姚小萌，牛椏楓，黨珍珍，覃 淼，王凱博，周正朝，張 強(qiáng)，李 靜

（1.陜西師范大學(xué) 旅游與環(huán)境學(xué)院，西安 710062；

2.中國(guó)科學(xué)院地球環(huán)境研究所 黃土與第四紀(jì)地質(zhì)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西安 710061）

doi：10.7515/JEE201504006

黃土高原自然植被恢復(fù)對(duì)土壤質(zhì)量的影響

姚小萌1，牛椏楓1，黨珍珍1，覃 淼1，王凱博2，周正朝1，張 強(qiáng)1，李 靜1

（1.陜西師范大學(xué) 旅游與環(huán)境學(xué)院，西安 710062；

2.中國(guó)科學(xué)院地球環(huán)境研究所 黃土與第四紀(jì)地質(zhì)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西安 710061）

本文從土壤物理、化學(xué)和生物因子等方面綜合考慮，運(yùn)用土壤質(zhì)量綜合指數(shù)模型，計(jì)算土壤質(zhì)量綜合指數(shù)。定量化評(píng)價(jià)黃土高原自然植被恢復(fù)對(duì)土壤質(zhì)量的影響，期望為該區(qū)植被恢復(fù)對(duì)土壤質(zhì)量的影響提供理論指導(dǎo)，促進(jìn)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境重建工作的進(jìn)展。研究結(jié)果表明：1）與農(nóng)田相比，植被恢復(fù)對(duì)土壤容重、水穩(wěn)性團(tuán)聚體、pH、電導(dǎo)、有機(jī)碳、全氮和微生物量碳、氮影響顯著，對(duì)含水量、無(wú)機(jī)碳含量影響居中，對(duì)土壤粘粒、砂粒含量、全磷影響不顯著。2）與農(nóng)田相比，植被恢復(fù)后，土壤質(zhì)量綜合指數(shù)（SQI）值在0～10cm和10～20cm均有較大幅度的提高，0～10cm比10～20cm增幅更大。3）當(dāng)?shù)剞r(nóng)田土壤質(zhì)量處于低（Ⅴ）水平，草地處于較低（Ⅳ）水平，灌木林和混交林處于中等（Ⅲ）水平，山楊和遼東櫟林處于較高（Ⅱ）水平。草地恢復(fù)對(duì)于提高土壤質(zhì)量的效果較差，林地恢復(fù)對(duì)提高土壤質(zhì)量的效果相對(duì)最佳。

自然植被恢復(fù)；土壤質(zhì)量指數(shù)；定量評(píng)價(jià)；黃土高原

土壤質(zhì)量是土壤在生態(tài)系統(tǒng)邊界內(nèi)保持作物生產(chǎn)力、維持環(huán)境質(zhì)量、促進(jìn)動(dòng)植物健康的能力（Doran et al，1994）。土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)在全世界受到廣泛關(guān)注（鞏杰等，2004；許明祥等，2005；鄭粉莉等，2010；王改玲和王青杵，2014）。其中，如何將多個(gè)土壤指標(biāo)綜合為一個(gè)信息，用于定量化地描述土壤質(zhì)量成為了研究者的研究熱點(diǎn)（Adejuwon and Ekanade，1988；劉世梁等，2003；張慶費(fèi)等，1999；鄭昭佩和劉作新，2003；唐克麗等，1993）。土壤質(zhì)量定量化評(píng)價(jià)方法有4大類：變量指標(biāo)克立格法、土壤質(zhì)量動(dòng)力學(xué)方法、土壤質(zhì)量綜合評(píng)分法、土壤相對(duì)質(zhì)量評(píng)價(jià)法，但國(guó)內(nèi)外尚無(wú)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)（鄭粉莉等，2010）。目前，土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)最主要的方法是從土壤物理、化學(xué)和生物因子等方面綜合考慮，建立土壤質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，計(jì)算土壤質(zhì)量綜合指數(shù)（Integrated soil quality index，SQI）（周璟等，2009）。

由于人類不合理的干擾，黃土高原的自然植被受到了嚴(yán)重破壞，土壤質(zhì)量明顯退化，并嚴(yán)重威脅生態(tài)環(huán)境和世界農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展（鞏杰等，2005；鄒誠(chéng)，2009；董莉麗和鄭粉莉，2010）。近年來(lái)，隨著“退耕還林還草”等生態(tài)環(huán)境重建工程的實(shí)施，黃土高原植被覆蓋率明顯提升（信忠保等，2007），對(duì)黃土高原土壤質(zhì)量的定量化評(píng)價(jià)研究也日益增多，但將土壤物理、化學(xué)和生物學(xué)指標(biāo)綜合考慮評(píng)價(jià)土壤質(zhì)量的報(bào)道并不多（周璟等，2009）。如鞏杰等（2004）和李強(qiáng)等（2012）均僅選取土壤物理和化學(xué)指標(biāo)對(duì)黃土高原不同土地利用變化和坡耕地溝蝕下的土壤質(zhì)量演變進(jìn)行了研究，然而，土壤生物因子可以敏感地反映土壤質(zhì)量健康的變化，是土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)的重要指標(biāo)（Harris，2003），其中土壤微生物量被認(rèn)為是土壤質(zhì)量變化最敏感的指標(biāo)（Rogers and Tate，2001；黃宇等，2004；劉占峰等，2006）

