武功山草甸土壤化學性質對生態系統退化的響應

趙自穩， 張文元， 潛偉平， 劉宇新， 胡耀文， 彭輝武， 郭曉敏*

(1.江西農業大學 林學院， 江西 南昌 330045； 2. 江西農業大學 江西省森林培育重點實驗室, 江西 南昌 330045； 3.萍鄉市林業科學研究所, 江西 萍鄉337000)

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武功山草甸土壤化學性質對生態系統退化的響應

趙自穩1,2， 張文元1,2， 潛偉平3， 劉宇新1， 胡耀文1,2， 彭輝武3， 郭曉敏1,2*

(1.江西農業大學 林學院， 江西 南昌 330045； 2. 江西農業大學 江西省森林培育重點實驗室, 江西 南昌 330045； 3.萍鄉市林業科學研究所, 江西 萍鄉337000)

為給退化山地草甸的恢復提供理論依據和技術支撐，以江西省武功山山地草甸為研究對象，分析生態系統退化對其土壤化學性質的影響，及各指標間的相互關系。結果表明：在研究區域內，武功山草甸退化使其土壤陽離子交換量下降，說明草甸退化使土壤保肥能力明顯降低；退化使土壤交換性酸含量以及各土壤養分含量均呈下降趨勢；退化使土壤陽離子交換量與全氮、堿解氮間的相關性減弱，土壤pH與氮素由不相關變為極顯著負相關(r=-0.733，P<0.01)，與速效鉀由顯著負相關變為不相關(P>0.05)。

退化草甸； 土壤化學性質； 海拔； 生態系統； 江西省武功山

武功山位于羅霄山脈北段，江西安福、宜春、萍鄉三地交界處(114°10′～114°17′E，27°25′～27°35′N)，總面積260余km2。年均溫約為14～16℃，年降雨量1 350～1 750 mm，主峰白鶴峰海拔1 918.3 m。草甸區域主要分布在海拔1 600～1 900 m，有禾本科的野古草(ArudinellahirtaTanaka)、芒類(Miscanthusspp.)、冬茅(Imperataspp.)等。近年來，武功山國際帳篷節吸引了大量的游客登山和宿營，但隨著旅游規模的擴大和游客游程范圍的延伸，游客的任意踐踏以及廢棄物的排放，導致綿延約4 000 hm2的山地草甸逐漸破碎化。對武功山草甸退化區的研究與生態修復已成為保護武功山自然保護區的首要任務。目前，關于武功山土壤養分的研究，僅有趙曉蕊等[1-2]對武功山山地草甸土壤磷素的研究。草地退化的核心問題是土壤退化[3]，具有一定的滯后性、緩沖性及復雜性，對退化草甸土壤化學性質的研究既有助于揭示退化生態系統恢復中的作用機理，又可指導草甸退化生態系統植被恢復[4-5]。因此，筆者針對武功山草甸生態系統人為干擾嚴重而導致草甸退化的問題，分別選取武功山未退化和退化的山地草甸土壤為研究對象，進行土壤養分研究，以期為退化山地草甸的恢復提供理論依據和技術支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗樣地設置和樣品采集

2014年6月進行樣地設置和土樣采集。沿山脊線在海拔1 600～1 900 m，每隔100 m設置1個梯度，共4個梯度。目前，在我國關于草地退化的分級還沒有統一標準，為減小誤差，對比鮮明，筆者選擇未退化的草甸區(CK)和退化草甸區(TH)，按照CK植被蓋度>90%，TH植被蓋度<10%進行取樣，分別隨機設置3個10 m×10 m的樣方，對每一樣方的土壤在草本根系集中的0～20 cm土層進行多點采樣，混和均勻，采集的土壤帶回實驗室，去除土壤中的植物殘體和砂礫，然后風干、磨碎、過篩、保存，供土壤化學性質的測定。

1.2 測定指標及方法

土壤陽離子交換量(CEC)采用乙二胺四乙酸—乙酸銨交換—凱氏定氮儀測定，交換性酸(EA)采用1 mol/L氯化鉀交換—中和滴定法，土壤有機碳(OC)采用重鉻酸鉀—濃硫酸消煮法測定，土壤全氮(TN)采用FOSS 8400凱氏定氮儀測定，土壤pH值采用電位法測定，土壤堿解氮(AN)采用堿解蒸餾法測定，土壤有效磷(AP)采用0.5 mol/L碳酸氫鈉浸提—鉬銻抗比色法測定，土壤速效鉀(AK)采用1 mol/L乙酸銨浸提—火焰光度法測定。

