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摘 要 对比分析福建省长汀县强度水土流失区2种不同草种治理模式的生物多样性和土壤理化性质，评价不同草种治理模式的恢复效果。结果表明：草种治理模式极大地增加了长汀县强度水土流失区的生物多样性，改善了土壤物理性质，提高了土壤养分含量，特别是土壤的速效养分和有机质含量。草种治理模式中，以种植类芦草种的治理模式比以种植百喜草草种的治理模式效果更显著。
关键词 强度水土流失；草种治理；类芦；植被恢复
中图分类号：S157 文献标志码：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2017.18.058
长汀县位于福建省西部，其水土流失状况十分严重。植被的恢复与重建是水土流失治理的关键，其中研究较多的治理模式就是生物治理模式。何钟文的研究表明，侵蚀退化马尾松林地四种治理措施的调控效益中，草灌乔混交措施对改善土壤理化形状效果以及促进森林群落演替方面的效果最好[1]；张华明认为，果园套种是治理果园水土流失的一种合理生物模式，其中柑橘加狗牙根的经济效益和生态效益最显著[2]。在水土流失生物治理中，治理模式多种多样，依据植物种类的不同，具有广泛的选择性。相对于治理水土流失的效果来看，还受着不同植物的配置模式以及种类数量的多变性影响。
根据不同地表形态、水土流失严重程度可采用不同生物治理模式。如20世纪80年代的飞播造林模式，水平沟种植灌木+草本植物模式，封育+补植经济林模式，以及补植乔木+灌木、穴边播种草本植物混交模式等[3]。其中，以草先行、草种结合的模式在强度水土流失区应用得到一致认可[4]。黄龙为用林果草模式、油茶模式、乔灌草模式对紫色土区域水土流失治理效果研究表明，林果草模式的综合治理效果最优[5]。但南方草种种类繁多，目前对于不同乡土草种的选择和搭配，以及对南方水土流失区植被恢复效果评价有待进一步探究。因此，通过对水土流失区的生物多样性及土壤理化性质影响的对比分析，评价两种不同草种治理模式的恢复效果具有重要的意义。
1 材料与方法
1.1 试验地概况
试验在强度水土流失区——福建省龙岩市长汀县的河田镇（116°16′～116°30′E，25°25′～25°46′N）进行。此地属中亚热带季风气候区，气候温和湿润。年均气温为19 ℃，1月平均气温7.8 ℃，7月平均气温27.4 ℃，无霜期265 d。年均降雨量为1 700 mm，其中4—6月降雨量大，且降雨强度大。全镇以低山高丘环绕四周，中部开阔，土壤为粗晶花岗岩风化的红壤为主，含沙量大风化层深厚，土壤剖面层次不完整，表土侵蚀殆尽，土壤肥力低下。由于长期的水土流失和人为破坏，原生植被常绿阔叶林已破坏殆尽。经过长达30年的水土流失治理，大面積的侵蚀退化得到一定的治理效果，但人工植被出现小“老头松”的现象，平均株高矮、冠幅小、密度低。
1.2 研究方法
1.2.1 样地设置
在强度侵蚀区的坡地上采取两种不同草种组合的治理模式。模式Ⅰ：以种植类芦草种为主，补植乔木和灌木；模式Ⅱ：以种植百喜草草种为主，补植乔木和灌木；CK：对照样地，无治理措施。
1.2.2 植被调查方法
于2016年7月，在试验地进行面状调查植物种类及样方调查。分别在2种不同治理模式和1个对照区选取样地3块，每块样地面积为10 m×10 m，调查样地植物，记录样地内乔木和灌木的名称、株数、胸径、树高、冠幅、郁闭度和总盖度。在每个标准样地内采取对角线布点法设置5个1 m×1 m小样方进行草本植被调查。记录草本植物的物种名称、株数、盖度、生长状况和高度。
1.2.3 植被群落多样性计算方法
通过均匀度指数、物种多样性指数、物种丰富度指数来反映植被群落的多样性：，其计算公式如下
物种丰富度指数：S=出现在样地的植被丰富度
在上述关系式中：S为物种数；D为多样性指数；H为生物多样性指数；J为群落均匀度指数；在植物群落中，第i物种个数占群落各植物个数总和的百分比用Pi表示。
1.2.4 土壤采样与实验方法
在植被调查区域进行土壤采样，深度为0～10 cm。在测定土壤的物理性质时，应采用环刀法。5个采样点内采用随机多点混合取样法，将每个样点进行土壤化学分析。
