陳孫華

（湖南環(huán)境生物職業(yè)技術(shù)學(xué)院 園林學(xué)院，湖南 衡陽(yáng)421005）

植被與土壤是相互作用、協(xié)調(diào)發(fā)展的統(tǒng)一體，植被的演替伴隨著土壤性狀的改變［1－2］。植物群落變化總是與土壤的演化相關(guān)聯(lián)，土壤分異導(dǎo)致植被變化，植被變化影響著土壤的發(fā)育。因此，關(guān)于植被與土壤環(huán)境之間的關(guān)系研究，一直是生態(tài)學(xué)研究的一個(gè)重要領(lǐng)域。近年來(lái)，有關(guān)這方面的研究取得了一定的研究成果，主要涉及植物群落演替階段土壤特性的差異［3－4］；植物群落演替進(jìn)程中土壤肥力變化綜合評(píng)價(jià)［5－7］；植物群落分布與土壤特征與土壤營(yíng)養(yǎng)關(guān)系［8－10］等方面。但對(duì)于衡陽(yáng)紫色土丘陵坡地土壤理化特征隨植被不同恢復(fù)階段的變化未見(jiàn)報(bào)道。

衡陽(yáng)紫色土丘陵坡地是湖南省環(huán)境最為惡劣的地區(qū)之一，該區(qū)域水土流失嚴(yán)重，植被稀疏，基巖裸露，有的區(qū)域幾乎沒(méi)有土壤發(fā)育層，生態(tài)環(huán)境十分惡劣，植被恢復(fù)十分困難［11－12］。為此，本研究以衡陽(yáng)紫色土丘陵坡地為例，研究植被不同恢復(fù)階段土壤理化特征，旨在為衡陽(yáng)紫色土丘陵坡地植被恢復(fù)與重建提供科學(xué)依據(jù)，為其生態(tài)環(huán)境建設(shè)與可持續(xù)的生態(tài)農(nóng)業(yè)發(fā)展提供實(shí)踐參考。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)域位于湖南省中南部，湘江中游，地理坐標(biāo) 為 110°32′16″—113°16′32″E，26°07′05″—27°28′24″N。屬亞熱帶季風(fēng)濕潤(rùn)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1 325mm，年平均蒸發(fā)量1 426．5 mm。平均相對(duì)濕度80%，全年無(wú)霜期286d。地貌類(lèi)型以丘崗為主。紫色土面積有1．625×105hm2，呈網(wǎng)狀集中分布于該區(qū)域中部海拔60～200m的地帶，東起衡東縣霞流、大浦，西至祁東縣過(guò)水坪，北至衡陽(yáng)縣演陂、渣江，南達(dá)常寧市官嶺、東山和耒陽(yáng)市遙田、市爐一帶，以衡南、衡陽(yáng)兩縣面積最大。

2 研究方法

2．1 樣地設(shè)置

以空間代替時(shí)間的方法［13］，在具有代表性的地帶，選擇坡度、坡向、坡位和裸巖率等生態(tài)因子基本一致的坡中下部沿等高線(xiàn)的裸荒地、草本群落、灌木群落和喬木群落4塊樣地，分別表示演替初期（Ⅰ）、演替中前期（Ⅱ）、演替中后期（Ⅲ）與演替后期（Ⅳ）4個(gè)階段。

2．2 樣品的采集與分析

在4個(gè)樣地中取面積900m2（30m×30m）于春季（2010年3月）、夏季（2010年8月）、秋季（2010年11月）和冬季（2011年1月），采用S型或梅花型5點(diǎn)，以0—20cm（表層），20—40cm（亞表層）和40—60cm（下層）分3層（分別用A、B與C層表示）混合取樣；按相同生境、相同層次的5個(gè)點(diǎn)的土樣等比例混合為一個(gè)混合樣，去掉土壤中可見(jiàn)植物根系和殘?bào)w，經(jīng)風(fēng)干后過(guò)篩，供土壤養(yǎng)分測(cè)定等。其中，土壤水分、土壤容重用鋁盒、團(tuán)粒結(jié)構(gòu)、容重環(huán)刀制?。?4］；有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀—外加熱法測(cè)定，全氮采用半微量開(kāi)氏法測(cè)定，速效磷采用NaHCO3提取—鉬銻抗顯色—紫外分光光度法測(cè)定，速效鉀采用NH4AC—原子吸收法測(cè)定［15］。