目前對(duì)土壤質(zhì)量的研究涉及土壤生物學(xué)指標(biāo)的報(bào)道還不多，另外對(duì)黃土高原子午嶺自然植被恢復(fù)下不同植被恢復(fù)類型的土壤質(zhì)量的研究還不夠系統(tǒng)，本文就黃土高原植被恢復(fù)為平臺(tái)，旨在對(duì)當(dāng)?shù)赝寥蕾|(zhì)量進(jìn)行更加全面和準(zhǔn)確的研究，期望為黃土高原植被恢復(fù)對(duì)土壤質(zhì)量的影響提供理論指導(dǎo)，促進(jìn)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境重建工作的開(kāi)展。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

本研究采樣地為黃土高原子午嶺北部的甘肅省合水縣連家砭林場(chǎng)，地理坐標(biāo)為108°31′～108°32′E，36°03′～36°05′N。海拔為1211～1453m，年均氣溫7.4 ℃，年降雨量為560～590mm，主要集中在7—9月份，屬中溫帶大陸性季風(fēng)氣候。土壤為黃綿土（鄒厚遠(yuǎn)等，2002），該區(qū)是典型的黃土高原丘陵溝壑區(qū)。

1.2 土壤樣品采集

于2013年11月進(jìn)行野外調(diào)查，選取6種植被恢復(fù)類型（農(nóng)田、草地、灌木林、山楊林、混交林，遼東櫟林）為研究對(duì)象（樣地概況見(jiàn)表1），每個(gè)樣地隨機(jī)選取3個(gè)1m×1m的樣方，樣方間隔大于10m，以排除邊際效益。每個(gè)樣方用鋁飯盒和土鉆采集0～10cm和10～20cm土壤樣品全部帶回，每個(gè)樣方內(nèi)重復(fù)采樣3次，飯盒里的土樣原狀帶回用于測(cè)定土壤團(tuán)聚體，其他土樣裝于自封袋中帶回。將樣品帶回實(shí)驗(yàn)室后剔除根系和雜物等，一部分土壤風(fēng)干，用于測(cè)定土壤理化性質(zhì)，一部分新鮮樣品置于冰箱中在0～4℃下保存，用于測(cè)定土壤微生物學(xué)性質(zhì)。

1.3 土壤樣品測(cè)定

土壤含水量采用烘干法測(cè)定；土壤容重采用環(huán)刀法測(cè)定；土壤pH值采用PHSJ-4A型pH計(jì)測(cè)定（水土比2.5：1）；電導(dǎo)率測(cè)定采用DDS-11A型數(shù)字電導(dǎo)儀（水土比5：1）；土壤粒度采用馬爾文2000激光粒度儀測(cè)定；土壤團(tuán)聚體采用維切諾夫法；土壤有機(jī)碳采用濃H2SO4-K2Cr2O7外加熱氧化法測(cè)定；土壤無(wú)機(jī)碳采用美國(guó)UIC公司CM150光度庫(kù)侖法總碳/總有機(jī)碳/總無(wú)機(jī)碳分析儀測(cè)定；土壤微生物量碳氮采用氯仿熏蒸浸提法；土壤全氮采用半微量凱氏定氮法；土壤全磷采用鉬銻抗比色法（魯如坤，2000；鮑士旦，2000）。

表1 不同植被恢復(fù)類型樣地信息Tab.1 Sites information of different vegetation restoration types

1.4 數(shù)據(jù)分析

利用Excel和SPSS 19.0軟件對(duì)獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行描述性統(tǒng)計(jì)，雙因素方差分析，并用Tukey HSD法進(jìn)行多重比較。

1.4.1 土壤質(zhì)量指標(biāo)的選取

Larson and Pierce（1991）提出了土壤質(zhì)量指標(biāo)最小數(shù)據(jù)集（Minimum Data Set，MDS）的概念，指出用最少的土壤質(zhì)量指標(biāo)定量化的評(píng)價(jià)土壤質(zhì)量，該數(shù)據(jù)集包括以下內(nèi)容：土壤質(zhì)地、容重、有機(jī)質(zhì)、pH、電導(dǎo)、生物量等。之后的研究采用的土壤質(zhì)量指標(biāo)與此類似，但由于不同土壤系統(tǒng)之間變化較大，土壤質(zhì)量指標(biāo)的確定比較復(fù)雜，到目前為止還沒(méi)有形成統(tǒng)一的評(píng)價(jià)體系（劉占鋒等，2006），故在選取指標(biāo)時(shí)，需根據(jù)研究情況而定。根據(jù)研究的實(shí)際情況會(huì)有所增刪。

本研究參照前人的研究結(jié)果（張華等，2003；鞏杰等，2005；許明祥等，2005；劉占鋒等，2006；李桂林等，2007），選取12個(gè)土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)：土壤pH、容重（bulk density，BD）、電導(dǎo)（electric conductivity，EC）、含水量（water content，WC）、粘粒/砂粒（clay/sand，C/S）、水穩(wěn)性團(tuán)聚體（water-stable aggregate，WSA）、無(wú)機(jī)碳（inorganic carbon，IC）、有機(jī)碳（organic carbon，OC）、全氮（total nitrogen，TN）、全磷（total phosphorus，TP）、微生物量碳（microbial biomass carbon，MBC）、微生物量氮（microbial biomass nitrogen，MBN）。

