收稿日期:2009206226;改回日期:2009211201基金项目:国家青年科学基金项目(40902074);国家“十一五”科技支撑计划课题(2006BAC01A10);岩溶地质研究所所控项目(2009009)第一作者简介:邓艳(1978-),女,硕士,助理研究员,主要从事岩溶生态学和石漠化治理研究;E 2mail :dydesk @典型岩溶区植被恢复对土壤养分的影响邓 艳,蒋忠诚,罗为群,祈晓凡,覃星铭(中国地质科学院岩溶地质研究所,岩溶生态系统与石漠化治理重点开放实验室,广西 桂林 541004)摘 要:对典型岩溶地区不同植被恢复(草丛、灌草丛、灌丛、乔幼林和成熟林)过程中的土壤养分进行研究,结果表明:土壤养分随着植被的恢复呈波折状上升,但是各恢复阶段过程中的土壤有机质、有效N 、P 、K 、有效Zn 、Cu 、Mn 、Fe 含量存在无显著性差异(P >0.05),弃耕后2～3年的草丛土壤养分含量可以达到成熟林的养分水平;土壤p H 值与有机质、有效N 、P 、K 、有效Zn 、Cu 、Mn 、Fe 含量存在不同程度的负相关关系,降低土壤的p H 值,可以有效的提高石灰土肥力;土壤养分具有明显的表聚性。
在岩溶区,退耕还草、退耕还林、种植牧草和自然恢复是石漠化地区较好的生态重建和植被恢复方式。
关键词:岩溶;植被恢复;土壤养分中图分类号:Q 948 文献标识码:A 文章编号:167229250(2010)0120031205 西南岩溶区石漠化严重,生态环境问题突出,如何在石漠化地区进行生态重建受到了国内外专家、学者的关注[1,2]。
土壤因子是影响岩溶退化生态系统恢复的两个主导生态因子之一[3]。
石灰土具有土层薄,风化成土速率慢,土壤侵蚀速率快,有机碳易于积累,营养元素供给速率慢等特征[4]。
石灰土的形成和恢复受岩性、植被、气候等综合条件的影响。
植被是影响土壤恢复的主要因子之一。
植被的恢复可以增加土壤肥力,土壤条件的改善可以促进植物的生长和群落的发展,植被恢复与土壤恢复是相互促进的。
Schlesinger 等[5,6]研究发现,在脆弱生境中,土壤N 、P 、K 的空间分布与灌丛植被的出现高度相关。
许联芳等人[7]发现,土壤有机碳、全N 、有效氮含量随土地利用强度的增加而降低。
吴海勇等人[8]研究发现,土壤质量随着植被的恢复呈波折性提高。
龙健等人[9]指出,灌丛和灌木林的土壤退化指数和林地相比没有显著的变化。
廖义玲等人[10]指出,泥页岩砂岩夹层风化后形成的土层较厚,植被发育好。
而在碳酸盐岩底层上发育的土层薄,不利于植被的生长。
本文以广西弄拉生态重建观测站为例,进一步探讨植被自然恢复过程中的土壤养分变化,旨在为岩溶地区石灰土的改良,植被恢复的人工调控以及生态恢复重建提供科学依据。
1 研究区概况和方法1.1 研究区概况弄拉屯是位于广西壮族自治区南宁市马山县古零镇的一个自然屯,地理坐标为23°29′N ,108°19′E ,距县城约25km ,土地面积约1km 2,总人口125人。
属于亚热带季风气候区。
多年平均气温19.84℃,多年平均降水量为1700mm ,4～10月雨量占年降雨量的82%,年均相对湿度85%。
弄拉屯地貌类型为典型的峰从洼地地貌,地质背景为泥盆系东岗岭组中段(D 2d 2)。
岩性比较复杂,以含泥硅质的白云岩为主,局部有纯的灰岩或纯白云岩出露,西北部山坡白云岩夹钙质页岩,区内很多地点的裂隙中充填有红色角砾等。
土层薄,土壤覆盖率低,采样点土壤分层不明显,样地基本情况见图1[11]和表1。
132010年第38卷第1期Vol.38.No.1,2010地 球 与 环 境EAR T H AND ENV IRONM EN T图1 弄拉地区岩溶水系统及采样示意图Fig.1 The karst water system and epi2karst springs in Nongla area1.落水洞;2.表层岩溶泉;3.地下河及出口;4.岩溶水系统边界;5.表层岩溶泉域边界;6.采样点;7.汇流状表层岩溶带;8.散流状表层岩溶带表1 标准地概况T able11The environmental factors of study sites类型岩性土壤海拔(m)坡向坡位坡度恢复时间(年)植被情况草丛白云岩黄壤448西下坡352～4菊科灌草丛白云岩黄壤432南下坡306～8黄荆,裸花紫竹等灌丛白云岩黄壤459北中下坡2515黄荆,老虎刺等乔幼林白云岩棕色石灰土523南中坡4020黄杞,紫凌木成熟林灰岩黄壤522SE70°中坡4060～70青冈,苦丁茶等1.2 研究方法在样地中每隔20cm分层取土,将土样带回室内,风干、过筛后测定土壤全钙、全镁、p H、有机质、有效氮、有效磷、有效钾和有效锌铜锰铁。
其中,全钙和全镁采用ED TA滴定法测定;土壤p H值采用电位法测定;有机质采用重铬酸钾-硫酸消化法测定;有效氮采用锌-硫酸亚铁还原-蒸馏法测定;有效磷采用碳酸氢钠浸提-磷钼蓝分光光度法测定;有效钾采用醋酸铵浸提-火焰光度法测定;全N采用重铬酸钾-硫酸消化蒸馏法测定;全K采用火焰光度法测定;全P采用磷钼蓝分光光度法测定;Zn、Cu、Mn、Fe采用HCl2HNO32HF2HClO4溶样等离子体原子发射光谱法测定。