土壤物理性质采用环刀取样称重法测定。使用重铬酸钾-硫酸氧化法测定有机质含量。此外，氢氧化钠碱熔-钼锑抗比色法的作用测定全磷；凯氏定氮法测定全氮；碱解扩散法测定碱解氮；1 mol/L乙酸铵火焰光度法测定速效钾[6]。
1.3 数据处理
所有数据采用Excel 2003和SPSS软件进行分析。
2 结果与分析
2.1 对生物多样性的影响
根据调查统计，所有样地试验前，原有植被仅有马尾松、木荷、继木、岗松、鹧鸪草及少量芒萁。其中乔木以小“老头松”为主，平均株高2 m，冠幅1.8 m。山坡内有少量的鹧鸪草和芒萁，植被覆盖度10%左右。
由图1可以看出，草種治理模式后，物种丰富度和对照的相比，均有所增加。但2种不同草种治理模式并无差别，即模式Ⅰ（16）=模式Ⅱ（16）>CK（7）。不同草种治理模式间的物种丰富度没有差别，可能是跟治理的时间短有关[7]。由图2和图3可知，草种治理模式的植物多样性Simpson指数和Pielou均匀度指数均比对照均有所增大，而且以类芦为主的草种模式Ⅰ的指标比模式Ⅱ的有明显增加，即模式Ⅰ>模式Ⅱ>CK。在强度水土流失区，以草先行可以快速增加地表覆盖，促进其他植物的生长，从而减少土壤侵蚀。而类芦更能适应贫瘠干旱的强度水土流失区，能更快速改善林下小气候，增加湿度，让芒萁快速繁殖，占领林下位置[8]。综合3个多样性指标来看，在短期内，以种植类芦为主的治理模式主要对强度水土流失区的生物多样性的增加和恢复更为有利。 2.2 对土壤物理性质的影响
土壤容重、土壤持水力、土壤水分状况是土壤物理性质的主要表现，也是衡量土壤的肥力的重要指标，能够直接或间接影响土壤的气、水、热、肥等条件[9-10]。
土壤容重直接反映了土壤松紧度、土壤孔隙状况以及土壤颗粒情况。由表1可知，不同草種治理模式的土壤容重显著低于对照，且这两种草种治理模式之间存在差异。样地为强度水土流失区，表土层被剥蚀殆尽，下层土壤质地粗，颗粒间排列更紧密，而经过植被恢复治理，表土层厚度增加，根系侵入，质地更松散，所以容重明显变小。
土壤孔隙的数量与土壤透气性、透水性、紧实度及导热性密切相关。而毛管孔隙度直接反映土壤的持水力。由表1可以看出，经过草种治理后，土壤的毛管孔隙度和总孔隙度都有显著的增加。但是，只有毛管孔隙度在不同草种模式之间存在显著差别；总孔隙度并无明显差异。
土壤水分状况是土壤运移以及系统养分循环的载体。由表1可知，土壤的供水保水能力在不同的草种治理模式下都得到不同程度的改善。其毛管持水量为模式
Ⅰ>模式Ⅱ>CK。
2.3 对土壤化学性质的影响
由表2可以看出，经过植被恢复治理后，土壤有机质含量显著升高（P<0.05），模式Ⅰ和模式Ⅱ的有机质含量是对照的10倍左右。但两种草种治理模式之间并无明显差异。植被恢复对土壤有机质含量的影响主要与植被细根归还、植被生物量等因素有关[11]。本实验两种模式对土壤有机质含量并无明显差异，可能是因林下芒萁的生物量决定植被生物量。类芦及百喜草种植1年后，使水土流失区芒萁覆盖度不相上下，从而并没有影响土壤有机质含量。
土壤速效养分是能够被植物直接吸收利用的土壤养分，能够表征土壤肥力水平的高低。从表2可以看出，不同草种模式对速效养分的影响为模式Ⅰ>模式Ⅱ>对照，且都存在显著差异。在强度水土流失区，风化强烈、表土层薄，植被恢复可以显著降低地表径流及防风固土，从而增加土壤养分。而土壤速效养分还与土壤的VA菌根真菌数量有关，土壤里的VA菌根真菌数量增加，VA菌根可以将土壤中的氮、磷、钾元素提供给宿主。类芦的种植能够促进土壤VA菌根真菌数量[12]。
不同草种模式下，土壤全量养分与土壤速效养分对比基本相似，土壤全量养分均显著高于对照。但模式Ⅰ和模式Ⅱ的土壤全氮含量并无显著差异，全磷和全钾则存在显著差异，即模式Ⅰ>模式Ⅱ。土壤的全氮含量与土壤有机质含量密切相关。即印证了杨丽霞等人的试验，不同植被类型全氮与有机质含量变化规律相似[13]。
3 结论
草种治理模式极大地增加了长汀强度水土流失区的生物多样性、改善了土壤的物理性质、提高了土壤养分含量，并且以类芦为主要乡土草种比用百喜草为主要草种治理模式的效果更明显。
参考文献
[1]何钟文.严重侵蚀退化马尾松林地不同治理措施调控效益研究[D].福州：福建师范大学，2016.
