尕海湿地植被退化与土壤蓄水性能

当知才让

（甘肃黄河首曲国家级自然保护区管理局，甘肃 玛曲 747300）

湿地是全球生态系统的重要组成部分[1]，能够调节气候、保持水土、涵养水源、抵御洪水，被誉为“地球之肾”[2]。近些年，受气候变化和过度放牧影响，部分区域的湿地出现不同程度植被退化，带来土壤水源涵养力降低、沙漠化程度加深等一系列问题[3-5]。植被退化引起了湿地下垫面土壤结构的破坏，严重影响湿地生态系统的土壤蓄水性能。

尕海湿地位于甘肃省碌曲县，是青藏高原湿地的重要组成部分。近年来，尕海湿地植被退化，土壤物理性质也出现不同程度的变化[6]。目前对尕海湿地研究主要集中在土壤有机碳含量、生物多样性等方面[7-8]，而对植被退化过程中湿地土壤蓄水性能的报道相对较少。鉴于此，选择尕海湿地生态系统作为对象，研究植被退化对土壤蓄水性能的影响，旨在揭示湿地土壤对植被退化的响应过程及变化趋势，以深入理解高寒湿地植被退化机制及其环境效应，为预防高寒区湿地植被退化和植被恢复提供科学依据。

1 研究区概况

尕海湿地位于甘肃省碌曲县尕海—则岔国家级自然保护区内，面积4.31 万hm2，地理坐标102°05′00″～102°29′45″E、33°58′12″～34°30′24″N，海拔3 430～4 300 m，为典型的高原湿地。研究区属于青藏高原气候带高寒湿润气候区，年平均气温1.2 ℃，7 月气温最高，1 月气温最低，年较差19.6℃；年均降水量781.8 mm，主要集中在7～9 月，年均蒸发量1 150.5 mm；长冬无夏，年平均冬季240 d，无绝对无霜期。土壤类型主要包括暗色沼泽化草甸土、沼泽土和泥炭土等[9]。湿地植被以嵩草属为建群种，主要植物有西藏嵩草Kobresia tibetica、青藏薹草Carex moocroftii、线叶蒿Artemisia subulata、冷蒿A.frigida、密毛白莲蒿A.sacrorum、蕨麻Potentilla anserina、散穗早熟禾Poa subfastigiata 等[2]。

2 材料与方法

2.1 样地设置

尕海湖周边湿地植被退化程度由湖边向外依次加重。根据张晓龙等人[10]的湿地退化标准，以及马维伟等人[11]研究成果，在尕海湖周边依次划分为4 个植被退化梯度带：未、轻、中、重。每个退化带随机选择3 个样地，共计12 个样地，记载植被和地理及环境特征[11]，具体见表1。

表1 样地基本资料

2.2 土样采集方法及测定

每个样地内随机选取5 个样方，样方规格50 cm×50 cm。清除样方表层枯枝落叶，挖掘土壤剖面，环刀分层采取原状土带回实验室测定。取样层：浅，0～10 cm；中，10～20 cm；深，20～40 cm。环刀浸水法测定土壤容重、土壤饱和持水量、毛管持水量、田间持水量，计算土中径流量[12]。

2.3 数据处理

Excel 2010 软件整理数据，SPSS 25.0 软件进行单因素方差分析及多重比较分析，判定阈值0.05。

3 结果与分析

3.1 土壤饱和持水量与退化程度的关系

图1 显示，浅层土壤饱和持水量分为未、轻—中—重2 个等效组，组内无而组间有统计学差异，说明植被退化与浅层土壤饱和持水量之间存在关联。浅层土壤饱和持水量数值，未＞轻—中—重等效组，说明伴随植被退化浅层土壤饱和持水量呈降低趋势。重退化组浅层土壤饱和持水量标准差较大，说明植被重度退化可能导致浅层土壤饱和持水量大幅度变化。未退化组浅层土壤饱和持水量标准差也较大，说明除植被退化外，还可能存在其他因素影响浅层土壤饱和持水量。

中层土壤饱和持水量，在未、轻、中、重4 个退化组之间无统计学差异，说明植被退化与中层土壤饱和持水量之间不存在关联。未、轻、重3 个退化组中层土壤饱和持水量标准差较大，说明存在非植被因素影响中层土壤饱和持水量。

