植被恢復對喀斯特地區土壤質量的影響研究

王維

（貴州建工北盤江建設工程有限公司，貴州 六盤水 553000）

1 引言

中國西南地區由于其特殊的地質條件和脆弱的生態系統，喀斯特地區特別易受到嚴重的土壤侵蝕從而引起土壤退化。為了改善土壤狀況和恢復生態系統，通常可在喀斯特山區采取一系列有效措施以提高當地土地的資源生態承載力。

2 材料和方法

2.1 研究區域

研究區位于中國貴州省典型的峰叢洼地，該地區屬亞熱帶季風氣候，年平均氣溫19.20℃，年平均降雨量1 421 mm，降雨多集中在5-9 月，旱季在10-3 月。試驗所在區域地形均為四面高、中間低，土壤為鈣質，大部分由白云巖和石灰巖發育而成。天然植被主要為灌木和草地，2000 年以來逐漸種植了人工林和草地。設置原生林為試驗對照組，對照組土壤主要由可溶性和多孔石灰巖組成，以亞熱帶物種為主，屬于亞熱帶常綠落葉闊葉混交林，森林覆蓋率達90%以上。

2.2 試驗設計

文章共選擇了5個具有典型植被類型的采樣點，峰叢洼地4 個采樣點，自2008 年起恢復，以及對照原生林1 個采樣點。2020年7月進行了土壤采樣，所有重復地塊均在每個場地內隨機建立，任意兩個地塊之間的距離為100 m，在每個地塊的不同深度處采集土壤樣本，土壤取樣后進行實驗室分析，具體指標見表1 所示，其中土壤有機碳通過重鉻酸鹽氧化法測定，總氮用燃燒法氮全自動分析儀進行測量。總磷和總鉀分別通過氫氧化鈉濕消化和火焰光度計測定。

表1 采樣點信息及不同植被類型的土壤分析表

2.3 土壤質量指標評價

土壤質量指數（SQI）被廣泛用于評估土壤質量，將土壤指標轉換為0至1的評分。具體通過下列公式（1）計算：

式中：S是土壤指標得分；a是最大值，為1；x是各土壤指標的值；x0是各土壤指標的平均值；b是方程斜率。

通過指標得分及其權重值，用公式（2）計算SQI值：

式中：Wi是選定土壤指標的權重值，Si是公式（1）計算的指標得分。

3 試驗結果

3.1 不同植被恢復類型下的土壤物理指標

由上文表1 可知，在所有植被類型中，原生林的含砂量最大，不同深度的土壤含沙量為32.56%～55.42%，粘土含量最低，為4.82%～10.30%。人工草地的粘土含量和粉土含量顯著高于其他植被類型，砂含量在不同土壤深度處均最低，為6.09%～13.58%。在相同土壤深度下，耕地的粘土含量顯著低于其他植被類型，為10.68%～15.96%。

圖1 為不同植被恢復類型下的土壤堆積密度。隨著土壤深度的增加，土壤堆積密度也隨之增加。耕地土壤的堆積密度相對高于其他植被類型，為1.42～1.53 g/cm3。作為對照組的原生林在相同土壤深度情況下的堆積密度最低，為0.84～1.17 g/cm3。自然恢復灌叢、人工林地和人工草地之間沒有顯著差異，堆積密度較為相似。人工草地隨著土壤深度增加為15～25 cm 和25～35 cm，堆積密度較5～15 cm 深度處分別增加了9.52%和14.29%。

圖1 土壤堆積密度圖

圖2 為不同植被恢復類型下的土壤含水量。自然恢復灌叢的5～15 cm 深度的表層土壤的土壤含水量顯著高于其他植被類型，為0.52%。原生林的土壤含水量隨著土層深度的增加而逐漸減小，原生林隨著土壤深度增加為15～25 cm和25～35 cm，堆積密度較5～15 cm深度處分別減小10.2%和17.4%。人工林地在15～25 cm深度處的土壤含水量較5～15 cm和25～35 cm處的土壤含水量小，但人工草地和耕地的土壤含水量在15～25 cm最大。

圖2 土壤含水量圖

3.2 不同植被恢復類型下的土壤化學指標

土壤有機碳隨土壤深度增加而顯著降低，不同土壤深度的原生林土壤有機碳最高，為27.55～65.87 g/kg，耕地最低，為7.64～12.67 g/kg。除原生林和耕地外，自然恢復灌叢的表層土壤有機碳含量最高，為38.16 g/kg，其次是人工林地和人工草地，分別為36.48 g/kg、26.94 g/kg。原生林隨著土壤深度增加為15～25 cm 和25～35 cm，土壤有機碳較5～15 cm 深度處分別減小30.77%～58.46%。人工林地隨著土壤深度增加為15～25 cm 和25～35 cm，土壤有機碳較5～15 cm 深度處分別減小15.89%～36.84%。耕地隨著土壤深度增加為15～25 cm 和25～35 cm，土壤有機碳較5～15 cm 深度處分別減小16.67%～41.31%。

隨著土壤深度的增加，土壤總氮含量隨之下降。整體來說，原生林的土壤總氮含量相對較高，為4.32～1.85 g/kg，耕地最低，為1.24～1.47 g/kg。除原生林和耕地外，自然恢復灌叢的表層土壤總氮含量最高，為2.66 g/kg，其次是人工林地和人工草地，分別為2.31 g/kg、1.94 g/kg。不同植被恢復類型下的總氮含量呈現出與土壤有機碳相似的結果。原生林隨著土壤深度增加為15～25 cm 和25～35 cm，總氮含量較5～15 cm 深度處分別減小37.21%～58.14%。人工林地隨著土壤深度增加為15～25 cm和25～35 cm，土壤總氮含量較5～15 cm深度處分別減小8.69%～26.08%。耕地隨著土壤深度增加為15～25 cm 和25～35 cm，土壤總氮含量較5～15 cm深度處分別減小3.57%～14.29%。

