金沙江干熱河谷典型區草甸退化對土壤養分的影響

劉燕,劉圓

云南省昭通學院,云南昭通657000

金沙江干熱河谷典型區草甸退化對土壤養分的影響

劉燕,劉圓

云南省昭通學院,云南昭通657000

以金沙江元謀干熱河谷小垮山流域不同退化草地為對象，研究輕度退化（Light degeneration，LD），中度退化（Moderate degeneration，MD），重度退化（Heavy degeneration，HD）和極度退化（Extreme degradation，ED）下不同層次不同土層深度土壤質地和土壤有機碳（Soil organic carbon，SOC）、全氮（Total Nitrogen，TN）和全磷（Total Phosphorus，TP）含量的變化情況以及養分和質地之間的關系。結果表明：金沙江干熱河草地隨著退化程度的加劇，土壤的顆粒組成中粘粉粒和細粒呈逐漸減少，而中粗砂呈現逐漸增多的趨勢，而且地表的粒徑表現的尤為明顯。草地土壤SOC、TN含量均隨退化程度的加劇逐漸減小，隨土層加深也逐漸減小，而土壤TP含量整體上隨著退化階段的增加呈現減小的趨勢，而隨著土層深度的增加土壤TP含量呈逐漸先增加后減少的趨勢，在亞表層（10～20 cm）處達到最大值。土壤粘粉粒與SOC和TN呈現極顯著正相關性，細砂值與TP之間呈現極顯著正相關。

干熱河谷退化草地;土壤養分;土壤質地

在生態環境相當脆弱的云南省金沙江干熱河谷地區,因自然環境的變化加之劇烈的人為活動，以土壤退化為主要形式的土地荒漠化形勢十分嚴峻[1,2]，眾多學者分別從干熱河谷的成因[3]、植被恢復[4]、土壤水分[5,6]、土壤變化及形成機制[7]、荒漠化[8]、土壤侵蝕[9]等方面對干熱河谷做了研究，但缺乏對退化過程中土壤質地和養分的研究，以及土壤質地和養分之間相互關系的研究。故本研究通過對云南省金沙江元謀干熱河谷小垮山流域草地土壤的物理性質和化學性質特征的研究，同時探討不同退化程度草地的土壤理化性質特性，以及它們與之間的關系，進一步揭示土壤理化性狀的變化規律，以期對恢復退化干熱河谷小垮山流域退化草地的恢復提供重要依據。

1　研究地區與研究方法

1.1研究區概況

研究區位于云南省金沙江元謀干熱河谷小垮山流域，地理坐標為25°41'28″N，101°52'47″E。屬典型的金沙江干熱河谷地區，南亞熱帶季風河谷干熱氣候區，海拔為1059～1154 m。年平均氣溫21.9℃，極端最高氣溫42℃，極端最低氣溫－2℃，≥12℃的持續天數349 d，積溫7796℃，年太陽總輻射量641.8 kJ/cm2，日照率62%，干燥度4.4[10]。多年平均降雨量613.8 mm，降雨量少而相對集中，蒸發量又遠遠高于降水量，干熱河谷的“干”顯得尤為突出。土壤主要是燥紅土、變性土，局部分布著水稻土、紫色土。植被以草本植物為主，干熱稀樹灌草叢草地是適應金沙江干熱河谷自然環境的頂極植物群落[11]。

1.2研究方法

1.2.1樣地選取于2014年9月上旬在小垮山流域，筆者根據研究區草地退化程度，采用我國常用的草地退化五級梯度標準[12]，利用樣地空間分布代替時間上退化序列的方法，將樣地分為輕度退化（Light degeneration，LD），中度退化（Moderate degeneration，MD），重度退化（Heavy degeneration，HD）和極度退化（Extreme degradation，ED）4個程度，選取地形土壤條件基本一致的不同退化程度的以放牧圍封情況相同的草場作為樣地,每種退化程度的樣地選取3個具有代表性的樣地，選取3個在2002年就圍欄封育的草地作為對照樣地（CK），每個面積50×50 m2。

1.2.2土壤取樣與分析分別在LD,MD,HD,ED和CK樣地內采用剖面法，按不同土層0～10，10～20，20～40，40～60 cm取樣，各土層取3個重復，分層取樣后相同層均勻混合，于室內自然風干，采用MS3500激光粒度分析儀測量土壤粒徑的體積百分比；并研磨過60目篩，采用元素分析儀(Elementar Vario MACRO，Germany)測定土壤有機碳（Soil organic carbon，SOC）和全氮（Total nitrogen,TN）含量，采用高氯酸-硫酸消化，鉬銻抗比色法[13](UV-2450)測定全磷（Total phosphorus,TP）含量。

