戴 齊, 廖超林, 唐 茹, 林清美, 向 弘

(湖南農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源環(huán)境學(xué)院, 湖南 長(zhǎng)沙 410128)

湘中紫色丘陵區(qū)不同植被類型根際與非根際土壤理化特征

戴 齊, 廖超林, 唐 茹, 林清美, 向 弘

(湖南農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源環(huán)境學(xué)院, 湖南 長(zhǎng)沙 410128)

[目的] 探索湘中紫色丘陵區(qū)不同植被類型根際與非根際土壤的理化特征,為湘中地區(qū)生態(tài)修復(fù)提供理論依據(jù)。[方法] 以典型抽樣方法調(diào)查湘中丘陵區(qū)草叢(G)、草灌(GS)、灌木(S)和喬灌(AS)4種典型植被,研究其根際與非根際土壤理化性質(zhì)的差異,通過典型相關(guān)分析揭示根際與非根際土壤理化指標(biāo)間的耦合關(guān)系。[結(jié)果] 研究區(qū)草叢和灌木根際土壤中細(xì)砂粒(0.25～0.05 mm)含量分別顯著(p<0.05)低于喬灌63.84%和76.97%;粉粒(0.02～0.002 mm)含量表現(xiàn)為草和灌木分別顯著高于喬灌的38.48%和37.66%。根際土壤0.25～0.05 mm微團(tuán)聚體含量均表現(xiàn)為喬灌高于其他植被,0.02～0.002 mm微團(tuán)聚體含量均表現(xiàn)為灌木高于其他植被。草灌與灌木非根際土壤有機(jī)質(zhì)含量顯著(p<0.05)低于根際土壤148.05%和121.92%,灌木和草灌根際土壤有機(jī)質(zhì)含量顯著(p<0.05)高于喬灌土壤84.28%和92.08%;草灌根際土壤全氮含量顯著(p<0.05)高于非根際土壤83.33%,草灌根際土壤堿解氮含量顯著(p<0.05)高于喬灌土壤200.83%;不同植被類型根際/非根際土壤磷含量差異不明顯,總體來看,同一植被根際土壤全磷含量低于非根際土壤,而有效磷表現(xiàn)為喬灌最低;喬灌根際土壤速效鉀含量分別顯著(p<0.05)低于草叢和草灌土壤125.15%和137.71%,除草灌外,其余植被類型根際土壤全鉀含量均低于非根際土壤。典范相關(guān)分析表明土壤有機(jī)質(zhì)和全量養(yǎng)分含量,2～1,1～0.5,0.25～0.05 mm土粒含量,2～1,1～0.5 mm團(tuán)聚體3組理化性狀間相互關(guān)系密切。[結(jié)論] 改善土壤理化性質(zhì),促進(jìn)湘中丘陵地區(qū)生態(tài)恢復(fù),應(yīng)注重協(xié)調(diào)土壤養(yǎng)分、顆粒組成及團(tuán)聚體之間的耦合關(guān)系。

植被; 根際; 土壤

植被與土壤是一個(gè)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，土壤的分異導(dǎo)致植被的變化，植被的變化影響著土壤的發(fā)育[1]。植物根系是植被與土壤的相互作用的重要通道，根系從土壤中攝取水分和養(yǎng)分，同時(shí)向土壤分泌大量的低分子有機(jī)化合物(如糖類、有機(jī)酸、氨基酸、酚類化合物)[2]。同時(shí)，這些根系分泌物為根際微生物活動(dòng)提供豐富碳源，極大改善根際微區(qū)環(huán)境，對(duì)根際土壤性狀改良有重要影響[3]。湘中紫色丘陵區(qū)是湖南省生態(tài)環(huán)境最為惡劣的地區(qū)之一，也是中國(guó)南方極具代表性的生態(tài)災(zāi)害易發(fā)地區(qū)。由于紫色土極易水蝕，發(fā)育期短，地力差，常處于幼年階段，加上顏色深、吸熱性強(qiáng)，夏季地面溫度高，蒸發(fā)量大，又因區(qū)域性水、熱分布等不利環(huán)境影響和不合理的開發(fā)，致使該區(qū)域長(zhǎng)期以來植被稀疏，水土流失和季節(jié)性旱災(zāi)嚴(yán)重[4]。近年來有學(xué)者就衡陽紫色丘陵區(qū)植被恢復(fù)技術(shù)、生物多樣性或者是單一樹種(如中山柏或蘆竹或白香草木樨)或者單一模式(草本或草本+喬木)等開展了深入研究。本研究擬選擇紫色丘陵典型區(qū)不同植被類型根際與非根際土壤理化特性進(jìn)行研究，以期為改善紫色丘陵區(qū)生態(tài)環(huán)境，恢復(fù)植被，水土保持等方面提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于湖南省衡南縣譚子山鎮(zhèn)工聯(lián)村，地處衡陽盆地中部(112°21′45″—112°23′31″E和26°59′50″—26°55′45″N)，地勢(shì)東、西、南3面高，逐漸向中北部?jī)A斜，整個(gè)地形為一馬蹄形盆地。屬中亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū)，年平均氣溫17.8 ℃。年平均降水量1 268.8 mm，4—6月降水量占全年45%；7—9月降水量?jī)H占全年19%；年蒸發(fā)量1 396.1 mm。光、熱、水資源比較豐富，季節(jié)性干旱顯著，是湖南省環(huán)境最為惡劣的地區(qū)之一。區(qū)內(nèi)廣泛分布著紫色砂頁巖和由其發(fā)育而成的堿性紫色土和少量酸性紫色土，植被稀疏，水土流失嚴(yán)重，部分地區(qū)甚至基巖裸露，土地荒蕪，呈現(xiàn)紅色荒漠化現(xiàn)象[5]。

