贵州中部喀斯特山区退耕还林还草对土壤肥力的影响

贵州中部喀斯特山区退耕还林还草对土壤肥力的影响
罗勇
（贵州省林业调查规划院，贵州贵阳550003）
摘要通过对贵州中部喀斯特山区不同退耕还林还草区植被及土壤进行调查，探讨退耕还林还草后坡地土壤肥力的变化。

结果表明：
坡耕地退耕还林还草后，土壤质地趋向粘化，土壤容重明显下降，土壤毛管孔隙度增加，土壤持水能力增强。

同时，土壤有机质及碱解氮含量出现显著增加，其大小顺序均是退耕还林地＞退耕还草地＞退耕荒草地＞旱地；而土壤有效磷及速效钾含量也出现一定程度的增加。

退耕还林还草能明显提高土壤保水和蓄水性能以及土壤有效养分数量，从而提高土壤的肥力水平。

关键词喀斯特山区；退耕还林还草；土壤水；土壤养分中图分类号S158文献标识码A 文章编号1004－8421（2012）05－567－03
作者简介
罗勇（1964－），男，贵州贵阳人，工程师，从事植被配置与
森林生态效益研究。

收稿日期2012-05-11贵州省喀斯特面积占全省土地面积的73．6%，喀斯特地貌发育完整、
类型多样。

南方喀斯特森林是一种特殊森林生态系统，
其顶级群落为常绿落叶阔叶混交林，但在人为干扰作用下，喀斯特森林逐渐退化，植物群落从常绿阔叶林向次生乔林、
灌木林、藤刺灌丛、草灌和草丛的方向进行演替，不同演替阶段群落种组组成、树高、径级结构和群落的多样性发生明显的变化［1］
，森林退化过程中土壤肥力不断下
降
［2－11］。

喀斯特地区地表崎岖破碎，山多坡陡，降水量大，地
表径流冲刷严重，
而石灰岩成土速度慢，土层浅薄，且土被不连续，土壤限制因子多，大多数区域生态环境脆弱，农业生产条件差
［1－2，12］。

由于人们长期对土地的不合理利用与经营，
如陡坡毁林种粮，顺坡耕种等，对土地进行掠夺式经营，水土流失严重，土壤物理性质恶化，土壤肥力不断退化，石漠化程度加大
［2，13］。

生态恢复和重建的主要措施是生物措施，其次是工程措施、
耕作措施和管理措施等。

退耕还林还草工程是将生物措施、工程措施、耕作措施和管理措施相耦合的一种重要途径
［14－15］。

退耕还林还草工程是通过对于坡度25ʎ以上坡耕
地进行退耕还林还草，在贵州喀斯特山区形成以生态林果药型退耕还林还草的模式，
如在乌江、南北盘江等河流的上游及沿江一带，营建水源涵养林、防护林、用材林等，实现生态效益与经济效益相结合。

此外，
采取林果药、林草牧、林茶桑等农林复合生态模式，如在黔中、黔西南、黔南等区域，种植花椒、
板栗、杜仲、核桃、黄柏、金银花、砂仁、黄花梨、金秋梨、艳红桃、白花桃、皇竹草、黑麦草、三叶草、串叶松香草、紫花苜蓿等
［1－2］。

10多年来，贵州省通过实施退耕还林还草工
程，形成了适合当地生态环境的多种退耕模式，对喀斯特生态环境的治理提供了有效的途径。

目前对于退耕还林还草后土壤肥力变化以及土壤质量改善已有部分报道
［12－13］
，而
对于喀斯特地区不同退耕模式下土壤肥力变化的报道则少见。

本文以贵州中部喀斯特不同退耕模式生态区为研究区域，研究退耕还林还草后土壤主要物理性质和养分含量的变化，探讨退耕还林还草对土壤肥力的影响，为喀斯特地区的植被恢复、土壤资源利用以及生态环境治理提供科学依据。

1材料与方法1．1
研究区概况
研究区位于贵州省关岭县与贞丰县分界
的北盘江，是典型的喀斯特生态脆弱区。

调查区内属亚热带温和河谷气候，
年均温17．9ħ，年总积温6542．9ħ，≥10ħ的活动积温5800 6130ħ，年降雨量1100 1200mm ，降雨主要集中在5 9月。

该区地层为逆断层向斜地质构造，河流深切，整个地貌呈倒三角形，最高海拔为1473m ，最低海拔为400m （河面），
属典型喀斯特峡谷地貌区。

该区山高坡陡，土层浅薄，土被不连片，土壤主要分布在岩石旮旯中，植被稀疏，森林覆盖率不足10%，植被覆盖度20% 70%，基岩裸露率为40% 60%；成土母岩主要是白云质灰岩、泥质灰岩，
其次是白云岩，土壤类型主要是石灰土。

