寧南黃土丘陵區退耕地植被恢復中土壤物理特性變化研究

苗正德 李銀平 王治霞 明占武

摘要以寧夏南部黃土丘陵區固原市原州區的大紅溝流域為研究對象,分析了原州區退耕地植被恢復過程中不同恢復年限、不同植被類型下的土壤物理變化特征,結果表明:對于土壤含水量,林草間作地<灌木林地<喬灌混交林地,隨著退耕年限的不斷增長,上層土壤含水量不斷增加,下層不斷降低,隨土層不斷加深,其含量逐步趨于穩定;對于0～60 cm 土壤平均容重及孔隙度,以灌木林地土壤容重相對較大,孔隙度相對較小,喬灌混交林地的容重及孔隙度的變化與灌木林地相反,并且隨著退耕年限的不斷延長,土壤容重不斷減小,孔隙度不斷增加,但是不同恢復方式下土壤容重及其孔隙度變化不大。

關鍵詞退耕地;植被恢復;土壤物理特性;黃土丘陵溝壑區

中圖分類號S152.9文獻標識碼A文章編號 1007-5739(2009)14-0245-02

寧南山區的固原市原州區位于黃土高原西部,屬于典型的黃土丘陵區。自2000年實施退耕還林工程以來,截至2006年,共退耕造林3.71萬公頃,加快了區域植被恢復進程,改善了生態環境,工程建設取得了階段性成效。然而,由于退耕還林區生境比較脆弱,自生植被與人工植被的競爭矛盾突出,人工植被退化嚴重。土壤物理性質作為土壤環境的一部分,對植被恢復有著極其重要的作用,通過對退耕林地土壤的調查與分析,對其進行植被恢復和重建,將有助于提高土地生產力,減緩水土流失,對生態環境的改善有著重要的實踐意義。因此,結合野外實驗及其所采集的數據對退耕地植被恢復中土壤物理性質的變化特征進行分析,以期為固原市原州區退耕地的植被恢復與重建及其生態環境建設提供科學依據。

1材料與方法

1.1研究區概況

研究區設在寧夏回族自治區固原市原州區具有代表性的東北部黃土丘陵區的大紅溝流域,其位于固原市東北部15km處,屬黃土高原丘陵溝壑區,主溝長9km,流域面積115km2。流域內地形復雜,溝壑縱橫,土地利用類型多樣。流域大致呈東南—西北走向,海拔1 570～1 930m。流域為干旱氣候區,年均氣溫7.5℃,多年平均降水量350mm,土壤以湘黃土為主。

1.2研究方法

研究以調查觀測采樣與室內分析相結合的方法,選擇具有代表性的樣地6處,從土壤水分含量、土壤容重以及土壤孔隙度3個方面,對退耕地植被恢復中不同恢復年限、不同的植被類型的土壤物理性質變化特征進行分析。供試樣地基本情況見表1。

1.3觀測指標與方法

1.3.1土壤含水量。土壤水分調查采用土鉆法,取土深度為500 cm,每隔20cm 取土1次,土壤水分的測定采用烘干法。計算公式:W(%)=(M1-M2)/(M2-M3)式中,M1為烘前鋁盒及土樣重(g);M2為烘后鋁盒及土樣重(g);M3為烘干空鋁盒重(g)。

1.3.2土壤容重及孔隙度。環刀法測定土壤容重,即用環刀取有代表性的原狀土,稱其重量,并計算單位容積的烘干土重。計算公式:Qb=(m2-m1)/V。式中,Qb為土壤容重 (g/cm3);m1為環刀重(g);m2為環刀和烘干土重(g);V為環刀容積(cm3);土壤孔隙度根據容重換算公式為:P =(1-Qb/Qs)×100%,式中,Qb為土壤容重(g/cm3);Qs為土壤比重,取2.65g/cm3。