不同深度處地表土壤中總磷含量，與總氮含量呈現出不同的變化規律。原生林中的總磷含量顯著高于其他植被類型，其次人工草地＞人工林地＞自然恢復灌叢＞耕地。人工林地在土壤深度為15～25 cm時，總磷含量最高為0.85 g/kg，較土壤深度為5～15 cm 和25～35 cm 時高6.25%和41.67%。耕地在土壤深度為5～15 cm 時，總磷含量最高為0.51 g/kg，土壤深度為15～25 cm和25～35 cm時總磷含量分別為0.45 g/kg和0.48 g/kg。

原生林中的總鉀含量顯著高于其他植被類型，不同土壤深度處為16.32～18.57 g/kg。在所有植被類型中，人工林地的淺層土壤5～15 cm處的土壤總鉀含量最低，為6.11 g/kg。

3.3 土壤質量指數評估

通常，每種植被類型的土壤質量指數均隨土壤深度增加而降低，但不同植被類型的土壤質量指數仍存在一定差異，如圖3 所示。原生林隨著土壤深度增加為15～25 cm 和25～35 cm，土壤質量指數較5～15 cm 深度處分別減小154.63%和29.27%。耕地隨著土壤深度增加為15～25 cm 和25～35 cm，土壤質量指數較5～15 cm 深度處分別減小6.25%和12.50%。自然恢復灌叢的土壤質量指數隨土壤深度增加而產生大幅度地下降，隨著土壤深度增加為15～25 cm和25～35 cm，土壤質量指數較5～15 cm深度處分別減小37.29%和40.68%。原生林的三種土壤深度的土壤質量指數平均值為0.58～0.82，顯著高于其他植被類型，耕地的土壤質量指數平均值在植被類型中最低，為0.28～0.32。對于5～15 cm 的表層土壤，自然恢復灌叢、人工林地和人工草地的土壤質量指數分別為0.59、0.56 和0.54，無較顯著差異。在15～25 cm 的土壤深度處，人工林地和人工草地的土壤質量指數分別為0.51 和0.52，土壤質量指數較相似，并顯著高于自然恢復灌叢的土壤質量指數。

圖3 土壤質量指數圖

4 試驗結果分析

不同植被類型之間的土壤指標差異顯著，表明植被類型對土壤性質起著重要影響作用。原生林由于其增強了土壤養分，其土壤性質指標與其他植被類型存在顯著差異。通常，耕作等人類活動會直接改變土壤結構，降低土壤團聚體和穩定性，可能導致土壤養分的分解和損失。植被恢復類型的大多數土壤養分顯著高于耕地，表明植被恢復可以改善土壤的養分含量進而可提高土壤生產力。植被恢復后，土壤物理性質指標發生變化，養分含量顯著增加。文章研究還表明，表層土壤中的土壤養分高于深層土壤中的養分，可能是由于枯木、枯葉等堆積在表層，并通過微生物活性轉化為腐殖質所致。僅考慮土壤深度，土壤的有機碳含量、總氮含量、總磷含量和總鉀含量隨土壤深度增加而減少，但堆積密度隨土壤深度增加而增加，這可能是由于與深層土壤相比，表層土壤中的根系滲透性更強，生物活性更強。

植被恢復可以改善土壤質量，但不同植被類型改善土壤質量的能力不同。原生林中土壤質量指數的平均值最高，作物地中土壤質量指數最低。人工林地、人工草地、自然恢復灌叢的土壤質量指數顯著高于耕地。土壤質量指數越高，通常意味著較少的人為干擾和相應植被提供了較高的土壤有機質輸入。此外，還會減少土壤侵蝕造成的養分損失。相比之下，在農田中，由于收獲作物造成的地表凋落物的積累量降低，產生水土流失才導致了土壤質量的退化。土壤質量隨土壤深度而降低，土壤質量指數表現出與主要土壤參數相似的下降趨勢。土壤質量通常受到許多因素的影響，包括其土壤特性和地形地貌等環境因素、土地用途、植被類型和人類活動程度等。植被覆蓋是改善土壤參數和減少土壤侵蝕的主要方式之一，對土壤質量有直接影響，同時對土壤養分也有不同的影響。在所有影響因素中，植被類型是土壤質量的最重要影響因素。植被恢復可以改善土壤質量，而在喀斯特地區，人工林地和人工草地比自然恢復灌叢具有更好地恢復土壤質量的能力。

5 結論

文章通過土壤質量指數評價了植被類型對喀斯特地區土壤質量的影響，得出以下結論：

①隨著土壤深度增加，土壤堆積密度也隨之增加。土壤有機碳隨土壤深度增加而顯著降低，原生林土壤有機碳最高，為27.55～65.87 g/kg，耕地最低，為7.64～12.67 g/kg。

②原生林的土壤總氮含量為4.32～1.85 g/kg，耕地為1.24～1.47 g/kg。自然恢復灌叢的表層土壤總氮含量最高，為2.66 g/kg。原生林中的總磷含量顯著高于其他植被類型。人工林地的淺層土壤5～15 cm處的土壤總鉀含量最低。

③原生林的三種土壤深度的土壤質量指數平均值顯著高于其他植被類型，耕地的土壤質量指數平均值在植被類型中最低。