王昭艷，單志杰，池春青，左長清，楊 潔，李安怡

（1.中國水利水電科學(xué)研究院 泥沙研究所，北京 100048；2.水利部水土保持生態(tài)工程技術(shù)研究中心，北京 100048；3.北京沃爾德防災(zāi)綠化技術(shù)有限公司，北京 100048；4.江西省水土保持科學(xué)研究院，江西 南昌 330029）

不同植被重建模式下贛北紅壤侵蝕坡地土壤養(yǎng)分效應(yīng)

王昭艷1，2，單志杰1，2，池春青3，左長清1，2，楊 潔4，李安怡3

（1.中國水利水電科學(xué)研究院 泥沙研究所，北京 100048；2.水利部水土保持生態(tài)工程技術(shù)研究中心，北京 100048；3.北京沃爾德防災(zāi)綠化技術(shù)有限公司，北京 100048；4.江西省水土保持科學(xué)研究院，江西 南昌 330029）

為了探討植被重建模式與土壤養(yǎng)分的關(guān)系，合理改良與利用紅壤侵蝕坡地，本文分析了草本、果樹、果樹+草、果樹+草+農(nóng)作物和果樹+農(nóng)作物等不同植被重建模式對土壤養(yǎng)分的影響，并運用灰色關(guān)聯(lián)分析方法對不同恢復(fù)模式的土壤養(yǎng)分效應(yīng)進行綜合評價。研究結(jié)果表明：不同植被重建模式土壤養(yǎng)分效應(yīng)差異顯著，以果樹+橫坡套種農(nóng)作物改善土壤養(yǎng)分效應(yīng)最好，然后依次是果樹+草本模式（全區(qū)覆蓋優(yōu)于帶狀覆蓋）、果+草+農(nóng)作物模式、果樹+縱坡套種農(nóng)作物，草本、果樹模式改善土壤養(yǎng)分效應(yīng)最差。贛北侵蝕坡地植被恢復(fù)，可以優(yōu)先考慮恢復(fù)果樹+橫坡套種農(nóng)作物模式和果樹+草本模式。

土壤養(yǎng)分；植被重建模式；紅壤侵蝕坡地

南方紅壤區(qū)光、熱、水及生物資源十分豐富，既是我國土地生產(chǎn)潛力最高的地區(qū)，又是我國南方農(nóng)業(yè)綜合開發(fā)與經(jīng)濟發(fā)展的重要基地，在全國占有非常重要的地位。但長期以來，由于受各種自然因素和人為因素的影響，該區(qū)域的水土流失僅次于黃土高原［1］，尤其是人類頻繁活動的坡地，更是水土流失的主要策源地，土壤生態(tài)系統(tǒng)嚴重退化?？焖俣行У鼗謴?fù)、保護植被，是防治退化土地的關(guān)鍵所在［2］。因此，國內(nèi)眾多學(xué)者對紅壤區(qū)水土流失動態(tài)演變趨勢［3］、土壤侵蝕區(qū)域差異與趨勢分析［4］、土壤侵蝕量與泥沙輸移比［5］、不同類型梯田產(chǎn)流產(chǎn)沙特征［6］、崩崗侵蝕的土壤特性與影響因素［7］、水土保持主要治理模式［8］等方面都進行了深入的研究，不同生態(tài)恢復(fù)措施對土壤質(zhì)量的影響［9］、植被恢復(fù)對紅壤輕組有機質(zhì)特性［10］和侵蝕紅壤可溶性有機質(zhì)含量及光譜學(xué)特征的影響［11］、不同恢復(fù)措施對土壤質(zhì)量與土壤理化性質(zhì)影響［12］等也有一定的探討。紅壤養(yǎng)分退化與養(yǎng)分庫重建［13］、紅壤肥力退化與評價指標體系［14］、不同施肥和調(diào)理劑對侵蝕紅壤肥力的修復(fù)效應(yīng)［15］、植被恢復(fù)過程中侵蝕紅壤有機質(zhì)變化［16］等方面也有一定的報道，但是針對紅壤侵蝕坡地植被恢復(fù)較長時間后，不同植被重建模式對土壤養(yǎng)分效應(yīng)綜合評價的研究尚不深入。本文以野外長期定位觀測試驗數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，以紅壤中心區(qū)域江西北部的燕溝小流域為研究對象，開展侵蝕坡地植被恢復(fù)土壤養(yǎng)分綜合效應(yīng)研究，對比分析植被重建10年不同植被恢復(fù)模式對土壤養(yǎng)分的影響，探討贛北紅壤侵蝕坡地植被恢復(fù)模式與土壤養(yǎng)分效應(yīng)，旨在為紅壤侵蝕坡地植被恢復(fù)功效、優(yōu)良模式及調(diào)控技術(shù)的篩選，丘陵區(qū)的土地綜合利用提供依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

