喀斯特槽谷顺/逆向坡土壤性质空间分异对植被恢复的响应

来源 :西南大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:joey_don
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为了改善喀斯特山区的生态脆弱性和植被的难恢复性,平衡喀斯特山区生态、经济、社会的可持续发展,选择植被恢复是喀斯特生态重建的重要措施之一,但目前在植被的选择和后期的管理上还存在一定的盲目性,厘清不同的植被恢复对特殊岩层构造和成土环境下的喀斯特土壤性质的影响,探讨不同植被恢复对土壤综合质量的改善效果,找出喀斯特土壤肥力质量的限制性因子,可为该区生态恢复和水土流失/漏失研究提供理论基础和科学参考,对该区植被恢复的选择和施肥管理具有重要指导意义。本研究以重庆酉阳龙潭槽谷为研究区,选择槽谷区不同岩层走向的坡面(顺向坡、逆向坡)以及不同植被恢复的土地(林地(LD)、花椒地(HJ)、灌草地(GC))为研究对象,分别在上坡、中坡、下坡采集0-10cm、10-20cm、20-30cm土层的土壤样品。结合野外调查和室内测试的方法,分析该区顺/逆向坡3种植被恢复下土壤的理化性质特征,评估其土壤肥力质量。结果表明:(1)植被恢复对该区土壤容重、含水率、孔隙状况有一定的改善,土壤入渗效果明显,但顺向坡与逆向坡之间差异不显著。顺、逆向坡面各植被恢复模式下,林地相对于花椒地、灌草地而言,容重较小,孔隙度和含水率较高。林地和花椒地入渗率均在30 min左右开始缓慢下降直到75min以后渐渐趋于稳定,灌草地入渗率在20 min左右到达稳定,入渗性能表现为林地>花椒地>灌草地(P<0.05)。Horton模型较Kostiakov和Philip模型而言,是适用于该区不同植被恢复下土壤入渗过程拟合的最佳模型,R2为0.9789。影响该区土壤入渗的因素为:总孔隙度>非毛管孔隙度>饱和含水率>pH>有机质,利用上述因子在95%置信度下建立的多元线性回归模型可较精准地预测该区土壤稳定入渗率,具有一定的应用价值。(2)土壤微团聚体特征在顺、逆向坡以及不同植被之间差异明显。顺、逆向坡土壤微团聚体优势粒级分别为10.25mm,0.050.01mm,土壤分形维数(D)分别在2.622.64和2.642.66之间,顺向坡较逆向坡而言,土壤微团聚体结构稳定性更好。土壤微团聚体分形维数D在顺向坡为GC>LD>HJ,逆向坡为HJ>GC>LD,S-HJ和N-LD土壤具有较好的微团粒结构。10.05mm粒径含量在S-LD坡面上呈“V”型分布,在S-HJ和S-GC坡面上呈“L”型分布,而在逆向坡3种植被恢复下均随坡位的降低而减小;在顺、逆向坡林地上随土层深度的增加而减小,在花椒地和灌草地上随土层深度的增加而增大。土壤微团聚体分形维数D与<0.001mm微团聚体粒径拟合度较好(R2=0.974),与0.050.01mm粒径拟合较差,且与10.25mm粒径、粉粒、TK及有机质显著负相关,与<0.001mm、0.0050.001mm粒径及MWWSA显著正相关(P<0.05)。该结果有助于该区土壤微团聚体分形维数与土壤理化性质之间关系模型的建立。(3)该区土壤化学性质在坡型和植被类型之间差异明显。土壤pH为顺向坡(5.99)<逆向坡(6.56),花椒地土壤趋于酸化,pH(5.48)最低。土壤pH在林地和灌草地坡面上差别不大,而花椒地上坡>中坡>下坡,且均随土层的增加而增大。土壤有机质、TN、TK、AP含量均为顺向坡>逆向坡,而土壤TP、NH4+-N、NO3--N、AK含量为顺向坡<逆向坡。顺、逆向坡土壤有机质含量均为LD>HJ>GC(P<0.05);土壤TP含量均为花椒地最高,且S-HJ>S-GC>S-LD,N-HJ>N-LD>N-GC;土壤TN含量为S-HJ>S-LD>S-GC,N-LD>N-HJ>N-GC;TK含量为S-GC>S-HJ>S-LD,N-HJ>N-LD>N-GC;3种植被恢复下土壤NH4+-N、NO3--N、AP以及AK含量均差异显著(P<0.05),受人为施肥的影响,顺、逆向坡花椒地的速效养分显著大于林地和灌草地。(4)该区不同植被恢复下土壤有机质和养分含量在坡面上并非随坡位的降低而增加,但在剖面上具有明显的表聚现象。喀斯特岩石和凹槽等对坡面土壤运移有一定阻碍,土壤有机质、TN、TP(S-GC除外)及TK(S-HJ除外)含量由上坡向中坡或下坡聚集,但并非随坡位的降低而增加。土壤有机质、TN以及速效养分含量在顺、逆向坡不同植被恢复下均随土层深度的增加而减小(P<0.05),顺向坡土壤TP、TK含量随土层深度的增加呈先减小后增大的趋势,逆向坡土壤TP含量随土层深度的增加而减小,土壤TK含量随土层深度的增加而增大。由表聚性系数可知,除了土壤TK不完全遵循表聚规律外,其余养分指标均具有明显的表聚特征,其中AP的表聚性最强,灌草地土壤养分表聚性最弱。(5)该区土壤养分指标受土壤pH和砂粒含量的影响较小,土壤速效养分含量主要受土壤磷素和黏粒含量的影响,土壤TN、TK含量与土壤有机质、粉粒含量显著正相关。该区不同植被恢复模式的土壤肥力质量优劣为N-GC(0.0762)>N-HJ(0.0248)>N-LD(0.019)>S-GC(-0.0038)>S-HJ(-0.0324)>S-LD(-0.0838),即逆向坡土壤肥力质量优于顺向坡,灌草地优于花椒地和林地。因此,单一的理化指标无法表征土壤肥力质量的好坏。综合来看,灌草恢复是改善该区土壤肥力质量的最佳过渡模式,同时要更加关注顺向坡的水土保持。
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