劉燕,劉圓

云南省昭通學(xué)院,云南昭通657000

金沙江干熱河谷典型區(qū)草甸退化對(duì)土壤養(yǎng)分的影響

劉燕,劉圓

云南省昭通學(xué)院,云南昭通657000

以金沙江元謀干熱河谷小垮山流域不同退化草地為對(duì)象，研究輕度退化（Light degeneration，LD），中度退化（Moderate degeneration，MD），重度退化（Heavy degeneration，HD）和極度退化（Extreme degradation，ED）下不同層次不同土層深度土壤質(zhì)地和土壤有機(jī)碳（Soil organic carbon，SOC）、全氮（Total Nitrogen，TN）和全磷（Total Phosphorus，TP）含量的變化情況以及養(yǎng)分和質(zhì)地之間的關(guān)系。結(jié)果表明：金沙江干熱河草地隨著退化程度的加劇，土壤的顆粒組成中粘粉粒和細(xì)粒呈逐漸減少，而中粗砂呈現(xiàn)逐漸增多的趨勢(shì)，而且地表的粒徑表現(xiàn)的尤為明顯。草地土壤SOC、TN含量均隨退化程度的加劇逐漸減小，隨土層加深也逐漸減小，而土壤TP含量整體上隨著退化階段的增加呈現(xiàn)減小的趨勢(shì)，而隨著土層深度的增加土壤TP含量呈逐漸先增加后減少的趨勢(shì)，在亞表層（10～20 cm）處達(dá)到最大值。土壤粘粉粒與SOC和TN呈現(xiàn)極顯著正相關(guān)性，細(xì)砂值與TP之間呈現(xiàn)極顯著正相關(guān)。

干熱河谷退化草地;土壤養(yǎng)分;土壤質(zhì)地

在生態(tài)環(huán)境相當(dāng)脆弱的云南省金沙江干熱河谷地區(qū),因自然環(huán)境的變化加之劇烈的人為活動(dòng)，以土壤退化為主要形式的土地荒漠化形勢(shì)十分嚴(yán)峻[1,2]，眾多學(xué)者分別從干熱河谷的成因[3]、植被恢復(fù)[4]、土壤水分[5,6]、土壤變化及形成機(jī)制[7]、荒漠化[8]、土壤侵蝕[9]等方面對(duì)干熱河谷做了研究，但缺乏對(duì)退化過(guò)程中土壤質(zhì)地和養(yǎng)分的研究，以及土壤質(zhì)地和養(yǎng)分之間相互關(guān)系的研究。故本研究通過(guò)對(duì)云南省金沙江元謀干熱河谷小垮山流域草地土壤的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)特征的研究，同時(shí)探討不同退化程度草地的土壤理化性質(zhì)特性，以及它們與之間的關(guān)系，進(jìn)一步揭示土壤理化性狀的變化規(guī)律，以期對(duì)恢復(fù)退化干熱河谷小垮山流域退化草地的恢復(fù)提供重要依據(jù)。

1　研究地區(qū)與研究方法

1.1研究區(qū)概況

研究區(qū)位于云南省金沙江元謀干熱河谷小垮山流域，地理坐標(biāo)為25°41'28″N，101°52'47″E。屬典型的金沙江干熱河谷地區(qū)，南亞熱帶季風(fēng)河谷干熱氣候區(qū)，海拔為1059～1154 m。年平均氣溫21.9℃，極端最高氣溫42℃，極端最低氣溫－2℃，≥12℃的持續(xù)天數(shù)349 d，積溫7796℃，年太陽(yáng)總輻射量641.8 kJ/cm2，日照率62%，干燥度4.4[10]。多年平均降雨量613.8 mm，降雨量少而相對(duì)集中，蒸發(fā)量又遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于降水量，干熱河谷的“干”顯得尤為突出。土壤主要是燥紅土、變性土，局部分布著水稻土、紫色土。植被以草本植物為主，干熱稀樹(shù)灌草叢草地是適應(yīng)金沙江干熱河谷自然環(huán)境的頂極植物群落[11]。