1.2 樣品采集

紫色丘陵區(qū)植被自然演替主要分為次生喬灌木林、灌木林、草灌及草叢群落階段，本研究于2013年11月運(yùn)用典型抽樣方法對(duì)處于主要演替階段的植物群落進(jìn)行調(diào)查，在土壤母質(zhì)、坡向與坡度一致，距離<1 km范圍內(nèi)，選擇4種典型植被類型(喬灌、灌木、草灌、草)設(shè)置樣地(5 m×5 m)，同時(shí)對(duì)樣地的主要植物種類進(jìn)行鑒定，其中喬灌：馬尾松(Pinusmassoniana)、槭樹(Maple)、構(gòu)樹(Broussonetiapapyrifera)；灌木：槭樹(Maple)、花椒(Pericarpiumzanthoxyli)、糯米條(Abeliachinensis)；草灌：狗牙根(Cynodondactylon)、艾草(Artemisiavulgaris)、刺槐(Robiniapseudoacacia)、糯米條；草：苜蓿(Medicagosativa)、狗牙根等。選取3處典型植物集中的位置分別設(shè)置面積為10 m×10 m的樣方，均勻布點(diǎn)。采樣點(diǎn)避免設(shè)在田邊、路邊、溝邊等特殊地形的部位以及堆過肥料的地方。每種植物按“S”型路線選擇10株，取其根際與非根際土壤，分別混合，按四分法取一部分土壤。

根際土壤的采集分2種方式。第1種方法是按常規(guī)森林根際土壤的研究方法[6]；主要采集喬灌及灌木根際與非根際土壤。具體采樣方法是在每個(gè)樣地內(nèi)選擇有代表性樹木進(jìn)行根際土壤混合樣品的采集，即在每一樹木根基0—50 cm水平范圍內(nèi)，收集0—30 cm厚度土層中根表面上5 mm以內(nèi)的土壤進(jìn)行混合，即根際混合土樣；在相同區(qū)域采集距離根表面10 cm以外土壤的混合樣品，即非根際混合土樣。第2種方法是按照Riley和Barber的方法[5]：挖取有完整根系的土體(體積大小視根系的范圍而定)，先輕輕抖落大塊不含根系的土壤，裝入袋內(nèi)混勻，視為非根際土壤;然后用力將根表面(1～4 mm)附著的土壤全部抖落下來，得到根際土壤。將采集的土樣混合，密封后帶回室內(nèi)，仔細(xì)除去其中可見植物殘?bào)w及土壤動(dòng)物，一部分風(fēng)干，一部分于4 ℃冰箱冷凍保存，分析備用，主要采集草灌及草叢根際與非根際土壤。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

土壤有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀—外加熱法測(cè)定，全氮采用半微量開氏法測(cè)定，堿解氮采用堿解擴(kuò)散法測(cè)定，全磷采用NaOH熔融—鉬銻抗比色法，速效磷采用NaHCO3提取—鉬銻抗顯色—紫外分光光度法測(cè)定，全鉀采用NaOH熔融—火焰光度法測(cè)定，速效鉀采用NH4OAc浸提—火焰光度法測(cè)定[7]。顆粒組成、微團(tuán)聚體采用吸管法，大團(tuán)聚體采用干篩法和濕篩法進(jìn)行測(cè)定[8]。

1.4 數(shù)據(jù)分析

用Excel 2007和DPS7.05軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)分析，進(jìn)行雙因素方差分析(ANOVA)，LSD(p<0.05)比較不同植被類型土壤養(yǎng)分含量和團(tuán)聚體組成之間的差異。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同植被類型根際與非根際土壤有機(jī)質(zhì)含量

從表1可以看出，4種植被根際土壤有機(jī)質(zhì)含量總體表現(xiàn)為：?jiǎn)坦?草叢<灌木<草灌，喬灌分別顯著低于(p<0.05)灌木和草灌土壤84.28%和92.08%，低于草叢37.96%；各植被類型非根際土壤有機(jī)質(zhì)含量差異不明顯，總體表現(xiàn)出從草叢到喬灌交替減少—增加—減少的趨勢(shì)；同一植被類型根際與非根際土壤間有機(jī)質(zhì)含量均表現(xiàn)出根際高于非根際的現(xiàn)象，其中草灌與灌木根際土壤有機(jī)質(zhì)含量分別顯著(p<0.05)高于對(duì)應(yīng)非根際土壤148.05%和121.92%。

2.2不同植被類型根際與非根際土壤全氮及堿解氮含量

從表1知，湘中紫色丘陵區(qū)不同植被類型根際與非根際土壤全氮含量差異不明顯，其中根際土壤整體上表現(xiàn)為：草叢>草灌>灌木>喬灌，非根際土壤表現(xiàn)為:灌木>草叢>喬灌>草灌，草灌根際土壤全氮含量顯著(p<0.05)高于非根際土壤83.33%。