深层土壤饱和持水量分为未—轻、中、重3 个等效组，组内无而组间有统计学差异，说明植被退化与深层土壤饱和持水量之间存在关联。深层土壤饱和持水量数值，未—轻＜重＜中等效组，说明伴随植被退化深层土壤饱和持水量呈增加趋势。未、中退化组深层土壤饱和持水量标准差较大，而且饱和持水量数值，中＞重退化组，说明存在非植被因素影响深层土壤饱和持水量。综合而言，深层土壤饱和持水量的变化可能在较大程度上受非植被因素影响。

图1 不同退化程度各土层土壤饱和持水量

3.2 土壤毛管持水量与退化程度的关系

图2 显示，浅层土壤毛管持水量分为未、轻、重3 个等效组，组内无而组间有统计学差异，中退化组与轻、重2 个退化组之间无统计学差异，说明植被退化与浅层土壤毛管持水量之间存在关联。浅层土壤毛管持水量数值，未＞轻＞重退化组，说明伴随植被退化浅层土壤毛管持水量呈降低趋势。未退化组浅层土壤毛管持水量标准差较大，说明存在非植被因素影响浅层土壤毛管持水量。

中层土壤毛管持水量，未、轻、中、重4 个退化组之间无统计学差异，说明植被退化与中层土壤毛管持水量之间不存在关联。未、轻、重3 个退化组中层土壤毛管持水量标准差较大，说明存在非植被因素影响中层土壤毛管持水量。

深层土壤毛管持水量分为未—轻、中2 个等效组，组内无而组间有统计学差异，重退化组与2个等效组均无统计学差异，说明植被退化与深层土壤毛管持水量之间存在关联。深层土壤毛管持水量数值，未—轻＜中等效组，重退化组介于2 个等效组之间，说明伴随植被退化深层土壤毛管持水量呈波动增加趋势。未、中退化组深层土壤毛管持水量标准差较大，说明存在非植被因素影响深层土壤毛管持水量。综合而言，深层土壤毛管持水量可能较大程度上受非植被因素影响。

图2 不同退化程度各土层土壤毛管持水量

3.3 土壤田间持水量与退化程度的关系

图3 显示，浅层土壤田间持水量，未、轻、中、重4 个退化组之间有统计学差异，说明植被退化与浅层土壤田间持水量之间存在关联。浅层土壤田间持水量数值，未＞轻＞中＞重退化组，说明伴随植被退化浅层土壤田间持水量呈单调降低趋势。未、中退化组浅层土壤田间持水量标准差较大，说明存在非植被因素影响浅层土壤田间持水量。

图3 显示，中层土壤田间持水量，未、轻、中、重4 个退化组之间无统计学差异，说明植被退化与中层土壤田间持水量之间不存在关联。中退化组中层土壤田间持水量标准差均较大，说明存在非植被因素影响中层土壤田间持水量。

图3 不同退化程度各土层土壤田间持水量

图3 显示，深层土壤田间持水量分为未—轻—重、中2 个等效组，组内无而组间有统计学差异，说明植被退化与深层土壤田间持水量之间存在关联。深层土壤田间持水量数值，未—轻—重＜中等效组，说明伴随植被退化深层土壤田间持水量呈波动增加趋势。4 个退化组深层土壤田间持水量标准差均较大，说明存在非植被因素影响深层土壤田间持水量。综合而言，深层土壤田间持水量的变化可能较大程度上受非植被因素影响。

3.4 土壤土内径流量与退化程度的关系

图4 显示，浅层土内径流量，未、轻、中、重4个退化组之间无统计学差异，说明植被退化与浅层土内径流量之间不存在关联。未、重度退化组浅层土内径流量标准差非常大，高达组平均值的近1/2，说明存在非植被因素影响浅层土内径流量剧烈变化。综合而言，浅层土内径流量的变化可能强烈受非植被因素影响。

