砒砂岩地区沙棘生态工程的土壤修复效果分析

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3. 内蒙古正镶白旗林业局,内蒙古 013800; 4. 山合林 (北京) 水土保持技术有限公司,北京 100038)
摘要:本文以砒砂岩地区沙棘生态工程为研究对象,探讨沙棘生态修复工程实施对表层土壤理Baidu Nhomakorabea性状的改良作
用,初步研究结果表明:实施造林工程 8 年后,沙棘林地表层土壤的总孔隙度比荒坡地提高 7.4%,土壤粘粒含量
表 2 不同土地利用类型条件下的表层土壤各级团粒含量分析值
立地类型
沙棘林地 荒地 农地
苜蓿地
>5mm 43.379 14.506 28.211 26.891
5~2mm 5.097 4.305 3.026 9.574
表 土 层 各 级 团 粒 含 量 分 析 值(%)
2~1mm
1~0.5mm
0.5~0.25mm
由图 1 可知,从不同土地利用类型来看,0~ 10cm 表层土壤中,总孔隙度与毛管孔隙度都表现 出沙棘林地>苜蓿地>荒地>耕地,沙棘林的总孔隙 度 为 47.8% , 苜 蓿 地 为 45.9% , 荒 坡 为 44.5% , 耕 地为 42.1%,说明种植沙棘林有很好的改良土壤的 作用,足见退耕还林后,由于不同植物群落类型根 系的穿插作用,使土壤中形成了许多大的孔隙,特 别是根系残体、分泌物等对土壤颗粒的胶结作用, 促使形成了更多的大孔隙,使其造林 8年后表层土 壤孔隙度均高于天然草地,提高了土壤的入渗性 能,增强了保育水土的能力。 3.2 沙棘造林对土壤机械组成的影响
使粘化作用增强,粘粒聚集明显,粉粒、粘粒含量 增加,砂粒含量减小,土壤的抗蚀性和抗冲性提 高,有效地减少了水土流失。同时表明沙棘林地较 其他土地利用方式更有利于粘化作用的进行和粘粒 的聚积,更能防止土地退化,促进土壤形成发育和 土地生产能力的提高。 3.3 沙棘造林对土壤团聚性能的影响
团粒结构是由有机胶体和无机胶体经多级粘结 团聚而成,通常将直径大于 0.25cm 的成为团聚体, 小于 0.25cm 的称为微团粒。团粒结构是土壤肥力的 中心调节器,其大小分布和稳定性影响着土壤的孔 隙度、持水性、通透性和抗蚀性,团聚体的数量和 稳定性是衡量土壤质量和土壤抗蚀性的重要指标 。 [17]
3 结果分析
3.1 沙棘造林对土壤孔隙度的影响 土壤中的孔隙是土壤中水分和空气的通道和存
在场所。土壤孔隙度的大小,决定着土壤水分和空
图 1 不同土地利用类型地土壤孔隙度变化
气的含量及通透性的好坏。土壤的通气性,保水 性,透水性以及植物根系的伸展,都受土壤孔性的 影响。所以土壤孔隙分布是土壤基质最重要的特征 之一,是土壤肥力的重要指标。
17.396
0.026
4.248
0.348
7.309
1.321
12.581
0.544
粘 粒(%)
0.005~0.001
<0.001
26.555
22.601
3.015
9.199
4.460
12.120
7.202
13.002
2013 年 9 月第 11 卷第 3 期
《国 际 沙 棘 研 究 与 开 发》
从土壤机械组成成分分析看,不同的土地利用 模式,土壤的各级颗粒组成不同,见表 1。沙棘林
表 1 表土层土壤机械组成比较
立地类型
沙棘林地 荒地 农地
苜蓿地
砂 粒(%)
1~0.25
0.25~0.05
0.021
33.422
1.621
83.19
1.150
74.790
0.152
66.671
粉 粒(%)
0.05~0.01 0.01~0.005
占 49.15%,比荒地增加了 75%;>5mm 的大团粒含量为 43.38%,是荒地的 2.99 倍,有机质含量为 13.92g/kg,是荒
地的 3.68 倍;全氮、全磷、全钾的含量分别为荒地的 1.72 倍、1.13 倍与 1.36 倍,有效氮、速效钾、速效磷含量分
别为荒地的 4.54 倍、3.29 倍与 7.6 倍。说明沙棘造林使造林区的土壤结构得到显著改善,沙棘生态修复工程的生态
