衡陽紫色土丘陵坡地不同恢復階段土壤理化特征

陳孫華

（湖南環(huán)境生物職業(yè)技術學院 園林學院，湖南 衡陽421005）

植被與土壤是相互作用、協(xié)調(diào)發(fā)展的統(tǒng)一體，植被的演替伴隨著土壤性狀的改變［1－2］。植物群落變化總是與土壤的演化相關聯(lián)，土壤分異導致植被變化，植被變化影響著土壤的發(fā)育。因此，關于植被與土壤環(huán)境之間的關系研究，一直是生態(tài)學研究的一個重要領域。近年來，有關這方面的研究取得了一定的研究成果，主要涉及植物群落演替階段土壤特性的差異［3－4］；植物群落演替進程中土壤肥力變化綜合評價［5－7］；植物群落分布與土壤特征與土壤營養(yǎng)關系［8－10］等方面。但對于衡陽紫色土丘陵坡地土壤理化特征隨植被不同恢復階段的變化未見報道。

衡陽紫色土丘陵坡地是湖南省環(huán)境最為惡劣的地區(qū)之一，該區(qū)域水土流失嚴重，植被稀疏，基巖裸露，有的區(qū)域幾乎沒有土壤發(fā)育層，生態(tài)環(huán)境十分惡劣，植被恢復十分困難［11－12］。為此，本研究以衡陽紫色土丘陵坡地為例，研究植被不同恢復階段土壤理化特征，旨在為衡陽紫色土丘陵坡地植被恢復與重建提供科學依據(jù)，為其生態(tài)環(huán)境建設與可持續(xù)的生態(tài)農(nóng)業(yè)發(fā)展提供實踐參考。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)域位于湖南省中南部，湘江中游，地理坐標 為 110°32′16″—113°16′32″E，26°07′05″—27°28′24″N。屬亞熱帶季風濕潤氣候，年平均氣溫18℃；極端最高氣溫40．5℃，極端最低氣溫－7．9℃，年平均降雨量1 325mm，年平均蒸發(fā)量1 426．5 mm。平均相對濕度80%，全年無霜期286d。地貌類型以丘崗為主。紫色土面積有1．625×105hm2，呈網(wǎng)狀集中分布于該區(qū)域中部海拔60～200m的地帶，東起衡東縣霞流、大浦，西至祁東縣過水坪，北至衡陽縣演陂、渣江，南達常寧市官嶺、東山和耒陽市遙田、市爐一帶，以衡南、衡陽兩縣面積最大。

2 研究方法

2．1 樣地設置

以空間代替時間的方法［13］，在具有代表性的地帶，選擇坡度、坡向、坡位和裸巖率等生態(tài)因子基本一致的坡中下部沿等高線的裸荒地、草本群落、灌木群落和喬木群落4塊樣地，分別表示演替初期（Ⅰ）、演替中前期（Ⅱ）、演替中后期（Ⅲ）與演替后期（Ⅳ）4個階段。

2．2 樣品的采集與分析

在4個樣地中取面積900m2（30m×30m）于春季（2010年3月）、夏季（2010年8月）、秋季（2010年11月）和冬季（2011年1月），采用S型或梅花型5點，以0—20cm（表層），20—40cm（亞表層）和40—60cm（下層）分3層（分別用A、B與C層表示）混合取樣；按相同生境、相同層次的5個點的土樣等比例混合為一個混合樣，去掉土壤中可見植物根系和殘體，經(jīng)風干后過篩，供土壤養(yǎng)分測定等。其中，土壤水分、土壤容重用鋁盒、團粒結構、容重環(huán)刀制取［14］；有機質(zhì)采用重鉻酸鉀—外加熱法測定，全氮采用半微量開氏法測定，速效磷采用NaHCO3提取—鉬銻抗顯色—紫外分光光度法測定，速效鉀采用NH4AC—原子吸收法測定［15］。

3 結果與分析

3．1 不同植被恢復階段對土壤物理性質(zhì)的影響

3．1．1 不同恢復階段對土壤團聚體組成的影響 由表1可知，隨著植被恢復的演替進行，土壤中的微團聚體含量增加，其中表層土變化最明顯，0—20cm表層土壤小于0．05mm微團粒百分比在演替中前期（Ⅱ）、演替中后期（Ⅲ）與演替后期（Ⅳ）比演替初期（Ⅰ）分別減少了18．42%，40．21%與60．25%。這是由于隨著植被恢復的演替進行，植被蓋度增加，減小了雨滴對地面的擊濺侵蝕，降低了徑流對土壤的沖刷，穩(wěn)定了成土環(huán)境，使土壤的黏化作用增強，微團粒聚集明顯，砂粒含量減小，土壤抗蝕性與抗沖性提高，有效地減少了水土流失。

表1 不同植被恢復階段土壤團聚體組成

3．1．2 不同植被恢復階段對土壤容重的影響 研究表明（圖1），不同植被恢復階段土壤容重均隨土層深度的增加而增大，增加幅度最大的為演替中前期（Ⅱ）的表層與亞表層，增加6．67%，同一層次的土壤容重在不同的演替階段隨著演替的進行逐漸減小，土壤容重最小的是演替后期的表層，為1．26g／cm3，最大的為演替初期的底層，為1．74g／cm3。造成這一現(xiàn)象的主要原因是隨著植被恢復的演替進行，植被蓋度與枯枝落葉也相應增加，地表土壤的養(yǎng)分條件改善，使植物細根在土壤表層（0—20cm）富集［16－18］。