1.3 數據分析

數據經正態分布檢驗，對各養分指標的空間分布狀況進行單因素方差分析和Tukey多重檢驗分析，其相關性利用Pearson相關系數進行評價，所有數據均利用SPSS17.0軟件進行分析，所有圖形利用Excle 2007繪制。

2 結果與分析

2.1 土壤陽離子交換量

自然條件下的土壤膠體具有凈負電荷，可以吸附、交換土壤中的陽離子，以此反映土壤的營養肥力和緩沖能力[6]，因此，土壤CEC是進行土壤質量評價和管理以及土壤特性研究的重要指標[7-10]。武功山未退化的草甸區(CK)和退化草甸區(TH)草甸土壤CEC的變異范圍分別為17.47～25.14 cmol/kg和9.99～13.91 cmol/kg(圖版)。在研究區域內，武功山草甸的退化使得其土壤陽離子交換量下降，且差異顯著，說明草甸退化使土壤保肥能力明顯降低。CK和TH草甸土壤CEC均隨海拔升高有增加趨勢，但除TH草甸土壤在海拔1 700 m顯著較低外，其余差異均不顯著。

2.2 土壤酸度

土壤酸度對其地上植被的生長起著重要的作用，不但影響土壤中微生物的活性，也可以直接作用于土壤的養分循環，影響養分對植物的有效性[11]。武功山CK和TH草甸土壤：EA含量的變異范圍分別為12.48～21.27 mmol/kg和7.09～10.49 mmol/kg(圖版)，pH值的變異范圍分別為4.80～4.88和4.34～4.79。在研究區域內，武功山草甸退化使其土壤交換性酸含量下降，除海拔1 700 m外，均呈顯著差異，而退化對土壤pH的影響僅表現在1 600 m和1 900 m處。另外，CK和TH草甸土壤EA含量和CK草甸土壤pH值均隨著海拔升高無顯著變化，但TH草甸土壤pH值在海拔1 600 m和1 900 m處顯著較低，這可能是因為在海拔1 900 m及山頂附近，雨水可以直接沖刷裸露的地表土壤，而

注：不同大寫字母表示CK和TH草甸在同一海拔間土壤養分指標差異顯著(P>0.05)，不同小寫字母表示CK或TH草甸在不同海拔間土壤養分指標差異顯著(P<0.05)(下同)。

Note: Different capital letters mean difference significance of soil nutrition indexes between CK and TH meadow at the same altitude at 0.05 level. Different lowercase letters mean difference significance of soil nutrition indexes between CK and TH meadow at different altitude at 0.05 level. The same below.

圖版 不同海拔CK和TH草甸土壤養分指標

Fig. Soil nutrition indexes of CK and TH meadow at different altitude

在海拔1 600 m左右易形成匯水區，是高山草甸與高山矮林灌叢的交界處，因此退化土壤的pH值明顯較低。

2.3 土壤速效養分

由圖版可知，武功山CK和TH草甸土壤AN含量的變異范圍分別為472.44～762.14 mg/kg和378.12～488.19 mg/kg，AP含量為13.67～17.78 mg/kg和8.05～11.82 mg/kg，AK含量為33.54～44.34 mg/kg和22.73～32.60 mg/kg。在研究區域內，武功山同一海拔的草甸退化使各速效養分含量均有所下降，堿解氮在海拔1 800 m和1 900 m處受退化影響顯著，而有效磷則在海拔1 600 m和1 700 m處受退化影響顯著，速效鉀各個海拔受退化影響均顯著。

隨海拔的增高，土壤AN含量呈U型變化，于1 700 m處均達到最低值，這可能是由于該海拔坡度較陡，且風蝕比較嚴重而造成了土壤養分的流失。退化使武功山草甸土壤AN含量其在海拔梯度上的差異由顯著變為不顯著，而不同海拔的AP、AK在CK或TH范圍內均沒有顯著差異。

2.4 武功山草甸土壤各化學指標之間的相關性

由表1可知，未退化草甸土壤的CEC與土壤EA、AN、AP含量之間均存在極顯著相關關系(P<0.01)，土壤CEC與各指標含量的相關程度依次為AP=EA>AN>AK>pH，說明未退化土壤具有良好的保氮保磷能力；土壤EA含量與AP含量極顯著相關(P<0.01)，土壤交換性酸與磷素關系密切；另外，土壤pH值與AK極顯著負相關(P<0.01)。

