宁南黄土丘陵区退耕地植被恢复中土壤物理特性变化研究

苗正德 李银平 王治霞 明占武

摘要以宁夏南部黄土丘陵区固原市原州区的大红沟流域为研究对象,分析了原州区退耕地植被恢复过程中不同恢复年限、不同植被类型下的土壤物理变化特征,结果表明:对于土壤含水量,林草间作地<灌木林地<乔灌混交林地,随着退耕年限的不断增长,上层土壤含水量不断增加,下层不断降低,随土层不断加深,其含量逐步趋于稳定;对于0～60 cm 土壤平均容重及孔隙度,以灌木林地土壤容重相对较大,孔隙度相对较小,乔灌混交林地的容重及孔隙度的变化与灌木林地相反,并且随着退耕年限的不断延长,土壤容重不断减小,孔隙度不断增加,但是不同恢复方式下土壤容重及其孔隙度变化不大。

关键词退耕地;植被恢复;土壤物理特性;黄土丘陵沟壑区

中图分类号S152.9文献标识码A文章编号 1007-5739(2009)14-0245-02

宁南山区的固原市原州区位于黄土高原西部,属于典型的黄土丘陵区。自2000年实施退耕还林工程以来,截至2006年,共退耕造林3.71万公顷,加快了区域植被恢复进程,改善了生态环境,工程建设取得了阶段性成效。然而,由于退耕还林区生境比较脆弱,自生植被与人工植被的竞争矛盾突出,人工植被退化严重。土壤物理性质作为土壤环境的一部分,对植被恢复有着极其重要的作用,通过对退耕林地土壤的调查与分析,对其进行植被恢复和重建,将有助于提高土地生产力,减缓水土流失,对生态环境的改善有着重要的实践意义。因此,结合野外实验及其所采集的数据对退耕地植被恢复中土壤物理性质的变化特征进行分析,以期为固原市原州区退耕地的植被恢复与重建及其生态环境建设提供科学依据。

1材料与方法

1.1研究区概况

研究区设在宁夏回族自治区固原市原州区具有代表性的东北部黄土丘陵区的大红沟流域,其位于固原市东北部15km处,属黄土高原丘陵沟壑区,主沟长9km,流域面积115km2。流域内地形复杂,沟壑纵横,土地利用类型多样。流域大致呈东南—西北走向,海拔1 570～1 930m。流域为干旱气候区,年均气温7.5℃,多年平均降水量350mm,土壤以湘黄土为主。

1.2研究方法

研究以调查观测采样与室内分析相结合的方法,选择具有代表性的样地6处,从土壤水分含量、土壤容重以及土壤孔隙度3个方面,对退耕地植被恢复中不同恢复年限、不同的植被类型的土壤物理性质变化特征进行分析。供试样地基本情况见表1。

1.3观测指标与方法

1.3.1土壤含水量。土壤水分调查采用土钻法,取土深度为500 cm,每隔20cm 取土1次,土壤水分的测定采用烘干法。计算公式:W(%)=(M1-M2)/(M2-M3)式中,M1为烘前铝盒及土样重(g);M2为烘后铝盒及土样重(g);M3为烘干空铝盒重(g)。

1.3.2土壤容重及孔隙度。环刀法测定土壤容重,即用环刀取有代表性的原状土,称其重量,并计算单位容积的烘干土重。计算公式:Qb=(m2-m1)/V。式中,Qb为土壤容重 (g/cm3);m1为环刀重(g);m2为环刀和烘干土重(g);V为环刀容积(cm3);土壤孔隙度根据容重换算公式为:P =(1-Qb/Qs)×100%,式中,Qb为土壤容重(g/cm3);Qs为土壤比重,取2.65g/cm3。

2结果与分析

2.1退耕地植被恢复中不同退耕年限土壤物理特性变化

2.1.1退耕地植被恢复中不同退耕年限土壤含水量变化。在退耕地的植被恢复中,随着退耕年限的不断延长,土壤水分发生相应的变化。表2为不同恢复年限的土壤含水量变化。可以看出,退耕地土壤含水量都小于对照坡耕地的土壤含水量。2000年、2004年退耕地土壤平均含水量分别为7.55%和6.12%,两者相差2.66%,这是由于随着恢复年限的增长,植被盖度增加,故土壤水分含量随着恢复年限的不断增长而逐渐增加。在250 cm 以下土层,土壤含水量随着退耕年限的不断增加而逐渐减小,并且随着土层的不断加深,土壤含水量有逐步趋于稳定的趋势。造成这一趋势的主要原因是随着退耕年限的延长,植被的耗水量也随之增加,特别是在干旱期,植物的强烈蒸腾致深层储水因补充调节植物需水而逐渐减小。当有降雨时,土壤表层的水分亏缺得到补充,却不能使深层的土壤水分得到应有的补充,进而使得土壤深层的土壤水分含量较小,并且长期的干旱还可能导致土壤干层的出现。

