紅壤丘陵區(qū)不同生態(tài)恢復(fù)模式的土壤生態(tài)效應(yīng)

熊平生，王 鵬

（衡陽(yáng)師范學(xué)院 資源環(huán)境與旅游管理系，湖南 衡陽(yáng)421002）

南方紅壤退化生態(tài)系統(tǒng)主要集中分布于花崗巖、第四紀(jì)紅土和砂頁(yè)巖上覆紅壤分布區(qū)。第四紀(jì)網(wǎng)紋紅土土質(zhì)黏重，平時(shí)板結(jié)，雨季降水不易下滲，地表徑流常引起坡而沖刷，致使水土流失嚴(yán)重，往往形成植被稀疏、溝壑縱橫的“紅色荒漠”景觀［1］?；◢弾r母質(zhì)土壤的抗沖性最差，低于變質(zhì)巖紅壤、第四紀(jì)紅黏土紅壤和紫色土［2－3］。本研究選取南方紅壤丘陵區(qū)嚴(yán)重退化生態(tài)系統(tǒng)，探討不同生態(tài)恢復(fù)模式對(duì)紅壤退化生態(tài)系統(tǒng)的土壤生態(tài)效應(yīng)的影響。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于贛縣田村鎮(zhèn)和白鷺鄉(xiāng)交界的地區(qū)（表1），該地年均氣溫19℃，7月份極端最高氣溫39.8℃，地表極端最高溫達(dá)76.6℃，年均降雨量1 628.2 mm。土壤為粗晶花崗巖風(fēng)化發(fā)育的紅壤，含沙量大（＞1mm石礫占45%左右），風(fēng)化層深厚，由于長(zhǎng)期侵蝕，表土侵蝕殆盡，土壤極為貧瘠，馬尾松的年高生長(zhǎng)僅為5～25cm，十幾年才長(zhǎng)到1m左右。林下僅有十分稀少的野枯草和崗松等，是花崗巖區(qū)紅壤嚴(yán)重退化生態(tài)系統(tǒng)之一。

表1 紅壤丘陵區(qū)不同生態(tài)恢復(fù)模式的地理特征

（1）金水梨模式（LS-A）。2004年對(duì)嚴(yán)重退化緩坡地進(jìn)行水平溝臺(tái)狀整地，開(kāi)墾3.5～4.0cm寬的水平臺(tái)面，按4m左右的株距定點(diǎn)開(kāi)挖定植穴，定植穴規(guī)格長(zhǎng)寬深為1m×1m×0.8m，施基肥。次年秋季種植，定植時(shí)施用復(fù)合肥。與此同時(shí)，按照比例為2∶1配置好授粉樹(shù)（黃花梨）。幼年樹(shù)在生長(zhǎng)季節(jié)每月施肥1次；第3年開(kāi)始結(jié)果實(shí)，結(jié)果后每年施肥4次。

（2）臍橙模式（簡(jiǎn)稱 QC-D）。2004年對(duì)嚴(yán)重退化緩坡地修筑為反坡梯田。在同一等高水平線上，把梯田面修成內(nèi)低外高（里外高差20cm左右），按照緩坡平地行距5m，株距3～4m來(lái)挖定植穴，定植溝（穴）寬1m以上，深0.8m以上。當(dāng)年定植的幼樹(shù)，從定植后的半個(gè)月至8月下旬，每隔半個(gè)月追施一次稀薄液肥（先淡后濃），秋冬季節(jié)結(jié)合深翻重施基肥。結(jié)果后全年施3～5次肥。

（3）蘆葦草模式（簡(jiǎn)稱LW-E）。2005年在坡度為600坡地上，按照按株行距0.5m×0.5m進(jìn)行栽植，每穴3～5株，每年的5月中下旬進(jìn)行施肥，施肥品種以氮肥為主。當(dāng)苗高達(dá)到30cm后，加強(qiáng)灌水。

（4）封禁模式（簡(jiǎn)稱FJ-C）。離集鎮(zhèn)較遠(yuǎn)的分水嶺地帶，2000年起采取封山育林辦法，馬尾松長(zhǎng)勢(shì)良好，林下植被主要以芒萁為主，蓋度達(dá)80%。