调查区内局部区域为次生阔叶林，
大部分区域为灌木林及灌草丛；在坡度平缓地段和部分陡坡地段，被开垦为旱地，主要种植玉米、烤烟、油菜等作物。

1．2
样地调查及土样采集
采用野外调查的方法，在地形
地貌相对一致的下，
选择坡度在25ʎ 30ʎ范围的地段，在6 7月对主要退耕模式的植被及土壤进行调查，在该区域选择退耕还林地（人工多年种植花椒、
板栗等经济林木）、退耕还草地（人工多年种植黑麦草及紫花苜蓿等草本植物）、退耕荒草地（多年未种植作物，植被为自然生长及演替的草本群落）和坡耕旱地（长期种植玉米）。

每种种植模式调查4块样地，在每个样地内选取5个样点，分别取0 15cm 厚的表层土壤样品进行混合，土壤样品风干后，研磨通过1mm 筛孔，供测试分析。

1．3
土壤样品的测定方法
在样地进行土壤调查及样品采
集时，采用环刀法测定土壤容重及孔隙度，同时测定土壤含水量。

选择有代表性的地段挖土壤剖面，
分层（0 10cm 、10 20cm 、20 30cm ）测定土壤水的含量。

土壤测定项目有pH 值、有机质、碱解氮、有效磷、速效钾和粘粒含量等，其中土壤pH 采用酸度计法、有机质采用重铬酸钾容量法、碱解氮采用扩散吸收法、有效磷采用Olsen 法（NaHCO 3溶液浸提）、速效钾采用NH 4OAc 浸提－火焰光度法、土壤颗粒组成采用简易比重计法测定［16］。

2结果与分析
2．1不同退耕模式土壤水分的变化
2．1．1
降雨后土壤水分的变化。

从表1看出，喀斯特山区
不同退耕模式下表层土壤含水率的变化与退耕区植被条件密切相关。

野外实地调查与土壤水分测定结果表明，在7月份降雨3d 后，除退耕还林区外，其他退耕模式下表层（0 15cm ）土壤水含量与旱地相比未出现明显的差异；在降雨7d
农技服务，2012，29（5）：567－569责任编辑聂克艳责任校对胡先祥
后，不同退耕模式下表层土壤含水量则出现较明显的差异，土壤含量变化大小顺序是退耕还林地＞退耕还草地、退耕荒草地＞旱地；降雨12d后，表层土壤含水量发生了明显的变化，退耕还林地、退耕还草地、退耕荒草地的表层土壤平均含水量分别比旱地高211．3%、149．1%、67．9%，旱地土壤水含量接近萎蔫系数，出现了临时干旱的现象。

表1喀斯特山区不同退耕模式下土壤水分含量的变化（n=4）
模式
降雨后3d
水分含量平均值变异系数
降雨后7d
水分含量平均值变异系数
降雨后12d
水分含量平均值变异系数
退耕还林地39．2 45．939．04a8．0728．6 39．131．5a8．5014．7 19．016．5a11．70退耕还草地27．4 33．528．45b11．7219．3 27．123．2b9．1011．3 15．613．2b9．25退耕荒草地25．2 34．031．09b9．9521．0 29．524．9b13．708．4 10．78．9c18．90旱地23．1 30．729．30b12．6011．5 22．814．5c21．445．0 8．35．3d16．41注：表中字母为多重比较（LSD）结果，字母不同的处理之间差异达P=0．05的显著性水平。

喀斯特土壤水分的耗损主要是土面蒸发和植物的蒸腾作用，其中土面的蒸发强度成为决定土壤含水量的主要因素，在气候、地形条件相似的条件下，土面蒸发主要与植物群落结构、植被覆盖度、枯落物厚度密切相关。

由于喀斯特山区土被不完整，土层厚薄不一，土壤分布没有明显的规律性，土壤水分变异较大，退耕还林还草后，植被覆盖度明显增加，植物群落逐步向草本群落、灌木群落或乔木群落演变，群落层次增加，群落结构逐步复杂化，特别是退耕还林区，乔木植物零星分布，灌木层植被覆盖度高，枯落物数量较多，土面的蒸发强度减弱，土壤含水量明显增加，植物可利用的水分数量多，有利于植物生长。

