黔西北巖溶山區退耕還林土壤性質變化研究

羅永猛，左 艷，石 梅

（畢節市林業局，貴州 畢節 551700）

黔西北巖溶區，由于受到石漠化等土地退化問題影響，生態環境迫切需要重建。通過對西南巖溶區的土地石漠化進行研究可知，自然和人為等因素導致土壤、土地退化，并按照物理、化學、生物學等變化來進行定義。巖溶地區土地退化主要表現在以下幾個方面：①水溫氣候惡化；②基巖裸露；③土壤質量惡化；④生物群落退化。其中土地退化的本質為土壤質量惡化，核心為生物群落退化、土壤空間異質以及土壤物質流失等。

1 研究地區

本研究主要以黔西北畢節地區為主，區域地質構造復雜，褶皺斷裂交錯發育，地形地貌均受新華夏系控制，山脈嶺谷及河流順應地質構造線展布，背斜成山，向斜成谷。境內巖性復雜，山高坡陡，峰巒重疊，溝壑縱橫，河谷深切，地形破碎，喀斯特地貌較為發育，形成集山地、丘陵、谷地、洼地為一體的典型高原山區地貌，類型以中山為主，海拔457～2900m，平均海拔1600m。巖石裸露突出，出露巖石以沉積巖為主，占總面積的92.81%，沉積巖中又以碳酸鹽巖類居多（占總面積的62.2%）。市內雨量充沛，年平均降雨量1000mm，土壤極易被流水沖刷，再加上多年來人類不合理的陡坡耕種和過度放牧，原生植被破壞嚴重，坡面徑流匯流歷時短，坡面固土保水能力較弱，造成嚴重的水土流失，從而引發并加速石漠化。

2 不同利用類型土壤性能變化

2.1 土壤物理性能變化

2.1.1 土壤質地變化

由于降水量較多，巖溶環境中的土壤顆粒組成與其他地貌有差異，顆粒范圍在0.001mm 以下土壤粘粒含量在20%以上，是一種粘滯質壤質土壤。土壤剖面下部的粘粒含量相對于表層土較高，且不同巖溶環境下，粘粒含量不同；對于1～0.05mm 的砂粒來說，坡耕地土壤表面和底層的沙粒含量較高。同時，耕作活動易翻動土層，從而導致土壤表層沙粒含量明顯下降，且小于底層。退耕5 年后，土壤砂礫含量降低，粘粒和物理性粘粒的沉淀效果較明顯，還生態林土壤砂礫含量降幅更大。通過對農用地坡耕地（玉米）、退耕還經濟林（李）、退耕還生態林（樺木×柳杉）、退耕還生態林（樺木）土壤觀測，退耕后5 年土壤表面易出現沾化。由表1 可知，在較短的年限內，撫育管護力度不夠，特別是生態林，導致土壤質地惡化。

表1 不同利用類型土壤顆粒含量占比 單位：%

2.1.2 表層土壤水穩性團聚體變化

植被類型和土地利用時間能直接影響土壤團聚體的形成效果、土壤表層團聚體的組織和質量及土壤表面以下土壤團聚體的特征。劉玉等[1]的研究認為，農用地土壤水穩性團聚體下降程度最多，土壤結構破壞率高于人工林和自然林地，易形成較大的坡面徑流。各類型土壤表層的水穩性團聚體的變化并不相同。其中坡耕地土壤表層的水穩性團聚體明顯增加，但是次生林地、灌草坡和果園的土壤表層的水穩性團聚體有所降低。坡耕地、棄耕地土壤表層的水穩性團聚體含量明顯少于自然林、灌草坡、人工林地以及果園。由此可知，人為耕作直接影響到水穩性團聚體，巖溶地區被開墾破壞后，水穩性團聚體會明顯下降，從而影響到土壤的空隙性、持水性、通透性以及抗蝕性。反之，退耕還林可降低地表徑流，土壤侵蝕減弱，進而實現以耕地換生態的目標。