1.2.3數據統計與分析數據在Excel 2003軟件中進行整理，利用SPSS19.00軟件，采用單因素方差分析（one-way ANOVA）和最小顯著差法(Least-significant difference,LSD)對數據進行檢驗，用Pearson相關系數判定數據的相關性。

2　結果與分析

2.1草地退化對土壤粒徑的影響

表1　不同退化階段的土壤粒徑分布（%）Table 1 Soil particle size distribution of the different stages of degradation（%）

由表1可以看出隨著退化程度的加劇，土壤的顆粒組成中粘粉粒和細粒呈逐漸減少，而中粗砂呈現逐漸增多的趨勢，而且地表的粒徑表現的尤為明顯。從整體來看，在整個退化序列中土壤的顆粒組成以細沙粒(0.05～0.25mm)為主，中粗砂（＞0.25 mm）在各個退化階段中的各個土層均呈現顯著增加的趨勢，而粘粉粒（＜0.05 mm）呈現逐漸減少的趨勢。在同一退化階段中隨著土層深度的增加粘粉粒含量在逐漸的減少，表層尤為突出，隨土層深度增加逐漸趨于穩定，而中粗砂逐漸呈現增加的趨勢。在所研究的隨著退化程度的增加的同時，土壤的黏粉粒(＜0.05 mm)含量的減少和中粗沙(＞0.25 mm)含量的增加,共同導致土壤質地粗化。

2.2草地退化對土壤養分的影響

表2　不同退化階段的土壤SOC、TN、TP含量Table 2 The SOC,TN,TP contents of soil in different degraded stages

從表2中可以看出，不同退化階段的土壤SOC和TN含量在垂直剖面上的分布呈極顯著差異（P＜0.01）。SOC、TN含量均隨退化程度的加劇逐漸減小，隨土層加深也逐漸減小，在剖面上呈現出“倒金字塔”的分布；SOC和TN在輕度退化樣地與對照樣地差別不大，而與其他階段樣地差別較大；土壤TN在輕度退化和中度退化階段要比對照樣地高，而在更嚴重的退化階段則比對照樣地低，可得出中度的干擾有利于TN的積累；土壤TP含量整體上隨著退化階段的增加呈現減小的趨勢，而隨著土層深度的增加土壤TP含量呈逐漸先增加后減少的趨勢，在亞表層（10～20 cm）處達到最大值，TP含量呈波動性變化，在土壤剖面上表現為“圓柱體”分布模式。

2.3土壤SOC、TN、TP含量與土壤質地之間的Pearson相關分析

由表3可以看出，研究區土壤SOC、TN含量呈極顯著相關關系（P＜0.01）。土壤中SOC與粘粉粒和細砂呈極顯著正相關相關（P＜0.01），而與中粗砂之間呈負相關；TN與粘粉粒呈極顯著正相關（P＜0.01），而與細砂之間呈現極顯著負相關的關系（P＜0.01）；TP與粘粉粒之間呈極顯著負相關，而與細砂和中粗砂呈極顯著正相關（P＜0.01）。土壤的粘粉粒與SOC的相關性大于與TN的相關性，表明研究區土壤中粘粉粒與SOC的關系更密切；細砂值與SOC和TP之間呈現極顯著正相關，而與TN之間極顯著負相關的關系，說明土壤中的SOC和TP收到細砂的影響，中粗砂與TP之間呈現極顯著負相關的關系。

表3　SOC、TN、TP含量與土壤質地之間的Pearson相關分析Table 3 The Pearson correlation analysis of SOC,TN,TPbetween content and soil texture

3　討論

在我國云南干熱河谷地區廣泛存在的不同退化程度草地植被已發生顯著變化，這不僅表現為植被的地上、地下生物量相對減少，而且也引起了草地土壤性質的明顯變化[14]。本研究中由于在不同退化程度中的土壤性質的變化如土壤質地的粗化和土壤養分如SOC和TN等養分含量的下降又會反作用于植被，會導致在不同退化階段中的植物生長受抑制，從而導致干熱河谷退化草地生態系統持續退化。本研究中土壤的顆粒組成中粘粉粒和細粒呈逐漸減少，而中粗砂呈現逐漸增多的趨勢與劉淑珍[1]等人的研究相似，而且地表的粒徑表現的尤為明顯，形成原因主要是水蝕而成的[15]。而且由于地表的干擾較下層大的很多，才使土壤質地粗化且地表的粗化尤甚。