1.2研究方法

1.2.1樣地選取于2014年9月上旬在小垮山流域，筆者根據(jù)研究區(qū)草地退化程度，采用我國(guó)常用的草地退化五級(jí)梯度標(biāo)準(zhǔn)[12]，利用樣地空間分布代替時(shí)間上退化序列的方法，將樣地分為輕度退化（Light degeneration，LD），中度退化（Moderate degeneration，MD），重度退化（Heavy degeneration，HD）和極度退化（Extreme degradation，ED）4個(gè)程度，選取地形土壤條件基本一致的不同退化程度的以放牧圍封情況相同的草場(chǎng)作為樣地,每種退化程度的樣地選取3個(gè)具有代表性的樣地，選取3個(gè)在2002年就圍欄封育的草地作為對(duì)照樣地（CK），每個(gè)面積50×50 m2。

1.2.2土壤取樣與分析分別在LD,MD,HD,ED和CK樣地內(nèi)采用剖面法，按不同土層0～10，10～20，20～40，40～60 cm取樣，各土層取3個(gè)重復(fù)，分層取樣后相同層均勻混合，于室內(nèi)自然風(fēng)干，采用MS3500激光粒度分析儀測(cè)量土壤粒徑的體積百分比；并研磨過(guò)60目篩，采用元素分析儀(Elementar Vario MACRO，Germany)測(cè)定土壤有機(jī)碳（Soil organic carbon，SOC）和全氮（Total nitrogen,TN）含量，采用高氯酸-硫酸消化，鉬銻抗比色法[13](UV-2450)測(cè)定全磷（Total phosphorus,TP）含量。

1.2.3數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析數(shù)據(jù)在Excel 2003軟件中進(jìn)行整理，利用SPSS19.00軟件，采用單因素方差分析（one-way ANOVA）和最小顯著差法(Least-significant difference,LSD)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢驗(yàn)，用Pearson相關(guān)系數(shù)判定數(shù)據(jù)的相關(guān)性。

2　結(jié)果與分析

2.1草地退化對(duì)土壤粒徑的影響

表1　不同退化階段的土壤粒徑分布（%）Table 1 Soil particle size distribution of the different stages of degradation（%）

由表1可以看出隨著退化程度的加劇，土壤的顆粒組成中粘粉粒和細(xì)粒呈逐漸減少，而中粗砂呈現(xiàn)逐漸增多的趨勢(shì)，而且地表的粒徑表現(xiàn)的尤為明顯。從整體來(lái)看，在整個(gè)退化序列中土壤的顆粒組成以細(xì)沙粒(0.05～0.25mm)為主，中粗砂（＞0.25 mm）在各個(gè)退化階段中的各個(gè)土層均呈現(xiàn)顯著增加的趨勢(shì)，而粘粉粒（＜0.05 mm）呈現(xiàn)逐漸減少的趨勢(shì)。在同一退化階段中隨著土層深度的增加粘粉粒含量在逐漸的減少，表層尤為突出，隨土層深度增加逐漸趨于穩(wěn)定，而中粗砂逐漸呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)。在所研究的隨著退化程度的增加的同時(shí)，土壤的黏粉粒(＜0.05 mm)含量的減少和中粗沙(＞0.25 mm)含量的增加,共同導(dǎo)致土壤質(zhì)地粗化。

2.2草地退化對(duì)土壤養(yǎng)分的影響

表2　不同退化階段的土壤SOC、TN、TP含量Table 2 The SOC,TN,TP contents of soil in different degraded stages