3 結(jié)果與分析

3．1 不同植被恢復(fù)階段對(duì)土壤物理性質(zhì)的影響

3．1．1 不同恢復(fù)階段對(duì)土壤團(tuán)聚體組成的影響 由表1可知，隨著植被恢復(fù)的演替進(jìn)行，土壤中的微團(tuán)聚體含量增加，其中表層土變化最明顯，0—20cm表層土壤小于0．05mm微團(tuán)粒百分比在演替中前期（Ⅱ）、演替中后期（Ⅲ）與演替后期（Ⅳ）比演替初期（Ⅰ）分別減少了18．42%，40．21%與60．25%。這是由于隨著植被恢復(fù)的演替進(jìn)行，植被蓋度增加，減小了雨滴對(duì)地面的擊濺侵蝕，降低了徑流對(duì)土壤的沖刷，穩(wěn)定了成土環(huán)境，使土壤的黏化作用增強(qiáng)，微團(tuán)粒聚集明顯，砂粒含量減小，土壤抗蝕性與抗沖性提高，有效地減少了水土流失。

表1 不同植被恢復(fù)階段土壤團(tuán)聚體組成

3．1．2 不同植被恢復(fù)階段對(duì)土壤容重的影響 研究表明（圖1），不同植被恢復(fù)階段土壤容重均隨土層深度的增加而增大，增加幅度最大的為演替中前期（Ⅱ）的表層與亞表層，增加6．67%，同一層次的土壤容重在不同的演替階段隨著演替的進(jìn)行逐漸減小，土壤容重最小的是演替后期的表層，為1．26g／cm3，最大的為演替初期的底層，為1．74g／cm3。造成這一現(xiàn)象的主要原因是隨著植被恢復(fù)的演替進(jìn)行，植被蓋度與枯枝落葉也相應(yīng)增加，地表土壤的養(yǎng)分條件改善，使植物細(xì)根在土壤表層（0—20cm）富集［16－18］。

圖1 不同植被恢復(fù)階段土壤容重變化

3．2 不同植被恢復(fù)階段的土壤化學(xué)性質(zhì)的變化

3．2．1 土壤有機(jī)質(zhì)變化 研究表明（圖2），衡陽(yáng)紫色土丘陵坡地不同植被恢復(fù)階段的土壤有機(jī)質(zhì)變化趨勢(shì)基本一致，其含量均隨土層深度的增加而遞減，表現(xiàn)出明顯的表聚性；在演替初期（Ⅰ）與演替中前期（Ⅱ）0—40 cm土層土壤的有機(jī)質(zhì)含量極其接近，這是因?yàn)樵谶@兩個(gè)階段，土壤表層的枯落物較少，形成上具有同源性；在演替中后期（Ⅲ）有機(jī)質(zhì)含量的差異隨土層深度的增加而增大，這是由于在此演替階段，植物枯落物及其根系主要集中在0—40cm土層，而在40—60cm土層處較少。在演替后期（Ⅳ），由于地表枯落物及其殘根的增加，0—20cm土層土壤的有機(jī)質(zhì)含量增加幅度較大，比演替中后期（Ⅲ）同層次增加了近50%。

圖2 不同植被恢復(fù)階段土壤有機(jī)質(zhì)變化

3．2．2 土壤全氮、速效磷與速效鉀的變化 隨著植被恢復(fù)的演替進(jìn)行，土壤全氮、速效磷與速效鉀呈現(xiàn)出一定的時(shí)空變化規(guī)律（表2）。土壤全氮含量與土壤有機(jī)質(zhì)含量的分布相似，呈上高下低的特征［12，19－20］。但進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，由于植被狀況等生態(tài)因素的差異，相同層次土壤全氮存在一定的差異。在演替初期（Ⅰ），表層0—20cm土壤的含氮量低于亞表層20—40cm，這可能與這一階段的裸荒地水土流失帶走表層一部分氮素有關(guān)；在其他演替階段，全氮的含量隨土層的變化規(guī)律與土壤有機(jī)質(zhì)的含量相對(duì)應(yīng)，為上高下低，說(shuō)明土壤中全氮的含量與有機(jī)質(zhì)的含量具有極強(qiáng)的相關(guān)性［21］；但值得一提的是，盡管演替后期（Ⅳ）表層土壤全氮量大于演替中后期（Ⅲ），但在另外兩個(gè)土層中，演替后期（Ⅳ）土壤全氮量卻小于演替中后期（Ⅲ），這主要是因?yàn)檠萏婧笃冢á簦﹩棠救郝涞牡厣喜糠稚锪看笥谘萏嬷泻笃冢á螅?，則從地下主要根區(qū)（20—60cm）吸收消耗的氮量必然較多［22－23］。

