退化红壤区不同生态修复措施对土壤理化特性的影响

李燕燕，黄荣珍，樊后保，肖 龙

（1.南昌工程学院生态与环境科学研究所，江西 南昌 330099；2.江西省泰和县水土保持站，江西 泰和 343700）

退化红壤区不同生态修复措施对土壤理化特性的影响

李燕燕1，黄荣珍1，樊后保1，肖 龙2

（1.南昌工程学院生态与环境科学研究所，江西 南昌 330099；2.江西省泰和县水土保持站，江西 泰和 343700）

以裸露地为对照，对江西省严重退化红壤区不同生态修复措施（强烈干扰马尾松林、封禁、竹节沟、种草竹节沟、谷坊、无谷坊）下马尾松林分的土壤理化性质进行了研究。结果表明：与裸露地相比，不同恢复措施的马尾松林0 ～ 20 cm土层的容重明显降低，最小的为谷坊马尾松林，容重为1.21 g/cm3；种草竹节沟马尾松林对水分的改善效果最好，其0 ～ 20 cm土层的最大持水量、毛管含水量和土壤含水量分别为44.27%、48.24%和46.28%。与裸露地相比，6种马尾松林分的土壤有机质和养分含量明显增加，强烈干扰马尾松林、封育马尾松林、竹节沟马尾松林、种草竹节沟马尾松林、谷坊马尾松林和无谷坊马尾松林的土壤有机质含量分别比裸露地高1.41、4.51、2.73、5.66、8.91和3.66 g/kg；裸露地的N、P、K含量最低，种草竹节沟马尾松林的N含量最高，而竹节沟马尾松林的P和K含量最高。

红壤退化区；土壤理化特性；生态修复

我国南方红壤地区总面积203 153万km2，占全国土地总面积的21%，由于其地形起伏大、降水量多而集中、暴雨强度大等独特的自然条件和垦殖指数高、突出的人地矛盾，使该地区自然植被破坏严重，生态条件恶化，成为了我国水土流失最为严重的区域[1～2]。在多年的治理过程中，根据高温、多雨、无霜期长的气候条件、植被自然恢复能力强的特点，在红壤退化区形成了以人工植被或森林重建为主的生态恢复方式，根据许多学者的研究，不同类型的森林重建提高了土壤有机质含量、改善了通气状况，微生物量和酶活性得到了提高，特别是自然恢复林分其土壤质量优于人工抚育的林分[3～9]，这对于红壤地区的生态恢复有重要的指导意义。本研究以严重侵蚀红壤地辅以工程措施（水平沟、谷坊等）的生态修复林分为对象，通过其土壤理化特性研究，探讨不同修复模式对土壤地力的改良效果，为南方严重退化红壤区的生态修复和生产力提高提供科学依据。

1 研究区概况

试验地位于江西省泰和县老虎山小流域内114° 52′ ～ 114° 54′ E，26° 50′ ～ 26° 51′ N，属中亚热带季风气候，多年平均雨量为1 363 mm。无霜期288 d，平均气温为18.6℃，年平均大于10℃的积温为5 918℃，极端最高气温40.4℃、极端最低气温－6℃。老虎山小流域属平原面丘陵区，海拔80 ～ 200 m，流域内丘坡平缓，坡度多在5°左右，土壤为第四纪红色粘土发育而成的红壤，厚度一般为3 ～ 40 m。

2 研究方法

2.1 样地选取

本实验以裸露地（植被恢复前作为对照，用CK表示），采取不同生态修复模式进行红壤区退化地的治理，人工修复模式包括6种：在裸露地上治理恢复的强烈干扰马尾松（Pinus massoniana）林分（打松枝、耙松针，无任何抚育管理措施）、封育马尾松林分、竹节沟马尾松林分（开挖水平竹节沟）、种草竹节沟马尾松林分（带状种草且开挖水平竹节沟）、谷坊马尾松林分（在沟道下游修建拦挡水沙，以抬高侵蚀基准面的水土保持措施）、无谷坊马尾松林分。

裸露地属于强度土壤侵蚀，地表无任何草灌。林分为1983年植苗造林治理形成，2000年开挖完成竹节沟。本试验于2008年4月进行土壤样品的野外采样。各林分特征见文献[10]。

