不同植被恢复土壤容重和孔隙度特征分析

张学权

(成都大学 旅游与经济管理学院， 四川 成都 610106)

不同植被恢复土壤容重和孔隙度特征分析

张学权

(成都大学 旅游与经济管理学院， 四川 成都 610106)

土壤物理结构的优化也是退耕还林工程建设的目标之一.通过对退耕还林不同植被恢复类型土壤容重和孔隙度的测定，并与农耕地比较，探讨植被恢复后土壤容重和孔隙度的变化特征.结果表明，土壤容重的改良并非退耕后植被恢复初期就能实现的，土壤孔隙度也远不在土壤适宜范围之内，不同植被恢复类型对土壤容重和孔隙度的改良存在明显不同；土壤物理结构的改良尚需植被恢复后对土壤—植被系统科学合理的经营和持续的保护才能实现.

植被恢复；土壤容重；土壤孔隙度

0 引 言

土壤结构退化主要表现在土壤容重、孔隙度与团聚体含量等方面的变化.容重的大小可以反映土壤通透性的好坏，直接影响土壤的通气透水性能[1].随着土壤退化过程的发展，地表土壤质地发生变化，有机质含量也渐次减少，土壤结构变差，土壤容重也随之变大[2].因此，土壤容重与土壤退化程度有着明显的关系，是土壤退化的重要物理指标之一.土壤孔隙的大小、数量及其分配是土壤物理性质的基础，也是评价土壤结构特征的重要指标，土壤结构肥力在一定程度上决定于土壤的孔性[3].由此，除研究退耕还林对水土流失的治理效应以外，探讨退耕地不同植被恢复对土壤容重和孔隙度的影响有助于深层次理解退耕还林工程的成效.

1 材料与方法

1.1 试验地概况

本研究试验地设在四川盆地边缘低山地的洪雅县境内，其县域西南部海拔2 000 m左右，东北部丘陵海拔降至500 m左右.全县以低、中山为主.区域内土壤侵蚀较为严重，退耕还林植被恢复主要采取“竹+草和林+草”模式，以此来实现生态治理土壤侵蚀和逐步调整农村产业结构的目的.

1.2 研究方法

在试验区选取退耕5年的桦木+牛鞭草、苦竹+牛鞭草、纯牛鞭草地和杂交竹+牛鞭草4种植被恢复类型作为研究对象，另设传统农耕地作为对照，进行土壤容重和孔隙度的试验研究.土壤容重和土壤田间持水量采用环刀法测定[4].

2 结果与分析

2.1 不同植被恢复下土壤容重的变化

土壤容重反映了土壤的松紧度和对地表水的蓄积能力，是衡量土质疏松度的指标之一.它影响到土壤的空隙度大小分配，以及土壤水的穿透阻力，进而影响到土壤的水肥气热条件与植物根系在土壤中的穿插.退耕还林植被恢复初期的土壤容重的变化主要取决于恢复前土壤质地，恢复后植被的具体类型以及人为经营措施等几方面的影响.不同植被恢复类型的土壤容重试验结果见表1.

表1 不同植被恢复类型土壤容重的变化(g/cm3)

从表1数据看，桦木+牛鞭草类型和纯牛鞭草类型土壤0～20 cm、20～40 cm的土壤容重均比农耕地对应土层高，苦竹+牛鞭草和杂交竹+牛鞭草地则有所减少，说明桦木+牛鞭草和纯牛鞭草这2种植被恢复类型植被恢复前期对土壤容重的改良效果尚未体现，而苦竹+牛鞭草和杂交竹+牛鞭草这2种植被恢复类型植被恢复对土壤容重的改良效益则很快就表现出来.

植被恢复初期土壤容重变化主要取决于两方面：一是土壤容重会有增大趋势，原因在于土壤翻耕停止，土壤颗粒在重力、化学和生物等共同作用下相互结合更加紧密，从而使土壤容重有增大；二是土壤容重会有减小趋势，原因在于植被恢复迅速，植物根系量大且伸展范围广，枯落物多等导致土壤孔隙度增加，从而使土壤容重有减少.桦木+牛鞭草中由于桦木处于幼龄阶段，尚未形成植被系统效应，根系量还少，土壤容重的大小主要取决于先期土壤质地以及土壤的重力作用；纯牛鞭草地的土壤容重增大除土壤自然下沉以外，刈割时人工外力的作用也是一个因素.苦竹+牛鞭草与杂交竹+牛鞭草种植4年后土壤容重有一定的减小，这与苦竹、杂交竹植被类型根系量大、分布宽的生物学特性有密切关系.研究发现，4种植被恢复对土壤0～20 cm土层容重的改良效果依次为，苦竹+牛鞭草>杂交竹+牛鞭草>桦木+牛鞭草>纯牛鞭草；4种植被恢复对土壤20～40 cm土层容重的改良效果依次为，杂交竹+牛鞭草>苦竹+牛鞭草>桦木+牛鞭草>纯牛鞭草.