[2]张华明，王昭艳，杨洁，等.红壤坡地果园不同套种模式水土保持效果研究[J].水土保持研究，2010，17（3）：140-143.
[3]林夏馨.福建长汀河田水土流失地区的迳流实验及类芦的绿化效果分析[J].广东林业科技，2005，21（1）：6-10.
[4]吴如三.长汀县河田极强度水土流失第一工程草灌乔综合治理研究[J].闽南科技，1991（45）：3-6.
[5]黄龙为.不同植被恢复模式对紫色土侵蚀区土壤物理性质和易变碳的影响[D].福州：福建农林大学，2015.
[6]鲍士旦.土壤农化分析[M].北京：中国农业出版社，2000.
[7]李新荣.干旱沙区土壤空间异质性变化对植被恢复的影响[J].地球科学，2005，35（4）：361-370.
[8]苗正德，李银平，王治霞.宁南黄土丘陵区退耕地植被恢复中土壤物理特性变化研究[J].现代农业科技，2009（14）：245-246.
[9]范小明，赵永建，邓恢.长汀水蚀荒漠化山地栽植类芦、斑茅后林地植被演替规律探讨[J].亚热带水土保持，2014，26（2）：21-24.
[10]劉晚苟，山仑，邓西平.植物对土壤紧实度的反应[J].植物生理学通讯，2001，37（3）：254-260.
[11]胡江波，杨改河，张笑培，等.不同植被恢复模式对土壤肥力的影响[J].河南农业科学，2007（3）：69-72.
[12]杨时桐.类芦的生长于VA菌根的关系分析[A].南方水土保持研究会学术年会暨学术研讨会[C].2008.
[13]杨丽霞，陈少锋，安娟娟，等.陕北黄土丘陵区不同植被类型群落多样性与土壤有机质、全氮关系研究[J].草地学报，2014，22（2）：291-298.
（责任编辑：刘昀）
关键词 强度水土流失；草种治理；类芦；植被恢复
中图分类号：S157 文献标志码：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2017.18.058
长汀县位于福建省西部，其水土流失状况十分严重。植被的恢复与重建是水土流失治理的关键，其中研究较多的治理模式就是生物治理模式。何钟文的研究表明，侵蚀退化马尾松林地四种治理措施的调控效益中，草灌乔混交措施对改善土壤理化形状效果以及促进森林群落演替方面的效果最好[1]；张华明认为，果园套种是治理果园水土流失的一种合理生物模式，其中柑橘加狗牙根的经济效益和生态效益最显著[2]。在水土流失生物治理中，治理模式多种多样，依据植物种类的不同，具有广泛的选择性。相对于治理水土流失的效果来看，还受着不同植物的配置模式以及种类数量的多变性影响。
根据不同地表形态、水土流失严重程度可采用不同生物治理模式。如20世纪80年代的飞播造林模式，水平沟种植灌木+草本植物模式，封育+补植经济林模式，以及补植乔木+灌木、穴边播种草本植物混交模式等[3]。其中，以草先行、草种结合的模式在强度水土流失区应用得到一致认可[4]。黄龙为用林果草模式、油茶模式、乔灌草模式对紫色土区域水土流失治理效果研究表明，林果草模式的综合治理效果最优[5]。但南方草种种类繁多，目前对于不同乡土草种的选择和搭配，以及对南方水土流失区植被恢复效果评价有待进一步探究。因此，通过对水土流失区的生物多样性及土壤理化性质影响的对比分析，评价两种不同草种治理模式的恢复效果具有重要的意义。
1 材料与方法
1.1 试验地概况