2.2 土壤样品的采集与测定

用环刀法（环刀分层：0 ～ 20，＞20 ～ 40 cm）取样，测定土壤容重、土壤持水量。在每个代表性地块上按0～ 10、＞ 10 ～ 20、＞20 ～ 40、＞ 40 ～ 60 cm四个层次采集土壤样品进行室内分析，土壤有机质采用重铬酸钾—浓硫酸外加热法，土壤全氮用硫酸—高氯酸消煮，半微量开氏法测定，土壤全磷采用钼锑抗比色法，全钾用Perkin-Elmer公司生产的ICP-MS（电感耦合等离子质谱仪）测定。

3 结果与分析

3.1 土壤物理性质

3.1.1 容重和含水量 从表1可以看出，裸露地表土没有植被保护，经过长期雨水冲刷后0 ～ 20 cm和 ＞ 20 ～ 40 cm土层容重分别为1.67和1.66 g/m3，经过人工修复后，处于坡面的强干扰马尾松林、封育马尾松林、竹节沟马尾松林和种草竹节沟马尾松林等林分0 ～ 20 cm土壤容重均有所下降，而且低于＞ 20 ～ 40 cm土层容重，分别为1.43、1.36、1.37和1.36 g/m3，处于坡底的谷坊马尾松林和无谷坊马尾松林，容重分别为1.21和1.24 g/m3。＞ 20 ～ 40 cm土壤的容重除竹节沟马尾松林略有增加外，其余林分＞ 20 ～ 40 cm土层的容重明显降低。这表明处于不同坡面位置的马尾松林均降低了土壤容重，使土壤的物理结构得到了改善。

在红壤退化区，土壤的含水量对植被恢复有重要作用，它影响着土壤中各种养分的输送，从而影响植被的生长和发育。自然恢复林分中，除封育马尾松林外，其余林分0 ～ 20 cm深度土层的最大持水量、毛管含水量和土壤含水量均高于裸露地，其中种草竹节沟马尾松林对水分的改善效果最好，其0 ～ 20 cm土层的最大持水量、毛管含水量和土壤含水量分别比对照高 92.40%、93.28%、117.50%，表明在退化红壤区林分恢复的过程中种草能明显提高土壤的水分含量，对林分的后期演替有非常重要的作用。处于坡底的谷坊马尾松林提高了侵蚀基准面，减少了水土流失，其最大持水量、毛管含水量和土壤含水量与无谷坊马尾松林相比分别提高了 10.99%、23.61%、39.04%。

表1 不同林分土壤容重和水分特性Table 1 Soil bulk density and moisture content properties under different sample plots

3.1.2 土壤机械组成 从表2可以看出，强烈干扰马尾松林 ＞ 1.00 mm的颗粒比例在81.2%，高于封育马尾松林和裸露地。人工修复林中，谷坊马尾松林和无谷坊马尾松林 ＞ 1.00 mm的石砾比裸露地明显降低，二者相差不大，而谷坊马尾松林中 ＜ 0.25 mm的细砂砾比无谷坊马尾松林中明显提高，从而使得土壤的粒级分布更加平均。开挖竹节沟的林分中，种草竹节沟马尾松林0.25 ～ 1.00 mm颗粒组成比例增大，而 ＜ 0.25 mm的细砂砾比例减少。

表2 0 ～ 20 cm土壤机械组成Table 2 Mechanical composition of soil layer of 0-20cm %

3.2 土壤化学性质

图1 不同林分土壤有机质含量Figure 1 Organic matter content in soil under different sample plots

3.2.1 有机质 从图1可以看出，所有林分有机质的含量在垂直方向上随土壤深度增加而逐渐减少。0 ～10 cm土层有机质含量从高到低依次为：种草竹节沟马尾松林、谷坊马尾松林、无谷坊马尾松林、封育马尾松林、竹节沟马尾松林、强干扰马尾松林、裸露地面。裸露地和强干扰马尾松林由于无植被覆盖，其0～ 10 cm与10 cm以下土层相差不明显，差异最明显的是种草竹节沟马尾松林，其0 ～ 10 cm土层比10 cm以下土层平均高12.14 g/kg，可见在红壤区种百喜草可以改善了土壤的微生物种类和数量，从而提高土壤有机质含量[11]。

