紅壤丘陵區不同生態恢復模式的土壤生態效應

熊平生，王 鵬

（衡陽師范學院 資源環境與旅游管理系，湖南 衡陽421002）

南方紅壤退化生態系統主要集中分布于花崗巖、第四紀紅土和砂頁巖上覆紅壤分布區。第四紀網紋紅土土質黏重，平時板結，雨季降水不易下滲，地表徑流常引起坡而沖刷，致使水土流失嚴重，往往形成植被稀疏、溝壑縱橫的“紅色荒漠”景觀［1］。花崗巖母質土壤的抗沖性最差，低于變質巖紅壤、第四紀紅黏土紅壤和紫色土［2－3］。本研究選取南方紅壤丘陵區嚴重退化生態系統，探討不同生態恢復模式對紅壤退化生態系統的土壤生態效應的影響。

1 研究區概況

研究區位于贛縣田村鎮和白鷺鄉交界的地區（表1），該地年均氣溫19℃，7月份極端最高氣溫39.8℃，地表極端最高溫達76.6℃，年均降雨量1 628.2 mm。土壤為粗晶花崗巖風化發育的紅壤，含沙量大（＞1mm石礫占45%左右），風化層深厚，由于長期侵蝕，表土侵蝕殆盡，土壤極為貧瘠，馬尾松的年高生長僅為5～25cm，十幾年才長到1m左右。林下僅有十分稀少的野枯草和崗松等，是花崗巖區紅壤嚴重退化生態系統之一。

表1 紅壤丘陵區不同生態恢復模式的地理特征

（1）金水梨模式（LS-A）。2004年對嚴重退化緩坡地進行水平溝臺狀整地，開墾3.5～4.0cm寬的水平臺面，按4m左右的株距定點開挖定植穴，定植穴規格長寬深為1m×1m×0.8m，施基肥。次年秋季種植，定植時施用復合肥。與此同時，按照比例為2∶1配置好授粉樹（黃花梨）。幼年樹在生長季節每月施肥1次；第3年開始結果實，結果后每年施肥4次。

（2）臍橙模式（簡稱 QC-D）。2004年對嚴重退化緩坡地修筑為反坡梯田。在同一等高水平線上，把梯田面修成內低外高（里外高差20cm左右），按照緩坡平地行距5m，株距3～4m來挖定植穴，定植溝（穴）寬1m以上，深0.8m以上。當年定植的幼樹，從定植后的半個月至8月下旬，每隔半個月追施一次稀薄液肥（先淡后濃），秋冬季節結合深翻重施基肥。結果后全年施3～5次肥。

（3）蘆葦草模式（簡稱LW-E）。2005年在坡度為600坡地上，按照按株行距0.5m×0.5m進行栽植，每穴3～5株，每年的5月中下旬進行施肥，施肥品種以氮肥為主。當苗高達到30cm后，加強灌水。

（4）封禁模式（簡稱FJ-C）。離集鎮較遠的分水嶺地帶，2000年起采取封山育林辦法，馬尾松長勢良好，林下植被主要以芒萁為主，蓋度達80%。

（5）對照裸地（簡稱LD-B）。裸地，無植物覆蓋。

2 材料與方法

在5種樣地內用環刀法沿S形曲線進行布點取樣，采用烘干稱質量法和浸水法測定土壤的各項物理指標。粒度測試采用Masterizer-2000型激光粒度儀測定。土壤pH值采用酸度計法測定，有機質含量采用硫酸重鉻酸鉀外加熱法測定，有效磷采用鹽酸氟化銨浸提—分光光度法測定，有效氮采用堿解擴散法，有效鉀采用醋酸銨浸提原子吸收分光光度法，土壤有效微量元素采用火焰原子吸收光譜法測定。土壤微生物類群的測定采用稀釋平板培養計數法，稀釋倍數為真菌10－2～10－3，細菌10－2～10－3，放線菌10－2～10－3，細菌分離采用牛肉膏蛋白胨培養基，鑒定通過菌體形態結構觀察和生理生化指標測定。真菌分離馬鈴薯培養基（PDA），放線菌分離采用高氏1號培養基。

3 結果與討論

3.1 不同生態恢復模式土壤物理性質分析

土壤的容重、孔隙度、土壤水分、持水性能等物理性質均會影響土壤肥力。由圖1可知，4種生態恢復模式的土壤容重明顯低于對照裸地，降低幅度為7%～30%。土壤毛管孔隙度、非毛管孔隙度與對照裸地比均有明顯增加，其中措施QC-D土壤非毛管孔隙和毛管孔隙分別是對照裸地的3.58倍和1.42倍，生態恢復模式FJ-C，FJ-C，LW-E土壤孔隙狀恢復狀況也較明顯。由圖2可知，土壤保水和供水能力亦得到不同程度改善，土壤飽和持水量、有效水含量由大到小排序為：臍橙模式＞蘆葦草模式＞封禁模式＞金水梨模式＞對照裸地；田間持水量由大到小排序為：臍橙模式＞蘆葦草模式＞金水梨模式＞封禁模式＞對照裸地。因此，對花崗巖型退化紅壤采取不同生態恢復和重建措施后，土壤孔隙、結構、土壤水分性能均得到不同程度改善。