表2 不同植被恢復(fù)階段土壤全氮、速效磷與速效鉀的變化

隨著植被恢復(fù)的演替進(jìn)行，速效磷的含量在逐漸增加，這可能與土壤中的有機(jī)質(zhì)含量逐漸增加有關(guān)。在演替初期（Ⅰ）與演替中前期（Ⅱ）0—60cm土層土壤速效磷變化幅度不大，可能是由于土壤中有機(jī)質(zhì)含量較低，土壤容重較大，導(dǎo)致土壤速效磷的有效性與移動(dòng)性較差；在演替中后期（Ⅲ）與演替后期（Ⅳ）0—20cm表層土壤中速效磷反而比20—40cm亞表層低，導(dǎo)致這種現(xiàn)象的原因可能一方面是表層土壤沙性較大，砂土對(duì)磷的吸附能力較弱［24］；另一原因是正磷酸鹽容易被還原，致使速效磷易于被雨水淋失；4個(gè)演替階段40—60cm底層土壤速效磷的變化幅度不大，一方面說(shuō)明植物的根系主要分布于表層與亞表層，底層分布較少，另一方面說(shuō)明植物生長(zhǎng)所必需的磷幾乎全部由土壤供給，磷在土壤中的移動(dòng)性與揮發(fā)性較小。

隨著植被恢復(fù)的演替進(jìn)行，在0—20cm的表層，土壤速效鉀隨植被恢復(fù)的演替進(jìn)行而逐漸增加，這與表層枯落物的逐漸增加有關(guān)；Ⅰ—Ⅳ演替階段，20—40cm亞表層土壤速效鉀變化幅度不大，其原因在于隨著演替的進(jìn)行，枯枝落葉層腐殖化作用增加的營(yíng)養(yǎng)在表土層富集，而枯枝落葉的礦化難易程度與土壤的水分等環(huán)境條件有關(guān)，土壤養(yǎng)分逐漸向下淋溶需要時(shí)間的積累；40—60cm下層土壤速效鉀隨著演替的進(jìn)行而逐漸下降，這是因?yàn)殡S著演替進(jìn)行，植物生長(zhǎng)需要大量的鉀元素，其根系逐漸向下擴(kuò)展，而通過(guò)降水淋溶作用而到達(dá)下層的鉀元素低于植物生長(zhǎng)吸收數(shù)量，以致于下層鉀元素處于下降的狀態(tài)。

4 討 論

（1）植物群落的演替是對(duì)其初始狀態(tài)的異化過(guò)程，不但體現(xiàn)在種類(lèi)組成與結(jié)構(gòu)的變化上，也體現(xiàn)在環(huán)境的改變中。土壤作為植物環(huán)境的主要因子，其基本屬性的改變必然影響群落演替，某一演替階段的群落特征和土壤特征，是群落與土壤協(xié)同作用的結(jié)果。因此，植物群落的演替過(guò)程，也是植物對(duì)土壤不斷適應(yīng)和改造的過(guò)程，土壤性質(zhì)是植物演替的重要驅(qū)動(dòng)力之一。在同一氣候和土壤條件下，所覆蓋的植被類(lèi)型不同，土壤的理化性質(zhì)的差異，反映了土壤特性除了與成土母巖、氣候和自然理化性質(zhì)有密切關(guān)系外，植被的作用也不可忽視。植物群落對(duì)土壤發(fā)育的作用，一是通過(guò)改變?nèi)郝渌疅岘h(huán)境直接影響土壤的發(fā)育條件，二是通過(guò)根系和枯落物回歸土壤而直接參與土壤的成土過(guò)程［25］。

（2）在衡陽(yáng)紫色土丘陵坡地，隨著植被恢復(fù)的不斷進(jìn)行，總體上土壤理化特征趨于改善，為賴(lài)以生存的植物提供物質(zhì)條件，但由于植物通過(guò)根系吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)以及枯落物回歸土壤參與成土過(guò)程，土壤肥力不均勻，具有高度的空間異質(zhì)性［26－27］，相關(guān)研究有待于今后進(jìn)一步深入。

［1］ Mcquilkin W E．The natural establishment of pine in abandoned fields in the Piedmour Plateau Region［J］．E－cology，1940，21（2）：135－147．

［2］ Yang N，Li J G．Growth dynamics of rapeseed leaves based on MATLAB［J］．Agricultural Science ＆ Technology，2008，9（5）：96－98．

［3］ 曲國(guó)輝，郭繼勛．松嫩平原不同演替階段植物群落和土壤特性的關(guān)系［J］．草業(yè)學(xué)報(bào)，2003，12（1）：18－22．

［4］ Nihlgrad B．Pedological influence of spruce planted on former beech forest soil in Scania［J］．South Sweden Oikos，1971，22（3）：302－314．

［5］ 張慶費(fèi)，宋永昌，由文輝．浙江天童植物群落次生演替與土壤肥力的關(guān)系［J］．生態(tài)學(xué)報(bào)，1999，19（2）：174－178．

［6］ Kellner O，Redbo－torstensson P R．Effects of elevated nitrogen deposition on field－layer vegetation in coniferous forests［J］．Ecological Bulletins，1995，44（1）：227－237．