3.2.2 养分含量 从N、P、K三种养分含量的平均值来看，三种养分含量的平均值的排列顺序为K ＞ N ＞P；不同水土保持措施的土壤养分含量均大于裸露地面和强干扰马尾松林，谷坊马尾松林的养分含量高出无谷坊马尾松5.5% ～ 29.9%。处于谷底的林分中，谷坊马尾松林修建了抬高侵蚀基准面的水土保持措施，其N、P、K含量显著高于无谷坊马尾松林；在坡面林分中，竹节沟马尾松林对P和K的改善效果最好，种草竹节沟马尾松林土壤N含量最高，而P和K低于竹节沟马尾松林，可能由于草本植物生长对P和K的需求较大，而对N的需求较小。

从图2可以看出，所有人工修复林分均提高了土壤表层的养分含量，而养分的垂直分布比较复杂，具体表现为：裸露地面、种草竹节沟马尾松林、谷坊马尾松林的0 ～ 10 cm土层N高于10 cm以下土层，其他林分则相反；裸露地土壤表层受雨水的冲刷，养分流失较多，因而其0 ～ 10 cm养分含量甚至低于强烈干扰的马尾松林。在坡面林分中，竹节沟马尾松林和强干扰马尾松林因前期或长期受到了人为干扰，土壤表层易流失元素N和K的含量低于10 ～ 20 cm土层，封育马尾松林由于没有人为干扰呈现相反的状态；而种植了百喜草的竹节沟马尾松林对表层土N和K的改善效果较好，显著高于10 ～ 20 cm土壤N和K含量。

图2 不同林分土壤各层次养分含量Figure 2 Organic matter content in different soil layer under different sample plots

4 结论与讨论

南方严重退化红壤区自然恢复林分和采取水土保持工程相结合的生态修复林分，土壤结构和水分含量得到改善，处于坡面的林分中，种草竹节沟马尾松林对土壤物理结构的改善效果最好，其0 ～ 20 cm土层的容重、最大持水量、毛管含水量和土壤含水量分别为1.36 g/cm3、44.27%、48.24%和46.28%。处于坡底的谷坊马尾松林对土壤物理性质的有所改善，其0 ～ 20 cm土层容重、最大持水量、毛管含水量和土壤含水量分别为1.21 g/cm3、29.96%、44.76%和40.23%。

从土壤养分来看，有机质、N、P和K的含量明显高于裸露地和强干扰林地，其中种草竹节沟马尾松林对有机质的改善效果最好，谷坊马尾松林对N和P的改善效果最好，竹节沟马尾松林对 K的改善效果最好。在本研究中，处于中下坡的强烈干扰马尾松林、种草竹节沟马尾松林、竹节沟马尾松林和封育马尾松林四种林分中，封育马尾松林的年凋落量和养分归还量最大[12]。周礼恺指出，土壤酶活性与土壤有机质、其它肥力因素的相关性较大[13]，因此在后续的研究工作中，应进一步深入探讨红壤退化区域植被恢复过程中凋物落分解、土壤酶特性等相关内容。

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Effect of Different Restoration Measures on Soil Physico-chemical Properties in Degraded Red Soil

LI Yan-yan1，HUANG Rong-zhen1，FAN Hou-bao1，XIAO Long2
（1.Department of Ecology & Environment, Nanchang Institute of Technology, Nanchang 330099, China; 2.Taihe Water and Soil Conservation Station of Jiangxi, Taihe 343700, China）

Soil physico-chemical properties were determined of P.massoniana stands treated with different ecological restoration measures in degraded red soil area of Jiangxi province, taking bare ground as control.The results indicated that soil bulk density at the layer of 0-20cm under treated stands was far lower than that at bare ground, and the lowest was at P.massoniana stand + check-dam.Moisture content in the soil was greatly improved in stand + grass + CST, the maximum water-holding capacity, capillary and soil moisture content was 44.27%, 48.24% and 46.28%.Soil organic matter in treated stands was 1.41, 4.51, 2.73, 5.66, 8.91 and 3.66g/kg higher than that in the control.N, P and K content in the control was found the lowest, and stand + grass + CST had the highest N content, while stand + CST had the highest P and K content.

degraded red soil; soil property; ecological restoration

S718

A

1001-3776（2014）06-0078-05

2014-06-02；

2014-10-10

江西省教育厅青年基金项目（GJJ13749）；国家自然科学基金（31160179）

李燕燕（1979－），女，河南延津人，讲师，博士生，从事水土保持生态修复研究。