表1 湘中紫色丘陵區(qū)不同植被下土壤養(yǎng)分與有機(jī)質(zhì)狀況

注：表中數(shù)字為平均值，±標(biāo)準(zhǔn)差，字母為多重比較(LSD)結(jié)果，同一列不同字母處理之間達(dá)到p為0.05的顯著性水平。下同。

湘中紫色丘陵區(qū)不同植被類型根際土壤堿解氮含量整體上表現(xiàn)為：草灌>草叢>灌木>喬灌，其中草灌根際土壤堿解氮含量顯著(p<0.05)高于喬灌土壤200.83%；非根際土壤堿解氮含量以灌木最高，分別顯著(p<0.05)高于喬灌土壤219.00%和草灌土壤227.27%；從同一植被類型來看，草灌根際土壤堿解氮含量顯著(p<0.05)高于非根際土壤268.66%,而灌木根際土壤堿解氮含量低于非根際土壤外，其他根際土壤堿解氮含量均高于非根際土壤。

2.3不同植被類型根際與非根際土壤全磷及有效磷含量

湘中紫色丘陵區(qū)不同植被類型根際/非根際土壤全磷含量差異不明顯(表1)，其中根際土壤整體上表現(xiàn)為:草叢>灌木>喬灌>草灌，非根際土壤則表現(xiàn)為:草叢>灌木>草灌>喬灌,從同一植被類型來看，根際土壤全磷含量均低于非根際土壤；不同植被類型根際土壤有效磷含量差異不明顯，總體上表現(xiàn)為:草灌>草叢>灌木>喬灌，非根際土壤則表現(xiàn)為:草叢>灌木>草灌>喬灌，同一植被類型根際土壤與非根際土壤有效磷含量差異也不顯著。

2.4不同植被類型根際與非根際土壤全鉀及速效鉀含量

湘中紫色丘陵區(qū)不同植被類型根際/非根際土壤全鉀含量差異不明顯，但整體上均表現(xiàn)為草叢>灌木>草灌>喬灌(表1)；同一植被類型除了草灌根際土壤全鉀含量高于非根際土壤外，其余植被類型根際土壤全鉀含量均低于非根際土壤。根際土壤速效鉀含量以喬灌最低，分別顯著(p<0.05)低于草叢和草灌土壤125.15%和137.71%，不同植被類型非根際土壤間差異不顯著，表現(xiàn)出從草叢到喬灌交替減少—增加的變化特征；灌根際土壤速效鉀含量顯著(p<0.05)高于非根際土壤191.64%。

2.5 不同植被類型根際與非根際土壤顆粒組成

土壤顆粒分布影響土壤的水力特性、土壤肥力狀況，并與土壤侵蝕和退化直接相關(guān)，是重要的土壤物理特性之一[9]。不同植被類型根際與非根際土壤顆粒組成存在一定差異(表2)。在根際土壤中，0.25～0.05和0.02～0.002 mm粒徑的土粒含量分別占21.58%～38.19%和27.18%～44.18%。根際土壤0.25～0.05 mm粒徑土粒表現(xiàn)為:喬灌>草灌>草叢>灌木,其中草叢和灌木最低且分別顯著(p<0.05)低于喬灌63.84%和76.97%；非根際土壤0.25～0.05 mm粒徑土粒表現(xiàn)為喬灌和草灌最高，草叢次之，灌木最低；從不同植被類型喬灌根際和非根際土壤0.25～0.05 mm粒徑土粒含量均高于其它植被，草叢和灌木根際與非根際土壤0.02～0.002 mm粒徑土粒含量均高于其他植被。從同一植被類型根際與非根際土壤比較來看，喬灌0.05～0.02 mm和0.02～0.002 mm，灌木0.25～0.05 mm，草灌0.25～0.05 mm和0.05～0.02 mm，草叢0.5～0.25，0.25～0.05和0.02～0.002 mm粒徑土粒含量低于非根際土壤，其他粒徑土粒含量相反，但差異均不顯著。

表2 湘中紫色丘陵區(qū)不同植被類型土壤顆粒組成 %

2.6 不同植被類型根際與非根際土壤微團(tuán)聚體組成

土壤微團(tuán)聚體的組成影響土壤養(yǎng)分的吸收與釋放，具有保持和調(diào)節(jié)土壤水、肥及生物活動(dòng)等多種功能[10]。在根際與非根際土壤中，均表現(xiàn)為0.25～0.05和0.02～0.002 mm粒徑的土粒含量較大，其中根際土壤分別占19.65%～37.04%和23.28%～35.73%，非根際土壤分別占21.55%～40.17%和29.93%～41.86%。但不同植被類型之間土粒含量差異不顯著。在根際與非根際土壤0.25～0.05 mm粒徑土粒中均表現(xiàn)為喬灌最高，灌木最低；而在0.02～0.002 mm粒徑土粒中則表現(xiàn)為灌木最高，喬灌最低(表3)。