沙棘工程是通过人为手段,在砒砂岩区改变植 物 (生 物) 措 施 的 过 程 , 砒 砂 岩 地 区 种 植 沙 棘 后 , 其土壤剖面、理化性状均会发生一系列变化,促进 植被的正向演替,建成稳定的植被群落,因而植被 恢复对土壤的影响是研究的重点问题。目前对于砒 砂岩地区沙棘工程实施效果的研究主要是对沙棘生 理特征、品种选育、生长调节机理、种群繁殖策 略 、 水 土 保 持 功 能 、 种 群 格 局 方 面 的 研 究 较 多 , [4-11] 而对于砒砂岩区沙棘工程改土效果的研究,报道较 少。土壤的物理性状是土壤持水性能的重要体现,
土壤有机质是土壤的重要组成部分,它含有植物 生长所需的各种营养物质特别是氮、磷的重要来源, 是提供微生物生命活动的能源,对土壤物理、化学和 生物学性质都有着深刻的影响。因此,经过退耕还林 还草,植被恢复能有效地增加土壤有机质含量,改善 土壤性质,各土层厚度中土壤肥力充分增强。
由图 2可知,苜蓿地的有机质含量最大,为 20.32g/kg, 其 次 为 沙 棘 林 地 为 13.92g/kg, 耕 地 4.39g/kg, 荒 地 的 最 小 , 为 3.79g/kg, 这 是 由 于 有 机质来源的差异引起的,土壤有机质主要来自于植 物枯落物与腐朽根系、动物残骸、土壤微生物以及
效益突出,可有效降低该地区降雨对土壤的侵蚀和地表径流的冲刷。
关键词:砒砂岩区;沙棘生态工程;土壤理化性质
中 图 分 类 号 : S793.614.6
文献标识码:A
文 章 编 号 : 1672-4836 (2013) 03-0019-05
裸露的砒砂岩地区生态环境脆弱,水土流失严 重,养分含量低,蓄水能力差,多数植物在其上面 都 难 以 生 存 , 被 中 外 专 家 称 之 为 “ 环 境 癌 症 ”、“ 地 球 上 的 月 亮 ”。 沙 棘 (Hippophae rhamniodes) 是 能够在自然条件下进行无性繁殖以实现种群增长的 一种克隆植物, 因其耐干旱、瘠薄,以它巨大的 冠幅、庞大的根系固持水土,成为砒砂岩的克星, 对砒砂岩地区的植被恢复、改良土壤、保持水土起 到 了 关 键 性 的 作 用 [1-3]。
土壤化学性质是土壤肥力水平的重要体现,但它与 物理性质密切相关,物理性质好肥力水平就高。反 之,亦然。因此,本文针对砒砂岩地区沙棘生态修 复工程区土壤理化性质的变化进行研究,对采取以 植物为主体的治理水土流失措施及生态恢复具有一 定的科学价值。
1 研究区概况
试验区选在内蒙古自治区准格尔旗西召乡的典 型砒砂岩区,该区处于黄土高原的北部边缘,位于 内蒙古自治区西南部,鄂尔多斯高原东部,属典型 的 丘 陵 沟 壑 地 貌 。 [12] 地 理 坐 标 为 39°35′~39°41′N, 110°07′~111°13′E, 海 拔 高 度 1297~1477m。 气 候 属于典型的中温带大陆性气候,其特点为冬季漫长 而寒冷,夏季炎热而短促,春秋气温变化剧烈。该 区 平 均 气 温 为 6.2~8.7℃ ; 年 均 降 水 400mm 左 右 , 多集中于 7~9 月。年均蒸发量 2093mm,年均湿润 度 0.3~0.34; 平 均 日 照 时 数 为 2900~3100h, 无 霜 期 145d; 年 平 均 风 速 3.2m/s, 年 平 均 大 风 天 数 为
土壤容重、孔隙度、持水量用环刀进行测 定;土壤机械组成和微团聚体采用吸管法;团粒 破坏率采用机械筛网法;土壤有机质采用硫酸重 铬酸钾法进行测定;土样中有效氮用 Bremner 浸取 法 , 连 续 流 动 分 析 仪 (FIAstar 5000 Analyzer FOSS TECATOR) 测 定 ; 全 氮 采 用 凯 氏 定 氮 仪 (XIELTEC SYSTEM 1026 Distilling Unit) 测 定 ; 全磷用酸熔钼锑抗比色法测定;速效钾质量含量用 乙 酸 铵 浸 提 火 焰 光 度 法 测 定 。 用 Excel 和 SPSSl17.0 软件进行数据处理 。 [14-15]
21
