武功山草甸土壤化学性质对生态系统退化的响应

赵自稳， 张文元， 潜伟平， 刘宇新， 胡耀文， 彭辉武， 郭晓敏*

(1.江西农业大学 林学院， 江西 南昌 330045； 2. 江西农业大学 江西省森林培育重点实验室, 江西 南昌 330045； 3.萍乡市林业科学研究所, 江西 萍乡337000)



武功山草甸土壤化学性质对生态系统退化的响应

赵自稳1,2， 张文元1,2， 潜伟平3， 刘宇新1， 胡耀文1,2， 彭辉武3， 郭晓敏1,2*

(1.江西农业大学 林学院， 江西 南昌 330045； 2. 江西农业大学 江西省森林培育重点实验室, 江西 南昌 330045； 3.萍乡市林业科学研究所, 江西 萍乡337000)

为给退化山地草甸的恢复提供理论依据和技术支撑，以江西省武功山山地草甸为研究对象，分析生态系统退化对其土壤化学性质的影响，及各指标间的相互关系。结果表明：在研究区域内，武功山草甸退化使其土壤阳离子交换量下降，说明草甸退化使土壤保肥能力明显降低；退化使土壤交换性酸含量以及各土壤养分含量均呈下降趋势；退化使土壤阳离子交换量与全氮、碱解氮间的相关性减弱，土壤pH与氮素由不相关变为极显著负相关(r=-0.733，P<0.01)，与速效钾由显著负相关变为不相关(P>0.05)。

退化草甸； 土壤化学性质； 海拔； 生态系统； 江西省武功山

武功山位于罗霄山脉北段，江西安福、宜春、萍乡三地交界处(114°10′～114°17′E，27°25′～27°35′N)，总面积260余km2。年均温约为14～16℃，年降雨量1 350～1 750 mm，主峰白鹤峰海拔1 918.3 m。草甸区域主要分布在海拔1 600～1 900 m，有禾本科的野古草(ArudinellahirtaTanaka)、芒类(Miscanthusspp.)、冬茅(Imperataspp.)等。近年来，武功山国际帐篷节吸引了大量的游客登山和宿营，但随着旅游规模的扩大和游客游程范围的延伸，游客的任意践踏以及废弃物的排放，导致绵延约4 000 hm2的山地草甸逐渐破碎化。对武功山草甸退化区的研究与生态修复已成为保护武功山自然保护区的首要任务。目前，关于武功山土壤养分的研究，仅有赵晓蕊等[1-2]对武功山山地草甸土壤磷素的研究。草地退化的核心问题是土壤退化[3]，具有一定的滞后性、缓冲性及复杂性，对退化草甸土壤化学性质的研究既有助于揭示退化生态系统恢复中的作用机理，又可指导草甸退化生态系统植被恢复[4-5]。因此，笔者针对武功山草甸生态系统人为干扰严重而导致草甸退化的问题，分别选取武功山未退化和退化的山地草甸土壤为研究对象，进行土壤养分研究，以期为退化山地草甸的恢复提供理论依据和技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验样地设置和样品采集

2014年6月进行样地设置和土样采集。沿山脊线在海拔1 600～1 900 m，每隔100 m设置1个梯度，共4个梯度。目前，在我国关于草地退化的分级还没有统一标准，为减小误差，对比鲜明，笔者选择未退化的草甸区(CK)和退化草甸区(TH)，按照CK植被盖度>90%，TH植被盖度<10%进行取样，分别随机设置3个10 m×10 m的样方，对每一样方的土壤在草本根系集中的0～20 cm土层进行多点采样，混和均匀，采集的土壤带回实验室，去除土壤中的植物残体和砂砾，然后风干、磨碎、过筛、保存，供土壤化学性质的测定。

1.2 测定指标及方法

土壤阳离子交换量(CEC)采用乙二胺四乙酸—乙酸铵交换—凯氏定氮仪测定，交换性酸(EA)采用1 mol/L氯化钾交换—中和滴定法，土壤有机碳(OC)采用重铬酸钾—浓硫酸消煮法测定，土壤全氮(TN)采用FOSS 8400凯氏定氮仪测定，土壤pH值采用电位法测定，土壤碱解氮(AN)采用碱解蒸馏法测定，土壤有效磷(AP)采用0.5 mol/L碳酸氢钠浸提—钼锑抗比色法测定，土壤速效钾(AK)采用1 mol/L乙酸铵浸提—火焰光度法测定。