2結果與分析

2.1退耕地植被恢復中不同退耕年限土壤物理特性變化

2.1.1退耕地植被恢復中不同退耕年限土壤含水量變化。在退耕地的植被恢復中,隨著退耕年限的不斷延長,土壤水分發生相應的變化。表2為不同恢復年限的土壤含水量變化?？梢钥闯?退耕地土壤含水量都小于對照坡耕地的土壤含水量。2000年、2004年退耕地土壤平均含水量分別為7.55%和6.12%,兩者相差2.66%,這是由于隨著恢復年限的增長,植被蓋度增加,故土壤水分含量隨著恢復年限的不斷增長而逐漸增加。在250 cm 以下土層,土壤含水量隨著退耕年限的不斷增加而逐漸減小,并且隨著土層的不斷加深,土壤含水量有逐步趨于穩定的趨勢。造成這一趨勢的主要原因是隨著退耕年限的延長,植被的耗水量也隨之增加,特別是在干旱期,植物的強烈蒸騰致深層儲水因補充調節植物需水而逐漸減小。當有降雨時,土壤表層的水分虧缺得到補充,卻不能使深層的土壤水分得到應有的補充,進而使得土壤深層的土壤水分含量較小,并且長期的干旱還可能導致土壤干層的出現。

2.1.2退耕地植被恢復中不同恢復年限土壤容重及孔隙度變化。對于進行植被恢復的退耕地來說,由于恢復年限的不同,使得土壤的容重及其孔隙度也產生一定的差異結果(見表3),可以看出,隨著恢復年限的不斷增長,0～ 60 cm 土層的平均容重不斷減小,孔隙度不斷增大;并且不同恢復年限不同土層的土壤容重及孔隙度變化幅度也不同,以土壤表層的變化幅度相對較大,這說明隨著退耕年限的不斷增長,土壤的孔性變好,土壤入滲能力增強,土壤水分也得到相應的改善,這與土壤含水量的變化是相對應的。但是,總體來說,隨退耕年限的延長土壤容重及其孔隙度變化不太明顯。

2.2退耕地植被恢復中不同植被類型對土壤物理性質的影響

2.2.1退耕地植被恢復中不同植被類型的土壤含水量變化。在退耕地的植被恢復中,不同的植被類型對土壤水分有著不同的影響,從表2可以看出退耕地植被恢復中不同植被類型的土壤水分變化。各種植被類型的土壤水分都小于對照的坡耕地,植被類型的土壤含水量總的變化趨勢為喬灌混交林地>灌木林地>林草間作地,并且隨著土層的不斷加深,土壤水分逐步趨于穩定。在0～350cm土層,林草間作地(S5)、灌木地(S3)和喬灌混交林地(S2)的平均含水量分別為5.95%、7.68%和7.43%,而在350～500cm土層,喬木地的土壤含水量大于灌木地,這可能是由于對深層土壤水的消耗該地灌木大于喬木。因此,在對退耕地進行植被恢復時,應根據當地的土壤環境條件特別是水分狀況,進行植被類型的選擇,做到因地制宜、適地適樹。

2.2.2退耕地植被恢復中不同植被類型的土壤容重及孔隙度變化。土壤容重和孔隙度是衡量土壤結構好壞的2個重要指標,并且影響著土壤水分的滲透性。從表3可以看出,不同植被類型的退耕地,土壤容重及其孔隙度存在一定的差異。灌木地(S3)0～60cm平均土壤容重相對較小,孔隙度相對較大,分別為1.30g/cm3和51.02%;喬木地(S3)0～60cm平均土壤容重相對較大,孔隙度相對較小,分別為1.34g/cm3和49.57%;草地的數值介于灌木地與喬木地之間;對于同一植被類型不同土層的土壤容重及孔隙度來說,灌木地和喬木地的上下土層變化趨勢是一致的,都表現為上層土壤容重小于下層土壤容重,上層的孔隙度大于下層孔隙度,而草地上下土層變化不太明顯。從分析中可以看出,灌木地對土壤孔隙的改善優于其他植被類型,這就要求在對退耕地進行植被恢復時,其他條件相同及其客觀條件允許的情況下,首先考慮選擇灌木樹種。

3結論

在退耕地植被恢復過程中,由于退耕時間、植被類型和恢復方式不同,使土壤含水量、土壤容重、土壤孔隙度存在一定的差異。

(1)在退耕地的植被恢復過程中,隨著退耕年限的增長,上層土壤含水量不斷增加,下層土壤含水量不斷減小,并且隨著土層的不斷加深,土壤水分逐步趨于穩定;0～60cm土層,隨恢復年限的延長,土壤平均容重不斷減小,孔隙度不斷增大。

(2)對于不同植被類型的土壤含水量,以喬灌混交林地相對較高,林草間作地相對較低,灌木林地介于兩者之間;0～60cm 土層,土壤平均容重以灌木林地相對較大,喬灌混交林地相對較小,孔隙度的變化與容重的變化相反。

(3)對退耕地進行植被恢復,土壤含水量大小于對照坡耕地的土壤含水量。

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