衡陽紫色土丘陵坡地植被恢復過程中土壤生化強度變化

楊滿元，楊寧

湖南環境生物職業技術學院園林學院，湖南 衡陽 421005

衡陽紫色土丘陵坡地植被恢復過程中土壤生化強度變化

楊滿元，楊寧*

湖南環境生物職業技術學院園林學院，湖南 衡陽 421005

摘要：采用空間代替時間序列的方法，選用立地條件基本相似的草本（狗尾草）階段（Ⅰ）、灌草（紫薇-狗尾草）階段（Ⅱ）、灌叢（牡荊+剌槐）階段（Ⅲ）和喬灌（楓香+苦楝-牡荊）階段（Ⅳ），通過調查取樣和實驗分析，對不同恢復階段0～40 cm土層土壤生化作用強度以及它們與土壤理化因子的關系進行研究。結果表明：隨著植被恢復的進行，土壤生化作用強度（包括土壤氨化作用強度、硝化作用強度、固N作用強度、纖維素分解作用強度和呼吸作用強度）顯著增強（P<0.05）；土壤生化作用強度和土壤理化因子間存在密切的相關性。

關鍵詞：植被恢復；生化強度；紫色土；衡陽

引用格式：楊滿元，楊寧. 衡陽紫色土丘陵坡地植被恢復過程中土壤生化強度變化[J]. 生態環境學報, 2015, 24(7): 1125-1127.

YANG Manyuan, YANG Ning. Dynamic Changes of Soil Biochemical Intensity along Re-vegetation on Sloping-land with Purple Soils in Hengyang of Hunan Province, South-central China [J]. Ecology and Environmental Sciences, 2015, 24(7): 1125-1127.

衡陽紫色土丘陵坡地面積1.625×105hm2，是湖南省生態環境最為惡劣的地區之一，也是中國南方極具代表性的生態災害易發地區。由于紫色土極易水蝕，發育期短，地力差，常處于幼年階段，加上顏色深、吸熱性強，夏季地面溫度高，蒸發量大，以及區域性水、熱分布等不利環境影響和不合理的開發，致使該區域長期以來植被稀疏（有的區域出現大面積基巖裸露，幾乎無土壤發育層，植被恢復極度困難），而且水土流失和季節性旱災嚴重，該區域的生態系統的恢復與重建已成為農業生產環境改善、區域經濟發展及人民脫貧致富的迫切要求（楊寧等，2013a，2014a，2014b）。

高質量的土壤一般具有較高的生物活性（楊寧等，2013b，2015）。土壤生化強度指標已經用來評價退化生態系統中生物群系與恢復功能之間聯系，并能為退化土地恢復提供有用的信息（蔡燕飛等，2003）。但人們在研究生態恢復時，較多地考慮植被指標以及土壤理化性質（楊寧等，2009，2010），而對生化活性的研究較少，有關衡陽紫色土丘陵坡地不同恢復階段的土壤生化強度鮮見報道。本研究以衡陽紫色土丘陵坡地不同恢復階段為研究對象，采用“時空互代”的方法（楊寧等，2013c，2014a），研究不同恢復階段土壤生化強度的變化，為揭示該區域退化生態系統的恢復機理、構建恢復技術體系提供參考。

1　研究區概況

研究區位于湖南省中南部，湘江中游（地理坐標為：110°32′16″～113°16′32″ E，26°07′05″～27°28′24″N），地貌類型以丘崗為主，紫色土呈網狀集中分布于該區域海拔60～200 m地帶。該區域屬于亞熱帶季風濕潤氣候，年平均氣溫18 ℃，極端最高氣溫40.5 ℃，極端最低氣溫-7.9 ℃，年平均降雨量1325 mm，年平均蒸發量1426.5 mm。平均相對濕度80%，全年無霜期286 d（楊寧等，2014c，2014d）。

2　研究方法

2.1樣地設置與取樣

2009年8─9月，選擇坡度、坡向、坡位和裸巖率等生態因子基本一致的坡中下部沿等高線選擇有代表性的植被恢復樣地，分別為：草本（Grass，GS）（狗尾草Setaria viridi）階段（Ⅰ），灌草（Frutex and grass，FG）（紫薇Lagerstroemia indica-狗尾草）階段（Ⅱ）；灌叢（Frutex，FX）（牡荊Vitex negundo var. cannabifolia+剌槐Robinia pseudoacacia）階段（Ⅲ）；喬灌（Arbor and frutex，AF）（楓香Liquidamdar formosana+苦楝Melia azedarach-牡荊）階段（Ⅳ），每個樣地大于1 hm2，樣地概況見表1。演替初始均為退耕封育地，其前作為玉米（Zea mays）。在每個樣地內設置3塊20 m×20 m的樣方，間距大于20 m，按S型采集15個0～40 cm土層土樣進行混合，除掉土壤中可見的植物根系和殘體，重復3次，鮮樣保存于4 ℃冰箱之中（不超過4 d），進行土壤生化強度測定。