試驗區(qū)位于江西省北部的德安縣燕溝小流域，地理位置介于東經(jīng)115°23′—115°53′，北緯29°10′—29°35′之間，屬亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候區(qū)，多年平均降雨量1 350mm，多年平均氣溫16.7℃，年日照時數(shù)為1 650～2 100 h，無霜期249 d，年蒸發(fā)量為1 400～1 800 mm；地貌類型以淺丘崗地為主，地勢西北高、東南低，地形起伏，高差較小，海拔高度一般在30～90m之間；土壤為第四紀紅土發(fā)育的紅壤，土層平均深60～100 cm；地帶性植被屬亞熱帶常綠闊葉林，現(xiàn)狀植被主要是天然次生、半次生和人工林，主要樹種有杉木（Cunningham ia lanceolata）、濕地松（Pinus elliottii Engelmann）、杜鵑（Rhododendron simsii Planch）、繼木（Loropetalum chinensis）、金櫻子（Rosa laevigata Michx.）等；主要草本植物有芭茅（M iscanthussinensis Anderss）、狗尾草（S.viridis（L.）Beauv.）等。

2 研究方法

2.1 試驗設(shè)計試驗區(qū)選擇在山坡的中下部，坡面土層厚度為0.5～1.5m范圍，地面坡度為12°，坡向西偏北，土壤為第四紀紅土發(fā)育的紅壤。1999年底，在侵蝕坡地采取不同人工植被重建模式進行植被恢復(fù)，共建了8個長為20m、寬為5m的標準徑流小區(qū)，水平投影面積100 m2。其中，除裸露對照小區(qū)外，草本模式，全園種植百喜草；其他小區(qū)均種植二年生柑橘12株，栽植密度均為2.5m×3.0m；果樹+草、果樹+草+農(nóng)作物和果樹+農(nóng)作物等模式的小區(qū)，分別在果樹中套種牧草、農(nóng)作物等，在試驗期所有小區(qū)未施肥。各小區(qū)的具體布設(shè)見表1。

表1 不同植被重建模式標準徑流小區(qū)試驗設(shè)計

2.2 土壤樣品采集與分析各徑流小區(qū)于2010年6月進行土壤采樣。采樣時先清除地被物，用環(huán)刀法取0～20 cm的耕作土壤，重復(fù)3次，按S形取5個點的混合樣1 kg左右，放入聚乙烯袋中密封帶回。用重鉻酸鉀法測定有機質(zhì)，半微量開氏法測定全氮，高氯酸消化、鉬銻抗比色法測定全磷，氫氧化鈉熔融、火焰光度計法測定全鉀，堿解蒸餾法測定速效氮，Na2CO3堿熔鉬銻抗比色法測定速效磷，火焰分光光度計法測定速效鉀［17-18］。

2.3 土壤養(yǎng)分綜合效應(yīng)評價應(yīng)用灰色系統(tǒng)理論的原理與方法［19］，運用灰色關(guān)聯(lián)分析（Gray inci?dence analysis）對不同植被恢復(fù)模式土壤養(yǎng)分效應(yīng)進行定量評價。