表1 未退化草甸土壤化學指標之間的相關關系

表2 退化草甸土壤化學指標之間的相關關系

由表2可知，退化草甸土壤的CEC與土壤EA、AP含量均極顯著相關(P<0.01)，土壤CEC與各指標含量的相關程度依次為EA>AP>AN>AK>pH，說明退化土壤仍具有良好的保磷能力；土壤EA含量也與AP含量極顯著相關(P<0.01)；土壤pH值與AN顯著負相關(P<0.05)。

綜上，武功山草甸退化導致土壤陽離子交換量與堿解氮的相關性減弱，土壤pH與堿解氮由不相關變為極顯著負相關，與速效鉀由顯著負相關變為不相關，這說明退化導致草甸土壤中各化學反應產生異常。

3 結論與討論

人為干擾引起的武功山草甸生態系統退化致使土壤陽離子交換量、交換性酸以及速效養分含量均有所下降。草甸退化引起了土壤退化，土壤退化加速了草甸的退化，周而復始，惡性循環導致目前的武功山草甸退化導致面積越來越大，裸露地表越來越多，游人帶來的經濟效益和生態損失矛盾日漸凸顯。

武功山草甸退化是一個長期過程，首先表現為植被蓋度變小，植物的多樣性和多度都有所減少，進而土壤養分流失，肥力下降，土壤養分的減少和植被的退化呈正反饋關系。目前，研究草甸退化對土壤養分影響的文章有很多[4,12-17]，其結論均說明草甸退化會導致土壤養分流失。但由于研究區域植被分布、海拔、氣候及地形的不同以及研究方法的差異，研究不同草甸退化程度對土壤養分影響的結論不盡相同，既有隨著退化的加重，土壤養分含量持續下降[12]，也有先升后降但總體呈下降趨勢[14]。

武功山的草甸是否能夠恢復，對其今后的可持續發展至關重要，筆者希望通過本研究，為探索影響武功山山地草甸土壤生態系統功能恢復的關鍵因子，以及后續的施肥試驗提供理論依據，并且指導其退化區域的植被恢復。接下來對武功山的退化草甸的研究可以擴展到土壤物理性質、微生物以及地上地下生物量的變化，力求全方位剖析退化對草甸生態系統的影響，從而得到草甸恢復的最佳方案。

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(責任編輯： 劉 海)

Response of Soil Chemical Property to Ecosystem Degradation of Meadow in Wugong Mountain

ZHAO Ziwen1,2， ZHANG Wenyuan1,2, QIAN Weiping3， LIU Yuxin1，HU Yaowen1,2， PENG Huiwu3， GUO Xiaomin1,2*

(1.CollegeofForestry,JiangxiAgriculturalUniversity,Nanchang,Jiangxi330045; 2.JiangxiKeyLaboratoryofForestCultivation,JiangxiAgriculturalUniversity,Nanchang,Jiangxi330045; 3.PingxiangInstituteofForestScience,Pingxiang，Jiangxi337000,China)

The effect of ecosystem degradation on soil chemical property of mountain land meadow, Wugong Mountain, Jiangxi and correlations between different indexes of soil chemical property were analyzed to provide the theoretical basis and technological support for recovery of degradation mountain land meadow. Results:Meadow degradation results in decrease of soil cation exchange capacity, which indicates that meadow degradation reduces soil fertilizer conservation capacity obviously. The soil exchangeable acid content and soil nutrition content of degradation meadow both present a declining trend. The correlations between soil cation exchange capacity and total nitrogen, available nitrogen in degradation meadow decrease. The correlation between soil pH and nitrogen in degradation meadow changes from non-correlation to very significant negative correlation(r=-0.733，P<0.01), but the correlation between soil pH and available K in degradation meadow changes from significant negative correlation to non-correlation(P>0.05).

degraded meadow; soil chemical property; elevation; ecosystem; Wugong Mountain in Jiangxi

2014-12-26； 2015-07-03修回

國家科技支撐項目“武功山山地草甸生態修復技術研究及示范”(2012BAC11B06)；國家自然科學基金項目“武功山山地草甸退化土壤生態特征時空變異與土壤碳匯響應機制研究”(30960312)

趙自穩(1989-)，男，在讀碩士，研究方向：環境破壞與土壤生態、養分。E-mail: zzwjxau@163.com

*通訊作者：郭曉敏(1956-)，女，教授，從事地力維持、植被恢復和城市林業等研究。E-mail: gxmjxau@163.com

1001-3601(2015)07-0391-0177-04

S714.5

A

農業信息·農業工程·資源環境

Agricultural Information and Technology·Agricultural Engineering·Resource and Environment