植被恢復(fù)對高寒高海拔地區(qū)沙化土壤養(yǎng)分含量的影響
——以拉薩空港新區(qū)為例

李春林，范小妮，臧小龍，謝東升

(青島冠中生態(tài)股份有限公司，山東青島 266102)

西藏高原主體以高原寒溫帶半濕潤、半干旱和干旱氣候?yàn)橹鳎脖煌嘶⑼寥浪稚⑹ВL(fēng)蝕、凍融等一系列不良環(huán)境因素，使高原生態(tài)平衡難以恢復(fù)；人類對土地資源的過度開發(fā)，使高原生態(tài)陷入到沙漠化－沙漠化加劇加速的惡性循環(huán)中[1]。目前，植被恢復(fù)應(yīng)用于沙漠化的控制愈來愈成熟，諸多學(xué)者根據(jù)不同立地環(huán)境和演化機(jī)理的差異化，因地制宜開展恢復(fù)過程[2]，以求改善土壤養(yǎng)分含量、粒級結(jié)構(gòu)等創(chuàng)造適合植物生長的立地環(huán)境，加速流動沙地向固定沙地、牧草地的演替進(jìn)程[3]。本研究采用團(tuán)粒噴播植被恢復(fù)技術(shù)，在原風(fēng)積沙土的表層噴播固沙培植基質(zhì)、土壤改良劑、植物種子來新建植被，通過比較原生境土壤和團(tuán)粒噴播基質(zhì)的養(yǎng)分含量變化，評估植物恢復(fù)對當(dāng)?shù)赝寥拉h(huán)境的改良效果，以期通過植被恢復(fù)技術(shù)為促進(jìn)當(dāng)?shù)厣衬孓D(zhuǎn)提供新的嘗試。

1 試驗(yàn)設(shè)置

本研究以拉薩空港新區(qū)，雅江特大橋西側(cè)的風(fēng)積沙地為試驗(yàn)場地，面積約10 000m2；平均海拔3 600m，坡度20-30度，屬高原溫帶季風(fēng)半干旱氣候區(qū)，冬春干旱多風(fēng)，夏季溫暖濕潤，雨熱同季；年平均降水量為300-450mm。無霜期130-140d。蒸發(fā)量為2 688.5mm，幾乎是降水量的7倍。干旱季長達(dá)7-8個月，且大風(fēng)盛行。

試驗(yàn)地設(shè)置3個試驗(yàn)樣區(qū)，每個試驗(yàn)樣區(qū)1 500m2，三個試驗(yàn)樣區(qū)采用不同的土壤、植物纖維的比例，體積比分別為2∶1，1∶1和1∶2，按照上述配比采用團(tuán)粒噴播技術(shù)分別對原生沙土環(huán)境進(jìn)行植被恢復(fù)。基質(zhì)層噴播厚度5cm，種子層噴播厚度2cm。試驗(yàn)過程中根據(jù)土壤墑情，采用自動微噴系統(tǒng)進(jìn)行合理灌溉，團(tuán)粒噴播基質(zhì)表面無地表徑流產(chǎn)生。

2 取樣和檢測方法

2.1 樣品采集

以樣區(qū)外原生環(huán)境的沙土作對照組；以3個試驗(yàn)樣區(qū)樣品為試驗(yàn)組，采用土壤剖面法和多點(diǎn)混合取樣法進(jìn)行樣品采集，各試驗(yàn)樣區(qū)每年5月份取3個平行土壤樣品，團(tuán)粒噴播基質(zhì)采樣深度為0-7cm，底層沙土采樣深度為8-20cm，去除樣品中的石塊、動植物殘體等雜物后放入無菌密封袋保存，在室溫環(huán)境下自然風(fēng)干備用。

2.2 檢測指標(biāo)及方法

土壤有機(jī)質(zhì)含量采用重鉻酸鉀容量法測定；土壤有效氮含量采用堿解－擴(kuò)散法測定；土壤有效磷含量采用0.5mol/L NaHCO3浸取－鉬銻抗比色法測定；土壤速效鉀采用1mol/L NH4OAc浸取－火焰光度法測定。本文的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析通過SPSS22.0和excel2013軟件完成[3]。