1.3 数据分析

数据经正态分布检验，对各养分指标的空间分布状况进行单因素方差分析和Tukey多重检验分析，其相关性利用Pearson相关系数进行评价，所有数据均利用SPSS17.0软件进行分析，所有图形利用Excle 2007绘制。

2 结果与分析

2.1 土壤阳离子交换量

自然条件下的土壤胶体具有净负电荷，可以吸附、交换土壤中的阳离子，以此反映土壤的营养肥力和缓冲能力[6]，因此，土壤CEC是进行土壤质量评价和管理以及土壤特性研究的重要指标[7-10]。武功山未退化的草甸区(CK)和退化草甸区(TH)草甸土壤CEC的变异范围分别为17.47～25.14 cmol/kg和9.99～13.91 cmol/kg(图版)。在研究区域内，武功山草甸的退化使得其土壤阳离子交换量下降，且差异显著，说明草甸退化使土壤保肥能力明显降低。CK和TH草甸土壤CEC均随海拔升高有增加趋势，但除TH草甸土壤在海拔1 700 m显著较低外，其余差异均不显著。

2.2 土壤酸度

土壤酸度对其地上植被的生长起着重要的作用，不但影响土壤中微生物的活性，也可以直接作用于土壤的养分循环，影响养分对植物的有效性[11]。武功山CK和TH草甸土壤：EA含量的变异范围分别为12.48～21.27 mmol/kg和7.09～10.49 mmol/kg(图版)，pH值的变异范围分别为4.80～4.88和4.34～4.79。在研究区域内，武功山草甸退化使其土壤交换性酸含量下降，除海拔1 700 m外，均呈显著差异，而退化对土壤pH的影响仅表现在1 600 m和1 900 m处。另外，CK和TH草甸土壤EA含量和CK草甸土壤pH值均随着海拔升高无显著变化，但TH草甸土壤pH值在海拔1 600 m和1 900 m处显著较低，这可能是因为在海拔1 900 m及山顶附近，雨水可以直接冲刷裸露的地表土壤，而

注：不同大写字母表示CK和TH草甸在同一海拔间土壤养分指标差异显著(P>0.05)，不同小写字母表示CK或TH草甸在不同海拔间土壤养分指标差异显著(P<0.05)(下同)。

Note: Different capital letters mean difference significance of soil nutrition indexes between CK and TH meadow at the same altitude at 0.05 level. Different lowercase letters mean difference significance of soil nutrition indexes between CK and TH meadow at different altitude at 0.05 level. The same below.

图版 不同海拔CK和TH草甸土壤养分指标

Fig. Soil nutrition indexes of CK and TH meadow at different altitude

在海拔1 600 m左右易形成汇水区，是高山草甸与高山矮林灌丛的交界处，因此退化土壤的pH值明显较低。

2.3 土壤速效养分

由图版可知，武功山CK和TH草甸土壤AN含量的变异范围分别为472.44～762.14 mg/kg和378.12～488.19 mg/kg，AP含量为13.67～17.78 mg/kg和8.05～11.82 mg/kg，AK含量为33.54～44.34 mg/kg和22.73～32.60 mg/kg。在研究区域内，武功山同一海拔的草甸退化使各速效养分含量均有所下降，碱解氮在海拔1 800 m和1 900 m处受退化影响显著，而有效磷则在海拔1 600 m和1 700 m处受退化影响显著，速效钾各个海拔受退化影响均显著。

随海拔的增高，土壤AN含量呈U型变化，于1 700 m处均达到最低值，这可能是由于该海拔坡度较陡，且风蚀比较严重而造成了土壤养分的流失。退化使武功山草甸土壤AN含量其在海拔梯度上的差异由显著变为不显著，而不同海拔的AP、AK在CK或TH范围内均没有显著差异。

2.4 武功山草甸土壤各化学指标之间的相关性

由表1可知，未退化草甸土壤的CEC与土壤EA、AN、AP含量之间均存在极显著相关关系(P<0.01)，土壤CEC与各指标含量的相关程度依次为AP=EA>AN>AK>pH，说明未退化土壤具有良好的保氮保磷能力；土壤EA含量与AP含量极显著相关(P<0.01)，土壤交换性酸与磷素关系密切；另外，土壤pH值与AK极显著负相关(P<0.01)。

表1 未退化草甸土壤化学指标之间的相关关系

表2 退化草甸土壤化学指标之间的相关关系

由表2可知，退化草甸土壤的CEC与土壤EA、AP含量均极显著相关(P<0.01)，土壤CEC与各指标含量的相关程度依次为EA>AP>AN>AK>pH，说明退化土壤仍具有良好的保磷能力；土壤EA含量也与AP含量极显著相关(P<0.01)；土壤pH值与AN显著负相关(P<0.05)。