1.4.2 土壤質(zhì)量指標(biāo)主成分分析與權(quán)重的計(jì)算

對(duì)土壤質(zhì)量指標(biāo)進(jìn)行主成分分析，一般認(rèn)為主成分的特征值大于1，且前j個(gè)主成分累積方差貢獻(xiàn)率大于80％，則認(rèn)為可用j個(gè)不相關(guān)的綜合因子表達(dá)原有n個(gè)指標(biāo)的總信息（鄭粉莉等，2010）。本研究采用SPSS 19.0軟件，運(yùn)用降維因子對(duì)本研究土壤的12個(gè)質(zhì)量指標(biāo)進(jìn)行主成分分析，發(fā)現(xiàn)當(dāng)主成分個(gè)數(shù)j=4，累計(jì)方差貢獻(xiàn)率達(dá)到81.13％，滿足分析要求（見(jiàn)表2）。

土壤質(zhì)量指標(biāo)權(quán)重代表了各因子的重要程度，計(jì)算方法如下：

其中，Wi表示在某一主成分中第i個(gè)土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重；Component Capacityi為某一主成分中第i個(gè)土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)因子負(fù)荷量的絕對(duì)值。

1.4.3 土壤質(zhì)量指標(biāo)隸屬度值計(jì)算

土壤質(zhì)量指標(biāo)隸屬度是對(duì)原始數(shù)據(jù)矩陣的標(biāo)準(zhǔn)化處理，隸屬度值無(wú)單位，可使計(jì)算結(jié)果避免變量量綱的影響，使計(jì)算結(jié)果更加客觀科學(xué)，隸屬度值在0～1（鄭粉莉等，2010）。其計(jì)算分升型和降型兩種計(jì)算方法，計(jì)算公式如下：

式中，Q（xi)表示第i項(xiàng)土壤質(zhì)量退化評(píng)價(jià)指標(biāo)的隸屬度值；xij表示各土壤質(zhì)量退化評(píng)價(jià)指標(biāo)分析測(cè)定值；ximax和ximin分別表示第i項(xiàng)土壤質(zhì)量退化評(píng)價(jià)指標(biāo)分析測(cè)定值中的最大值和最小值。

根據(jù)負(fù)荷量的正負(fù)，本文pH、容重、無(wú)機(jī)碳采用降型分布函數(shù)計(jì)算隸屬度。而電導(dǎo)、含水量、粘粒/砂粒、土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體、有機(jī)碳、全氮、全磷、微生物量碳、微生物量氮、采用升型分布函數(shù)計(jì)算隸屬度，結(jié)果如表3。

表2 主成分貢獻(xiàn)率和土壤質(zhì)量指標(biāo)的權(quán)重Tab.2 Values of component capacity and weights of each soil quality indicator

1.4.4 土壤質(zhì)量綜合指數(shù)（SQI）計(jì)算

土壤質(zhì)量綜合指數(shù)（SQI）的計(jì)算采用加權(quán)乘法，其計(jì)算公式如下：

其中，n為土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)的個(gè)數(shù)，m為主成分的個(gè)數(shù)，kj為第j個(gè)主成分的方差貢獻(xiàn)率，Q（xi)表示第i項(xiàng)土壤質(zhì)量退化評(píng)價(jià)指標(biāo)的隸屬度值，Wi表示在某一主成分中第i個(gè)土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重。

2 結(jié)果與討論

2.1 植被恢復(fù)對(duì)土壤物理性狀的影響

0～10cm土層土壤容重和水穩(wěn)性團(tuán)聚體在不同植被恢復(fù)類型與農(nóng)田間均達(dá)顯著水平；土壤含水量只有山楊林和混交林與農(nóng)田差異達(dá)到顯著水平；其他植被恢復(fù)類型間與農(nóng)田差異均不顯著。粘粒含量只有灌木林與農(nóng)田差異顯著；砂粒含量只有混交林與農(nóng)田差異顯著，而其他植被在粘粒和砂粒與農(nóng)田間差異均未達(dá)顯著水平（表4）。在0～10cm土層，土壤容重農(nóng)田最大，山楊林最小，山楊林較農(nóng)田降低了28.94％；土壤含水量農(nóng)田最小，山楊林最大，山楊林較農(nóng)田增加了63.48％；土壤粘粒灌木林最大，山楊林最小，灌木林較農(nóng)田增加了18.05％，山楊林較農(nóng)田降低了12.255％；土壤粉?；旖涣肿畲?，灌木林最小，混交林較農(nóng)田增加17.25％，灌木林較農(nóng)田降低20.73％；土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體農(nóng)田最小，山楊林最大，山楊林較農(nóng)田增加了40.52％。土壤容重、含水量和水穩(wěn)性團(tuán)聚體的變幅較大，粘粒和砂粒的變幅較小。

10～20cm土層，土壤容重和粘粒只有草地與農(nóng)田間差異達(dá)顯著水平。含水量只有山楊林與農(nóng)田間差異達(dá)顯著水平。砂粒含量草地和灌木與農(nóng)田差異顯著。土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體農(nóng)田除了與混交林差異不顯著，與其他植被恢復(fù)類型均差異顯著。

總體來(lái)看，植被恢復(fù)對(duì)土壤容重和土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體影響很大，而對(duì)含水量影響較大，對(duì)土壤粘粒、砂粒含量影響較小。植被恢復(fù)過(guò)程中，土壤表層凋落物和根系較多，使得土壤容重顯著降低，這與馬祥華和焦菊英（2004）研究結(jié)果一致。王凱博等（2012）研究結(jié)果表明土壤含水率在不同植被間差異顯著，其中農(nóng)田含水率最高，與本文研究結(jié)果不太一致，這可能是由于本研究采樣時(shí)間為冬季，冬季降雨量少，而植被根系具有儲(chǔ)水功能，因此植被恢復(fù)類型下土壤含水量較農(nóng)田高。Poch and Antunez（2010）認(rèn)為土壤有機(jī)質(zhì)的輸入有利于穩(wěn)定性團(tuán)聚體的形成，植被恢復(fù)其凋落物和根系及其微生物等向土壤提供了新的碳源，提高了土壤有機(jī)質(zhì)含量（楊玉盛等，1999；胡斌等，2002），故土壤有機(jī)碳含量和土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量均較大。而土壤顆粒組成主要受成土母質(zhì)的影響，其他因素對(duì)其影響不大（熊毅和李慶逵，1990），因此植被恢復(fù)對(duì)土壤粘粒砂粒含量影響較小。