圖1 不同生態恢復模式下土壤的容重、毛管孔隙度、非毛管孔隙度的變化

圖2 不同生態恢復模式土壤飽和持水量、有效持水量以及田間持水量的變化

3.2 不同生態恢復模式土壤養分狀況

3.2.1 有效氮、磷、鉀含量特征 由表2可以看出，各生態恢復模式樣地中有效氮含量由大到小的順序為：對照裸地＞封禁模式＞金水梨模式＞臍橙模式＞蘆葦草模式；有效磷含量順序為：臍橙模式＞金水梨模式＞蘆葦草模式＞封禁模式＞對照裸地；有效鉀含量順序為：金水梨模式＞臍橙模式＞蘆葦草模式＞封禁模式＞對照裸地。

表2 不同生態恢復模式對土壤營養元素的影響

3.2.2 微量元素有效含量 各種生態恢復模式樣地有效鋅、有效銅、有效鐵、有效鈣、有效鎂和有效硼含量均高于對照裸地（表3）。有效銅、有效鋅大小排序為：臍橙模式＞封禁模式＞蘆葦草模式＞金水梨模式＞對照裸地；有效鐵大小排序為：蘆葦草模式＞臍橙模式＞封禁模式＞金水梨模式＞對照裸地；有效錳排序為：蘆葦草模式＞臍橙模式＞封禁模式＞對照裸地＞金水梨模式；有效鈣排序為：臍橙模式＞金水梨模式＞封禁模式＞對照裸地＞蘆葦草模式；有效鎂排序為：臍橙模式＞蘆葦草模式＞金水梨模式＞對照裸地＞封禁模式；有效硼排序為：臍橙模式＞封禁模式＞蘆葦草模式＝金水梨模式＞對照裸地。

3.2.3 土壤元素的有效含量與pH值、有機質的關系 土壤中微生物的活動、有機質的合成與分解、氮磷等營養元素的形態轉化與釋放、微量元素有效性、養分保持的能力以及土壤元素的遷移等，都與土壤的pH值密切相關。由表3可以看出，研究區pH值大小順序為：蘆葦草模式＞臍橙模式＞對照裸地＞封禁模式＞金水梨模式。

土壤有機質含量與氣候、植被、地形、土壤類型、農耕措施密切相關。土壤較長時間處于還原狀態，有利于土壤有機質的累積，良好的輪作制度和合理的施肥，有利于提高土壤有機質含量。研究區不同生態恢復模式土壤土壤有機質含量（g／kg）大小順序為：臍橙模式＞封禁模式＞金水梨模式＞蘆葦草模式＞對照裸地。

表3 土壤微量有效元素與有機質、pH值

土壤有效態含量與有機質含量、pH值間的相關性分析表明（表4），土壤有機質含量與有效銅、有效鋅、有效鐵、有效硼和有效鎂呈顯著正相關性，而與有效錳相關性不明顯；pH值與有效銅、有效鎂、有效硼間相關性不明顯，與有效錳和有效鐵間具一定正相關，而與有效鋅含量間具一定負相關關系。

表4 土壤微量有效元素與有機質、pH值間相關性

3.3 不同生態恢復模式土壤微生物變化

3.3.1 不同生態恢復模式對土壤微生物數量的影響由圖3可以看出，不同生態模式樣地細菌數量由多到少依次為：封禁模式＞臍橙模式＞蘆葦草模式＞金水梨模式＞對照裸地，封禁模式分別是對照裸地、金水梨模式、蘆葦草模式和臍橙模式的4.0，3.4，2.5和1.8倍。土壤細菌主要營養來源是植物殘體，在肥沃土壤和有機質豐富的土壤中，細菌數量相應偏多，而在缺乏有機質的土壤中其數量較少［4］。細菌數量很大程度上與土壤有機質含量呈正相關關系［5］。與表3的有機質含量分布情況基本吻合。

放線菌數量由多到少依次為：臍橙模式＞金水梨模式＞封禁模式＝蘆葦草模式＞對照裸地，臍橙模式分別是對照裸地、蘆葦草模式、封禁模式、金水梨模式的9.7，2.7，2.7和1.2倍。放線菌的發育遠比大多數的真菌和細菌緩慢，它的作用主要是分解植物和動物的某些難分解的組分，形成腐殖質，把植物殘體和凋落物轉化為土壤有機組分，放線菌具有喜熱耐旱以及適合在堿性土壤環境中生存［5］。