2．1．2干旱季节土壤水分的变化。

从表2看出，在干旱的条件下（连续15d未降雨），退耕还林地0 10cm和10 20 cm土层内土壤含水量明显高于退耕还草地、退耕荒草地；退耕还林地20 30cm土层内土壤含水量也明显高于退耕还草地、退耕荒草地，而退耕还草地、退耕荒草地土壤含水量明显高于旱地。

对退耕还林地来说，不仅植被层次结构较复杂、覆盖度高，而且有较厚的枯落物层，能明显减少土面的蒸发强度，使表层土壤含水量维持在较高水平，植物可利用的水分数量多，特别是干旱的时期，不仅维持表层土壤具有较高的含水量，而且强化了下层土壤液态水的运移与再分配，提高了下层土壤水分的含量，有利于减轻持续干旱对植物生长的威胁。

而退耕还草地，灌木植物零星分布，土面的蒸发较高，0 10cm、10 20cm土层内土壤平均含水量比退耕还林地低28．9%和18．7%，并且相对波动较大，20 30cm土层内土壤平均含水量也低16．3%。

可见，对喀斯特山区旱坡地退耕还林后，生境逐步从干旱、空气湿度小的生境向湿润、空气湿度大的生境发展，土面的蒸发强度逐渐减少，土壤表层和次表层的含水量增加，植物群落向湿生群落方向演变，这种变化改善了土壤－植物系统中土壤水分保持能力和入渗、再分配过程；而土壤水分是喀斯特植物生长发育的最主要限制因子，森林生态系统中的水分循环对系统的稳定性、连续性和生物生产力产生极大影响，坡耕地退耕还林还草后，土壤－植物系统的演变不仅影响土壤的持水能力，同时影响土壤的理化性质及养分含量。

表2干旱季节不同退耕模式下土壤剖面水分含量的变化（n=4）
生态模式
0 10cm土壤
水分含量平均变异系数
10 20cm土壤水分含量
水分含量平均变异系数
20 30cm土壤水分含量
水分含量平均变异系数
退耕还林地8．1 15．010．7a22．0723．0 28．525．2a12．0233．8 41．237．3a8．09退耕还草地6．0 13．77．6b25．9018．9 25．220．5b18．7125．1 38．031．2b10．72退耕荒草地3．9 7．45．3c26．0512．0 17．316．5c20．7521．5 31．427．5b14．06旱地2．8 6．54．1c24．719．4 15．412．1d24．9217．6 30．222．7c17．90注：表中字母为多重比较（LSD）结果，字母不同的处理之间差异达P=0．05的显著性水平。

表3不同退耕模式下土壤物理性质的变化
生态模式
颗粒组成∥%
＜0．01mm＜0．001mm
孔度∥%
毛管孔度通气孔度
容重
g/cm3
退耕还林地
退耕还草地65．1ʃ6．7a40．0ʃ6．8a44．7ʃ5．3b14．0ʃ0．9b1．19ʃ0．08a
退耕荒草地51．3ʃ6．5b29．0ʃ3．9b41．2ʃ7．0b13．4ʃ1．8b1．27ʃ0．07b
旱地49．5ʃ5．1b26．2ʃ2．8b38．9ʃ4．8b16．9ʃ2．0c1．30ʃ0．04b 注：表中数字为平均值ʃ标准差，表中同列字母为多重比较（LSD）结果，不同小写字母表示处理之间差异达P=0．05的显著差异水平（下同）。

2．2不同退耕模式下土壤物理性质变化研究区土壤多由白云质石灰岩发育，小于0．01mm粘粒含量范围在45．4% 73．2%，土壤质地较粘重。

从表3可以看出，小于0．01mm 的物理性粘粒和小于0．001mm的粘粒含量的大小顺序是退耕还林地＞退耕还草地＞退耕荒草地＞旱地，退耕还林还草区表层（0 15cm）土壤物理性粘粒含量明显大于旱地，其小于0．01mm的物理性粘粒平均含量比旱地分别高39．2%、31．5%，而小于0．001mm的粘粒平均含量比旱地分别高71．4%、52．6%。

可见，坡耕地退耕还林草后，可以明显减少土壤粘粒的流失，土壤质地向粘质化方向发展，有利于改善土壤结构。

对不同退耕模式之间土壤容重和孔隙度进行多重比较（LSD）分析，结果（表3）表明：旱地与退耕还林地及退耕还草地的土壤容重之间存在显著性的水平差异（P＜0．05），其平
865农技服务2012年
均值的大小顺序是旱地＞退耕荒草地＞退耕还草地＞退耕还林地；与旱地相比，退耕还林地、退耕还草地土壤容重的平均值分别降低了10．8%、8．5%。