地 的 砂 粒 含 量 占 33.44%, 粉 粒 含 量 占 17.42%, 粘 粒 含 量 占 49.15%; 荒 地 的 砂 粒 含 量 占 84.81%, 粉 粒含量占 4.59%,粘粒含量占 12.21%;农地的砂粒 含 量 占 75.94% , 粉 粒 含 量 占 8.63% , 粘 粒 含 量 占 16.58%; 苜 蓿 地 砂 粒 含 量 占 66.82%, 粉 粒 含 量 占 13.12% , 粘 粒 含 量 占 20.20% 。 从 粘 粒 含 量 来 看 , 沙棘林地的含量最高,明显高于其它样地,分别比 荒地、农地、苜蓿地增加 75%,66%,58%,粉粒 含量也有不同程度的增加,各种利用类型的增加差 异不明显,砂粒含量则大幅度减少,分别比荒地、 农地、苜蓿地减少 60%,55%,49%,这是由于随 着林木的生长,减少了雨滴对地面的直接击溅侵 蚀,降低了径流对土壤的冲刷,稳定了成土环境,
土壤机械组成分析就是为了测定不同直径土壤 颗粒的组成,确定土壤的质地。土壤质地直接影响 土壤水、肥、气、热的保持和运动,并与作物的生 长 发 育 有 密 切 的 关 系 。 许 多 研 究 表 明 , [16] 粘 粒 具 有 较大的表面积,粘结力很强,在水稳性团聚体形成 过程中具有重要作用。按照中国科学院南京土壤研 究所 1975 年制定的粒级划分方案,不同退耕还林 地土壤的机械组成如表 1所示。
收稿日期:2013-08-02 作者简介:何京丽 (1960-),女,教授级高工,主要从事牧区水土保持与草地生态方面的研究。E-mail:mkshjl@126.com 通讯作者:郭建英 (1979-),男,博士,主要从事半干旱地区水土流失与植物生态方面的研究。E-mail:guojianying1980@163.com
3.090
7.126
10.373
3.342
27.513
21.569
15.795
11.896
12.259
8.415
12.558
13.264
<0.25mm 30.934 28.765 28.814 29.299
从受植物影响较大的表层来看,不同土地利用 条件下,>5mm 的大团粒含量中,明显表现为沙棘 林 地 > 农 地 > 苜 蓿 地 > 荒 地 , 见 表 2。 沙 棘 林 地 > 5mm 的 大 团 粒 含 量 为 43.38% , 分 别 是 荒 地 、 农 田、苜蓿地的 2.99 倍、1.54 倍、1.61 倍,足见植被 在形成团粒特别是大团粒方面的特殊贡献作用,虽 然沙棘林龄较短,但各类大团粒含量已明显高于农 耕地。表明沙棘造林对土壤结构形成的影响较大, 能够降低降雨对土壤的侵蚀和地表径流冲刷的综合 作用明显。 3.4 沙棘造林对土壤有机质的影响
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砒砂岩地区沙棘生态工程的土壤修复效果分析
第3期
10~30d。 土 壤 类 型 主 要 是 栗 钙 土 。 植 被 类 型 属 于 暖 温 型 草 原 植 被 。 [10] 由 于 裸 露 的 砒 砂 岩 养 分 含 量 低,蓄水能力差,水土流失严重,多数植物在其上 面难以生存,加之人为因素的影响,使得原本脆弱 的生态系统被破坏的十分严重,再加上多发性暴雨 和较大的温差,使得该区水土流失极为严重,是国 家水土流失的严重地区和危害黄河下游河道粗泥沙 的主要产地之一 。 [13]
2 材料与方法
2.1 调查对象选择 以内蒙古准格尔旗西召乡的典型砒砂岩区 8年
生的沙棘林地为研究对象,同时选择坡度、坡向等 立 地 条 件 相 类 似 的 荒 坡 地 (未 种 植 砒 砂 岩 地)、 农 地、苜蓿草地作为参照,于 2006 年 8 月进行调查, 共设置 15 个标准地,标准地面积为 100m2,根据地 形情况按 10m×10m 或 20m×5m 设置,标准地内按 对角线法共设置 5 个 1m×1m 的小样地,在每个小 样地取表层 0~10cm 土壤进行研究分析。 2.2 试验方法
2013 年 9 月第 11 卷第 3 期
《国 际 沙 棘 研 究 与 开 发》
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砒砂岩地区沙棘生态工程的土壤修复效果分析
何京丽 1,殷丽强 2,4,郭建英 1,韩利兵 3,梁月 2,4,李锦荣 1,岳征文 1
(1. 水利部牧区水利科学研究所,呼和浩特 010020; 2. 水利部水土保持植物开发管理中心,北京 100038;
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