（5）對(duì)照裸地（簡(jiǎn)稱LD-B）。裸地，無(wú)植物覆蓋。

2 材料與方法

在5種樣地內(nèi)用環(huán)刀法沿S形曲線進(jìn)行布點(diǎn)取樣，采用烘干稱質(zhì)量法和浸水法測(cè)定土壤的各項(xiàng)物理指標(biāo)。粒度測(cè)試采用Masterizer-2000型激光粒度儀測(cè)定。土壤pH值采用酸度計(jì)法測(cè)定，有機(jī)質(zhì)含量采用硫酸重鉻酸鉀外加熱法測(cè)定，有效磷采用鹽酸氟化銨浸提—分光光度法測(cè)定，有效氮采用堿解擴(kuò)散法，有效鉀采用醋酸銨浸提原子吸收分光光度法，土壤有效微量元素采用火焰原子吸收光譜法測(cè)定。土壤微生物類群的測(cè)定采用稀釋平板培養(yǎng)計(jì)數(shù)法，稀釋倍數(shù)為真菌10－2～10－3，細(xì)菌10－2～10－3，放線菌10－2～10－3，細(xì)菌分離采用牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基，鑒定通過(guò)菌體形態(tài)結(jié)構(gòu)觀察和生理生化指標(biāo)測(cè)定。真菌分離馬鈴薯培養(yǎng)基（PDA），放線菌分離采用高氏1號(hào)培養(yǎng)基。

3 結(jié)果與討論

3.1 不同生態(tài)恢復(fù)模式土壤物理性質(zhì)分析

土壤的容重、孔隙度、土壤水分、持水性能等物理性質(zhì)均會(huì)影響土壤肥力。由圖1可知，4種生態(tài)恢復(fù)模式的土壤容重明顯低于對(duì)照裸地，降低幅度為7%～30%。土壤毛管孔隙度、非毛管孔隙度與對(duì)照裸地比均有明顯增加，其中措施QC-D土壤非毛管孔隙和毛管孔隙分別是對(duì)照裸地的3.58倍和1.42倍，生態(tài)恢復(fù)模式FJ-C，F(xiàn)J-C，LW-E土壤孔隙狀恢復(fù)狀況也較明顯。由圖2可知，土壤保水和供水能力亦得到不同程度改善，土壤飽和持水量、有效水含量由大到小排序?yàn)椋耗毘饶Ｊ剑咎J葦草模式＞封禁模式＞金水梨模式＞對(duì)照裸地；田間持水量由大到小排序?yàn)椋耗毘饶Ｊ剑咎J葦草模式＞金水梨模式＞封禁模式＞對(duì)照裸地。因此，對(duì)花崗巖型退化紅壤采取不同生態(tài)恢復(fù)和重建措施后，土壤孔隙、結(jié)構(gòu)、土壤水分性能均得到不同程度改善。

圖1 不同生態(tài)恢復(fù)模式下土壤的容重、毛管孔隙度、非毛管孔隙度的變化

圖2 不同生態(tài)恢復(fù)模式土壤飽和持水量、有效持水量以及田間持水量的變化

3.2 不同生態(tài)恢復(fù)模式土壤養(yǎng)分狀況

3.2.1 有效氮、磷、鉀含量特征 由表2可以看出，各生態(tài)恢復(fù)模式樣地中有效氮含量由大到小的順序?yàn)椋簩?duì)照裸地＞封禁模式＞金水梨模式＞臍橙模式＞蘆葦草模式；有效磷含量順序?yàn)椋耗毘饶Ｊ剑窘鹚婺Ｊ剑咎J葦草模式＞封禁模式＞對(duì)照裸地；有效鉀含量順序?yàn)椋航鹚婺Ｊ剑灸毘饶Ｊ剑咎J葦草模式＞封禁模式＞對(duì)照裸地。

表2 不同生態(tài)恢復(fù)模式對(duì)土壤營(yíng)養(yǎng)元素的影響

3.2.2 微量元素有效含量 各種生態(tài)恢復(fù)模式樣地有效鋅、有效銅、有效鐵、有效鈣、有效鎂和有效硼含量均高于對(duì)照裸地（表3）。有效銅、有效鋅大小排序?yàn)椋耗毘饶Ｊ剑痉饨Ｊ剑咎J葦草模式＞金水梨模式＞對(duì)照裸地；有效鐵大小排序?yàn)椋禾J葦草模式＞臍橙模式＞封禁模式＞金水梨模式＞對(duì)照裸地；有效錳排序?yàn)椋禾J葦草模式＞臍橙模式＞封禁模式＞對(duì)照裸地＞金水梨模式；有效鈣排序?yàn)椋耗毘饶Ｊ剑窘鹚婺Ｊ剑痉饨Ｊ剑緦?duì)照裸地＞蘆葦草模式；有效鎂排序?yàn)椋耗毘饶Ｊ剑咎J葦草模式＞金水梨模式＞對(duì)照裸地＞封禁模式；有效硼排序?yàn)椋耗毘饶Ｊ剑痉饨Ｊ剑咎J葦草模式＝金水梨模式＞對(duì)照裸地。