表4 植被恢復(fù)類型對(duì)土壤物理指標(biāo)的影響Tab.4 Effects of vegetation restoration types on soil physical properties

2.2 植被恢復(fù)對(duì)土壤化學(xué)性狀的影響

0～10cm土層，土壤pH農(nóng)田最大，灌木林最小，灌木較農(nóng)田降低5.56％；電導(dǎo)農(nóng)田最小，遼東櫟林最大，遼東櫟林較農(nóng)田增加78.62％；無(wú)機(jī)碳農(nóng)田最大，混交林最小，混交林較農(nóng)田降低45.01％；有機(jī)碳和全氮均是農(nóng)田最小，遼東櫟林最大，遼東櫟林較農(nóng)田有機(jī)碳增加226.98％，全氮增加111.19％；全磷草地最小，灌木林最大，草地較農(nóng)田降低8.55％，灌木較農(nóng)田增加4.84％。其中，電導(dǎo)、有機(jī)碳和全氮增幅很大，無(wú)機(jī)碳次之，pH和全磷最小。

表5中，不同植被恢復(fù)類型下，土壤pH在0～10cm土層，不同植被恢復(fù)類型與農(nóng)田差異均顯著；10～20cm土層，草地與農(nóng)田差異不顯著，其他植被恢復(fù)類型與農(nóng)田間差異均達(dá)顯著水平。土壤電導(dǎo)、有機(jī)碳和全氮在0～10cm土層，均只有草地與農(nóng)田差異不顯著，其他植被恢復(fù)類型與農(nóng)田間差異均達(dá)顯著水平；電導(dǎo)在10～20cm土層，只有山楊林與農(nóng)田、遼東櫟林與農(nóng)田間差異顯著，有機(jī)碳和全氮在10～20cm土層，植被恢復(fù)類型間差異均不顯著。土壤無(wú)機(jī)碳在0～10cm土層，山楊林與農(nóng)田、混交林與農(nóng)田、遼東櫟林與農(nóng)田間差異顯著；10～20cm土層，則只有山楊林與農(nóng)田間差異顯著。全磷在0～10cm和10～20cm土層植被恢復(fù)類型間差異均不顯著。

表5 植被恢復(fù)類型對(duì)土壤化學(xué)指標(biāo)的影響Tab.5 Effects of vegetation restoration types on soil chemical properties

總體來(lái)看，與農(nóng)田相比，植被恢復(fù)對(duì)土壤電導(dǎo)、有機(jī)碳和全氮的影響很大，對(duì)無(wú)機(jī)碳影響較大，對(duì)pH影響較小但卻達(dá)顯著水平，對(duì)全磷的影響甚微。植被恢復(fù)過(guò)程中植被凋落物和根系等使得土壤有機(jī)碳顯著增加，而土壤有機(jī)碳和全氮間具有極顯著相關(guān)關(guān)系（段華平等，2012），故土壤全氮亦顯著增加。馬祥華和焦菊英（2004）研究結(jié)果表明，在植被恢復(fù)過(guò)程中，土壤pH顯著減低，與本文研究結(jié)果一致。土壤電導(dǎo)受土壤水分、溫度、有機(jī)質(zhì)含量和質(zhì)地結(jié)構(gòu)的影響（魯如坤，2000），不同植被恢復(fù)類型土壤有機(jī)質(zhì)和土壤水分均有顯著差異，故土壤電導(dǎo)亦差異顯著。土壤有機(jī)碳含量農(nóng)田含量最大，遼東櫟林含量最小，而土壤無(wú)機(jī)碳則遼東櫟林最小，農(nóng)田最大，兩者在植被類型間排序相反，這與前人（潘根興，1999；祖元?jiǎng)偟龋?011；曹華，2012）土壤有機(jī)碳和無(wú)機(jī)碳呈負(fù)相關(guān)關(guān)系的研究結(jié)論一致。土壤全氮在植被恢復(fù)類型間差異均不顯著，這可能與植被恢復(fù)時(shí)間和林地密度有關(guān)（郭二輝等，2012）。土壤全磷主要受土壤母質(zhì)、成土作用和耕作措施影響（劉雨，2008），本研究土壤類型均為黃土母質(zhì)發(fā)育的黃綿土，成土作用類似，因此全磷含量變化不顯著，這與張紅等（2006）研究結(jié)果一致。