综上，武功山草甸退化导致土壤阳离子交换量与碱解氮的相关性减弱，土壤pH与碱解氮由不相关变为极显著负相关，与速效钾由显著负相关变为不相关，这说明退化导致草甸土壤中各化学反应产生异常。

3 结论与讨论

人为干扰引起的武功山草甸生态系统退化致使土壤阳离子交换量、交换性酸以及速效养分含量均有所下降。草甸退化引起了土壤退化，土壤退化加速了草甸的退化，周而复始，恶性循环导致目前的武功山草甸退化导致面积越来越大，裸露地表越来越多，游人带来的经济效益和生态损失矛盾日渐凸显。

武功山草甸退化是一个长期过程，首先表现为植被盖度变小，植物的多样性和多度都有所减少，进而土壤养分流失，肥力下降，土壤养分的减少和植被的退化呈正反馈关系。目前，研究草甸退化对土壤养分影响的文章有很多[4,12-17]，其结论均说明草甸退化会导致土壤养分流失。但由于研究区域植被分布、海拔、气候及地形的不同以及研究方法的差异，研究不同草甸退化程度对土壤养分影响的结论不尽相同，既有随着退化的加重，土壤养分含量持续下降[12]，也有先升后降但总体呈下降趋势[14]。

武功山的草甸是否能够恢复，对其今后的可持续发展至关重要，笔者希望通过本研究，为探索影响武功山山地草甸土壤生态系统功能恢复的关键因子，以及后续的施肥试验提供理论依据，并且指导其退化区域的植被恢复。接下来对武功山的退化草甸的研究可以扩展到土壤物理性质、微生物以及地上地下生物量的变化，力求全方位剖析退化对草甸生态系统的影响，从而得到草甸恢复的最佳方案。

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[2] 赵晓蕊,郭晓敏,张金远,等.武功山山地草甸生态系统土壤无机磷垂直地带性分布特征[J].草业科学,2014,31(9):1610-1617.

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(责任编辑： 刘 海)

Response of Soil Chemical Property to Ecosystem Degradation of Meadow in Wugong Mountain

ZHAO Ziwen1,2， ZHANG Wenyuan1,2, QIAN Weiping3， LIU Yuxin1，HU Yaowen1,2， PENG Huiwu3， GUO Xiaomin1,2*

(1.CollegeofForestry,JiangxiAgriculturalUniversity,Nanchang,Jiangxi330045; 2.JiangxiKeyLaboratoryofForestCultivation,JiangxiAgriculturalUniversity,Nanchang,Jiangxi330045; 3.PingxiangInstituteofForestScience,Pingxiang，Jiangxi337000,China)

The effect of ecosystem degradation on soil chemical property of mountain land meadow, Wugong Mountain, Jiangxi and correlations between different indexes of soil chemical property were analyzed to provide the theoretical basis and technological support for recovery of degradation mountain land meadow. Results:Meadow degradation results in decrease of soil cation exchange capacity, which indicates that meadow degradation reduces soil fertilizer conservation capacity obviously. The soil exchangeable acid content and soil nutrition content of degradation meadow both present a declining trend. The correlations between soil cation exchange capacity and total nitrogen, available nitrogen in degradation meadow decrease. The correlation between soil pH and nitrogen in degradation meadow changes from non-correlation to very significant negative correlation(r=-0.733，P<0.01), but the correlation between soil pH and available K in degradation meadow changes from significant negative correlation to non-correlation(P>0.05).

degraded meadow; soil chemical property; elevation; ecosystem; Wugong Mountain in Jiangxi

2014-12-26； 2015-07-03修回

国家科技支撑项目“武功山山地草甸生态修复技术研究及示范”(2012BAC11B06)；国家自然科学基金项目“武功山山地草甸退化土壤生态特征时空变异与土壤碳汇响应机制研究”(30960312)

赵自稳(1989-)，男，在读硕士，研究方向：环境破坏与土壤生态、养分。E-mail: zzwjxau@163.com

*通讯作者：郭晓敏(1956-)，女，教授，从事地力维持、植被恢复和城市林业等研究。E-mail: gxmjxau@163.com

1001-3601(2015)07-0391-0177-04

S714.5

A

农业信息·农业工程·资源环境

Agricultural Information and Technology·Agricultural Engineering·Resource and Environment