冀北围场地区不同植被恢复模式下土壤理化性质研究

刘永定+李勇+雪梅

摘 要：为探究不同植被恢复模式下的土壤理化性质变化特征，对冀北地区围场县的不同植被恢复模式下（空白区、水区、藻区、草区、藻草区）的土壤理化性质进行研究。在不同植被恢复模式下设置样地，分层取样，分别测定了土壤pH、容重、土壤含水量、速效氮、速效磷、速效钾含量。结果表明：围场荒漠区土壤理化性质总体变化特征：土壤pH为6.06～7.39，土壤容重，土壤含水量0.21%～6.32%，土壤速效氮0.3～34.64mg/kg，速效磷0.08～0.8mg/kg，速效钾10.9～34.9mg/kg；围场荒漠区的土壤理化性质随不同的植被恢复模式呈现一定的差异性，总体来说，草区和藻草区的土壤容重和速效氮含量要高于其它区域，但速效磷和速效钾含量要低于其它区域，土壤pH的含量在5个处理区域内无显著差异。

关键词：围场；植被恢复；土壤理化性质

中图分类号：S-3 文献标识码：A DOI：10.11974/nyyjs.20170431001

前言

荒漠化（desertification）是由于干旱少雨、植被破坏、大风吹蚀、流水侵蚀、土壤盐渍化等因素造成的大片土壤生产力下降或丧失的自然（非自然）现象[1]。在全世界一百多个国家当中，超过10亿人口受到荒漠化影响[2]。我国河北省北部超过60万人口，经境内贫困人口众多，而且集中，人口的逐渐增长与土地利用面积减少的矛盾逐渐凸显。当地在极端暴雨或干旱天气下极易造成泥沙流或沙尘暴，造成植被破坏，侵蚀土壤，导致薄土层全部流失，造成严重水土流失和荒漠化，水分、养分调蓄能力迅速降低[3]。水土流失和荒漠化已经成为制约我国冀北地区区域经济发展和人类生存的重大生态问题，然而，目前我国冀北地区恢复生态学理论研究远远落后于荒漠化治理实践，荒漠化生态系统恢复重建严重缺乏相关理论研究的科学支撑，导致荒漠化治理成效不明显，存在荒漠化治理后的生态系统结构简单、稳定性差、抵抗力弱，治理成果难以维系等一系列问题[4]。

土壤是陆地生态系统的重要组成部分，是生态系统诸多生态过程的载体，是植物群落更新演替过程中不可或缺的研究内容[5-8]。通过对特定环境条件下生态系统演替过程中土壤理化性质变化的研究，将有助于认识生态系统演变过程中地上与地下相互作用关系及机理，进而为实现人工调控草原更新演替的进程提供科学依据[9-12]。但到目前为止，尽管对冀北地区生态系统单一生态过程的研究较为深入，但对冀北地区生态系统植物多样性和土壤理化性质缺乏深入研究，其时空分异及其对荒漠化演替过程的响应尚无研究； 荒漠化环境经过人工更新演替后，植物多样性和土壤理化性质特征及变化趋势如何，人工植被演替又怎样影响地下土壤的演变，以及构建怎样的草原植被才有利于该区域土壤性质的改善等问题，尚缺乏研究[13-18]。为此，本研究以冀北地区围场满族自治县环境为研究对象，研究不同植被恢复措施后植物多样性和土壤理化性质特征及其两者之间的相关性，探讨荒漠化过程中植物多样性和土壤理化性质的变化规律及其响应机制，以期为冀北地区乃至中国北方草原生态保护和荒漠化生态系统恢复重建提供理论支撑。

1 研究区概况与方法

1.1 研究区概况

研究区位于围场满族蒙古族自治县卡伦后沟牧场，牧场中心坐标N41°568.78”，E116°4545.09”，平均海拔高度1021m，处于内蒙古高原与华北山地的交接带、冀北山地森林与内蒙古草原的过渡带。研究区夏短冬长，盛行偏南风，属半干旱向半湿润过度、寒温带向中温带过度、大陆性季风型山地气候。多年平均降水373mm，其中6—8月降水占全年降水的70%～80%，极端最高气温39.4℃，极端最低气温-28.7℃，多年平均气温5.1℃，全年日照时数为2704h，平均冻土深度90.2cm，土壤以山地棕壤、褐土为主，兼有少量的栗钙土、风沙土、草甸土、灰色森林土、沼泽土，研究区位置图如下图1所示：

1.2 样方设置

在对研究区详细踏查的基础上，选取恢复治理荒漠化过程中的5个植被恢复措施为研究對象，分别为空白区（对照）、水区（用洒水车洒水）、藻区（用洒水车对藻液进行喷洒）、草区（撒播苜蓿和沙打旺）和藻草区（用洒水车对藻液进行喷洒并撒播苜蓿和沙打旺）。针对这5个不同的植被恢复处理，分别在每个处理按照坡上、坡中、坡下进行样方设置，共设立了5×3个研究样方，每个样方的面积为20 m × 20 m，样方的详细情况见表1。

