退化紅壤區不同生態修復措施對土壤理化特性的影響

李燕燕，黃榮珍，樊后保，肖 龍

（1.南昌工程學院生態與環境科學研究所，江西 南昌 330099；2.江西省泰和縣水土保持站，江西 泰和 343700）

退化紅壤區不同生態修復措施對土壤理化特性的影響

李燕燕1，黃榮珍1，樊后保1，肖 龍2

（1.南昌工程學院生態與環境科學研究所，江西 南昌 330099；2.江西省泰和縣水土保持站，江西 泰和 343700）

以裸露地為對照，對江西省嚴重退化紅壤區不同生態修復措施（強烈干擾馬尾松林、封禁、竹節溝、種草竹節溝、谷坊、無谷坊）下馬尾松林分的土壤理化性質進行了研究。結果表明：與裸露地相比，不同恢復措施的馬尾松林0 ～ 20 cm土層的容重明顯降低，最小的為谷坊馬尾松林，容重為1.21 g/cm3；種草竹節溝馬尾松林對水分的改善效果最好，其0 ～ 20 cm土層的最大持水量、毛管含水量和土壤含水量分別為44.27%、48.24%和46.28%。與裸露地相比，6種馬尾松林分的土壤有機質和養分含量明顯增加，強烈干擾馬尾松林、封育馬尾松林、竹節溝馬尾松林、種草竹節溝馬尾松林、谷坊馬尾松林和無谷坊馬尾松林的土壤有機質含量分別比裸露地高1.41、4.51、2.73、5.66、8.91和3.66 g/kg；裸露地的N、P、K含量最低，種草竹節溝馬尾松林的N含量最高，而竹節溝馬尾松林的P和K含量最高。

紅壤退化區；土壤理化特性；生態修復

我國南方紅壤地區總面積203 153萬km2，占全國土地總面積的21%，由于其地形起伏大、降水量多而集中、暴雨強度大等獨特的自然條件和墾殖指數高、突出的人地矛盾，使該地區自然植被破壞嚴重，生態條件惡化，成為了我國水土流失最為嚴重的區域[1～2]。在多年的治理過程中，根據高溫、多雨、無霜期長的氣候條件、植被自然恢復能力強的特點，在紅壤退化區形成了以人工植被或森林重建為主的生態恢復方式，根據許多學者的研究，不同類型的森林重建提高了土壤有機質含量、改善了通氣狀況，微生物量和酶活性得到了提高，特別是自然恢復林分其土壤質量優于人工撫育的林分[3～9]，這對于紅壤地區的生態恢復有重要的指導意義。本研究以嚴重侵蝕紅壤地輔以工程措施（水平溝、谷坊等）的生態修復林分為對象，通過其土壤理化特性研究，探討不同修復模式對土壤地力的改良效果，為南方嚴重退化紅壤區的生態修復和生產力提高提供科學依據。

1 研究區概況

試驗地位于江西省泰和縣老虎山小流域內114° 52′ ～ 114° 54′ E，26° 50′ ～ 26° 51′ N，屬中亞熱帶季風氣候，多年平均雨量為1 363 mm。無霜期288 d，平均氣溫為18.6℃，年平均大于10℃的積溫為5 918℃，極端最高氣溫40.4℃、極端最低氣溫－6℃。老虎山小流域屬平原面丘陵區，海拔80 ～ 200 m，流域內丘坡平緩，坡度多在5°左右，土壤為第四紀紅色粘土發育而成的紅壤，厚度一般為3 ～ 40 m。

2 研究方法

2.1 樣地選取

本實驗以裸露地（植被恢復前作為對照，用CK表示），采取不同生態修復模式進行紅壤區退化地的治理，人工修復模式包括6種：在裸露地上治理恢復的強烈干擾馬尾松（Pinus massoniana）林分（打松枝、耙松針，無任何撫育管理措施）、封育馬尾松林分、竹節溝馬尾松林分（開挖水平竹節溝）、種草竹節溝馬尾松林分（帶狀種草且開挖水平竹節溝）、谷坊馬尾松林分（在溝道下游修建攔擋水沙，以抬高侵蝕基準面的水土保持措施）、無谷坊馬尾松林分。

裸露地屬于強度土壤侵蝕，地表無任何草灌。林分為1983年植苗造林治理形成，2000年開挖完成竹節溝。本試驗于2008年4月進行土壤樣品的野外采樣。各林分特征見文獻[10]。