圖3 不同生態恢復模式各類群土壤微生物數量

各樣地真菌數量由多到少依次為為：金水梨模式＞臍橙模式＞封禁模式＝蘆葦草模式＞對照裸地。真菌在森林土壤物質轉化中占有重要地位，其復雜的酶系統能積極參與有機物質的分解，使枯落物中的蛋白質轉化成林木可直接吸收的可溶性氮素氨基酸和銨鹽等，同時它對無機營養的吸收也有顯著地影響［6］。絲狀真菌類群成為主要降解菌群，并且真菌在植物殘體分解過程中起著較大的作用，此外真菌比細菌和放線菌更適應于在pH值較低的土壤條件下發育［7］，這也同表3的pH值相印證。

不同生態模式樣地微生物總量順序依次為：封禁模式＞臍橙模式＞金水梨模式＞蘆葦草模式＞對照裸地。采取不同生態恢復措施后土壤細菌、真菌和放線菌數量均有明顯增加，其中封禁模式、臍橙模式、金水梨模式、蘆葦草模式的土壤微生物總數分別是對照裸地的3.5，3.28，2.32和1.79倍。根據章家恩等［8］、楊鵬等［9］和蘇濤等［10］研究發現，微生物數量與土壤大多數養分含量（除有效磷和全鉀之外）之間存在著一定的正相關關系，即土壤微生物數量隨土壤養分含量的增加而增加。因此，退化生態系統生態恢復模式中土壤質量由高到低排序為：封禁模式＞臍橙模式＞金水梨模式＞蘆葦草模式＞對照裸地。

3.3.2 土地生態恢復模式對土壤微生物組成的影響

不同生態恢復模式土壤中3大類群微生物的組成比例有顯著不同。金水梨模式細菌數占總菌數的35.91%，放線菌類群和真菌類群分別占46.68%和17.41%；對照裸地細菌數占總數的70.83%，放線菌、真菌數分別占總菌數的13.75%和15.42%；封禁模式細菌數占總菌數的80.95%，放線菌、真菌數分別占總菌數的14.28%和4.76%；臍橙模式細菌數占總菌數的48.41%，放線菌、真菌數分別占總菌數的40.76%和10.82%；蘆葦草模式細菌數占總菌數的62.79%，放線菌、真菌數分別占總菌數的27.91%和9.30%。細菌在微生物總數量中占有優勢，其次是放線菌，真菌占比例最少。

4 結論

（1）對紅壤丘陵生態退化區采取不同生態恢復和重建措施后，土壤毛管孔隙度、非毛管孔隙度與對照裸地相比均有明顯增加。土壤飽和持水量、有效水含量大小排序為：臍橙模式＞蘆葦草模式＞封禁模式＞金水梨模式＞對照裸地。

（2）人工生態恢復模式土壤有效營養元素含量高于原始裸地和封禁地；土壤土壤有機質含量大小排序為：臍橙模式＞封禁模式＞金水梨模式＞蘆葦草模式＞對照裸地。

（3）土壤微生物總數量由多到少順序為：封禁模式＞臍橙模式＞金水梨模式＞蘆葦草模式＞對照裸地。土壤微生物數量與土壤大部分養分含量之間存在著一定的正相關性，即養分含量高的土壤中微生物數量也高。

（4）研究結果表明，臍橙模式是最理想的人工生態恢復模式，對改良土壤的效果是最好的，同時又具有較好經濟效益，值得推廣；封禁模式比其余其中人工生態恢復模式有更好的生態效益，但是缺乏經濟效益。

［1］ 朱景郊.網紋紅土的成因及其研究意義［J］.地理研究，1988，7（4）：12-20.

［2］ 史德明.南方花崗巖區的土壤侵蝕及其防治［J］.水土保持學報，1991（3）：63-72.

［3］ 許文強，羅格平，陳曦.干旱區綠洲不同土地利用方式和強度對土壤粒度分布的影響［J］.干旱區地理，2005，28（6）：800-804.

［4］ 張萍.西雙版納次生林土壤微生物生態分布及其生化特性的研究［J］.生態學雜志，1995，14（1）：21-26.

［5］ 焦如珍，楊承棟，屠星南，等.杉木人工林不同發育階段林下植被、土壤微生物、酶活性及養分的變化［J］.林業科學研究，1997，10（4）：373-379.

［6］ 周麗霞，蟻偉民，易志剛，等.鶴山退化生態系統恢復過程中土壤微生物的特性［J］.熱帶亞熱帶植物學報，2004，12（3）：202-206.

［7］ 亞力山大.土壤微生物學導論［M］.北京：科學出版社，1983：175-207.

［8］ 章家恩，劉文高，胡剛.不同土地利用方式下土壤微生物數量與土壤肥力的關系［J］.土壤與環境，2002，11（2）：140-143.

［9］ 楊鵬，薛立，陳紅躍，等.不同混交林地土壤養分、微生物和酶活性的研究［J］.湖南林業科技，2004，31（4）：43-45.

［10］ 蘇濤，司美茹，馬宗琪.不同土地利用方式對根際土壤微生物數量的影響［J］.農業環境科學學報，2006，25（S）：136-139.