［7］ 楊小波，張?zhí)伊?，吳慶書(shū)．海南瓊北地區(qū)不同植被類(lèi)型物種多樣性與土壤肥力的關(guān)系［J］．生態(tài)學(xué)報(bào)，2002，22（2）：190－196．

［8］ 侯扶江，南志標(biāo)，肖金玉，等．重牧退化草地的植被、土壤及其耦合特征［J］．應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2002，13（8）：915－922．

［9］ 王琳，張金屯，上官鐵梁，等．歷山山地草甸的物種多樣性及其與土壤理化性質(zhì)的關(guān)系［J］．應(yīng)用與環(huán)境生物學(xué)報(bào)，2004，10（1）：18－22．

［10］ 楊文文，李學(xué)培，王洪英．東北黑土區(qū)坡耕地水土流失及防治技術(shù)研究進(jìn)展［J］．水土保持研究，2005，12（5）：232－236．

［11］ 楊寧，鄒冬生，李建國(guó)．衡陽(yáng)盆地紫色土丘陵坡地植物群落數(shù)量分類(lèi)及物種多樣性研究［J］．農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化研究，2009，30（5）：615－619．

［12］ 楊寧，鄒冬生，李建國(guó)．衡陽(yáng)盆地紫色土丘陵坡地自然恢復(fù)灌叢階段主要種群空間分布格局［J］．生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào)，2009，18（3）：996－1001．

［13］ 楊寧，鄒冬生，李建國(guó)，等．衡陽(yáng)盆地紫色土丘陵坡地主要植物群落自然恢復(fù)演替進(jìn)程中種群生態(tài)位動(dòng)態(tài)［J］．水土保持通報(bào)，2010，30（4）：87－93．

［14］ 楊寧，鄒冬生，李建國(guó)．衡陽(yáng)盆地紫色土丘陵坡地土壤水分變化動(dòng)態(tài)研究［J］．水土保持研究，2009，16（6）：16－21．

［15］ 安慧，韋蘭英，劉勇，等．黃土丘陵區(qū)油松人工林和白樺天然林細(xì)根垂直分布及其與土壤養(yǎng)分的關(guān)系［J］．植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)，2007，13（4）：611－619．

［16］ 廖利平，鄧士堅(jiān)，于小軍，等．不同連栽代數(shù)杉木人工林細(xì)根生長(zhǎng)、分布與營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)分泌特征［J］．生態(tài)學(xué)報(bào)，2001，21（4）：569－573．

［17］ 楊寧，鄒冬生，李建國(guó)．衡陽(yáng)盆地紫色土丘陵坡地主要植物群落生物量特征［J］．湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2009，35（5）：466－469．

［18］ 陳文慶，李鵬，張良恩，等．林木細(xì)根分布規(guī)律與土壤水分響應(yīng)關(guān)系研究［J］．水土保持研究，2009，16（6）：92－96．

［19］ 楊寧，鄒冬生，楊滿(mǎn)元，等．貴州雷公山禿杉的種群結(jié)構(gòu)和空間分布格局［J］．西北植物學(xué)報(bào)，2011，31（10）：2100－2105．

［20］ 陳志陽(yáng)，楊寧，姚先銘，等．貴州雷公山禿杉種群生活史特征與空間分布格局［J］．生態(tài)學(xué)報(bào)，2012，32（7）：2158－2165．

［21］ 李靈，張玉，江慧華，等．旅游干擾對(duì)武夷山風(fēng)景區(qū)土壤質(zhì)量的影響［J］．水土保持研究，2009，16（6）：56－62．

［22］ 楊寧，彭晚霞，鄒冬生，等．貴州喀斯特土石山區(qū)水土保持生態(tài)經(jīng)濟(jì)型植被恢復(fù)模式［J］．中國(guó)人口·資源與環(huán)境，2011，21（S1）：474－477．

［23］ 楊寧，鄒冬生，李建國(guó)．衡陽(yáng)盆地紫色土丘陵坡地植被恢復(fù)模式建設(shè)［J］．草業(yè)科學(xué)，2010，27（10）：10－16．

［24］ 白軍紅，鄧偉，張玉霞．莫英格濕地土壤氮磷空間分布規(guī)律研究［J］．水土保持學(xué)報(bào)，2001，15（4）：79－81．

［25］ 陳宗偉，江玉林，張洪江．青藏高原高速公路建設(shè)中棄土場(chǎng)土壤流失量特征：以青海平阿高速公路為例［J］．水土保持研究，2006，13（6）：4－6．

［26］ 熊漢鋒，王運(yùn)華．梁子湖濕地土壤養(yǎng)分的空間異質(zhì)性［J］．植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)，2005，11（5）：584－589．

［27］ 楊寧，李建國(guó)．基于MATLAB分析油菜若干性狀之間的關(guān)系［J］．中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，2008，24（9）：36－38．