中层土内径流量分为轻—重、中2 等效组，组内无而组间有统计学差异，未退化组与2 个等效组之间均无统计学差异，说明植被退化与中层土内径流之间存在关联。中层土内径流量数值，中＞轻—重等效组，未退化组介于2 个等效组之间，说明伴随植被退化中层土内径流量呈波动增加趋势。未、轻、中3 个退化组中层土内径流量标准差较大，说明存在非植被因素影响中层土内径流量。综合而言，中层土内径流量的变化可能较大程度上受非植被因素影响。

深层土内径流量分为未—轻、中—重2 个等效组，组内无而组间有统计学差异，说明植被退化与深层土内径流量之间存在关联。深层土内径流量数值，未—轻＜中—重等效组，说明伴随植被退化深层土内径流量呈增加趋势。未、轻、重退化组深层土内径流量标准差较大，说明存在非植被因素影响深层土内径流量。综合而言，深层土内径流量随植被退化而增加，并受其他因素的影响。

图4 不同退化程度各土层土内径流量

3.5 综合分析

田间持水量反映土壤蓄水性能。由图3 可以看出，伴随植被退化，浅层土壤蓄水性能呈单调降低趋势，中层则无变化，深层呈波动变化趋势。植被覆盖地表，不可能越过中层单独影响深层土壤蓄水性能。因此，深层土壤蓄水性能伴随植被退化的波动是非植被因素所致。土壤水分通过毛细作用蓄存在毛管孔隙中[13]，植被枯枝落叶降解后的腐殖质可以粘结土壤颗粒形成团粒结构，增加毛管孔隙，从而提高土壤蓄水性能。因此，尕海湿地浅层土壤蓄水性能随植被退化呈单调降低的趋势，说明植被退化降低浅层土壤蓄水性能。

土中径流量反映土壤失水性能。由图4 可以看出，植被退化与浅层土壤失水性能无关，与中、深层失水性能存在关联；伴随植被退化，中、深层土内径流量增加但有所波动。土内径流是土壤水分在重力作用下的运动，发生在孔径大于毛管孔的容气孔中。缺少植被覆盖，地表土壤颗粒易受风蚀影响，地表团粒还会在降雨冲击作用下崩解随水入渗阻塞容气孔隙，从而影响土壤失水性能。植被退化，土壤内的死亡根系腐烂留下容气孔隙，从而增加土壤失水性能。因此，伴随植被退化，浅层土壤失水性能不受影响，而中层土壤受到一定促进，深层则更受促进，说明尕海湿地土壤失水性能的变化主要源于根系枯死。值得注意的是，浅层土壤未、重退化组土内径流量标准差异常大，说明引起浅层土内径流性能剧烈变化的因素不是植被退化，而是非植被因素。

土壤饱和持水量和毛管持水量包涵田间持水量和土内径流量2 项指标，在一定程度是后者的综合反映。对比图1、图2 与图3 可见，伴随植被退化，土壤饱和持水量和毛管持水量变化趋势与田间持水量相似，其差异恰恰在土内径流量的变化中得到解释。因此，研究土壤蓄水和失水性能，只需通过田间持水量和土内径流量2 项指标即可，无需讨论土壤饱和持水量和毛管持水量2 项指标。

4 结论与讨论

伴随植被退化，尕海湿地0～10 cm 土层蓄水性能降低，田间持水量由32.81 mm 降低到15.65 mm；10～40 cm 土层蓄水性能则存在一定波动性变化；非植被因素也会引起土壤蓄水性能的较大变化。伴随植被退化，尕海湿地0～10 cm 土层失水性能不受影响，10～40 cm 土层失水性能则存在一定波动性变化，非植被因素也会引起土壤失水性能剧烈变化。总之，植被退化降低尕海湿地0～10 cm 土层蓄水性能，一定程度上影响10 cm以下土壤蓄水性能和失水性能，非植被因素也会引起土壤蓄水和失水性能的变化，甚至剧烈变化。

本次研究发现，非植被因素引起尕海湿地土壤蓄水和失水性能变化，尤其引起0～10 cm 土层失水性能剧烈变化，其影响程度甚至超过植被退化。除植被退化之外，具体还有哪些因素影响尕海湿地土壤蓄水、失水性能，尚需进一步研究确定。

致谢：本文撰写过程中得到了甘肃农业大学马维伟老师全面帮助，修改过程中得到了甘肃省林业科学研究院王俊杰研究员大力指导，在此一并致谢。