1.3 土壤样品的采集及其理化性质分析

1.3.1 土壤样品采集

在各样地中心按蛇形方式选3个采样点，各点间距在5m之内。在各样点按照0～5cm、5～10cm和10～20cm的层次收集土壤样品，每个土壤层3次重复，均匀混合组成待测土样。荒漠化区域土壤很薄，部分仅有15cm左右，因此以0～20 cm土壤层中作为研究对象。

1.3.2 土壤理化性质测定

容重、自然含水量采用环刀法和烘干法[19]； pH值采用2.5：1的水土比，用电位计法测定； 水解N采用碱解扩散法测定[20]； 速效P采用碳酸氢钠浸提为钼锑抗比色法测定[21]； 速效K采用中性乙酸铵提取为火焰光度计法测定[22]；以上分析方法见土壤农业化学分析方法[23]。

1.4 数据处理与分析

采用Excel软件进行绘图，利用SPSS16.0软件进行方差分析、t 检验、多重比较（Duncan检验） 、相关性分析和主成分分析等统计分析。

2 结果分析与讨论

2.1 不同处理土壤的pH、容重、土壤含水量变化特征

如表2所示，不同处理土壤的pH、容重和土壤含水量不同，处理内的不同坡位的土壤pH、容重及含水量也不同。在同一区域内，坡上的土壤pH要大于坡中及坡下部位，即坡上部位的土壤更为碱性些。从土壤容重来看，有撒播草种的区域，其土壤容重要大于未撒播的，这可能与植物根系对土壤性质的改良作用有关。5个区域中的土壤含水量，空白区和洒水区域呈现典型的冀北干旱特征，其有些土壤层的土壤含水量不足1%，但喷洒藻种的藻区，其土壤含水量有一定程度的提升，但仍不足草区和藻草区的含水量大，这说明草区和藻草区对改善当地土壤环境具有显著作用。

2.2 不同处理土壤的速效氮、磷、钾的变化特征

如图2所示，不同处理的各层土壤速效氮含量呈现不同的变化特征，总体来说，空白区和只洒水的区域中，速效氮的含量要显著低于藻区、草区和藻草区（P<0.05）。这说明未采取任何植被恢复措施和只对研究区采取洒水处理对土壤速效氮含量的提高并无明显效果，洒水区域相当于多增加了降水，也就是说增加降水对土壤速效氮含量的提升并无显著作用[24]。在有植被恢复措施的草区、藻区和藻草区，可以看出不同植被恢复措施对土壤氮含量的改良具有显著作用，但只撒播草种的区域和只喷洒藻种的区域对土壤氮含量提升的效果相同，2个处理区域的土壤氮含量并无显著差异（P<0.05）。同时可以看出的是，即喷洒草种又喷洒藻种对速效氮含量提升的效果最显著，说明藻草区对改善区域土壤氮含量具有重要贡献[25]。

如图3所示，同处理的各层土壤速效磷含量呈现不同的变化特征，总体来说，5个处理区域的速效磷含量并无相差太大，有撒草种的草区及藻草区内速效磷含量要显著低于其它3区域（P<0.05）。空白区、水区和藻区内的速效磷含量并无显著差异（P>0.05），根据以上特征变化可以得出，有草种的区域生长的植被较为丰富，可能对土壤速效磷的吸收更为强烈[26]，因此在检测的土壤样品中含有的速效磷较少，而水区、空白区域及藻区内的植被种类和盖度几乎一样，该区植被对土壤速效磷含量的吸收也一样[27]，并能维持较高的水平。

如图4所示，同处理的各层土壤速效钾含量呈现不同的变化特征，总体来说，空白区和水区内的速效钾含量要显著高于其它3个区域（P<0.05），说明增加降水对速效钾的增加无显著作用。而在草区、藻区及藻草区内，速效钾的平均含量排序为藻区>草区>藻草区，根据研究区内的植被生长状况可以看出，藻草区的植被盖度和多样性最好，草区次之，藻区最差，植被生长良好和旺盛的区域对钾肥的吸收利用率更高，所以造成钾肥的含量呈现这样的梯度变化。

3 结论

总的来说，围场荒漠区土壤理化性质总体变化特征：土壤pH为6.06～7.39，土壤容重，土壤含水量0.21%～6.32%，土壤速效氮0.3～34.64mg/kg，速效磷0.08～0.8mg/kg，速效钾10.9～34.9mg/kg。此外围场荒漠區的土壤理化性质随不同的植被恢复模式呈现一定的差异性，总体来说，草区和藻草区的土壤容重和速效氮含量要高于其它区域，但速效磷和速效钾含量要低于其它区域，土壤pH的含量在5个处理区域内无显著差异。撒播草种的区域的土壤理化性质和土壤含水量要比未散播的区域好，增加降水对改善和提高土壤理化性质无显著影响，藻液区和空白区的土壤理化性质相同，这是由于藻液喷洒后的时间段尚未完全发挥改良土壤改善土壤理化性质的作用。本研究尚未对土壤有机质进行分析处理，再接下来的研究可以综合前几年的土壤理化性质对荒漠区植被恢复模式做更为深入的探讨。

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作者简介：李勇（1973-），主要从事环境污染和生态修复相关方面的研究。