2.3 植被恢復(fù)對(duì)土壤生物學(xué)性狀的影響

0～10cm土層，不同植被恢復(fù)類型下土壤微生物量碳和土壤微生物量氮含量均明顯高于農(nóng)田，山楊林、草地、遼東櫟林、灌木林和混交林土壤微生物量碳較農(nóng)田依次增加了：209.12％、219.70％、218.86％、248.36％、599.35％；土壤微生物量氮較農(nóng)田依次增加了：113.50％、92.80％、142.00％、122.20％、440.61％，且均與農(nóng)田差異顯著。10～20cm土層，土壤微生物量碳均是不同植被恢復(fù)類型明顯大于農(nóng)田，但只有山楊林和遼東櫟林與農(nóng)田差異顯著，其他植被恢復(fù)類型與農(nóng)田差異均不顯著；而土壤微生物量氮在10～20cm土層只有遼東櫟林與其他植被恢復(fù)類型間差異顯著（表6）。其中，混交林對(duì)提高表層0～10cm土層土壤微生物量碳氮的效果最顯著，這與薛萐等（2007）研究結(jié)果一致。另外，本研究10～20cm土層土壤微生物量碳氮均較0～10cm低，這與劉雨等（2008）研究一致，其研究結(jié)果表明，土壤微生物量碳氮均隨土層深度的增加而逐漸降低。

表6 植被恢復(fù)類型對(duì)土壤生物學(xué)指標(biāo)的影響Tab.6 Effects of vegetation restoration types on soil biological properties

2.4 植被恢復(fù)對(duì)土壤質(zhì)量的影響

2.4.1 植被恢復(fù)的土壤綜合質(zhì)量指數(shù)

由表7可知，不同植被恢復(fù)類型間，SQI在0～10cm土層排序?yàn)椋恨r(nóng)田＜草地＜灌木林＜混交林＜山楊林＜遼東櫟林；在10～20cm土層排序?yàn)椋恨r(nóng)田＜草地＜混交林＜遼東櫟林＜灌木林＜山楊林。與農(nóng)田相比，植被恢復(fù)后土壤SQI值在0～10cm和10～20cm均有較大幅度的提高。草地、灌木林、混交林、山楊林、遼東櫟林在0～10cm土層分別提高了88.18％、176.46％、182.34％、234.17％、237.76％，其中草地提高幅度最小，遼東櫟林提高幅度最大；在10～20cm分別提高了12.87％、56.10％、23.03％、101.04％、51.98％，其中草地增加幅度最小，山楊林增加幅度最大。

本研究SQI除了農(nóng)田10～20cm較0～10cm有較小幅度的增加，其他均有所降低，山楊林、草地、灌木林、遼東櫟林、混交林分別降低：53.33％、53.79％、63.37％、105.00％、111.68％，其中山楊降低幅度最小，混交林降低幅度最大。

2.4.2 土壤質(zhì)量分級(jí)

為了更加直觀地評(píng)價(jià)不同植被恢復(fù)類型下土壤質(zhì)量狀況，參照許明祥等（2005）將黃土丘陵區(qū)土壤質(zhì)量區(qū)分等級(jí)的方法，將本研究區(qū)土壤質(zhì)量指數(shù)分為5個(gè)等級(jí)（表8）：低（Ⅴ）、較低（Ⅳ）、中（Ⅲ）、較高（Ⅱ）、高（Ⅰ）。本文農(nóng)田土壤質(zhì)量處于低（Ⅴ）水平，草地處于較低（Ⅳ）水平，灌木林和混交林處于中等（Ⅲ）水平，山楊和遼東櫟林處于較高（Ⅱ）水平（SQI值見(jiàn)表7），這與許明祥等的研究結(jié)果類似。說(shuō)明研究區(qū)實(shí)施植被恢復(fù)以來(lái)，對(duì)提高土壤質(zhì)量均起到了一定作用，其中草地恢復(fù)對(duì)于提高土壤質(zhì)量的效果較差，林地恢復(fù)以純林山楊和遼東櫟植被恢復(fù)對(duì)提高土壤質(zhì)量的效果最佳。因此，建議當(dāng)?shù)刂脖换謴?fù)應(yīng)以退耕還林為主，這樣有利于土壤質(zhì)量的大幅提高。

表7 不同植被恢復(fù)類型土壤質(zhì)量綜合指數(shù)Tab.7 SQI of different vegetation types

表8 黃土丘陵區(qū)土壤質(zhì)量分級(jí)Tab.8 Soil quality classif cation on hilly Loess Plateau

3 結(jié)論

1）與農(nóng)田相比，植被恢復(fù)對(duì)土壤容重、水穩(wěn)性團(tuán)聚體、pH、有機(jī)碳、全氮和微生物量碳氮影響顯著，對(duì)含水量、無(wú)機(jī)碳含量影響居中，對(duì)土壤粘粒、砂粒含量和全磷影響不顯著。

2）與農(nóng)田相比，當(dāng)?shù)刂脖换謴?fù)后，土壤SQI值在0～10cm和10～20cm均有較大幅度的提高，0～10cm比10～20cm增幅更大，植被恢復(fù)后土壤質(zhì)量均有提高。

3）當(dāng)?shù)剞r(nóng)田土壤質(zhì)量處于低（Ⅴ）水平，草地處于較低（Ⅳ）水平，灌木林和混交林處于中等（Ⅲ）水平，山楊和遼東櫟林處于較高（Ⅱ）水平。草地恢復(fù)對(duì)于提高土壤質(zhì)量的效果較差，林地恢復(fù)對(duì)提高土壤質(zhì)量的效果最佳。因此，建議當(dāng)?shù)刂脖换謴?fù)應(yīng)以林地恢復(fù)為主，這樣有利于土壤質(zhì)量的大幅提高。

鮑士旦.2000.土壤農(nóng)化分析[M].北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社.[Bao S D.2000.Analysis of agri-chemistry in soil.Beijing：China Agricultural Press.]

