅伯杰 , 虎陈霞 , 卫　伟 (中国 科学院生态环境研究中心系统生态重点实验室 , 北京 100085) 摘要: 研究了安家坡小流域荒草地、山杏林地、农地、油松林地、灌木林地、弃耕地等地类的土壤养分特征。结果表 明 ,植被 系统具有较强的养 分表层富集功能 ;不同植被恢 复类型对土壤养分含 量有明显的影响 ,主要表现在 不同 土层土壤有机质、速效磷、速效钾、硝 态氮和铵态氮含量在不同植被类型间存在显著的差异性 ; 人工灌木植被对土 壤的培肥作用高于乔木植被 ; 农地弃耕 (撂荒 )有一定的土壤培肥作用 ;对水土流失极为严 重的黄土丘陵沟壑区来 说 ,在退 耕还林还草时应优 先考虑恢复灌木和 草本等先锋植被 ;在土壤质量改 善到一定程度时 ,再进行乔木 的间 植 ;农地弃耕是一种节省人 力物力而其生态环境效应又很好的双赢途径。 关键词: 黄土丘陵区 ;　土地利用 ; 　植被恢复 ;　土壤养分 ;　弃耕地 中图分类号: S158. 3; X 171. 4　　　文献标识码: A　　　文章编号: 1009-2242( 2005) 01-0093-04 Effects of Vegetation Restoration on Soil Nutrient in a Small Catchment in Hilly Loess Area GON G Jie, C HEN Li-di ng* , FU Bo-jie, HU Chen-xia , W EI Wei ( K ey L ab . of Sy stems Ecology , Research Center for Eco -environmental Sciences , Chinese Academy of Sciences , Beijing 100085) Abstract: This paper select s t he Anji apo small catchment to st udy the characteri sti c o f soil nut rient under di ff erent veget atio n-land ty pes i ncludi ng w asteland , alm ondland , cro pland , pineland, shrubla nd and abandoned la nd. Th e result s a re as below: t he pla nt com muniti es had obv ious eff ect o n t he soil nut rient by v eg etati on accumulatio n on the to p of the soil w ith va rio us ef fects of di ff erent plant , sig ni ficant dif ferences am ong si x land use ty pes w ere f ound o n soi l pro perti es including soi l o rganic mat t er , available P, av ai lable K , ni t ra te N and ammo nia N i n t he 0～ 20 cm and 20～ 40 cm soil lay ers, the arti ficial shrub had a bet ter soi l f ertili ty tha n that of the a rtificia l arbor, aba ndo nm ent o f cro pland can im prov e soil f ertilit y t o some deg ree, duri ng t he dev elo pi ng of Chinese“ Grain fo r Green Pro ject” , i t is bet t er to replace cultiv at ed land wi th shrubs and g rassesand plant som e arbor w hen the soil condi tio n is adapt to i t, and the abandonment o f cul tiv at ed la nd i s a wi n-w in w ay t o im prov e the soi l condi tio ns i n the hi lly a nd sev ere soil and w at er ero sio n area i n the Loess Plat eau o f China. Key words: hi lly loess a rea; 　 land use chang e; 　 soil nutrient proper ti es; 　 veg etatio n resto ra tion; 　 f allow la nd 如何科学有效地开展植被恢复和生态建设已成为目前人们亟需回答的科学问题。 