表3 湘中紫色丘陵區(qū)不同植被類型土壤微團(tuán)聚體 %

2.7湘中紫色丘陵區(qū)典型植被土壤主要養(yǎng)分、顆粒組成、微團(tuán)聚體的耦合關(guān)系

2.7.1 根際土壤主要養(yǎng)分、顆粒組成、微團(tuán)聚體的典范相關(guān) 典范相關(guān)分析研究?jī)山M變量之間整體的線性相關(guān)關(guān)系[11]。把湘中紫色丘陵區(qū)根際土壤主要養(yǎng)分指標(biāo)(x1—x7)構(gòu)成第1組變量，顆粒組成(y1—y7)和微團(tuán)聚體(z1—z7)分別構(gòu)成第2，3組變量。用典范相關(guān)分析來研究湘中紫色丘陵區(qū)典型植被類型根際土壤主要養(yǎng)分、顆粒組成以及微團(tuán)聚體組成兩兩之間的關(guān)系(表4)，并建立典型變量構(gòu)成(表5)。

前4個(gè)特征值的方差貢獻(xiàn)率分別達(dá)到了70.70%，85.00%和81.50%，基本能反映出絕大部分的變量信息，由此而建立了3組變量?jī)蓛芍g的4對(duì)典型變量構(gòu)成。

表4 湘中紫色丘陵區(qū)典型植被類型根際土壤主要養(yǎng)分、顆粒組成、微團(tuán)聚體的典范相關(guān)分析

表5 湘中紫色丘陵區(qū)根際土壤主要養(yǎng)分與顆粒組成、微團(tuán)聚體之間的典型變量構(gòu)成

注：x1為有機(jī)質(zhì)；x2為TN；x3為TP；x4為TK；x5為AN；x6為AP；x7為AK；y1為顆粒組成2～1 mm；y2為顆粒組成1～0.5 mm；y3為顆粒組成0.5～0.25 mm；y4為顆粒組成0.25～0.05 mm；y5為顆粒組成0.05～0.02 mm；y6為顆粒組成0.02～0.002 mm；y7為顆粒組成<0.002 mm；z1為微團(tuán)聚體2～1 mm；z2為微團(tuán)聚體1～0.5 mm；z3為微團(tuán)聚體0.5～0.25 mm；z4為微團(tuán)聚體0.25～0.05 mm；z5為微團(tuán)聚體0.05～0.02 mm；z6為微團(tuán)聚體0.02～0.002 mm；z7為微團(tuán)聚體<0.002 mm。下同。

養(yǎng)分因子與顆粒組成因子的第1，2，3，4對(duì)典型相關(guān)系數(shù)分別為1.000，1.000，1.000，0.986，相關(guān)系數(shù)均較大，且統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)第1，2，3對(duì)均達(dá)到極顯著水平，取前3對(duì)典型變量來分析兩類性質(zhì)之間的相互關(guān)系。

從前3組典型變量系數(shù)可以看出：土壤主要養(yǎng)分因子中TK和TN的載荷最高，顆粒組成因子中0.25～0.05 mm粒徑顆粒的載荷最高，說明研究區(qū)根際土壤TK和TN與0.25～0.05 mm粒徑土粒的相互影響最大，其中根際土壤TK，TN均與0.25～0.05 mm粒徑土粒含量負(fù)相關(guān)。

養(yǎng)分因子與微團(tuán)聚體因子的第1，2，3對(duì)典型相關(guān)系數(shù)分別為1.0，1.0，1.0且均達(dá)到極顯著水平，第1組典型變量系數(shù)主要反映了研究區(qū)根際土壤TN和1～0.5 mm微團(tuán)聚體含量負(fù)相關(guān)，土壤AN和1～0.5 mm微團(tuán)聚體含量正相關(guān)。第2組典型變量系數(shù)主要反映了研究區(qū)根際土壤TP和TK與1～0.5 mm微團(tuán)聚體含量負(fù)相關(guān)，土壤有機(jī)質(zhì)含量與1～0.5 mm微團(tuán)聚體含量正相關(guān)。第3組典型變量系數(shù)主要反映了根際土壤TP與1～0.5 mm微團(tuán)聚體含量負(fù)相關(guān)，土壤有機(jī)質(zhì)含量與1～0.5 mm微團(tuán)聚體含量正相關(guān)。

微團(tuán)聚體因子與顆粒組成因子第1，2，3對(duì)典型相關(guān)系數(shù)均達(dá)到了極顯著水平，均為1.000，第1組、第2組典型變量系數(shù)主要反映了根際土壤2～1 mm微團(tuán)聚體含量與2～1 mm顆粒含量呈正相關(guān)，第3組典型變量系數(shù)主要反映了根際土壤2～1 mm微團(tuán)聚體含量與2～1，1～0.5 mm顆粒組成呈正相關(guān)，土壤1～0.5 mm微團(tuán)聚體含量與2～1，1～0.5 mm顆粒組成呈正相關(guān)。

2.7.2 非根際土壤主要養(yǎng)分、顆粒組成、微團(tuán)聚體的典型相關(guān) 把湘中紫色丘陵區(qū)非根際土壤主要養(yǎng)分指標(biāo)(x1-x7)構(gòu)成第1組變量,顆粒組成(y1-y7)和微團(tuán)聚體(z1-z7)分別構(gòu)成第2,3組變量。用典范相關(guān)分析來研究湘中紫色丘陵區(qū)典型植被類型非根際土壤主要養(yǎng)分、顆粒組成以及微團(tuán)聚體組成兩兩之間的關(guān)系(表6),并建立典型變量構(gòu)成(表7)。前4個(gè)特征值的方差貢獻(xiàn)率分別達(dá)到了71.20%,85.00%和84.30%,基本能反映出絕大部分的變量信息,由此而建立了3組變量?jī)蓛芍g的4對(duì)典型變量構(gòu)成。