2.1.2退耕地植被恢复中不同恢复年限土壤容重及孔隙度变化。对于进行植被恢复的退耕地来说,由于恢复年限的不同,使得土壤的容重及其孔隙度也产生一定的差异结果(见表3),可以看出,随着恢复年限的不断增长,0～ 60 cm 土层的平均容重不断减小,孔隙度不断增大;并且不同恢复年限不同土层的土壤容重及孔隙度变化幅度也不同,以土壤表层的变化幅度相对较大,这说明随着退耕年限的不断增长,土壤的孔性变好,土壤入渗能力增强,土壤水分也得到相应的改善,这与土壤含水量的变化是相对应的。但是,总体来说,随退耕年限的延长土壤容重及其孔隙度变化不太明显。

2.2退耕地植被恢复中不同植被类型对土壤物理性质的影响

2.2.1退耕地植被恢复中不同植被类型的土壤含水量变化。在退耕地的植被恢复中,不同的植被类型对土壤水分有着不同的影响,从表2可以看出退耕地植被恢复中不同植被类型的土壤水分变化。各种植被类型的土壤水分都小于对照的坡耕地,植被类型的土壤含水量总的变化趋势为乔灌混交林地>灌木林地>林草间作地,并且随着土层的不断加深,土壤水分逐步趋于稳定。在0～350cm土层,林草间作地(S5)、灌木地(S3)和乔灌混交林地(S2)的平均含水量分别为5.95%、7.68%和7.43%,而在350～500cm土层,乔木地的土壤含水量大于灌木地,这可能是由于对深层土壤水的消耗该地灌木大于乔木。因此,在对退耕地进行植被恢复时,应根据当地的土壤环境条件特别是水分状况,进行植被类型的选择,做到因地制宜、适地适树。

2.2.2退耕地植被恢复中不同植被类型的土壤容重及孔隙度变化。土壤容重和孔隙度是衡量土壤结构好坏的2个重要指标,并且影响着土壤水分的渗透性。从表3可以看出,不同植被类型的退耕地,土壤容重及其孔隙度存在一定的差异。灌木地(S3)0～60cm平均土壤容重相对较小,孔隙度相对较大,分别为1.30g/cm3和51.02%;乔木地(S3)0～60cm平均土壤容重相对较大,孔隙度相对较小,分别为1.34g/cm3和49.57%;草地的数值介于灌木地与乔木地之间;对于同一植被类型不同土层的土壤容重及孔隙度来说,灌木地和乔木地的上下土层变化趋势是一致的,都表现为上层土壤容重小于下层土壤容重,上层的孔隙度大于下层孔隙度,而草地上下土层变化不太明显。从分析中可以看出,灌木地对土壤孔隙的改善优于其他植被类型,这就要求在对退耕地进行植被恢复时,其他条件相同及其客观条件允许的情况下,首先考虑选择灌木树种。

3结论

在退耕地植被恢复过程中,由于退耕时间、植被类型和恢复方式不同,使土壤含水量、土壤容重、土壤孔隙度存在一定的差异。

(1)在退耕地的植被恢复过程中,随着退耕年限的增长,上层土壤含水量不断增加,下层土壤含水量不断减小,并且随着土层的不断加深,土壤水分逐步趋于稳定;0～60cm土层,随恢复年限的延长,土壤平均容重不断减小,孔隙度不断增大。

(2)对于不同植被类型的土壤含水量,以乔灌混交林地相对较高,林草间作地相对较低,灌木林地介于两者之间;0～60cm 土层,土壤平均容重以灌木林地相对较大,乔灌混交林地相对较小,孔隙度的变化与容重的变化相反。

(3)对退耕地进行植被恢复,土壤含水量大小于对照坡耕地的土壤含水量。

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