在水土流失较为严重的 黄土丘陵沟壑地区 ,由于不合理人类活动的影响 ,致使该区的自然植被破坏严重 ,由此也引发了一系列生态环 境问题。因而 ,在黄土高原地区进行生态环境建设和水土流失治理就显得极为重要和紧迫。近年来 ,随着“退耕 还林还草”和“生态环境重建”等工程的实施 ,黄土高原地区又开展了大规模的退耕和植被恢复工作。 要从根本 上解决黄土高原的植被恢复和重建问题 ,就要研究黄土高原的土壤特性 ,对植被与土壤养分、水分的关系进行 探讨 [ 1 ]。 在以往的研究中 ,有关植被恢复后的土壤水文效应 [2 ]、土壤养分和酶活性 [3, 4 ]、土壤肥力 [ 4, 5] 等都有报 道 ,但对土壤养分层次变化特征的研究较少。 本研究选取陇中安家坡小流域为研究对象。 经过 25年多的植被恢复和重建 ,该流域人工植被和自然植被 都得到了很大的恢复 ,呈现出植物多样性的初期景象。 因此 ,研究黄土丘陵区不同植被恢复类型的土壤养分效 应 ,对黄土丘陵区“退耕还林还草”和“生态环境重建”工作的进一步开展有一定的理论和实践意义。 1　研究地区概况与研究方法 1. 1　研究区域概况 研究地区位于甘肃省定西市东北 3 km 处的安家坡小流域 ( 35°33′ ～ 35°35′N, 104°38′ ～ 104°40′E) ,海拔 ① 收稿日期: 2004-10-04　* 通讯作者 E- mail: Li di ng@ mai l. rcees. ac. cn 基金项目: 国家基金委创新群体科学基金 ( 40321101)和国家“十五”科技攻关项目 ( 2001BA606 A- 03)资助 作者简介: 巩杰 ,男 ,生于 1975年 ,博士。 主要从事土地利用 /覆被变化 ,景观生态学和植被恢复方面的研究。 水土保持学报 94 第 19卷 1 900～ 2 250 m ,流域面积 3. 84 km2。 近 30年平均降水 427 mm , 60% 集中在 6～ 9月 ;平均年蒸发量为 1 480 m m。流域为典型的黄土丘陵沟壑地貌 ,地形支离破碎 ,沟壑纵横 , 农地分布较广。土壤类型为黄土母质上发育 而成的黄绵土及沟道盐渍土。 黄土厚度达 40～ 60 m, 无障碍层次 ; 土质疏松 ,抗蚀性较差。 流域内土地利用受 人类活动干扰较大 ,自然植被破坏严重 ,土壤侵蚀强烈。 主要土地利用类型有: 农地、灌木林地、人工林地、撂荒 地和荒草地等。 1. 2　研究方法 为了研究不同类型植被恢复对土壤养分性状的影响 ,选择同一坡面地形因子相似、地理位置相邻的持续利 用 25年 ( 1978～ 2003年 )的 6种典型土地利用类型 (除弃耕地外 ,其弃耕时间为 8年 ) ,如荒草地 (自然草地 )、 山杏林地、农地 (马铃薯地 )、油松林地、灌丛林地和弃耕地等 ,研究不同植被下土壤养分性状及含量变化。 各土 地利用类型的采样点数分别为 7, 8, 8, 7, 6, 6, 采样点总数为 42个。 取样层次为 0～ 20 cm 和 20～ 40 cm ,每个 样点设置 5次重复 ,将 5次重复的土样去除植物根系和石块 ,充分混匀并用四分法取大约 1 kg 的土样带回实 验室 进行分析。 土壤养分分析项目主要 有土壤有机质 ( OM )、全氮 ( TN )、全磷 ( T P)、速效磷 ( AP)、硝态氮 ( NON)、铵态氮 ( N HN)和速效钾 ( AK)分析 ,具体分析方法分别是: ( 1)有机质 ,重铬酸钾容量法 ; ( 2)全氮 ,半 微量凯氏法 ; ( 3)全磷 ,硫酸 - 高氯酸消煮 - 钼锑抗比色法 ; ( 4)速效磷 ,碳酸氢钠浸提 - 钼锑抗比色法 ; ( 5)硝态 氮 ,氯化钾浸提紫外比色法 ; ( 6)铵态氮 ,氯化钾浸提流动注射仪法 ; ( 7)速效钾 ,乙酸铵浸提 - 原子吸收法。应用 AN OV A 进行各植被恢复类型间的差异程度分析 ,用 F 值进行显著性检验。 两者之间的差异采用多重比较 ( ANOV A- L SD)方法进行分析 ,用均值后的指数表示其差异程度。 所有分析均在 SPSS( 2001)软件下进行。 2　结果与分析 2. 1　不同植被恢复类型的土壤养分含量空间变化 表 1　不同土地利用类型对土壤养分 ( 0～ 20 cm 和 20～ 40 cm)的影响 　　不同 植被恢复类型 下土壤养 分具有明显的表聚作用 (表 1和表 2)。不同土地利用类型下土壤剖面 养分含量均呈现明显的层次性 ,表 土 层 ( 0～ 20 cm) 土壤养分含量高 于下层土壤 ( 20～ 40 cm ) , 这可能 土地利 用类型 荒草地 山杏林地 农地 油松林地 有机质 0～ 20 cm 土层 全氮 OM 2. 07b B 2. 16b B 1. 09aA 2. 23b B 全磷 有机质 TN TP OM 0. 16bcBC 0. 074cd BC 1. 65bB 0. 20eE 0. 071bcA BC 1. 64bB 0. 10a A 0. 069aA