從表2中可以看出，不同退化階段的土壤SOC和TN含量在垂直剖面上的分布呈極顯著差異（P＜0.01）。SOC、TN含量均隨退化程度的加劇逐漸減小，隨土層加深也逐漸減小，在剖面上呈現(xiàn)出“倒金字塔”的分布；SOC和TN在輕度退化樣地與對(duì)照樣地差別不大，而與其他階段樣地差別較大；土壤TN在輕度退化和中度退化階段要比對(duì)照樣地高，而在更嚴(yán)重的退化階段則比對(duì)照樣地低，可得出中度的干擾有利于TN的積累；土壤TP含量整體上隨著退化階段的增加呈現(xiàn)減小的趨勢(shì)，而隨著土層深度的增加土壤TP含量呈逐漸先增加后減少的趨勢(shì)，在亞表層（10～20 cm）處達(dá)到最大值，TP含量呈波動(dòng)性變化，在土壤剖面上表現(xiàn)為“圓柱體”分布模式。

2.3土壤SOC、TN、TP含量與土壤質(zhì)地之間的Pearson相關(guān)分析

由表3可以看出，研究區(qū)土壤SOC、TN含量呈極顯著相關(guān)關(guān)系（P＜0.01）。土壤中SOC與粘粉粒和細(xì)砂呈極顯著正相關(guān)相關(guān)（P＜0.01），而與中粗砂之間呈負(fù)相關(guān)；TN與粘粉粒呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01），而與細(xì)砂之間呈現(xiàn)極顯著負(fù)相關(guān)的關(guān)系（P＜0.01）；TP與粘粉粒之間呈極顯著負(fù)相關(guān)，而與細(xì)砂和中粗砂呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01）。土壤的粘粉粒與SOC的相關(guān)性大于與TN的相關(guān)性，表明研究區(qū)土壤中粘粉粒與SOC的關(guān)系更密切；細(xì)砂值與SOC和TP之間呈現(xiàn)極顯著正相關(guān)，而與TN之間極顯著負(fù)相關(guān)的關(guān)系，說(shuō)明土壤中的SOC和TP收到細(xì)砂的影響，中粗砂與TP之間呈現(xiàn)極顯著負(fù)相關(guān)的關(guān)系。

表3　SOC、TN、TP含量與土壤質(zhì)地之間的Pearson相關(guān)分析Table 3 The Pearson correlation analysis of SOC,TN,TPbetween content and soil texture

3　討論

在我國(guó)云南干熱河谷地區(qū)廣泛存在的不同退化程度草地植被已發(fā)生顯著變化，這不僅表現(xiàn)為植被的地上、地下生物量相對(duì)減少，而且也引起了草地土壤性質(zhì)的明顯變化[14]。本研究中由于在不同退化程度中的土壤性質(zhì)的變化如土壤質(zhì)地的粗化和土壤養(yǎng)分如SOC和TN等養(yǎng)分含量的下降又會(huì)反作用于植被，會(huì)導(dǎo)致在不同退化階段中的植物生長(zhǎng)受抑制，從而導(dǎo)致干熱河谷退化草地生態(tài)系統(tǒng)持續(xù)退化。本研究中土壤的顆粒組成中粘粉粒和細(xì)粒呈逐漸減少，而中粗砂呈現(xiàn)逐漸增多的趨勢(shì)與劉淑珍[1]等人的研究相似，而且地表的粒徑表現(xiàn)的尤為明顯，形成原因主要是水蝕而成的[15]。而且由于地表的干擾較下層大的很多，才使土壤質(zhì)地粗化且地表的粗化尤甚。