2.2 表層土壤有機質及養分變化

土壤質量的一個關鍵屬性為土壤有機質，部分學者認為土壤質量和生產力是重要指標。巖溶地區土壤有機質相比其他類型土壤較豐富，也能儲藏各類養分。自然林土地由于得到地表凋落物的補充，從而使土壤有機質含量升高。表2 顯示，與退耕還林地相比，玉米地土壤有機質含量及養分相對較低。有機質含量及養分依次為玉米地<李子林地<樺木×柳杉林地<樺木林地。坡耕地退耕還林后，隨著退耕年限的增加，土壤有機質含量明顯升高，但早期土壤有機質含量提高速度較慢。

表2 不同利用類型土壤水穩性團聚體變化 單位：%

2.3 土壤種子庫變化

本文采用萌發法對石灰土連續耕作15a 農用地和退耕15a樺木林地土壤種子庫進行了簡單研究。表3 表明：農用地中，草本植物種子較為豐富，且受土壤深度的影響相對較低，木本植物種子極少；而樺木林地樺木種子較多，受取土深度影響明顯，草本植物種子稀少。從各種土壤種子庫組成來看，耕種越頻繁的土地種子庫數量越少，也可以認為土地利用程度越大，木本植物種子則越少，草本植物種子則變多。人類活動頻繁的土地上，盡管種子數量較多，但物種多樣性卻在減少，從土壤種子庫角度來看，若進行封山育林的操作，則會延長棄耕地-灌叢草坡-林地的轉化時間。

表3 石灰土不同利用類型土壤種子萌發株數 單位：株/平方米

2.4 退耕年限對土壤碳、氮等全量元素含量的影響

即使土壤中的全量元素含量不能充分代表土壤養分含量的水平，但是全量元素含量較高在一定程度上可以表明土壤養分含量不低。根據經驗可知，土壤微生物、通透性、容重和氧化還原能直接影響植被的恢復時間，并能在一定程度上表明土壤的全量元素含量水平。根據對現實情況研究可知，風沙土荒地的土壤含量水平為0.46%較低，在恢復植被后該地的土壤含量雖有增加，但較不明顯，普遍在恢復植被15 年后，土壤含量水平才可明顯增加，并可增加至10%左右。部分農地、荒坡的土壤碳含量為1.5%高于其他土地，但隨著恢復植被時間的增長，該地的土壤碳含量也明顯上升，但是其中批砂巖土區的土壤碳含量隨著恢復植被的時間增長而減少，植被恢復時間12 年，土壤碳含量則減少40.70%；植被恢復時間＞20 年，土壤碳含量則減少47.62%。根據相關研究可知，水熱條件較好的地區，土壤有機物質的輸入含量可隨植被恢復時間的增加而增加，因此，土壤碳的輸入明顯高于輸出，土壤碳含量水平明顯升高；但是部分地區的土壤孔隙隨著植被的恢復時間增加而增大，因此，土壤通氣性較好，有利于加快土壤有機物質的分解，與此同時，土壤微生物變多，使土壤碳的輸出明顯＞輸入，以致于土壤含量降低。

3 結論

巖溶地區土地退化的實質為以下幾個方面[2-3]：土壤各功能退化，如水庫、養分庫、和土壤種子庫，其中退化的內因為土母質繼承特性，退化的外因為人類活動。通過對黔西北巖溶山區耕地退耕還林土壤性質變化的研究發現，如果缺乏撫育，簡單的退耕短期內很難使土壤質量恢復，人工造林需要很長時間來改善土壤質量。不同土地條件下的土壤碳含量隨植被恢復時間的增長而有不同的變化。巖溶坡耕地退耕還林后，雖然降低了土壤侵蝕程度，減少了地表徑流，土壤有機質和養分有所增加，木本植物種子量加大，但短期內土壤種子庫的生態優勢明顯下降，且土壤有粘化現象，需要不斷加強后續撫育管理，增加林地地力，實現生態目標。