2.2 土壤樣品的采集與測定

用環刀法（環刀分層：0 ～ 20，＞20 ～ 40 cm）取樣，測定土壤容重、土壤持水量。在每個代表性地塊上按0～ 10、＞ 10 ～ 20、＞20 ～ 40、＞ 40 ～ 60 cm四個層次采集土壤樣品進行室內分析，土壤有機質采用重鉻酸鉀—濃硫酸外加熱法，土壤全氮用硫酸—高氯酸消煮，半微量開氏法測定，土壤全磷采用鉬銻抗比色法，全鉀用Perkin-Elmer公司生產的ICP-MS（電感耦合等離子質譜儀）測定。

3 結果與分析

3.1 土壤物理性質

3.1.1 容重和含水量 從表1可以看出，裸露地表土沒有植被保護，經過長期雨水沖刷后0 ～ 20 cm和 ＞ 20 ～ 40 cm土層容重分別為1.67和1.66 g/m3，經過人工修復后，處于坡面的強干擾馬尾松林、封育馬尾松林、竹節溝馬尾松林和種草竹節溝馬尾松林等林分0 ～ 20 cm土壤容重均有所下降，而且低于＞ 20 ～ 40 cm土層容重，分別為1.43、1.36、1.37和1.36 g/m3，處于坡底的谷坊馬尾松林和無谷坊馬尾松林，容重分別為1.21和1.24 g/m3。＞ 20 ～ 40 cm土壤的容重除竹節溝馬尾松林略有增加外，其余林分＞ 20 ～ 40 cm土層的容重明顯降低。這表明處于不同坡面位置的馬尾松林均降低了土壤容重，使土壤的物理結構得到了改善。

在紅壤退化區，土壤的含水量對植被恢復有重要作用，它影響著土壤中各種養分的輸送，從而影響植被的生長和發育。自然恢復林分中，除封育馬尾松林外，其余林分0 ～ 20 cm深度土層的最大持水量、毛管含水量和土壤含水量均高于裸露地，其中種草竹節溝馬尾松林對水分的改善效果最好，其0 ～ 20 cm土層的最大持水量、毛管含水量和土壤含水量分別比對照高 92.40%、93.28%、117.50%，表明在退化紅壤區林分恢復的過程中種草能明顯提高土壤的水分含量，對林分的后期演替有非常重要的作用。處于坡底的谷坊馬尾松林提高了侵蝕基準面，減少了水土流失，其最大持水量、毛管含水量和土壤含水量與無谷坊馬尾松林相比分別提高了 10.99%、23.61%、39.04%。

表1 不同林分土壤容重和水分特性Table 1 Soil bulk density and moisture content properties under different sample plots

3.1.2 土壤機械組成 從表2可以看出，強烈干擾馬尾松林 ＞ 1.00 mm的顆粒比例在81.2%，高于封育馬尾松林和裸露地。人工修復林中，谷坊馬尾松林和無谷坊馬尾松林 ＞ 1.00 mm的石礫比裸露地明顯降低，二者相差不大，而谷坊馬尾松林中 ＜ 0.25 mm的細砂礫比無谷坊馬尾松林中明顯提高，從而使得土壤的粒級分布更加平均。開挖竹節溝的林分中，種草竹節溝馬尾松林0.25 ～ 1.00 mm顆粒組成比例增大，而 ＜ 0.25 mm的細砂礫比例減少。

表2 0 ～ 20 cm土壤機械組成Table 2 Mechanical composition of soil layer of 0-20cm %

3.2 土壤化學性質

圖1 不同林分土壤有機質含量Figure 1 Organic matter content in soil under different sample plots

3.2.1 有機質 從圖1可以看出，所有林分有機質的含量在垂直方向上隨土壤深度增加而逐漸減少。0 ～10 cm土層有機質含量從高到低依次為：種草竹節溝馬尾松林、谷坊馬尾松林、無谷坊馬尾松林、封育馬尾松林、竹節溝馬尾松林、強干擾馬尾松林、裸露地面。裸露地和強干擾馬尾松林由于無植被覆蓋，其0～ 10 cm與10 cm以下土層相差不明顯，差異最明顯的是種草竹節溝馬尾松林，其0 ～ 10 cm土層比10 cm以下土層平均高12.14 g/kg，可見在紅壤區種百喜草可以改善了土壤的微生物種類和數量，從而提高土壤有機質含量[11]。