3 結(jié)果和分析

3.1 各樣區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量的動態(tài)變化

通過對樣區(qū)外原生沙土和樣區(qū)內(nèi)底層沙土、團(tuán)粒噴播基質(zhì)的有機(jī)質(zhì)含量分析發(fā)現(xiàn)（見表1），樣區(qū)2的有機(jī)質(zhì)含量是三個樣區(qū)中最高的，達(dá)102.50mg/kg；團(tuán)粒噴播基質(zhì)和底層沙土的有機(jī)質(zhì)含量明顯高于原生沙土的有機(jī)質(zhì)含量，且達(dá)到顯著水平；各樣區(qū)的土壤有機(jī)質(zhì)含量隨植被恢復(fù)過程的進(jìn)行，呈現(xiàn)出隨著年份增加明顯降低的趨勢。原生沙土的有機(jī)質(zhì)含量是三種基質(zhì)中最低的，試驗(yàn)初期的有機(jī)質(zhì)含量為2.35mg/kg，并且年間變化有明顯降低的趨勢，2020年的原生沙土有機(jī)質(zhì)含量相對于2017年降低31.78%。樣區(qū)1中，底層沙土的有機(jī)質(zhì)含量相比于試驗(yàn)初期降低33.44%，團(tuán)粒噴播基質(zhì)有機(jī)質(zhì)含量降低38.68%；樣區(qū)2中，2020年5月采集的底層沙土和團(tuán)粒噴播基質(zhì)有機(jī)質(zhì)含量相比于試驗(yàn)初期分別降低24.17%和40.61%；樣區(qū)3中的底層沙土有機(jī)質(zhì)含量降低幅度是3個樣區(qū)中最低的，相比于試驗(yàn)初期降低3.31%，團(tuán)粒噴播基質(zhì)有機(jī)質(zhì)含量降低35.39%。

表1 不同樣區(qū)下地表層土壤有機(jī)質(zhì)含量變化

3.2 土壤堿解氮含量的動態(tài)變化

通過對樣品的堿解氮含量分析發(fā)現(xiàn)（見表2），3個樣區(qū)中，團(tuán)粒噴播基質(zhì)的堿解氮含量最高，底層沙土次之，且團(tuán)粒噴播基質(zhì)的堿解氮顯著高于原生沙土。樣區(qū)2團(tuán)粒噴播基質(zhì)的堿解氮含量是最高的，堿解氮含量高達(dá)82.45mg/kg，降低幅度最大，相比于實(shí)驗(yàn)初期降低37.32%，樣區(qū)1和樣區(qū)3的堿解氮含量降低32.54%和43.35%。各樣區(qū)的底層沙土的堿解氮含量相比于團(tuán)粒噴播基質(zhì)明顯降低，但仍顯著高于原生沙土的堿解氮含量；樣區(qū)1在植物恢復(fù)過程中，堿解氮降低幅度最大，達(dá)32.80%，樣區(qū)2相比試驗(yàn)初期降低1.32%，樣區(qū)3降低18.25%。樣區(qū)外的原生沙土的堿解氮在自然環(huán)境下的流失現(xiàn)象較明顯，堿解氮含量相比于試驗(yàn)初期降低幅度為19.52%。

表2 不同樣區(qū)下地表層土壤堿解氮含量變化

3.3 土壤速效磷含量的動態(tài)變化

通過對各樣品的速效磷含量分析發(fā)現(xiàn)（見表3），各個樣區(qū)底層沙土和團(tuán)粒噴播基質(zhì)的有效磷含量表現(xiàn)各不相同。團(tuán)粒噴播基質(zhì)的速效磷含量是各個基質(zhì)中最高的，顯著高于底層沙土的速效磷含量，樣區(qū)3的團(tuán)粒噴播基質(zhì)擁有較高的速效磷含量，達(dá)36.69g/kg，且降低幅度最大，相比于試驗(yàn)初期，速效磷含量降低63.95%。底層沙土的速效磷含量介于原生沙土和團(tuán)粒噴播基質(zhì)之間，顯著高于原生沙土的速效磷含量；且隨著植物恢復(fù)進(jìn)程推進(jìn)，總體呈現(xiàn)降低趨勢，樣區(qū)1、2、3的降低幅度分別為11.62%、15.78%和16.72%。樣區(qū)外原生沙土的速效磷含量是3種基質(zhì)中最低的，且每年都有降低的趨勢，2020年原生沙土的速效磷含量相比2017年降低25.41%。

表3 不同樣區(qū)下地表層土壤速效磷含量變化

3.4 土壤有效鉀含量的動態(tài)變化

通過對各樣品的有效鉀含量分析發(fā)現(xiàn)（見表5），各樣區(qū)的團(tuán)粒噴播基質(zhì)有效鉀含量顯著高于底層沙土和原生沙土的有效鉀含量，且隨著年際變化總體呈現(xiàn)降低趨勢，樣區(qū)1、2、3團(tuán)粒噴播基質(zhì)的有效鉀含量分別降低18.83%、6.17%和5.57%；其中，樣區(qū)3的有效鉀含量最高，試驗(yàn)初期達(dá)129.42mg/kg。各樣區(qū)的底層沙土的有效鉀含量略高于原生沙土，但未達(dá)到顯著水平，且隨著恢復(fù)進(jìn)程的推進(jìn)總體呈現(xiàn)降低趨勢，樣區(qū)1底層沙土的降低幅度最大，為26.94%，樣區(qū)2和樣區(qū)3底層沙土有效鉀含量相比試驗(yàn)初期分別降低18.86%和19.07%。原生沙土有效鉀含量相比試驗(yàn)初期降低36.61%，在3種基質(zhì)中，有效鉀含量降低最為明顯。