通常，土壤容重值多介于1.0～1.5 g/cm3之间[4]，试验区4种退耕种植类型土壤容重介于1.30～1.54 g/cm3之间，在该土壤质地下尚属偏大，虽然苦竹+牛鞭草和杂交竹+牛鞭草对土壤性质有一定的改善作用，但效果不太明显，距川西地区杉木人工成熟林地土壤容重还有较大差距[5].

2.2 不同植被恢复下土壤孔隙度的变化

土壤结构肥力在一定程度上决定于土壤的孔性，而植被恢复对土壤孔隙度的改变机理主要体现在：地表径流减少，土壤砂粒生物分化和分解等增加土壤粉粒和黏粒的积累；增加土壤腐殖质(有机质)；死亡根系形成非毛管孔隙；土壤微生物活动增加非毛管孔隙.4种退耕还林植被恢复对土壤孔隙度影响的试验结果表2.

从表2可以看出，与农耕地比较，4种植被恢复类型土壤0～20 cm、20～40 cm的总孔隙度除纯牛鞭草地20～40 cm土层外都有一定程度的增加，其增加的情况分别是苦竹+牛鞭草的4.72%和4.67%，杂交竹+牛鞭草的2.69%和5.48%，桦木+牛鞭草的0.58%和0.71%，纯牛鞭草地的0.07%和-0.63%.相对来说，苦竹+牛鞭草和杂交竹+牛鞭草植被恢复对土壤孔隙度的改良效果明显，桦木+牛鞭草和纯牛鞭草的短期改良效果不明显.

从4种植被恢复类型土壤孔隙度变化与农耕地的对比关系可知，加主要取决于毛管孔隙的增加，上下土层分别增加了6.7%和2.8%，非毛管孔隙反而有些减少(-19.2%和-6.0%).可见，该类型植被恢复后短期内因土壤在自然重力作用下沉，细小土壤颗粒得到保持和细沙粒、粉粒和黏粒通过各种途径增多了毛管孔隙，而因土壤腐殖质(有机质)增多、植物根系死亡腐烂等形成非毛管孔隙的增加现象还未形成.苦竹+牛鞭草土壤上下土层毛管孔隙分别增加了8.4%和6.5%，非毛管孔隙增加了16.6%和36.6%，其土壤总孔隙的增加来自2个方面，且以非毛管孔隙的增加为主.试验表明，4个影响土壤孔隙度机理的植被因素都有可能存在，而又以土壤腐殖质(有机质)增多，使土壤微团聚体和稳定性团聚体增多，植物根系死亡腐烂和土壤微生物活动增加进而增加土壤非毛管孔隙为主要方面.纯牛鞭草植被对土层0～20 cm和20～40 cm土壤孔隙的影响表现为非毛管孔隙分别比农耕地下降12.8%和9.7%，毛管孔隙的变化为上层增加2.7%和下层下降0.13%.纯牛鞭草地退耕后，土壤不再翻耕，土壤容重较大，土壤在重力作用下自然下沉幅度加大，加上牛鞭草刈割时外力践踏作用使得土壤非毛管孔隙下降幅度大.毛管孔隙与农耕地相比变化很小，虽然牛鞭草根系对土壤孔隙也有一定的改良作用，但由于人为不正确的刈割时间和方式的干扰(7～8月全部刈割)，遇强降雨时，土壤细小颗粒侵蚀严重.杂交竹+牛鞭草植被对土壤孔隙的改良与苦竹+牛鞭草植被类型基本一致，土壤上层结构的改良以增加非毛管孔隙为主，提高13.1%，对土壤下层结构的改良以增加毛管孔隙为主，提高14.1%.