3.2.3 土壤元素的有效含量與pH值、有機(jī)質(zhì)的關(guān)系 土壤中微生物的活動(dòng)、有機(jī)質(zhì)的合成與分解、氮磷等營(yíng)養(yǎng)元素的形態(tài)轉(zhuǎn)化與釋放、微量元素有效性、養(yǎng)分保持的能力以及土壤元素的遷移等，都與土壤的pH值密切相關(guān)。由表3可以看出，研究區(qū)pH值大小順序?yàn)椋禾J葦草模式＞臍橙模式＞對(duì)照裸地＞封禁模式＞金水梨模式。

土壤有機(jī)質(zhì)含量與氣候、植被、地形、土壤類型、農(nóng)耕措施密切相關(guān)。土壤較長(zhǎng)時(shí)間處于還原狀態(tài)，有利于土壤有機(jī)質(zhì)的累積，良好的輪作制度和合理的施肥，有利于提高土壤有機(jī)質(zhì)含量。研究區(qū)不同生態(tài)恢復(fù)模式土壤土壤有機(jī)質(zhì)含量（g／kg）大小順序?yàn)椋耗毘饶Ｊ剑痉饨Ｊ剑窘鹚婺Ｊ剑咎J葦草模式＞對(duì)照裸地。

表3 土壤微量有效元素與有機(jī)質(zhì)、pH值

土壤有效態(tài)含量與有機(jī)質(zhì)含量、pH值間的相關(guān)性分析表明（表4），土壤有機(jī)質(zhì)含量與有效銅、有效鋅、有效鐵、有效硼和有效鎂呈顯著正相關(guān)性，而與有效錳相關(guān)性不明顯；pH值與有效銅、有效鎂、有效硼間相關(guān)性不明顯，與有效錳和有效鐵間具一定正相關(guān)，而與有效鋅含量間具一定負(fù)相關(guān)關(guān)系。

表4 土壤微量有效元素與有機(jī)質(zhì)、pH值間相關(guān)性

3.3 不同生態(tài)恢復(fù)模式土壤微生物變化

3.3.1 不同生態(tài)恢復(fù)模式對(duì)土壤微生物數(shù)量的影響由圖3可以看出，不同生態(tài)模式樣地細(xì)菌數(shù)量由多到少依次為：封禁模式＞臍橙模式＞蘆葦草模式＞金水梨模式＞對(duì)照裸地，封禁模式分別是對(duì)照裸地、金水梨模式、蘆葦草模式和臍橙模式的4.0，3.4，2.5和1.8倍。土壤細(xì)菌主要營(yíng)養(yǎng)來(lái)源是植物殘?bào)w，在肥沃土壤和有機(jī)質(zhì)豐富的土壤中，細(xì)菌數(shù)量相應(yīng)偏多，而在缺乏有機(jī)質(zhì)的土壤中其數(shù)量較少［4］。細(xì)菌數(shù)量很大程度上與土壤有機(jī)質(zhì)含量呈正相關(guān)關(guān)系［5］。與表3的有機(jī)質(zhì)含量分布情況基本吻合。

放線菌數(shù)量由多到少依次為：臍橙模式＞金水梨模式＞封禁模式＝蘆葦草模式＞對(duì)照裸地，臍橙模式分別是對(duì)照裸地、蘆葦草模式、封禁模式、金水梨模式的9.7，2.7，2.7和1.2倍。放線菌的發(fā)育遠(yuǎn)比大多數(shù)的真菌和細(xì)菌緩慢，它的作用主要是分解植物和動(dòng)物的某些難分解的組分，形成腐殖質(zhì)，把植物殘?bào)w和凋落物轉(zhuǎn)化為土壤有機(jī)組分，放線菌具有喜熱耐旱以及適合在堿性土壤環(huán)境中生存［5］。