试验在强度水土流失区——福建省龙岩市长汀县的河田镇（116°16′～116°30′E，25°25′～25°46′N）进行。此地属中亚热带季风气候区，气候温和湿润。年均气温为19 ℃，1月平均气温7.8 ℃，7月平均气温27.4 ℃，无霜期265 d。年均降雨量为1 700 mm，其中4—6月降雨量大，且降雨强度大。全镇以低山高丘环绕四周，中部开阔，土壤为粗晶花岗岩风化的红壤为主，含沙量大风化层深厚，土壤剖面层次不完整，表土侵蚀殆尽，土壤肥力低下。由于长期的水土流失和人为破坏，原生植被常绿阔叶林已破坏殆尽。经过长达30年的水土流失治理，大面積的侵蚀退化得到一定的治理效果，但人工植被出现小“老头松”的现象，平均株高矮、冠幅小、密度低。
1.2 研究方法
1.2.1 样地设置
在强度侵蚀区的坡地上采取两种不同草种组合的治理模式。模式Ⅰ：以种植类芦草种为主，补植乔木和灌木；模式Ⅱ：以种植百喜草草种为主，补植乔木和灌木；CK：对照样地，无治理措施。
1.2.2 植被调查方法
于2016年7月，在试验地进行面状调查植物种类及样方调查。分别在2种不同治理模式和1个对照区选取样地3块，每块样地面积为10 m×10 m，调查样地植物，记录样地内乔木和灌木的名称、株数、胸径、树高、冠幅、郁闭度和总盖度。在每个标准样地内采取对角线布点法设置5个1 m×1 m小样方进行草本植被调查。记录草本植物的物种名称、株数、盖度、生长状况和高度。
1.2.3 植被群落多样性计算方法
通过均匀度指数、物种多样性指数、物种丰富度指数来反映植被群落的多样性：，其计算公式如下
物种丰富度指数：S=出现在样地的植被丰富度
在上述关系式中：S为物种数；D为多样性指数；H为生物多样性指数；J为群落均匀度指数；在植物群落中，第i物种个数占群落各植物个数总和的百分比用Pi表示。
1.2.4 土壤采样与实验方法
在植被调查区域进行土壤采样，深度为0～10 cm。在测定土壤的物理性质时，应采用环刀法。5个采样点内采用随机多点混合取样法，将每个样点进行土壤化学分析。
土壤物理性质采用环刀取样称重法测定。使用重铬酸钾-硫酸氧化法测定有机质含量。此外，氢氧化钠碱熔-钼锑抗比色法的作用测定全磷；凯氏定氮法测定全氮；碱解扩散法测定碱解氮；1 mol/L乙酸铵火焰光度法测定速效钾[6]。
1.3 数据处理
所有数据采用Excel 2003和SPSS软件进行分析。
2 结果与分析
2.1 对生物多样性的影响
根据调查统计，所有样地试验前，原有植被仅有马尾松、木荷、继木、岗松、鹧鸪草及少量芒萁。其中乔木以小“老头松”为主，平均株高2 m，冠幅1.8 m。山坡内有少量的鹧鸪草和芒萁，植被覆盖度10%左右。
由图1可以看出，草種治理模式后，物种丰富度和对照的相比，均有所增加。但2种不同草种治理模式并无差别，即模式Ⅰ（16）=模式Ⅱ（16）>CK（7）。不同草种治理模式间的物种丰富度没有差别，可能是跟治理的时间短有关[7]。由图2和图3可知，草种治理模式的植物多样性Simpson指数和Pielou均匀度指数均比对照均有所增大，而且以类芦为主的草种模式Ⅰ的指标比模式Ⅱ的有明显增加，即模式Ⅰ>模式Ⅱ>CK。在强度水土流失区，以草先行可以快速增加地表覆盖，促进其他植物的生长，从而减少土壤侵蚀。而类芦更能适应贫瘠干旱的强度水土流失区，能更快速改善林下小气候，增加湿度，让芒萁快速繁殖，占领林下位置[8]。综合3个多样性指标来看，在短期内，以种植类芦为主的治理模式主要对强度水土流失区的生物多样性的增加和恢复更为有利。 2.2 对土壤物理性质的影响
土壤容重、土壤持水力、土壤水分状况是土壤物理性质的主要表现，也是衡量土壤的肥力的重要指标，能够直接或间接影响土壤的气、水、热、肥等条件[9-10]。
土壤容重直接反映了土壤松紧度、土壤孔隙状况以及土壤颗粒情况。由表1可知，不同草種治理模式的土壤容重显著低于对照，且这两种草种治理模式之间存在差异。样地为强度水土流失区，表土层被剥蚀殆尽，下层土壤质地粗，颗粒间排列更紧密，而经过植被恢复治理，表土层厚度增加，根系侵入，质地更松散，所以容重明显变小。