表4 不同樣區(qū)下地表層土壤有效鉀含量變化

4 討論和結(jié)論

4.1 植被恢復(fù)過程中各基質(zhì)中有機(jī)質(zhì)動態(tài)變化

有機(jī)質(zhì)是土壤質(zhì)量演變的主要標(biāo)志和土壤結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵影響因子[4]，而且有機(jī)質(zhì)能夠增加土壤有機(jī)碳的含量和CO2的釋放量，促進(jìn)土壤營養(yǎng)物質(zhì)的釋放，提高陽離子交換量，改善土壤肥力，對土壤結(jié)構(gòu)、土層特性等土壤學(xué)特征都有不同程度的增益效果[5]；本研究中，原生沙土的有機(jī)質(zhì)含量隨著年際變化呈現(xiàn)降低趨勢，說明原生環(huán)境下由于風(fēng)蝕、水蝕等情況，存在營養(yǎng)物質(zhì)流失的情況。各區(qū)團(tuán)粒噴播基質(zhì)的有機(jī)質(zhì)含量也表現(xiàn)出不同程度的流失現(xiàn)象。

4.2 植被恢復(fù)過程中各基質(zhì)中堿解氮動態(tài)變化

氮素是植物生長發(fā)育的必需元素，它的豐缺直接影響植物細(xì)胞結(jié)構(gòu)的建成、物質(zhì)能量代謝、光合呼吸等生命活動的進(jìn)行。氮素的投加會影響植被凋落物返還量，也會促進(jìn)土壤有機(jī)質(zhì)的增加[6]，使土壤pH降低，加快植物生長速度和代謝反應(yīng)，刺激植物根系的活動。各基質(zhì)的堿解氮年際變化不明顯，呈現(xiàn)略微降低的趨勢。從底層沙土基質(zhì)的堿解氮含量分析發(fā)現(xiàn)，底層沙土的堿解氮含量相比原生沙土提升較多，推測團(tuán)粒噴播基質(zhì)含有豐富的氮素，能及時向底層沙土和植物根部輸送堿解氮，補(bǔ)充植物生長所需的氮素；且植物引入，豐富了土壤環(huán)境的微生物群落，通過一系列硝化、反硝化和根系的固氮作用，能有效利用空氣和土壤中的氮源，使堿解氮能夠有效積累。

4.3 植被恢復(fù)過程中各基質(zhì)中速效磷動態(tài)變化

磷是限制大部分地區(qū)植物生長的瓶頸[7]，是植物和土壤微生物核酸、核蛋白、磷脂和許多輔酶的重要組成成分，參與糖類、脂肪及蛋白質(zhì)的代謝、細(xì)胞的滲透調(diào)節(jié)，以及細(xì)胞分裂和分生組織的發(fā)育[8]。各樣區(qū)噴播基質(zhì)的速效磷含量顯著降低，底層沙土和原生沙土的速效磷含量都有增高的趨勢。底層沙土的速效磷含量相比原生沙土整體含量較高，這與團(tuán)粒噴播促進(jìn)速效磷向底層沙土淋溶，提高植物根系活動進(jìn)而改善土壤微生物環(huán)境有著密切關(guān)系。底層沙土的速效磷含量顯著低于上層的團(tuán)粒噴播基質(zhì)，而土壤速效磷含量自0-20cm向深土層逐漸降低，這與梁佳輝的結(jié)果一致[9]。團(tuán)粒噴播基質(zhì)中的速效磷含量隨著恢復(fù)進(jìn)程的推進(jìn)逐漸降低，推測一部分由于噴灌的水蝕作用，將樣區(qū)的速效磷帶入到下層的底層沙土和下坡位的其他地區(qū)；另一部分被植物利用。

4.4 植被恢復(fù)過程中各基質(zhì)中有效鉀動態(tài)變化

土壤鉀是植物光合作用、淀粉合成和糖類轉(zhuǎn)化所必需的元素，也是衡量土壤肥力的一個重要指標(biāo)[10]。各樣區(qū)的有效鉀年際變化趨勢與速效磷表現(xiàn)相似。底層土壤的有效鉀含量相比于原生沙土還有增長趨勢，也反映團(tuán)粒噴播技術(shù)對原生基質(zhì)有效鉀有不同程度的增效。