表1　樣地概況Table 1 The basic condition of sampling sites

2.2土壤生化強度的測定

土壤作用強度的測定（許光輝等，1986；魏媛等，2008）：土壤氨化、硝化、固N、纖維素分解及呼吸作用強度分別采用土壤培養法、溶液培養法、土壤培養法、埋布片法及堿液吸收滴定法測定。

2.3數據處理

采用SPSS 13.0軟件進行數據處理。采用單因素方差分析法（one-way ANOVA）和最小顯著差異法（LSD）比較不同數據間的差異，用Pearson相關系數分析法分析土壤生化強度與理化因子的相關系數。所有數據為3次重復平均值。

3　結果與分析

研究表明（表2），隨著恢復進行，土壤生化強度明顯上升（P<0.05），從草本階段（Ⅰ）、灌草階段（Ⅱ）、灌叢階段（Ⅲ）到喬灌階段（Ⅳ），土壤氨化作用強度分別增加57.64%、29.96%和29.49%；硝化作用強度，61.36%、30.28%和8.12%；纖維素分解作用強度，8.58%、9.13%和11.11%；土壤呼吸作用強度，25.79%、32.01%和43.87%；土壤固氮作用強度，12.92%、19.61%和23.77%。這說明，隨著恢復進行，土壤環境有利于微生物生長，微生物活性增強，加速土壤營養物質循環速度，增加土壤養分供應，提高土壤肥力。

表2　不同恢復階段0～40 cm土壤生化作用強度Table 2 Biochemical intensity of 0～40 cm soil layer in different re-vegetation stages

表3　土壤生化作用強度與土壤理化性質之間的相關系數Table 3 Correlation coefficients between biochemical intensity and physico-chemical properties

4　結論與討論

4.1討論

早期階段，地表裸露大，光照、土壤溫度、相對濕度及氣溫等波動大，土壤微生物的生存環境受到影響，加之植物生物量低，凋落物少，水土流失相對較強，養分和有機質低下，土壤理化性質較差，微生物數量較少，微生物量與生化功能較低；后期階段，植被迅速生長，植被蓋度增加，減少徑流、泥沙、養分流失和土壤水分蒸發，而根系分泌物和凋落物增加了土壤有機質輸入，促進土壤微生物繁殖和生長，加速土壤C循環和礦化過程，提高土壤微生物量，土壤性質得到顯著改善，顯著提高土壤的生化功能，表明研究區域土壤質量正以不同速率處于改善之中（楊滿元等，2013；楊寧等，2013a，2013d，2013b，2014c，2014e，2014d，2014b，2015）。這與Garcia et al.（2002）與Gil-Sotres et al.（2005）的研究結果基本一致，提示我們在植被恢復中，可施用菌肥來提高土壤生化強度，促進植被恢復。

4.2結論

對研究區域草本階段（Ⅰ）、灌草階段（Ⅱ）、灌叢階段（Ⅲ）和喬灌階段（Ⅳ）的土壤生化強度的變化及其與理化因子關系進行研究，得出以下主要結論：

參考文獻：

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Dynamic Changes of Soil Biochemical Intensity along Re-vegetation on Sloping-land with Purple Soils in Hengyang of Hunan Province, South-central China

YANG Manyuan, YANG Ning*
College of Landscape Architecture, Hunan Environmental-Biological Polytechnic College, Hengyang, 410128 China

Abstract:The purpose of the paper was to study the dynamic changes of soil biochemical intensity and the relationship between them and soil physio-chemical properties along re-vegetation on sloping-land with purple soils in Hengyang of Hunan Province, South-central China. We took soils of 0～40 cm depth in similar and typical grass (Setaria viridi) stage (Ⅰ), frutex and grass (Lagerstroemia indica-Setaria viridi) stage(Ⅱ), frutex (Vitex negundo var. cannabifolia+Robinia pseudoacacia) stage (Ⅲ), and arbor and frutex (Liquidamdar formosana+ Melia azedarach-Vitex negundo var. cannabifolia) stage (Ⅳ), and denoted four re-vegetation stages as our test objects by using the method of the space for time. The results showed that: From Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ, to Ⅳ, the biochemical intensities, including ammonification, nitrification, nitrogen fixation, cellulose decomposition and respiration significantly intensified (P<0.05); There were close correlations between soil biochemical intensity and physio-chemical factors.

Key words:re-vegetation; biochemical intensity; purple soils; Hengyang of Hunan Province, South-central China

收稿日期：2015-04-18

*通信作者：楊寧（1974年生），男，博士，副教授。

作者簡介：楊滿元（1976年生），女，實驗員，主要從事植物與恢復生態學的教學研究。E-mail: yangning8787@sina.com

基金項目：湖南省科技廳項目（S2006N332）；湖南省林業科技創新計劃項目（XLK201341）；湖南省衡陽市農業科技支撐計劃項目（2014KN27）；湖南環境生物職業技術學院青年科研基金項目

中圖分類號：S157.34

文獻標志碼：A

文章編號：1674-5906（2015）07-1125-03

DOI:10.16258/j.cnki.1674-5906.2015.07.007