圖1 不同植被恢復階段土壤容重變化

3．2 不同植被恢復階段的土壤化學性質(zhì)的變化

3．2．1 土壤有機質(zhì)變化 研究表明（圖2），衡陽紫色土丘陵坡地不同植被恢復階段的土壤有機質(zhì)變化趨勢基本一致，其含量均隨土層深度的增加而遞減，表現(xiàn)出明顯的表聚性；在演替初期（Ⅰ）與演替中前期（Ⅱ）0—40 cm土層土壤的有機質(zhì)含量極其接近，這是因為在這兩個階段，土壤表層的枯落物較少，形成上具有同源性；在演替中后期（Ⅲ）有機質(zhì)含量的差異隨土層深度的增加而增大，這是由于在此演替階段，植物枯落物及其根系主要集中在0—40cm土層，而在40—60cm土層處較少。在演替后期（Ⅳ），由于地表枯落物及其殘根的增加，0—20cm土層土壤的有機質(zhì)含量增加幅度較大，比演替中后期（Ⅲ）同層次增加了近50%。

圖2 不同植被恢復階段土壤有機質(zhì)變化

3．2．2 土壤全氮、速效磷與速效鉀的變化 隨著植被恢復的演替進行，土壤全氮、速效磷與速效鉀呈現(xiàn)出一定的時空變化規(guī)律（表2）。土壤全氮含量與土壤有機質(zhì)含量的分布相似，呈上高下低的特征［12，19－20］。但進一步分析發(fā)現(xiàn)，由于植被狀況等生態(tài)因素的差異，相同層次土壤全氮存在一定的差異。在演替初期（Ⅰ），表層0—20cm土壤的含氮量低于亞表層20—40cm，這可能與這一階段的裸荒地水土流失帶走表層一部分氮素有關；在其他演替階段，全氮的含量隨土層的變化規(guī)律與土壤有機質(zhì)的含量相對應，為上高下低，說明土壤中全氮的含量與有機質(zhì)的含量具有極強的相關性［21］；但值得一提的是，盡管演替后期（Ⅳ）表層土壤全氮量大于演替中后期（Ⅲ），但在另外兩個土層中，演替后期（Ⅳ）土壤全氮量卻小于演替中后期（Ⅲ），這主要是因為演替后期（Ⅳ）喬木群落的地上部分生物量大于演替中后期（Ⅲ），則從地下主要根區(qū)（20—60cm）吸收消耗的氮量必然較多［22－23］。

表2 不同植被恢復階段土壤全氮、速效磷與速效鉀的變化

隨著植被恢復的演替進行，速效磷的含量在逐漸增加，這可能與土壤中的有機質(zhì)含量逐漸增加有關。在演替初期（Ⅰ）與演替中前期（Ⅱ）0—60cm土層土壤速效磷變化幅度不大，可能是由于土壤中有機質(zhì)含量較低，土壤容重較大，導致土壤速效磷的有效性與移動性較差；在演替中后期（Ⅲ）與演替后期（Ⅳ）0—20cm表層土壤中速效磷反而比20—40cm亞表層低，導致這種現(xiàn)象的原因可能一方面是表層土壤沙性較大，砂土對磷的吸附能力較弱［24］；另一原因是正磷酸鹽容易被還原，致使速效磷易于被雨水淋失；4個演替階段40—60cm底層土壤速效磷的變化幅度不大，一方面說明植物的根系主要分布于表層與亞表層，底層分布較少，另一方面說明植物生長所必需的磷幾乎全部由土壤供給，磷在土壤中的移動性與揮發(fā)性較小。

隨著植被恢復的演替進行，在0—20cm的表層，土壤速效鉀隨植被恢復的演替進行而逐漸增加，這與表層枯落物的逐漸增加有關；Ⅰ—Ⅳ演替階段，20—40cm亞表層土壤速效鉀變化幅度不大，其原因在于隨著演替的進行，枯枝落葉層腐殖化作用增加的營養(yǎng)在表土層富集，而枯枝落葉的礦化難易程度與土壤的水分等環(huán)境條件有關，土壤養(yǎng)分逐漸向下淋溶需要時間的積累；40—60cm下層土壤速效鉀隨著演替的進行而逐漸下降，這是因為隨著演替進行，植物生長需要大量的鉀元素，其根系逐漸向下擴展，而通過降水淋溶作用而到達下層的鉀元素低于植物生長吸收數(shù)量，以致于下層鉀元素處于下降的狀態(tài)。

4 討 論

（1）植物群落的演替是對其初始狀態(tài)的異化過程，不但體現(xiàn)在種類組成與結構的變化上，也體現(xiàn)在環(huán)境的改變中。土壤作為植物環(huán)境的主要因子，其基本屬性的改變必然影響群落演替，某一演替階段的群落特征和土壤特征，是群落與土壤協(xié)同作用的結果。因此，植物群落的演替過程，也是植物對土壤不斷適應和改造的過程，土壤性質(zhì)是植物演替的重要驅(qū)動力之一。在同一氣候和土壤條件下，所覆蓋的植被類型不同，土壤的理化性質(zhì)的差異，反映了土壤特性除了與成土母巖、氣候和自然理化性質(zhì)有密切關系外，植被的作用也不可忽視。植物群落對土壤發(fā)育的作用，一是通過改變?nèi)郝渌疅岘h(huán)境直接影響土壤的發(fā)育條件，二是通過根系和枯落物回歸土壤而直接參與土壤的成土過程［25］。

（2）在衡陽紫色土丘陵坡地，隨著植被恢復的不斷進行，總體上土壤理化特征趨于改善，為賴以生存的植物提供物質(zhì)條件，但由于植物通過根系吸收營養(yǎng)物質(zhì)以及枯落物回歸土壤參與成土過程，土壤肥力不均勻，具有高度的空間異質(zhì)性［26－27］，相關研究有待于今后進一步深入。

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