桦木+牛鞭草土壤总孔隙度的增

从植物生长来看，土壤总孔隙度在50%～60%左右，非毛管孔隙和毛管孔隙同时存在，且比值为0.4～0.5最适宜.非毛管孔隙度低于10%时，通气状况受到阻碍[6].试验数据表明，4种植被恢复类型土壤总孔隙度都偏小，特别是各植被恢复类型土壤20～40 cm土层总孔隙度都小于50%，非毛管孔隙度也都低于10%，非毛管孔隙/毛管孔隙值在0.14～0.21之间，这表明耕地植被恢复或重建后，在短期内虽可达到一定的保水固土功效，但土壤结构系统的改良，尤其是土壤结构肥力的重建与改良差距还很大.

3 结论与讨论

本研究认为，短期内，植被恢复对土壤容重的改良作用很小，停耕后由于土壤的下沉，土壤容重在一定时间内可能增加，桦木+牛鞭草地和纯牛鞭草地均属如此.虽然苦竹+牛鞭草和杂交竹+牛鞭草对土壤容重有一定的改善作用，但效果不明显.可见，土壤系统结构的改良并非停耕后短期植被恢复就能实现的，还需长时间的植被系统的枯落物、根系等与土壤的相互作用，并通过对植被系统的保护和合理的经营，以及对土壤适当的维护才可能实现土壤—植被生态系统的恢复和重建.

同时，试验还发现，植被对土壤孔隙的影响表现在增加土壤腐殖质、减少土壤细粒流失等多个方面.4种植被恢复类型土壤孔隙度总体上都优于农耕地，但是不同类型植被恢复对土壤总孔隙度的提高机理有所不同：桦木+牛鞭草和纯牛鞭草地的增加源于土壤毛管孔隙，而苦竹+牛鞭草和杂交竹+牛鞭草的增加主要源于土壤非毛管孔隙.这说明植被恢复重建坡耕地土壤—植被生态系统时，控制土壤侵蚀是考虑的一个重要方面，而植被类型的选择，尤其是枯落物情况和植物根系类型的选择也是需要重点考虑.此外，4种植被恢复类型土壤总孔隙度都偏小，特别是土壤20～40 cm土层都小于50%，非毛管孔隙度都低于10%，非毛管孔隙/毛管孔隙值还处于0.14～0.21之间，与土壤适宜范围相差甚远.此表明，退耕还林工程不仅仅是林或者竹栽种几年后植被郁闭了就完成了，对土壤系统结构改良的工程效果还需十几年甚至更长时间才能有较大成效.因此，本研究建议，退耕后持续的保护需继续纳入退耕还林工程范围.

[1]吕殿青,邵明安,潘云.容重变化与土壤水分特征的依赖关系研究[J].水土保持学报，2009，23(3):209-212．

[2]董田建,程力,张学强.洪雅林场3种植被恢复模式下土壤理化性质的调查分析[J].四川林业科技，2015,36(1):43-47.

[3]彭东海,侯晓龙,何宗明，等.金尾矿废弃地不同植被恢复模式对土壤理化性质的影响[J].水土保持学报，2015，29(6)：137-142.

[4]黄昌勇.土壤学[M].北京：中国农业出版社，2000.

[5]万雪琴.坡耕地退耕还林后的植被恢复及改土效应[D].成都：四川农业大学，2003.

[6]罗水发.尾叶桉林地不同时期土壤物理性状研究[J].福建林业科技，2001,28(3):39-41.

Abstract:The optimization of soil physical structure is also one of the objectives of the project of returning farmland to forestry.Through the determination of soil bulk density and porosity of different types of vegetation restoration after the process of returning farmland to forestry,and their comparison with farmland,the paper discusses the changing characteristics of soil bulk density and porosity after vegetation restoration.The results show that the improvement of soil bulk density is not realized at the early stage of vegetation restoration,the soil porosity is not in the appropriate range at all.There are significant differences in soil bulk density and porosity between different vegetation restoration types.The soil physical structure improvement depends on reasonable management and sustainable protection of the soil-vegetation system after vegetation restoration.

Keywords:vegetation restoration;soil bulk density;soil porosity

AnalysisofSoilBulkDensityandPorosityinDifferentVegetationRestoration

ZHANGXuequan

(School of Tourism, Economics and Management, Chengdu University, Chengdu 610106, China)

S152.5

A

1004-5422(2017)03-0325-03

2017-08-15.

张学权(1967 — )， 男， 博士， 教授， 从事林业与生态园林关键技术研究.