土壤孔隙的数量与土壤透气性、透水性、紧实度及导热性密切相关。而毛管孔隙度直接反映土壤的持水力。由表1可以看出，经过草种治理后，土壤的毛管孔隙度和总孔隙度都有显著的增加。但是，只有毛管孔隙度在不同草种模式之间存在显著差别；总孔隙度并无明显差异。
土壤水分状况是土壤运移以及系统养分循环的载体。由表1可知，土壤的供水保水能力在不同的草种治理模式下都得到不同程度的改善。其毛管持水量为模式
Ⅰ>模式Ⅱ>CK。
2.3 对土壤化学性质的影响
由表2可以看出，经过植被恢复治理后，土壤有机质含量显著升高（P<0.05），模式Ⅰ和模式Ⅱ的有机质含量是对照的10倍左右。但两种草种治理模式之间并无明显差异。植被恢复对土壤有机质含量的影响主要与植被细根归还、植被生物量等因素有关[11]。本实验两种模式对土壤有机质含量并无明显差异，可能是因林下芒萁的生物量决定植被生物量。类芦及百喜草种植1年后，使水土流失区芒萁覆盖度不相上下，从而并没有影响土壤有机质含量。
土壤速效养分是能够被植物直接吸收利用的土壤养分，能够表征土壤肥力水平的高低。从表2可以看出，不同草种模式对速效养分的影响为模式Ⅰ>模式Ⅱ>对照，且都存在显著差异。在强度水土流失区，风化强烈、表土层薄，植被恢复可以显著降低地表径流及防风固土，从而增加土壤养分。而土壤速效养分还与土壤的VA菌根真菌数量有关，土壤里的VA菌根真菌数量增加，VA菌根可以将土壤中的氮、磷、钾元素提供给宿主。类芦的种植能够促进土壤VA菌根真菌数量[12]。
不同草种模式下，土壤全量养分与土壤速效养分对比基本相似，土壤全量养分均显著高于对照。但模式Ⅰ和模式Ⅱ的土壤全氮含量并无显著差异，全磷和全钾则存在显著差异，即模式Ⅰ>模式Ⅱ。土壤的全氮含量与土壤有机质含量密切相关。即印证了杨丽霞等人的试验，不同植被类型全氮与有机质含量变化规律相似[13]。
3 结论
草种治理模式极大地增加了长汀强度水土流失区的生物多样性、改善了土壤的物理性质、提高了土壤养分含量，并且以类芦为主要乡土草种比用百喜草为主要草种治理模式的效果更明显。
参考文献
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[4]吴如三.长汀县河田极强度水土流失第一工程草灌乔综合治理研究[J].闽南科技，1991（45）：3-6.
[5]黄龙为.不同植被恢复模式对紫色土侵蚀区土壤物理性质和易变碳的影响[D].福州：福建农林大学，2015.
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[7]李新荣.干旱沙区土壤空间异质性变化对植被恢复的影响[J].地球科学，2005，35（4）：361-370.
[8]苗正德，李银平，王治霞.宁南黄土丘陵区退耕地植被恢复中土壤物理特性变化研究[J].现代农业科技，2009（14）：245-246.
[9]范小明，赵永建，邓恢.长汀水蚀荒漠化山地栽植类芦、斑茅后林地植被演替规律探讨[J].亚热带水土保持，2014，26（2）：21-24.
[10]劉晚苟，山仑，邓西平.植物对土壤紧实度的反应[J].植物生理学通讯，2001，37（3）：254-260.
[11]胡江波，杨改河，张笑培，等.不同植被恢复模式对土壤肥力的影响[J].河南农业科学，2007（3）：69-72.
[12]杨时桐.类芦的生长于VA菌根的关系分析[A].南方水土保持研究会学术年会暨学术研讨会[C].2008.
[13]杨丽霞，陈少锋，安娟娟，等.陕北黄土丘陵区不同植被类型群落多样性与土壤有机质、全氮关系研究[J].草地学报，2014，22（2）：291-298.
（责任编辑：刘昀）