云南干熱河谷草地受到過度放牧，氣候劇烈變化，蟲鼠害嚴重等一系列自然人為原因使得云南干熱河谷草地的的植物群落發生了逆向演替，從而使干熱河谷的土壤肥力水平發生顯著變化，肥力顯著下降，土壤向退化方向發展。不同退化階段的土壤SOC和TN含量在垂直剖面上的分布呈極顯著差異（P＜0.01）。SOC的垂直分布規律是由于根系分布深度及其分泌物不同導致的，此外草地枯枝落葉的分解和礦化也會導致土壤有機質含量提高[4]，同時也與人類活動密不可分[3]。SOC、TN含量均隨退化程度的加劇逐漸減小，主要也是自然和人為原因共同造成的。土壤P素來源相對固定，主要通過巖石的風化。由于巖石風化是一個漫長的過程，風化程度在0～60 cm土壤層中差異不大[16]，這就使得土壤TP含量整體上隨著退化階段的增加呈現減小的趨勢，而隨著土層深度的增加土壤TP含量呈逐漸先增加后減少的趨勢，在亞表層（10～20 cm）處達到最大值，TP含量呈波動性變化，在土壤剖面上表現為“圓柱體”分布模式，從而導致SOC與TN和TP在土壤垂直方向分布規律表現出一定的偏差。

草地土壤SOC和TN是組成有機質的最主要的成分，故兩者呈現相互影響的關系[17]，所以兩者之間呈極顯著正相關的關系。土壤P素來源相對固定，主要通過巖石的風化，故與SOC和TN之間沒有相互關系。干熱草地土壤SOC和TN主要是土壤中的粘粉粒來固持的，而中粗沙對SOC和TN的固持能力不強，所以可得粘粉粒與SOC和TN呈極顯著正相關的關系。國內外關于干熱河谷草原恢復演替的研究報道較多，本文進一步豐富充實了本地區關于退化草地的研究，但仍需要對干熱河谷退化草地恢復演替的長期連續定位觀測研究，從而能夠更好地為干熱河谷草地的生態恢復做貢獻。

4　結論

（1）金沙江干熱河草地隨著退化程度的加劇，土壤的顆粒組成中粘粉粒和細粒呈逐漸減少，而中粗砂呈現逐漸增多的趨勢，而且地表的粒徑表現的尤為明顯。

（2）草地土壤SOC、TN含量均隨退化程度的加劇逐漸減小，隨土層加深也逐漸減小，而土壤TP含量整體上隨著退化階段的增加呈現減小的趨勢，而隨著土層深度的增加土壤TP含量呈逐漸先增加后減少的趨勢，在亞表層（10～20 cm）處達到最大值。

（3）研究區土壤SOC、TN含量呈極顯著相關關系（P＜0.01）。土壤中SOC與粘粉粒和細砂呈極顯著正相關相關（P＜0.01），而與中粗砂之間呈負相關。土壤粘粉粒與SOC和TN呈現極顯著相關性。

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The Impact of Meadow Degradation in the Dry and Hot Valley Region of Jinsha RiverYunnan Province on Soil Nutrients

LIU Yan,LIU Yuan
Zhaotong College of Yunnan Province,Zhaotong 657000,China

This paper studied the variation of soil texture in different soil depth and the contents of soil organic carbon(SOC), total nitrogen(TN)and total phosphorus(TP)as well as the relationship between nutrients and textures under light degeneration,moderate degeneration,heavy degeneration and extreme degradation,taking the different degeneration grassland in small mountain watershed of dry hot valley of Jinsha River as some objectives.The results showed that sticky soil particles and fine particles were gradually reduced,while the grit showed a trend of gradual increasing,and the performance of the surface of the particle size was particularly evident with the aggravation of grassland degradation in Jinsha River dry.Contents of SOC,TN in grassland soil were gradually decreased with increasing levels of degradation and decreases with depth,but the content of TP in soil showed a trend of a drop with the increase of the degradation withwhile it showed a increase and then a decreasing trend with the increasing depth in soil and it reached a maximum at 10～20 cm in the subsurface.Silt and clay soil SOC and TN showed a very significant positive correlation and showed a highly significant positive correlation between the value of TP and fine sand.

Degraded meadow in the Dry and Hot Valley;soil nutrition;soil texture

S812.2

A

1000-2324(2015)02-0228-04

2013-06-22

2013-07-23

劉燕(1972-),女,云南永善人,理學碩士,講師.研究方向:人文地理學.E-mail:yan_6_2006@aliyun.com