表6 湘中紫色丘陵區(qū)典型植被類型非根際土壤主要養(yǎng)分、顆粒組成、微團(tuán)聚體的典范相關(guān)分析

非根際土壤養(yǎng)分因子與顆粒組成因子第1，2，3對(duì)典型相關(guān)系數(shù)均達(dá)到了極顯著水平，均為1.000，第1組、第2組典型變量系數(shù)主要反映了非根際土壤TK含量與0.25～0.05 mm顆粒組成呈負(fù)相關(guān)，第3組典型變量系數(shù)主要反映了非根際土壤TN含量與0.25～0.05 mm顆粒組成呈正相關(guān)。

養(yǎng)分因子與微團(tuán)聚體因子的第1，2，3對(duì)典型相關(guān)系數(shù)分別為1.0，1.0，1.0且均達(dá)到極顯著水平，第1組典型變量系數(shù)主要反映了研究區(qū)非根際土壤AN和1～0.5 mm微團(tuán)聚體含量正相關(guān)。第2組典型變量系數(shù)主要反映了非根際土壤TK與1～0.5 mm微團(tuán)聚體含量負(fù)相關(guān)。第3組典型變量系數(shù)主要反映了根際土壤TP與1～0.5 mm微團(tuán)聚體含量負(fù)相關(guān)。

微團(tuán)聚體與顆粒組成因子第1，2，3對(duì)典型相關(guān)系數(shù)均達(dá)到極顯著水平，均為1.0；第1組，第2組典型變量系數(shù)主要反映根際土壤2～1 mm微團(tuán)聚體含量與2～1 mm顆粒組成呈正相關(guān)；第3組典型變量系數(shù)主要反映根際土壤2～1 mm微團(tuán)聚體含量與2～1，1～0.5 mm顆粒組成呈正相關(guān)，土壤1～0.5 mm微團(tuán)聚體含量與2～1，1～0.5 mm顆粒組成呈正相關(guān)。

表7 湘中紫色丘陵區(qū)非根際土壤主要養(yǎng)分與顆粒組成、微團(tuán)聚體之間的典型變量構(gòu)成

3 討論與結(jié)論

(1) 不同植被類型根際與非根際土壤顆粒組成。土壤顆粒組成影響土壤水分和養(yǎng)分的分布、遷移及利用，是重要的土壤物理特性之一[12]。湘中丘陵區(qū)不同植被類型間的非根際土壤及同種植被類型的根際與非根際土壤間，各粒徑土粒含量差異均不顯著，不同植被類型間根際土壤顆粒組成除細(xì)砂粒(0.25～0.05 mm)和粉粒(0.02～0.002 mm)外，其他粒徑土粒含量間差異均不顯著，其中細(xì)砂粒含量表現(xiàn)為草叢和灌木分別顯著(p<0.05)低于喬灌63.84%和76.97%，說明喬灌根際對(duì)0.25～0.05 mm土壤顆粒具有富集作用；而粉粒含量表現(xiàn)為喬灌分別顯著低于草叢和和灌木的38.48%和37.66%，表明相對(duì)其他植被類型，喬灌植被導(dǎo)致土壤粉粒含量降低。這可能是因?yàn)閱坦嗟乇砟昕萋湮镙^多，每年有大量有機(jī)質(zhì)輸入土壤，土壤腐殖質(zhì)累積，加之根系發(fā)育及分泌粘液，促使了土壤顆粒的形成。

(2) 不同植被類型根際與非根際土壤微團(tuán)聚體。土壤微團(tuán)聚體的組成直接影響土壤持水和養(yǎng)分的貯存與釋放，良好的微團(tuán)聚體組成除了具有良好的土壤肥力外，還具有良好的抗侵蝕功能。研究表明，隨著植被的生長(zhǎng)，植被根系生長(zhǎng)存在差異，導(dǎo)致了不同植被類型根際與非根際土壤微團(tuán)聚體組成的差異。研究區(qū)無論是根際還是非根際土壤，除0.25～0.05 mm和0.02～0.002 mm微團(tuán)聚體含量外，其他粒徑微團(tuán)聚體含量差異均不顯著。不同植被類型根際與非根際土壤0.25～0.05 mm微團(tuán)聚體均表現(xiàn)為喬灌高于其他植被，0.02～0.002 mm微團(tuán)聚體含量均表現(xiàn)為灌木高于其他植被。這說明在湘中紫色丘陵區(qū)植被恢復(fù)過程中，灌木和喬灌對(duì)于土壤微團(tuán)聚體的改善作用優(yōu)于草和草灌。這是由于灌木和喬灌地表年枯落物增加了地表土壤有機(jī)質(zhì)來源，使得土壤顆粒之間有機(jī)膠結(jié)作用增強(qiáng)[9]，且灌木與喬灌較之草和草灌地下根系更發(fā)達(dá)，其根系分布較淺且根須發(fā)達(dá)[13],大多分布在土壤表層，根在土壤中的穿透和扎伸能力增強(qiáng)，使土壤結(jié)構(gòu)相對(duì)松散、通透性好[14]、土壤結(jié)構(gòu)得到改善。