曹 華.2012.黃土高原土壤有機(jī)碳與無(wú)機(jī)碳耦合關(guān)系的初步探討[D].華中農(nóng)業(yè)大學(xué).[Cao H.2012.Initial study on the coupling correlation between organic carbon and inorganic carbon on the Loess Plateau [D].Huazhong Agricultural University.]

董莉麗，鄭粉莉.2010.黃土丘陵溝壑區(qū)土地利用和植被類型對(duì)土壤質(zhì)量的影響[J].蘭州大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版)，46（2)：39-44.[Dong L L，Zhang F L.2010.Effect of land use and vegetation types on soil quality in the loess hillygully region of China [J].Journal of Lanzhou University（Natural Sciences)，46（2)：39-44.]

段華平，牛永志，卞新民.2012.耕作方式和秸稈還田對(duì)直播稻田土壤有機(jī)碳及水稻產(chǎn)量的影響[J].水土保持通報(bào)，32（3)：24-27.[Duan H P，Niu Y Z，Bian X M.2012.Effects of tillage mode and straw return on soil organic carbon and rice yield in direct seeding rice field [J].Bulletin of Soil and Water Conservation，32（3)：24-27.

鞏 杰，陳利頂，傅伯杰，等.2004.黃土丘陵區(qū)小流域土地利用和植被恢復(fù)對(duì)土壤質(zhì)量的影響[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，15（12)：2292-2296.[Gong J，Chen L D，F(xiàn)u B J，et al.2004.Effect of land use and vegetation restoration on soil quality in a small catchment of the Loess Platesu [J].Chinese Journal of Applied Ecology，15（12)：2292-2296.]

鞏 杰，陳利頂，傅伯杰，等.2005.黃土丘陵區(qū)小流域植被恢復(fù)的土壤養(yǎng)分效應(yīng)研究[J].水土保持學(xué)報(bào)，19（1)：93-96.[Gong J，Chen L D，F(xiàn)u B J，et al.2005.Effects of vegetation restoration on soil nutrient in a small catchment in hilly loess area [J].Journal of Soil and Water Conservation，19（1)：93-96.]

郭二輝，孫然好，陳利頂，等.2012.河岸帶不同植被類型對(duì)土壤有機(jī)碳和全氮分布特征的影響——以北京地區(qū)溫榆河為例[J].中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，20（10)：1315-1321.[Guo E H，Sun R H，Chen L D，et al.2012.Effects of riparian vegetation on soil organic carbon and total nitrogen distribution—a case study of Wenyu River，Beijing [J].Chinese Journal of Eco-Agriculture，20（10)：1315-1321.]

胡 斌，段昌群，王振洪，等.2002.植被恢復(fù)措施對(duì)退化生態(tài)系統(tǒng)土壤酶活性及肥力的影響 [J].土壤學(xué)報(bào)，39（4)：604-608.[Hu B，Duan C Q，Wang Z H，et al.2002.Effect of vegetation rehabilitation measures on soil fertility and soil enzymatic activity in degraded ecosystem [J].Acta Pedologica Sinica，39（4)：604-608.]

黃 宇，汪思龍，馮宗煒，等.2004.不同人工林生態(tài)系統(tǒng)林地土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，15（12)：2199 -2205.[Huang Y，Wang S L，F(xiàn)eng Z W，et al.2004.Soil quality assessment of forest stand in different plantation ecosystems [J].Chinese Journal of Applied Ecology，15（12)：2199-2205.]

李 強(qiáng)，許明祥，趙允格，等.2012.黃土高原坡耕地溝蝕土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)[J].自然資源學(xué)報(bào)，27（6)：1001-1012.[Li Q，Xu M X，Zhao Y G，et al.2012.Gully erosion soil quality assessment on the cultivated slope land in the Loess Plateau Region，China [J].Journal of Natural Resources，27（6)：1001-1012.]

李桂林，陳 杰，孫志英，等.2007.基于土壤特征和土地利用變化的土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)最小數(shù)據(jù)集確定[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，27（7)：2715-2724.[Li G L，Chen J，Sun Z Y，et al.2007.Establishing a minimum dataset for soil quality assessment based on soil properties and land use change [J].Acta Ecologica Sinica，27（7)：2715-2724.]

劉 雨.2008.黃土高原丘陵溝壑區(qū)燕溝流域植被恢復(fù)對(duì)土壤質(zhì)量的影響研究[D].楊凌：西北農(nóng)林科技大學(xué).[Liu Y.2008.Effects of vegetation restoration on soil qualityin Yangou catchment in hilly-gully region of the loess plateau [D].Yangling：Northwest A ＆ F University.]

劉世梁，傅伯杰，陳利頂，等.2003.兩種土壤質(zhì)量變化的定量評(píng)價(jià)方法比較[J].長(zhǎng)江流域資源與環(huán)境，12（5)：422-426.[Liu S L，F(xiàn)u B J，Chen L D，et al.2003.Comparison of two quantitative methods in assessing soil quality in different land uses [J].Resources and Environment in the Yangtze Basin，12（5)：422-426.]

劉占鋒，傅伯杰，劉國(guó)華，等.2006.土壤質(zhì)量與土壤質(zhì)量指標(biāo)及其評(píng)價(jià)[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，26（3)：901-913.[Liu Z F，F(xiàn)u B J，Liu G H，et al.2006.Soil quality：concept，indicators and its assessment [J].Acta Ecologica Sinica，26（3)：901-913.]

魯如坤.2000.土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法[M].北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)科技出版社.[Lu R K.2000.Analytical methods for soil and agro-chemistry.Beijing：China Agricultural Science and Technology Press.]