1.3 数据处理用SPSS13.0进行差异显著性检验和相关分析,采用ORIGIN7.5软件进行绘图。
2 结果和分析2.1 不同植被恢复过程中的土壤有机质、p H值及钙镁变化土壤有机质的保持和提高对土壤资源有重要意义[4],受植被的影响显著。
从图2可以看出,有机质在2.06%～8%之间变化。
同一植被类型下,随着土壤的加深,土壤有机质含量下降。
随着植被的恢复,表层土有机质含量逐渐增加,深层土有机质先减低后增加。
总体上看,各植被类型下的土壤有机质含量存在着无显著性差异(P>0.05)。
土壤p H在6.56～7.82之间变化。
随着植被的恢复,p H值呈波折状下降,各植被类型下的土壤p H值存在着无显著性差异(P>0.05)。
2.2 不同植被恢复过程中的土壤有效成分含量变化从图2可以看出,各植被类型下土壤有效N在23地 球 与 环 境 2010年 150～430μg/g ,土壤有效P 在0.22～4.36μg/g ,土壤有效K 在13.49～56.75μg/g 之间变化。
随着植被的恢复,有效N 、P 、K 均呈波段状上升。
各植被类型下的土壤有效N 、P 、K 含量存在着无显著性差异(P >0.05)。
全N 和有效N 存在显著的正相关关系(R =0.950),全P 和有效P 存在负相关关系(R =-0.027),全K 和有效K 存在正相关关系(R =0.273)。
图2 不同植被类型土壤养分含量Fig 12 Soil nutrient in fifferent plant communities 从图2可以看出,各植被类型下土壤有效Zn在1.22～3.84μg/g ,土壤有效Cu 在0120～1152μg/g ,土壤有效Fe 在0.90～13.41μg/g ,土壤有效Mn 在56.58～170.50μg/g 之间变化。
随着植被的恢复,有效Zn 、Cu 、Mn 、Fe 均呈波段状上升。
各植被类型下的土壤有效Zn 、Cu 、Mn 、Fe 均存在着无显著性差异(P >0.05),全量和有效态含量之间存在不同程度的正相关关系。
2.3 植被恢复过程中土壤p H 与养分变化的相关性土壤p H 与土壤有机质、有效N 、P 、K 、有效Zn 、Cu 、Mn 、Fe 含量存在不同程度的负相关关系。
偏碱的环境制约了石灰土肥力的提高,适当降低土壤p H 值,可以有效的提高土壤肥力。
3 讨 论3.1 植被恢复提高土壤养分机理植被对土壤发育的作用,一是通过改变群落水热环境直接影响土壤的发育条件,二是通过根系和枯枝落叶回归土壤而直接参与土壤的成土过程[10]。
本研究结果表明,土壤养分具有明显的表聚性。
这与温仲明等人[12]的研究结果相似。
邓艳等人[13]也指出深层土壤的理化性质主要受母岩的影响,化学性质比较稳定,而表层土受枯落物和植被影响大,枯落物的储量、分解程度和组分等控制着表层土有机质、有效N 、P 、K 、有效锰、有效锌等有效态的含量,对元素的全量分布影响不大。
本研究中,土壤p H 值与有机质、有效N 、P 、K 、有效Zn 、Cu 、Mn 、Fe 含33第1期 邓 艳等:典型岩溶区植被恢复对土壤养分的影响量存在不同程度的负相关关系。
在富钙偏碱、高p H值的石灰土中,减低土壤p H值,可以增加土壤肥力。
3.2 不同植被恢复效应差异在石漠化地区植树造林,进行生态重建,能够使土壤肥力有所改善和提高,产生明显的生态和社会效益。
一般来说,伴随着植被的恢复,土壤肥力会提高。
在本研究中,土壤有机质,有效N、P、K、有效Zn、Cu、Mn、Fe含量随植被的恢复呈不同程度的波折状上升,但是其差异性并不显著。
这与郑秋红等人[14]的研究成果相似。
因此,在岩溶区,不仅仅要考虑有机质的含量,而且还要具体考虑土壤腐殖质的组成比例。
许联芳等人[7]和巩杰等人[15]发现灌丛有明显的肥力岛屿作用,而吴海勇等人[8]则发现岩溶藤刺灌丛土壤发生了退化现象。
在本文的研究结果中,均未发现有异常。
本研究结果表明各植被恢复阶段的有机质、有效N、P、K、有效锌等无显著性差异,也就表明在自然恢复的状态下,弃耕后2～3年草丛土壤的肥力含量可以达到成熟林土壤的养分水平。
草本因其要求的水热条件不高和较好的经济效益,可以做为石漠化地区植被恢复的先锋植被。
退耕还草、退耕还林、种植牧草和自然恢复是石漠化地区较好的生态重建和植被恢复方式。
4 结 论 (1)土壤养分随着岩溶植被的恢复呈波折状上升,但是各恢复阶段过程中的土壤有机质、有效N、P、K、有效Zn、Cu、Mn、Fe含量存在无显著性差异(P>0.05)。
(2)土壤p H值与有机质、有效N、P、K、有效Zn、Cu、Mn、Fe含量存在不同程度的负相关关系。
(3)土壤养分具有明显的表聚性。
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