數(shù)據(jù)標準化采用極差正規(guī)化法：

關(guān)聯(lián)系數(shù)：

關(guān)聯(lián)度：

2.4 統(tǒng)計分析采用EXCEL和SPSS13.0進行相關(guān)的數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計分析，用LSD法進行差異性顯著比較。

3 結(jié)果分析

3.1 土壤有機質(zhì)通過植被重建前后不同模式土壤有機質(zhì)分析（表2）結(jié)果表明，植被恢復(fù)10年后，裸露對照小區(qū)與果樹模式較恢復(fù)前分別降低15.58%和5.13%外，其他模式也均高于重建前的土壤有機質(zhì)。裸露對照與各重建模式差異均達到極顯著水平；各恢復(fù)模式之間，除了果樹+草本帶狀覆蓋模式與果樹+草+農(nóng)作物兩種模式外，其他各模式之間均達到極顯著水平（p＜0.01）。這說明了各重建模式均能有效提高土壤有機質(zhì)含量，不同恢復(fù)模式提高土壤有機質(zhì)含量差異明顯。

表2 植被恢復(fù)過程中不同模式土壤有機質(zhì)變化

3.2 土壤全量養(yǎng)分 土壤全氮、全磷、全鉀在一定程度代表了其供氮、供磷和供鉀的能力大小。通過對不同植被重建模式土壤全量養(yǎng)分分析（表3和表4）可知，植被重建10年后，裸露對照與各種模式、不同植被重建模式之間土壤全量養(yǎng)分含量差異達到極顯著水平（p＜0.01）。從土壤全氮來看，7種植被重建模式的土壤全氮含量明顯高于對照小區(qū)，果樹+草本全區(qū)覆蓋模式改良最好，然后依次是果樹+草+農(nóng)作物（1.05 g·kg-1）、果樹+草本帶狀覆蓋（0.97 g·kg-1）、果樹+農(nóng)作物（0.95 g·kg-1、0.90 g·kg-1）、草本（0.80 g·kg-1）、果樹模式（僅比裸露對照高15.10%）。

從土壤全磷來看，果樹+農(nóng)作物模式明顯高于其他模式，而且橫坡套種（0.75 g·kg-1）高于縱坡套種（0.63 g·kg-1），其后依次為果樹+草本帶狀覆蓋（0.38 g·kg-1）、果樹+草+農(nóng)作物（0.34 g·kg-1）與果樹（0.34 g·kg-1）。果樹+草本全區(qū)覆蓋（0.30 g·kg-1）與草本兩種模式土壤全磷低于對照小區(qū)。這與以往植被恢復(fù)5年后的研究結(jié)果［11］“7種模式都提高土壤全磷含量、果樹與草本2種模式土壤全磷含量最低”不完全一致。土壤磷素主要富集于較細的土壤顆粒上，土壤侵蝕對土壤全磷含量的影響一般比較明顯。果樹模式與果樹+農(nóng)作物縱坡套種水土流失嚴重（表3），但果樹模式的土壤全磷含量高于水土流失程度低的草本和果樹+草本全區(qū)覆蓋模式。這可能跟植被重建5年之后群落結(jié)構(gòu)基本穩(wěn)定，果樹模式地表結(jié)皮，隨著水土流失而流失的土壤全磷量減少，百喜草的生長消耗磷素較多有關(guān)。而果樹+農(nóng)作物模式土壤全磷含量較高，可能與套種黃豆固氮，土壤結(jié)構(gòu)改善、有機質(zhì)提高、土壤微生物增多有一定的關(guān)系。