圖3 不同生態(tài)恢復(fù)模式各類群土壤微生物數(shù)量

各樣地真菌數(shù)量由多到少依次為為：金水梨模式＞臍橙模式＞封禁模式＝蘆葦草模式＞對(duì)照裸地。真菌在森林土壤物質(zhì)轉(zhuǎn)化中占有重要地位，其復(fù)雜的酶系統(tǒng)能積極參與有機(jī)物質(zhì)的分解，使枯落物中的蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)化成林木可直接吸收的可溶性氮素氨基酸和銨鹽等，同時(shí)它對(duì)無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)的吸收也有顯著地影響［6］。絲狀真菌類群成為主要降解菌群，并且真菌在植物殘?bào)w分解過(guò)程中起著較大的作用，此外真菌比細(xì)菌和放線菌更適應(yīng)于在pH值較低的土壤條件下發(fā)育［7］，這也同表3的pH值相印證。

不同生態(tài)模式樣地微生物總量順序依次為：封禁模式＞臍橙模式＞金水梨模式＞蘆葦草模式＞對(duì)照裸地。采取不同生態(tài)恢復(fù)措施后土壤細(xì)菌、真菌和放線菌數(shù)量均有明顯增加，其中封禁模式、臍橙模式、金水梨模式、蘆葦草模式的土壤微生物總數(shù)分別是對(duì)照裸地的3.5，3.28，2.32和1.79倍。根據(jù)章家恩等［8］、楊鵬等［9］和蘇濤等［10］研究發(fā)現(xiàn)，微生物數(shù)量與土壤大多數(shù)養(yǎng)分含量（除有效磷和全鉀之外）之間存在著一定的正相關(guān)關(guān)系，即土壤微生物數(shù)量隨土壤養(yǎng)分含量的增加而增加。因此，退化生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)恢復(fù)模式中土壤質(zhì)量由高到低排序?yàn)椋悍饨Ｊ剑灸毘饶Ｊ剑窘鹚婺Ｊ剑咎J葦草模式＞對(duì)照裸地。

3.3.2 土地生態(tài)恢復(fù)模式對(duì)土壤微生物組成的影響

不同生態(tài)恢復(fù)模式土壤中3大類群微生物的組成比例有顯著不同。金水梨模式細(xì)菌數(shù)占總菌數(shù)的35.91%，放線菌類群和真菌類群分別占46.68%和17.41%；對(duì)照裸地細(xì)菌數(shù)占總數(shù)的70.83%，放線菌、真菌數(shù)分別占總菌數(shù)的13.75%和15.42%；封禁模式細(xì)菌數(shù)占總菌數(shù)的80.95%，放線菌、真菌數(shù)分別占總菌數(shù)的14.28%和4.76%；臍橙模式細(xì)菌數(shù)占總菌數(shù)的48.41%，放線菌、真菌數(shù)分別占總菌數(shù)的40.76%和10.82%；蘆葦草模式細(xì)菌數(shù)占總菌數(shù)的62.79%，放線菌、真菌數(shù)分別占總菌數(shù)的27.91%和9.30%。細(xì)菌在微生物總數(shù)量中占有優(yōu)勢(shì)，其次是放線菌，真菌占比例最少。

4 結(jié)論

（1）對(duì)紅壤丘陵生態(tài)退化區(qū)采取不同生態(tài)恢復(fù)和重建措施后，土壤毛管孔隙度、非毛管孔隙度與對(duì)照裸地相比均有明顯增加。土壤飽和持水量、有效水含量大小排序?yàn)椋耗毘饶Ｊ剑咎J葦草模式＞封禁模式＞金水梨模式＞對(duì)照裸地。

（2）人工生態(tài)恢復(fù)模式土壤有效營(yíng)養(yǎng)元素含量高于原始裸地和封禁地；土壤土壤有機(jī)質(zhì)含量大小排序?yàn)椋耗毘饶Ｊ剑痉饨Ｊ剑窘鹚婺Ｊ剑咎J葦草模式＞對(duì)照裸地。

（3）土壤微生物總數(shù)量由多到少順序?yàn)椋悍饨Ｊ剑灸毘饶Ｊ剑窘鹚婺Ｊ剑咎J葦草模式＞對(duì)照裸地。土壤微生物數(shù)量與土壤大部分養(yǎng)分含量之間存在著一定的正相關(guān)性，即養(yǎng)分含量高的土壤中微生物數(shù)量也高。

（4）研究結(jié)果表明，臍橙模式是最理想的人工生態(tài)恢復(fù)模式，對(duì)改良土壤的效果是最好的，同時(shí)又具有較好經(jīng)濟(jì)效益，值得推廣；封禁模式比其余其中人工生態(tài)恢復(fù)模式有更好的生態(tài)效益，但是缺乏經(jīng)濟(jì)效益。

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