3.2.2 養分含量 從N、P、K三種養分含量的平均值來看，三種養分含量的平均值的排列順序為K ＞ N ＞P；不同水土保持措施的土壤養分含量均大于裸露地面和強干擾馬尾松林，谷坊馬尾松林的養分含量高出無谷坊馬尾松5.5% ～ 29.9%。處于谷底的林分中，谷坊馬尾松林修建了抬高侵蝕基準面的水土保持措施，其N、P、K含量顯著高于無谷坊馬尾松林；在坡面林分中，竹節溝馬尾松林對P和K的改善效果最好，種草竹節溝馬尾松林土壤N含量最高，而P和K低于竹節溝馬尾松林，可能由于草本植物生長對P和K的需求較大，而對N的需求較小。

從圖2可以看出，所有人工修復林分均提高了土壤表層的養分含量，而養分的垂直分布比較復雜，具體表現為：裸露地面、種草竹節溝馬尾松林、谷坊馬尾松林的0 ～ 10 cm土層N高于10 cm以下土層，其他林分則相反；裸露地土壤表層受雨水的沖刷，養分流失較多，因而其0 ～ 10 cm養分含量甚至低于強烈干擾的馬尾松林。在坡面林分中，竹節溝馬尾松林和強干擾馬尾松林因前期或長期受到了人為干擾，土壤表層易流失元素N和K的含量低于10 ～ 20 cm土層，封育馬尾松林由于沒有人為干擾呈現相反的狀態；而種植了百喜草的竹節溝馬尾松林對表層土N和K的改善效果較好，顯著高于10 ～ 20 cm土壤N和K含量。

圖2 不同林分土壤各層次養分含量Figure 2 Organic matter content in different soil layer under different sample plots

4 結論與討論

南方嚴重退化紅壤區自然恢復林分和采取水土保持工程相結合的生態修復林分，土壤結構和水分含量得到改善，處于坡面的林分中，種草竹節溝馬尾松林對土壤物理結構的改善效果最好，其0 ～ 20 cm土層的容重、最大持水量、毛管含水量和土壤含水量分別為1.36 g/cm3、44.27%、48.24%和46.28%。處于坡底的谷坊馬尾松林對土壤物理性質的有所改善，其0 ～ 20 cm土層容重、最大持水量、毛管含水量和土壤含水量分別為1.21 g/cm3、29.96%、44.76%和40.23%。

從土壤養分來看，有機質、N、P和K的含量明顯高于裸露地和強干擾林地，其中種草竹節溝馬尾松林對有機質的改善效果最好，谷坊馬尾松林對N和P的改善效果最好，竹節溝馬尾松林對 K的改善效果最好。在本研究中，處于中下坡的強烈干擾馬尾松林、種草竹節溝馬尾松林、竹節溝馬尾松林和封育馬尾松林四種林分中，封育馬尾松林的年凋落量和養分歸還量最大[12]。周禮愷指出，土壤酶活性與土壤有機質、其它肥力因素的相關性較大[13]，因此在后續的研究工作中，應進一步深入探討紅壤退化區域植被恢復過程中凋物落分解、土壤酶特性等相關內容。

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[11] 陳桂秋，黃道友，蘇以榮，等.紅壤丘陵區不同土地利用方式對土壤有機質的影響[J].農業環境科學學報，2005，24（2）：256－260.

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[13] 周禮愷，張志明.土壤酶活性在評價土壤肥力中的作用[J].土壤學報，1983，20（4）：413－418.

Effect of Different Restoration Measures on Soil Physico-chemical Properties in Degraded Red Soil

LI Yan-yan1，HUANG Rong-zhen1，FAN Hou-bao1，XIAO Long2
（1.Department of Ecology & Environment, Nanchang Institute of Technology, Nanchang 330099, China; 2.Taihe Water and Soil Conservation Station of Jiangxi, Taihe 343700, China）

Soil physico-chemical properties were determined of P.massoniana stands treated with different ecological restoration measures in degraded red soil area of Jiangxi province, taking bare ground as control.The results indicated that soil bulk density at the layer of 0-20cm under treated stands was far lower than that at bare ground, and the lowest was at P.massoniana stand + check-dam.Moisture content in the soil was greatly improved in stand + grass + CST, the maximum water-holding capacity, capillary and soil moisture content was 44.27%, 48.24% and 46.28%.Soil organic matter in treated stands was 1.41, 4.51, 2.73, 5.66, 8.91 and 3.66g/kg higher than that in the control.N, P and K content in the control was found the lowest, and stand + grass + CST had the highest N content, while stand + CST had the highest P and K content.

degraded red soil; soil property; ecological restoration

S718

A

1001-3776（2014）06-0078-05

2014-06-02；

2014-10-10

江西省教育廳青年基金項目（GJJ13749）；國家自然科學基金（31160179）

李燕燕（1979－），女，河南延津人，講師，博士生，從事水土保持生態修復研究。