(3) 不同植被類型根際與非根際土壤有機(jī)質(zhì)及養(yǎng)分。土壤有機(jī)質(zhì)被認(rèn)為是土壤質(zhì)量的一個(gè)重要的指示指標(biāo),它是土壤養(yǎng)分的源與庫,并能改善土壤的物理和化學(xué)性狀[15],研究區(qū)喬灌根際土壤有機(jī)質(zhì)含量顯著(p<0.05)低于灌木和草灌土壤84.28%和92.08%，該區(qū)喬灌主要為馬尾松和槭樹等常綠針葉或闊葉林，而灌木主要為花椒、糯米條等落葉林，其枯枝落葉及其有機(jī)物腐解進(jìn)入土壤的量相對(duì)較大，同時(shí)，湘中丘陵區(qū)喬灌林下多為裸露地，土壤侵蝕嚴(yán)重，導(dǎo)致灌木土壤有機(jī)質(zhì)含量顯著高于喬灌，同理，草灌土壤高于灌木。植物在生長(zhǎng)過程中吸收的養(yǎng)分主要來自根周圍即根際,根際微區(qū)的養(yǎng)分狀況很大程度上決定了植物的生長(zhǎng)狀況[16]。研究區(qū)同一植被類型根際與非根際土壤間有機(jī)質(zhì)含量均表現(xiàn)出根際>非根際的現(xiàn)象，其中草灌與灌木非根際土壤有機(jī)質(zhì)含量顯著(p<0.05)低于根際土壤148.05%和121.92%，說明紫色丘陵區(qū)不同植被類型根際對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)具有富集作用[17]，同時(shí)，不同植被類型間根際對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)富集作用存在差異，草灌與灌木富集作用明顯。研究區(qū)根際土壤各主要養(yǎng)分指標(biāo)均高于非根際土壤，尤其以全氮和堿解氮最為明顯，草灌根際土壤堿解氮含量顯著(p<0.05)高于非根際土壤268.66%，全氮含量顯著(p<0.05)高于非根際土壤83.33%，說明紫色丘陵區(qū)不同植被類型根際土壤對(duì)養(yǎng)分有一定的富集作用，其中草灌根際對(duì)土壤全氮及堿解氮有顯著的富集作用明顯，且與有機(jī)質(zhì)變化規(guī)律一致，根際對(duì)土壤TN和AN富集作用明顯，可能與根際與植物生長(zhǎng)過程中枯落物、根系、根毛及根表皮分解有關(guān)[18]。湘中紫色丘陵區(qū)不同植被類型土壤全磷含量差異不明顯，與蘇永中等[19]研究結(jié)果相似，表明紫色丘陵區(qū)不同植被類型根際對(duì)土壤全磷含量影響不大。研究區(qū)有效磷除草灌外，其他植被根際土壤有效磷含量均低于非根際土壤，這可能是由于土壤中磷的移動(dòng)能力很低,由于植物的吸收,根際土壤有效磷含量出現(xiàn)虧缺。而草灌根際土壤有效磷含量較非根際土壤高，說明有效磷在草灌根際出現(xiàn)一定的富集現(xiàn)象，這可能是因?yàn)楦捣置谖?、根際磷酸酶、根際微生物的活動(dòng)、菌根等因素導(dǎo)致草灌根際磷有效性的提高[20]。湘中不同植被類型土壤全鉀含量差異不明顯。研究區(qū)不同植被類型根際土壤速效鉀含量均高于非根際土壤，其中草灌根際土壤速效鉀含量顯著(p<0.05)高于非根際土壤191.64%，說明草灌根際對(duì)速效鉀有明顯的富集作用，根際土壤速效鉀含量以喬灌最低，分別顯著(p<0.05)低于草和草灌土壤125.15%和137.71%，說明不同植被根際對(duì)速效鉀的富集作用程度不同。