说明坡耕地退耕还林后，土壤原有被破坏的结构得到改善，土壤紧实、板结变得疏松，土壤容重明显降低，同时土壤毛管孔隙度增加。

退耕还林地、退耕还草地的土壤毛管孔隙度平均值分别比旱地高33．7%、14．9%，毛管孔隙度的多少直接影响土壤的保水和供水性能，退耕还林地、退耕还草地与旱地的毛管孔隙度存在显著性差异（P＜0．05），说明坡耕地退耕还林还草后，土壤保水能力有明显的增强，随着退耕地植被覆盖度的增加，土壤孔隙状况得以明显改善，提高了土壤持水能力，为喀斯特生态恢复创造了有利条件。

2．3不同退耕模式下土壤主要养分的变化从表4看出，不同退耕模式下土壤有机质含量的变化范围在97．5 194．3 g/kg，其大小顺序是退耕还林地＞退耕还草地＞退耕荒草地＞旱地，退耕还林地、退耕还草地与旱地之间土壤有机质的差异达显著性水平；退耕还林地、退耕还草地的有机质平均含量分别比旱地高65．6%、75．1%，说明喀斯特坡耕地退耕还林还草后，土壤有机质含量出现明显增加。

同时，土壤碱解氮含量也出现显著增加，其大小顺序是退耕还林地＞退耕还草地＞退耕荒草地＞旱地，与旱地相比，退耕草地、退耕林地的碱解氮平均含量分别提高了167．8%、107．8%，退耕还林地、退耕还草地与旱地之间土壤碱解氮含量的差异也达到显著水平，说明坡耕地退耕恢复植被后土壤碱解氮的数量大幅度增加。

从表1还可看出，退耕还林还草后，土壤有效磷、速效钾含量也出现一定的增加，退耕还林地的土壤有效磷、速效钾平均含量分别比旱地增加了24．1%、47．8%。

因此，坡耕地退耕还林还草后土壤主要有效养分的含量出现增加，特别是碱解氮含量。

综上所述，在退耕还林的过程中，随着植物层次的增加，生态系统结构逐步复杂化，对空气的流通和太阳的辐射有明显的调节作用，使气温、地表温度等出现下降，而相对湿度则逐渐上升，土面的蒸发较低，土壤湿度明显增加。

由于喀斯特群落层次的增加造成生物量提高，使土壤有机质的来源增加；同时由于生景向湿生方向演变，土壤有机质分解速度减慢，从而使土壤有机质含量明显提高。

而土壤有机质增加的同时，植物可利用的养分也相应的增加，植株生长速率和生物量明显提高。

可见，坡耕地退耕还林还草后，随着植被覆盖度的增加，土壤出现粘质化，有机质数量逐步增加，引起土壤结构显著改善，使土壤透水能力增强，地表径流强度减少，水土流失风险明显下降；同时地表土壤蓄水能力增加，相对湿度提高，生物多样性明显增加，土壤肥力水平逐渐提高，为良好生态环境的建立创造了有利条件。

因此，在喀斯特山区退耕还林草能明显提高坡地土壤的肥力水平。

表4不同退耕模式下土壤主要养分的变化
生态模式pH 有机质
g/kg
碱解氮
mg/kg
有效磷
mg/kg
速效钾
mg/kg
退耕还林地
退耕还草地7．29ʃ0．30a171．2ʃ30．5a239ʃ57b6．1ʃ2．6a183．5ʃ34．2a 退耕荒草地7．45ʃ0．57a125．4ʃ29．4b192ʃ62b5．5ʃ3．1a153．2ʃ45．8a 旱地7．52ʃ0．26a97．8ʃ54．0b115ʃ75c5．4ʃ2．3a129．2ʃ24．0a
3结论与讨论
3．1喀斯特山区不同退耕模式下表层（0 20cm）土壤含水量变化与退耕区植被条件密切相关，在干旱条件下，退耕还林地表层土壤含水量明显高于退耕还草地；在20 30cm土层内退耕还林地土壤含水量也明显高于退耕还草地，而退耕还草地土壤含水量明显高于旱地。

3．2在喀斯特生态脆弱区，坡耕地退耕还林还草后，植物群落层次增加，土壤质地趋向粘化，土壤抗蚀能力增强，土壤容重显著下降，土壤毛管孔隙度增加，土壤持水抗旱能力增强，有利于坡耕地的水土保持。

3．3喀斯特坡耕地退耕还林还草后，土壤有机质含量及碱解氮含量出现明显增加，而土壤有效磷及速效钾的含量出现一定的增加。

退耕还林还草能明显增加土壤有机质的数量，同时能提高土壤有效养分的数量。

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