黄土丘陵区土壤肥力质量对植被恢复的响应及其演变

Abstract

土壤肥力质量的恢复、保育是黄土高原生态环境建设及植被恢复可持续发展的关键。本研究针对土壤学与生态学研究的前沿性科学问题和黄土高原生态环境建设的需求，对黄土丘陵区典型地区(宁南宽谷丘陵区)不同植被恢复措施、年限及其不同植被演替阶段的土壤肥力质量进行了系统的研究，探索在植被恢复过程中土壤肥力质量的响应与演变规律。采用典范相关、通径分析与主成分分析等方法，对土壤酶活性与其他土壤肥力因子、土壤团聚体与主要胶结物质的相互关系进行了研究，为黄土高原生态恢复与重建及侵蚀土壤质量的恢复保育提供了科学依据。主要研究结论如下：1、研究区土壤形成发育处于养分累积明显、碳酸钙明显的淋溶和淀积、矿物未发生明显化学风化的脱盐基阶段。主要土壤类型有完整的发生层次，土壤颜色、结构在剖面上有明显的差异。云雾山典型剖面有机质与养分含量累积深厚，上黄土壤养分含量较低。土壤碳酸钙有明显的淋溶，较粘粒淋溶强烈。土壤颗粒组成中，0.05-0.01mm粒级的细砂粒占主要部分，其次为&lt;0.001mm的粘粒，其余各粒级则相对较少，粘粒有微弱的移动。土壤矿质全量为SiO2&gt;&gt;Al2O3&gt;CaO&gt;Fe2O3&gt;K2O&asymp;MgO&gt;TiO2&gt;MnO2。SiO2与Al2O3的含量约占土壤化学组成的75%以上。土壤游离铁、活性铁、络合铁等在剖面上差别不大，土壤处于物理风化阶段，化学风化微弱，矿质元素的移动不明显。2、土壤综合质量指数为灌木林&asymp;天然草地&gt;人工草地&gt;农地&asymp;果园。土壤有机质、全氮、速效氮、阳离子交换量等表现为天然草地&asymp;灌木林地&gt;农地&gt;人工草地&gt;果园。土壤速效磷、速效钾受施肥的影响表现为果园&gt;农地&gt;天然草地&gt;人工草地&asymp;灌木林地。表层土壤容重果园&gt;农地&gt;天然草地&gt;人工草地&gt;灌木林地。土壤团聚体总量为天然草地&gt;灌木林地&gt;果园&gt;农地&gt;人工草地；土壤微团聚体：灌木林地和天然草地土壤1~0.01mm微团聚体含量较高，果园较低。灌木林地表层土壤的微结构水稳性最好，果园最差。土壤脲酶、蔗糖酶、碱性磷酸酶活性均为天然草地&gt;灌木林地&gt;农地&gt;果园&gt;人工草地；过氧化氢酶在各用地类型之间差异不明显。恢复植被可明显提高土壤中有机质、速效氮和速效钾的含量，降低土壤pH；显著地增加土体中＞5mm水稳性团聚体的数量，使土壤的营养状况得到很大改善，结构变好，协调供应养分和水分的能力提高；能促进粘粒形成聚积，有效减少水土流失。3、土壤肥力质量演变表现出与植被演替相一致的发展演变过程，即植被演替高级阶段，土壤化学肥力、物理性肥力和生物学肥力也表现为较高。不同植被演替阶段土壤有机质、全氮、全磷、速效氮、速效钾、土壤脲酶、蔗糖酶、中性磷酸酶和过氧化氢酶活性2米土层加权平均值都表现为：大羽茅群落&gt;长芒草群落&gt;铁杆蒿群落&gt;百里香群落&gt;香茅草群落。土壤团聚体以&gt;5mm团聚体含量为主，基本上占50%左右。开垦农地的有机质、全氮、全P、速效氮、速效磷、速效钾等养分含量有不同程度的降低；放牧地土壤有机质、全氮、全磷、速效钾等养分含量较封禁地与开垦地有一定增加。各级团聚体表现为封禁地&gt;开垦地。结构系数与保持率均表现为封禁地&gt;放牧地&gt;农地。&nbsp; 4、确定了土壤主要胶结物质对土壤团聚体总量和各粒级的作用，影响土壤团聚体稳定性的主要因素为有机质和物理性粘粒。全氮和有机质是影响大粒径团聚体水稳定性的综合因子，铁铝氧化物、物理性粘粒是影响小粒级团聚体的综合因子。物理性粘粒和有机质是影响团聚体总量的重要影响因素。全氮是影响&gt;5mm团聚体的主要因素，物理性粘粒和全铁是影响5~2mm团聚体的主要因素，有机质是影响2~1mm、1~0.5mm团聚体稳定性的主要因素。5、定量分析了土壤酶活性与土壤肥力的相关性，确定了不同肥力土壤上二者之间的主要影响因子。无论是高肥力还是低肥力土壤，土壤有机质与全氮、速效磷、速效钾等密切相关，同时与土壤几种酶活性关系非常密切。高肥力上，全氮是影响土壤脲酶活性的主要因素、有机质是影响蔗糖酶、中性磷酸酶、过氧化氢酶活性的重要因素；低肥力土壤上，有机质是影响土壤脲酶活性的主要因素、速效钾是影响蔗糖酶活性的最主要因素、有机质是影响碱性磷酸酶活性的主要因素、速效氮是影响过氧化氢酶活性的主要因素。无论是在高肥力还是低肥力土壤上，尽管土壤有较大差异，土壤酶活性在表征土壤肥力上具有显著的作用。</span