(4) 不同植被類型根際與非根際土壤顆粒、微團(tuán)聚體及養(yǎng)分之間的耦合關(guān)系。湘中紫色丘陵區(qū)生態(tài)退化嚴(yán)重，近年來隨著植被恢復(fù)，水土保持工作及各種環(huán)保政策的落實(shí)，紫色丘陵區(qū)生態(tài)系統(tǒng)正在逐漸恢復(fù)。植被恢復(fù)后，地表枯落物和地下根系增多，從而增加了土壤中天然有機(jī)質(zhì)來源，促使土壤中團(tuán)聚體的形成，另外植被冠層與地表覆蓋物能有效減少降雨和地表徑流對(duì)土壤的沖刷與破壞作用。而土壤中有機(jī)質(zhì)的增加以及團(tuán)聚體含量的變化又對(duì)植被恢復(fù)產(chǎn)生重要的影響。紫色丘陵區(qū)不同植被類型根際和非根際土壤養(yǎng)分、顆粒組成及微團(tuán)聚體的相關(guān)性表現(xiàn)不同。根際土壤養(yǎng)分與顆粒組成間表現(xiàn)為全鉀、全氮均與0.25～0.05 mm土粒含量負(fù)相關(guān)；土壤養(yǎng)分與微團(tuán)聚體間表現(xiàn)為全氮、全磷和全鉀與1～0.5 mm微團(tuán)聚體含量分別呈負(fù)相關(guān)，堿解氮和土壤有機(jī)質(zhì)含量與1～0.5 mm微團(tuán)聚體含量正相關(guān)；土壤微團(tuán)聚體和顆粒組成間表現(xiàn)為土壤2～1和1～0.5 mm微團(tuán)聚體含量分別與2～1，1～0.5 mm顆粒組成呈正相關(guān)。非根際土壤養(yǎng)分與顆粒組成間表現(xiàn)為全氮和全鉀含量分別與0.25～0.05 mm顆粒組成呈正、負(fù)相關(guān)；土壤養(yǎng)分與微團(tuán)聚體間表現(xiàn)為堿解氮和1～0.5 mm微團(tuán)聚體含量正相關(guān)，而土壤TK和TP與1～0.5 mm微團(tuán)聚體含量負(fù)相關(guān)；土壤微團(tuán)聚體和顆粒組成間的相關(guān)性與根際土壤一致。比較根際土壤與非根際土壤間的養(yǎng)分、顆粒組成和微團(tuán)聚體的相關(guān)性，發(fā)現(xiàn)根際與非根際土壤養(yǎng)分中的全鉀與全氮均與0.25～0.05 mm土粒含量關(guān)系密切，但全氮與0.25～0.05 mm土粒含量在根際與非根際土壤中分別表現(xiàn)為負(fù)和正的相關(guān)關(guān)系；就土壤養(yǎng)分與微團(tuán)聚體的關(guān)系來說，根際與非根際土壤全鉀和全磷均與1～0.5 mm微團(tuán)聚體含量分別呈負(fù)相關(guān)，而AN相反，此外，根際土壤也表現(xiàn)為有機(jī)質(zhì)和TN分別與1～0.5 mm微團(tuán)聚體含量呈正、負(fù)相關(guān)；紫色丘陵區(qū)根際與非根際土壤間微團(tuán)聚體含量的相關(guān)性不存在差異均。因此，紫色丘陵區(qū)根際土壤中的全鉀和全氮、全磷、堿解氮及土壤有機(jī)質(zhì)，2～1，1～0.5，0.25～0.05 mm顆粒組成及2～1和1～0.5 mm微團(tuán)聚體含量關(guān)系密切且相互影響；而非根際土壤的除有機(jī)質(zhì)外，關(guān)系密切的指標(biāo)均與根際土壤一致。說明為了改善衡陽紫色丘陵區(qū)土壤性狀，開展植被恢復(fù)與生態(tài)環(huán)境建設(shè)，應(yīng)注重調(diào)控土壤有機(jī)質(zhì)與全量養(yǎng)分含量，合理2～1，1～0.5，0.25～0.05 mm顆粒組成，促進(jìn)土壤2～1和1～0.5 mm團(tuán)聚體的形成，以實(shí)現(xiàn)該區(qū)的土壤質(zhì)量的改善，生態(tài)環(huán)境的改良。

[1] 楊寧,鄒冬生,楊滿元,等.衡陽紫色土丘陵坡地植被不同恢復(fù)階段土壤理化特征分析[J].農(nóng)業(yè)現(xiàn)代研究,2012,33(6):757-761.

[2] Majdi H, Persson H. Effects of ammonium sulphate application on the chemistry of bulk soil, rhizosphere, fine-roots and fine-root distribution in aPiceaabies(L.) Karst stand[J]. Plant And Soil, 1995,168-169(1):151-160.

[3] 張福鎖,曹一平.根際動(dòng)態(tài)過程與植物營(yíng)養(yǎng)[J].土壤學(xué)報(bào),1992,29(3):239-250.

[4] 廖超林,傅靈藝,盛浩,等.紫色丘陵區(qū)旱地撂荒自然恢復(fù)提高土壤蓄水性能[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2014,30(21):111-119.

[5] Riley D, Barber S A. Bocarbonate accumulation and pH changes at the soybean root soil interface[J]. Soil Science Society of America Journal, 1969,33:905-908.

[6] 詹媛媛,薛梓瑜,任偉,等.干旱荒漠區(qū)不同灌木根際與非根際土壤氮素的含量特征[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2009,29(1):59-66.

[7] 鮑士旦.土壤農(nóng)化分析[M]. 3版.北京:中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社,2005.

[8] 中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所.土壤物理分析[M].北京:科學(xué)出版社,1978.

[9] 周虎,呂貽忠,楊志臣,等.保護(hù)性耕作對(duì)華北平原土壤團(tuán)聚體特征的影響[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué),2007,40(9):1973-1979.

[10] 張超,劉國(guó)彬,薛萐,宋籽霖,張昌勝.黃土丘陵區(qū)不同植被類型根際土壤微團(tuán)聚體及顆粒分形特征[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué),2011,44(3):507-515.

[11] 杜虎,彭晚霞,宋同清,等.桂北喀斯特峰叢洼地植物群落特征及其與土壤的耦合關(guān)系[J].植物生態(tài)學(xué)報(bào),2013,37(3):197-208.

[12] 沈慧,姜鳳崎,杜曉軍,等.水土保持林土壤肥力及評(píng)價(jià)指標(biāo)[J].水土保持學(xué)報(bào),2000,14(2):60-65.

[13] 朱冰冰,李占斌,李鵬,等.黃丘區(qū)植被恢復(fù)過程中土壤團(tuán)粒分形特征及抗蝕性演變[J].西安理工大學(xué)學(xué)報(bào),2009,25(4):377-382.