云南干熱河谷草地受到過(guò)度放牧，氣候劇烈變化，蟲(chóng)鼠害嚴(yán)重等一系列自然人為原因使得云南干熱河谷草地的的植物群落發(fā)生了逆向演替，從而使干熱河谷的土壤肥力水平發(fā)生顯著變化，肥力顯著下降，土壤向退化方向發(fā)展。不同退化階段的土壤SOC和TN含量在垂直剖面上的分布呈極顯著差異（P＜0.01）。SOC的垂直分布規(guī)律是由于根系分布深度及其分泌物不同導(dǎo)致的，此外草地枯枝落葉的分解和礦化也會(huì)導(dǎo)致土壤有機(jī)質(zhì)含量提高[4]，同時(shí)也與人類活動(dòng)密不可分[3]。SOC、TN含量均隨退化程度的加劇逐漸減小，主要也是自然和人為原因共同造成的。土壤P素來(lái)源相對(duì)固定，主要通過(guò)巖石的風(fēng)化。由于巖石風(fēng)化是一個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程，風(fēng)化程度在0～60 cm土壤層中差異不大[16]，這就使得土壤TP含量整體上隨著退化階段的增加呈現(xiàn)減小的趨勢(shì)，而隨著土層深度的增加土壤TP含量呈逐漸先增加后減少的趨勢(shì)，在亞表層（10～20 cm）處達(dá)到最大值，TP含量呈波動(dòng)性變化，在土壤剖面上表現(xiàn)為“圓柱體”分布模式，從而導(dǎo)致SOC與TN和TP在土壤垂直方向分布規(guī)律表現(xiàn)出一定的偏差。

草地土壤SOC和TN是組成有機(jī)質(zhì)的最主要的成分，故兩者呈現(xiàn)相互影響的關(guān)系[17]，所以兩者之間呈極顯著正相關(guān)的關(guān)系。土壤P素來(lái)源相對(duì)固定，主要通過(guò)巖石的風(fēng)化，故與SOC和TN之間沒(méi)有相互關(guān)系。干熱草地土壤SOC和TN主要是土壤中的粘粉粒來(lái)固持的，而中粗沙對(duì)SOC和TN的固持能力不強(qiáng)，所以可得粘粉粒與SOC和TN呈極顯著正相關(guān)的關(guān)系。國(guó)內(nèi)外關(guān)于干熱河谷草原恢復(fù)演替的研究報(bào)道較多，本文進(jìn)一步豐富充實(shí)了本地區(qū)關(guān)于退化草地的研究，但仍需要對(duì)干熱河谷退化草地恢復(fù)演替的長(zhǎng)期連續(xù)定位觀測(cè)研究，從而能夠更好地為干熱河谷草地的生態(tài)恢復(fù)做貢獻(xiàn)。

4　結(jié)論

（1）金沙江干熱河草地隨著退化程度的加劇，土壤的顆粒組成中粘粉粒和細(xì)粒呈逐漸減少，而中粗砂呈現(xiàn)逐漸增多的趨勢(shì)，而且地表的粒徑表現(xiàn)的尤為明顯。

（2）草地土壤SOC、TN含量均隨退化程度的加劇逐漸減小，隨土層加深也逐漸減小，而土壤TP含量整體上隨著退化階段的增加呈現(xiàn)減小的趨勢(shì)，而隨著土層深度的增加土壤TP含量呈逐漸先增加后減少的趨勢(shì)，在亞表層（10～20 cm）處達(dá)到最大值。

（3）研究區(qū)土壤SOC、TN含量呈極顯著相關(guān)關(guān)系（P＜0.01）。土壤中SOC與粘粉粒和細(xì)砂呈極顯著正相關(guān)相關(guān)（P＜0.01），而與中粗砂之間呈負(fù)相關(guān)。土壤粘粉粒與SOC和TN呈現(xiàn)極顯著相關(guān)性。

[1]劉淑珍,黃成敏,張建平,等.云南元謀土地荒漠化特征及原因分析[J].中國(guó)沙漠,1996,16(1):1-8

[2]楊萬(wàn)勤.土壤生態(tài)退化與生物修復(fù)的生態(tài)適應(yīng)性研究—以金沙江干熱河谷為例[D].重慶:西南農(nóng)業(yè)大學(xué),2006