馬祥華，焦菊英.2004.黃土高原植被恢復(fù)與土壤環(huán)境相互作用研究進(jìn)展[J].水土保持研究，11（4)：157-161.[Ma X H，Jiao J Y.2004.Research progresses in interaction between vegetation restoration and soil environment in the Loess Plateau [J].Research o f Soil and Water Conservation，11（4)：157-161.]

潘根興.1999.中國(guó)干旱性地區(qū)土壤發(fā)生性碳酸鹽及其在陸地系統(tǒng)碳轉(zhuǎn)移上的意義[J].南京農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，22（1)：51-57.[Pan G X.1999.Pedogenic carbonates in aridic soils of China and the significance in terrestrial carbon transfer [J].Journal of Nanjing Agricultural University，22（1)：51-57.]

唐克麗，張科利，鄭粉莉，等.1993.子午嶺林區(qū)自然侵蝕和人為加速侵蝕剖析[J].中國(guó)科學(xué)院水利部西北水土保持研究所集刊（土壤侵蝕與生態(tài)環(huán)境演變研究論文集)，（1)：17-28.[Tang K L，Zhang K L，Zheng F L.et al.1993.Analyzing on natural erosion and man-made accelerated erosion in the Ziwuling Forest Area [J].Memoir of NISWC，Academic Sinica and Ministry of Water-Resource，（1)：17-28.]

王改玲，王青杵.2014.晉北黃土丘陵區(qū)不同人工植被對(duì)土壤質(zhì)量的影響[J].生態(tài)學(xué)雜志，33（6)：1487-1491.[Wang G L，Wang Q C.2014.Effects of artificial vegetation types on soil quality in loess hilly area in Northern Shanxi Province [J].Chinese Journal of Ecology，33（6)：1487-1491.]

王凱博，時(shí)偉宇，上官周平.2012.黃土丘陵區(qū)天然和人工植被類型對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，28（15)：80-86.[Wang K B，Shi W Y，Shangguan Z P.2012.Effects of natural and artif cial vegetation types on soil properties in loess hilly region [J].Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering，28（15)：80-86.]

信忠保，許炯心，鄭 偉.2007.氣候變化和人類活動(dòng)對(duì)黃土高原植被覆蓋變化的影響[J].中國(guó)科學(xué)（D輯：地球科學(xué))，37（11)：1504-1514.[Xin Z B，Xu J X，Zheng W.2007.The impact of climate change and human activities on vegetation cover change in the loess plateau [J].Science in China Press，37（11)：1504-1514.]

熊 毅，李慶逵.1990.中國(guó)土壤（第2 版） [M].北京：科學(xué)出版社，327-333.[Xiong Y，Li Q K.1990.Chinese soil（2nd edition）[M].Beijing：Science Press，327-333.]

許明祥，劉國(guó)彬，趙允格.2005.黃土丘陵區(qū)侵蝕土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)[J].植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)，11（3)：285-293.[Xu M X，Liu G B，Zhao Y G.2005，Quality assessment of erosion soil on hilly Loess Plateau [J].Plant Nutrition and Fertilizer Science，11（3)：285-293.]

薛 萐，劉國(guó)彬，戴全厚，等.2007.不同植被恢復(fù)模式對(duì)黃土丘陵區(qū)侵蝕土壤微生物量的影響[J].自然資源學(xué)報(bào)，22（1)：20-27.[Xue S，Liu G B，Dai Q H，et al.2007.Effect of different vegetation restoration models on soil microbial biomass in eroded hilly Loess Plateau [J].Journal of Natural Resources，22（1)：20-27.

楊玉盛，何宗明，邱任輝，等.1999.嚴(yán)重退化生態(tài)系統(tǒng)不同恢復(fù)和重建措施的植物多樣性和地力差異研究 [J].生態(tài)學(xué)報(bào)，19（4)：490-494.[Yang Y S，He Z M，Qiu R H，et al.1999.Effects of different recover and restoration measures on plant diversity and soil fertility for serious degradation ecosystem [J].Acta Ecologica Sinica，19（4)：490-494.]

張 紅，呂家瓏，趙世偉，等.2006.不同植被覆蓋下子午嶺土壤養(yǎng)分狀況研究[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，24（2)：66-69.[Zhang H，Lǜ J L，Zhao S W，et al.2006.Studies on soil nutrients under different vegetation types in the Ziwuling Area [J].Agricultural Research in the Arid Areas，24（2)：66-69.]

張 華，張甘霖，漆智平，等.2003.熱帶地區(qū)農(nóng)場(chǎng)尺度土壤質(zhì)量現(xiàn)狀的系統(tǒng)評(píng)價(jià)[J].土壤學(xué)報(bào)，40（2)：186-193.[Zhang H，Zhang G L，Qi Z P，et al.2003.Systematicassessment of soil quality at farm level in tropical area of China [J].Acta pedologica sinica，40（2)：186-193.]

張慶費(fèi)，宋永昌，由文輝.1999.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)，19（2)：174-178.[Zhang Q F，Song Y C，You W H.1999.Relationship between plant community secondary and soil fertility in Tiantong，Zhejiang Province [J].Acta Ecologica Sinica，19（2)：32-36.]

鄭粉莉，張 鋒，王 彬.2010.近100年植被破壞侵蝕環(huán)境下土壤質(zhì)量退化過(guò)程的定量評(píng)價(jià)[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，30（22)：6044-6051.[Zheng F L，Zhang F，Wang B.2010.Quantifying soil quality degradation over 100 years after deforestation under erosional environments [J].Acta Ecologica Sinica，30（22)：6044-6051.]