[14] 周萍,劉國(guó)彬,侯喜祿.黃土丘陵區(qū)不同恢復(fù)年限草地土壤微團(tuán)粒分形特征[J].草地學(xué)報(bào),2008,16(4):396-402.

[15] 劉金福,洪偉.不同起源格氏栲林地的土壤分形特征[J].山地學(xué)報(bào),2001,19(6):565-569.

[16] 葉存旺,翟巧絨,郭梓娟,等.沙棘—側(cè)柏混交林土壤養(yǎng)分、微生物與酶活性的研究[J].西北林學(xué)院學(xué)報(bào),2007,22(5):1-6.

[17] 侯杰,葉功富,張立華.林木根際土壤研究進(jìn)展[J].防護(hù)林科技,2006(1):30-33.

[18] 吉艷芝,馮萬忠,陳立新,等.落葉松混交林根際與非根際土壤養(yǎng)分、微生物和酶活性特征[J].生態(tài)環(huán)境2008,17(1):339-343.

[19] 蘇永中,趙哈林,張銅會(huì).幾種灌木、半灌木對(duì)沙地土壤肥力影響機(jī)制的研究[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2002,13(7):802-806.

[20] 薛梓瑜,周志宇,詹媛媛,等.干旱荒漠區(qū)旱生灌木根際土壤磷變化特征[J].生態(tài)學(xué)報(bào)2010,30(2):0341-0349.

PhysicochemicalCharacteristicsofRhizosphereandNon-rhizosphereSoilsUnderDifferentVegetationTypesinPurpleSoilHillyRegionofCentralHu’nanProvince

DAI Qi, LIAO Chaolin, TANG Ru, LIN Qingmei, XIANG Hong

(CollegeofResourcesandEnvironment,Hu’nanAgriculturalUniversity,Changsha,Hu’nan410128,China)

[Objective] To explore the physicochemical characteristics of rhizosphere and non-rhizosphere soils under different typical types of vegetation in purple soil hilly region of central Hunan Province, and to provide theoretical basis for ecological restoration. [Methods] The physical and chemical properties of rhizosphere and non-rhizosphere soils from grass(G), grass-shrub(GS), shrub(S) and arbor-shrub(AS) were obtained by sampling and experimental analysis to reveal the coupling relationships with regard to the indexes of physical and chemical properties of between rhizosphere and non-rhizosphere soils. [Results] The contents of fine sand(0.25～0.05 mm) in G and S rhizosphere soils were 76.97% and 63.84% lower that of AS (p<0.05). Whereas, the silt contents were 38.48% and 37.66% higher. The content of 0.25～0.05 mm microaggregate in the AS rhizosphere soil was higher than those of others and the 0.02～0.002 mm microaggregate content of S rhizosphere soil was the highest. The organic matter contents of GS and S in non-rhizosphere soil, were 148.05% and 121.92% (p<0.05) lower than the corresponding ones in rhizosphere soil. Organic matter contents in S and GS rhizosphere soils were 84.28% and 92.08% (p<0.05) higher that of AS. The total nitrogen content in GS rhizosphere soil was 83.33% higher than that in non-rhizosphere soil. The available nitrogen in GS rhizosphere soil was 200.83% higher (p<0.05) than that of AS. Either in rhizosphere soil or in non-rhizosphere soil, phosphorous contents had no significant differences among all types of vegetation. For the same type of vegetation, soil total phosphorous content in rhizosphere soil was lower than that in non-rhizosphere. Soil available phosphorous content in AS was the lowest. In comparison with the ones of G and GS, the available potassium content in AS rhizosphere soil was 125.15% and 137.71% lower(p<0.05). There were closed relationships among the three groups of soil physicochemical indices, referring to the group of soil organic matter and total nutrient content, the group of 2～1 mm, 1～0.5 mm, 0.25～0.05 mm particles and the group of 2～1 mm,1～0.5 mm aggregates. [Conclusion] The coupled relations among soil nutrient, soil particle and soil aggregates should be applied to improve soil physicochemical properties and accelerate the ecosystem restoration in hilly region of central Hunan Province.

vegetation;rhizosphere;soil

A

1000-288X(2017)05-0114-09

S151.9

文獻(xiàn)參數(shù)： 戴齊, 廖超林, 唐茹, 等.湘中紫色丘陵區(qū)不同植被類型根際與非根際土壤理化特征[J].水土保持通報(bào)，2017,37(5)：114-122.

10.13961/j.cnki.stbctb.2017.05.020； Dai Qi, Liao Chaolin, Tang Ru, et al. Physicochemical characteristics of rhizosphere and non-rhizosphere soils under different vegetation types in purple soil hilly region of central Hunan Province[J]. Bulletin of Soil and Water Conservation, 2017,37(5)：114-122.DOI:10.13961/j.cnki.stbctb.2017.05.020

2016-12-14

2017-03-29

國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目“長(zhǎng)期培肥水稻土微結(jié)構(gòu)特征及對(duì)施肥措施改變的響應(yīng)”(41571211)

戴齊(1993—),男(漢族),湖南省常德市人,碩士研究生,研究方向?yàn)橥寥牢锢砼c土壤化學(xué)。E-mail:641636344@qq.com。

廖超林(1975—),男(漢族),湖南省衡南縣人,博士,碩士生導(dǎo)師,主要從事土壤物理及水土保持等方面的研究。E-mail:clliao@163.com。