[3]郎南軍.云南干熱河谷退化生態(tài)系統(tǒng)植被恢復(fù)影響因子研究[D].北京:北京林業(yè)大學(xué),2005

[4]張映翠.鄉(xiāng)土草本植物對(duì)干熱河谷退化土壤修復(fù)的生態(tài)效應(yīng)及機(jī)制研究[D].重慶:西南農(nóng)業(yè)大學(xué),2005

[5]穆軍,李占斌,李鵬,等.干熱河谷干季土壤水分動(dòng)態(tài)研究[J].長(zhǎng)江科學(xué)院院報(bào),2009,26(12):22-25

[6]岳學(xué)文,方海東,錢(qián)坤建,等.金沙江干熱河谷不同土地利用方式的土壤水分特征[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2010,38(27):14963–14965

[7]宮阿都,何毓蓉.金沙江干熱河谷典型區(qū)(云南)退化土壤的結(jié)構(gòu)性與形成機(jī)制[J].山地學(xué)報(bào),2001,19(3):213-219

[8]第寶鋒.元謀干熱河谷退化生態(tài)系統(tǒng)評(píng)價(jià)及恢復(fù)重建研究[D].成都:四川大學(xué),2004

[9]張建平,楊忠,莊澤.元謀干熱河谷區(qū)水土流失現(xiàn)狀及治理對(duì)策[J].云南地理環(huán)境研究,2001,13(2):22-27

[10]鐘祥浩.干熱河谷區(qū)生態(tài)系統(tǒng)退化及恢復(fù)與重建途徑[J].長(zhǎng)江流域資源與環(huán)境,2000,9(3):376-682

[11]何毓蓉,徐建忠,黃成敏.金沙江干熱河谷區(qū)變性土的特征及系統(tǒng)分類[J].土壤學(xué)報(bào),1995,32(S1):102-103

[12]任繼周.草業(yè)科學(xué)研究方法[M].北京:中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社,1998:152-158

[13]鮑士旦.土壤農(nóng)化分析.第3版.北京:中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社,2000:71-78

[14]蔣俊明,費(fèi)世民,何亞平,等.金沙江干熱河谷植被恢復(fù)探討[J].西南林學(xué)院學(xué)報(bào),2007,27(6):11-15

[15]何永彬,盧培澤,朱彤.橫斷山-云南高原干熱河谷形成原因研究[J].資源科學(xué),2000,22(5):67-72

[16]熊順貴.基礎(chǔ)土壤學(xué)[M].北京:中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社,2001:73-91

The Impact of Meadow Degradation in the Dry and Hot Valley Region of Jinsha RiverYunnan Province on Soil Nutrients

LIU Yan,LIU Yuan
Zhaotong College of Yunnan Province,Zhaotong 657000,China

This paper studied the variation of soil texture in different soil depth and the contents of soil organic carbon(SOC), total nitrogen(TN)and total phosphorus(TP)as well as the relationship between nutrients and textures under light degeneration,moderate degeneration,heavy degeneration and extreme degradation,taking the different degeneration grassland in small mountain watershed of dry hot valley of Jinsha River as some objectives.The results showed that sticky soil particles and fine particles were gradually reduced,while the grit showed a trend of gradual increasing,and the performance of the surface of the particle size was particularly evident with the aggravation of grassland degradation in Jinsha River dry.Contents of SOC,TN in grassland soil were gradually decreased with increasing levels of degradation and decreases with depth,but the content of TP in soil showed a trend of a drop with the increase of the degradation withwhile it showed a increase and then a decreasing trend with the increasing depth in soil and it reached a maximum at 10～20 cm in the subsurface.Silt and clay soil SOC and TN showed a very significant positive correlation and showed a highly significant positive correlation between the value of TP and fine sand.

Degraded meadow in the Dry and Hot Valley;soil nutrition;soil texture

S812.2

A

1000-2324(2015)02-0228-04

2013-06-22

2013-07-23

劉燕(1972-),女,云南永善人,理學(xué)碩士,講師.研究方向:人文地理學(xué).E-mail:yan_6_2006@aliyun.com