鄭昭佩，劉作新.2003.土壤質(zhì)量及其評(píng)價(jià)[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，14（1)：131-134.[Zheng Z P，Liu Z X.2003.Soil quality and its evaluation [J].Chinese Journal of Applied Ecology，14（1)：131-134.]

周 璟，張旭東，周金星，等.2009.我國(guó)植被恢復(fù)對(duì)土壤質(zhì)量的影響研究綜述[J].世界林業(yè)研究，22（2)：56-61.[Zhou J，Zhang X D，Zhou J X，et al.2009.Review on impact of vegetation restoration on soil quality in China [J].World Forestry Research，22（2)：56-61.]

鄒 誠(chéng).2009.黃土高原丘陵溝壑區(qū)不同土地利用模式土壤環(huán)境效應(yīng)研究[D].楊凌：中國(guó)科學(xué)院研究生院（教育部水土保持與生態(tài)環(huán)境研究中心）.[Zou C.2009.The research of soil environment effect under different land uses pattern in the loess hilly gully region [D].Yangling：Graduate University of Chinese Academy of Sciences.]

鄒厚遠(yuǎn)，劉國(guó)彬，王晗生.2002.子午嶺林區(qū)北部近50年植被的變化發(fā)展[J].西北植物學(xué)報(bào)，22（1)：1-8.[Zou H Y，Liu G B，Wang H S.2002.The vegetation development in North Ziwuling in forest region in last f fty years [J].Acta Botanica Boreali-Occidentalia Sinica，22（1)：1-8.]

祖元?jiǎng)偅?冉，王文杰，等.2011.我國(guó)東北土壤有機(jī)碳、無(wú)機(jī)碳含量與土壤理化性質(zhì)的相關(guān)性[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，31（18)：5207-5216.[Zu Y G，Li R，Wang W J，et al.2011.Soil organic and inorganic carbon contents in relation to soil physicochemical properties in northeastern china [J].Acta Ecologica Sinica，31（18)：5207-5216.]

Adejuwon J O，Ekanade O A.1988.Comparison of soil properties under different land use types in a part of the Nigerian cocoa belt [J].Catena，15（3)：319-331.

Doran J W，Coleman D C，Bezdicek D F，et al.1994.Def ning soil quality for a sustainable environment [M].SSSA Special Publication Number 35.

Harris J A.2003.Measurements of the soil microbial community for estimating the success of restoration [J].European Journal of Soil Science，54（4)：801-808.

Larson W E，Pierce F J.1991.Conservation and enhancement of soil quality [C].Evaluation for sustainable land management in the developing world：proceedings of the International Workshop on Evaluation for Sustainable Land Management in the Developing World，Chiang Rai，Thailand，15—21 September 1991.Bangkok，Thailand：International Board for Soil Research and Management.

Poch R M，Antunez M.2010.Aggregate development and organic matter storage in Mediterranean mountain soils [J].Pedosphere，20（6)：702-710.

Rogers B F，Tate R LⅢ.2001.Temporal analysis of the soil microbial community along a top sequence in pineland soils [J].Soil Biology and Biochemistry，33（10)：1389-1401.

Effects of natural vegetation restoration on soil quality on the Loess Plateau

YAO Xiao-meng1，NIU Ya-feng1，DANG Zhen-zhen1，QIN Miao1，WANG Kai-bo2，ZHOU Zheng-chao1，ZHANG Qiang1，LI Jing1
（1.College of Tourism and Environmental Sciences，Shaanxi Normal University，Xi'an 710062，China；
2.State Key Laboratory of Loess and Quaternary Geology，Institute of Earth Environment，
Chinese Academy of Sciences，Xi'an 710061，China)

Considered soil physical，chemical and biological factors，using comprehensive index model of soil quality to calculate the soil quality index and assess the characteristics of vegetation restoration types on soil quality quantitatively.This study would provide scientific guidance about the effect of vegetation restoration on soil quality and promote the eco-environment reconstruction on the Loess Plateau.The results showed that：1）Compared with farmland，the effect of vegetation restoration on soil bulk density，water stable aggregates，pH，electric conductivity，organic carbon，total nitrogen，soil microbial biomass carbon and soil microbial biomass nitrogen is greater，the effect of vegetation restoration on soil water content and inorganic carbon content is middle，the effect of vegetation restoration on the clay，sand and total phosphorus is little.2）Compared with farmland，after the vegetation restoration，the soil quality index（SQI）value in 0～10 cm and 10～20 cm were greatly improved，and the SQI of 0～10 cm is rose more than the SQI of 10～20 cm，soil quality has all improved.3）Soil quality of farmland is in low level（Ⅴ)，grassland is in lower level（Ⅳ)，shrub-forestand mixed-forest are in middle level（Ⅲ)，Poplar Forest and Oak Forest is in high level（Ⅱ).The effect of grassland restoration on improving soil quality is poorer，while the effect of forest restoration on improving soil quality is the best.

natural vegetation restoration；soil quality indexes；quantitative assessment；Loess Plateau

S158

A

1674-9901（2015)04-0238-10

2015-06-25

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（41301610，41571260）；霍英東教育基金會(huì)高等院校青年教師基金項(xiàng)目（131025）；陜西省青年科技新星項(xiàng)目（2014KJXX-52）；陜西省自然科學(xué)基礎(chǔ)研究計(jì)劃資助項(xiàng)目（2014JQ5170）

王凱博，E-mail：wangkb@ieecas.cn