從土壤全鉀來看，只有果樹+草本2種模式的土壤全鉀含量高于對照小區(qū)。其他模式均降低了土壤全鉀含量，草本模式降的最多，依次是果樹、果樹+縱坡農(nóng)作物、果樹+橫坡農(nóng)作物、果樹+草+農(nóng)作物模式。這也與以前的植被恢復(fù)5年后的研究結(jié)果［11］“果樹+草本（全區(qū)覆蓋和帶狀覆蓋、果樹+草+農(nóng)作物3種模式降低土壤全鉀含量，其他4種模式提高土壤全鉀含量”不完全相符，說明在植被恢復(fù)過程中，不同的恢復(fù)年限不同模式對土壤全鉀影響均不相同。

表3 不同植被重建模式的土壤養(yǎng)分含量與總徑流量、流失的總泥沙量

3.3 土壤有效養(yǎng)分土壤有效態(tài)養(yǎng)分是作物可以直接利用的養(yǎng)分，其含量的變化可敏感指示土壤肥力的變化。土壤速效氮、磷、鉀含量的高低，直接關(guān)系到土壤結(jié)構(gòu)好壞，供肥能力的強弱。通過對不同植被重建模式的土壤速效養(yǎng)分分析可知（見表3和表4），裸露對照與各種模式、不同重建模式之間土壤速效養(yǎng)分含量差異達到極顯著水平（p＜0.01）。從土壤堿解氮來看，7種植被恢復(fù)模式都明顯提高土壤速效氮，以果樹+草本全區(qū)覆蓋最好，然后依次是果樹+草本帶狀覆蓋、果樹+草+農(nóng)作物、果樹+橫坡套種農(nóng)作物、果樹、果樹+縱坡套種農(nóng)作物、草本模式。從土壤速效磷來看，果樹+農(nóng)作物最高，而且橫坡套種高于縱坡套種，然后依次是果樹模式、果樹+草本帶狀覆蓋、裸露對照、果樹+草+農(nóng)作物、果樹+百喜草全區(qū)覆蓋，草本模式最低；而草本、果樹+草本全區(qū)覆蓋、果樹+草本+農(nóng)作物等3種模式分別比對照降低了81.88%、58.06%和11.08%。

表4 不同植被重建模式對土壤養(yǎng)分的影響

從土壤速效鉀來看，果樹+橫坡耕作農(nóng)作物模式最高（173.33 mg·kg-1），然后是果樹+草本帶狀覆蓋（147.50 mg·kg-1）、果樹+農(nóng)作物縱坡耕作（115.00 mg·kg-1）、果樹+草本全區(qū)覆蓋（112.50 mg·kg-1）。而草本、果樹、果樹+草+農(nóng)作物3種模式分別比裸露對照降低了32.80%、11.20%和4.80%。

根據(jù)土壤速效鉀含量的劃分等級：＜80 mg·kg-1，為嚴重缺鉀；80～125 mg·kg-1為缺鉀；125～155mg·kg-1為適量；＞155mg·kg-1為富鉀。植被恢復(fù)10年后，僅有果樹+農(nóng)作物橫坡耕作富鉀和果樹+草本帶狀覆蓋適量，其他模式均屬于缺鉀型或嚴重缺鉀型，主要是因為研究區(qū)降雨量較大，容易造成水土流失，土壤中的K易被淋洗而損失，需要通過施肥加以緩解。

3.4 土壤養(yǎng)分效應(yīng)綜合評價為定量評價各種恢復(fù)模式土壤養(yǎng)分效應(yīng)，選擇有機質(zhì)（X1）、全氮（X2）、全磷（X3）、全鉀（X4）、堿解氮（X5）、速效磷（X6）、速效鉀（X7）等7個指標，先采用極差正規(guī)化法對數(shù)據(jù)進行初值化處理（表5），以消除量綱影響，然后運用灰色關(guān)聯(lián)分析，計算各對應(yīng)點的關(guān)聯(lián)系數(shù)和關(guān)聯(lián)度（取K=0.5），各指標關(guān)聯(lián)系數(shù)和關(guān)聯(lián)度結(jié)果見表6。關(guān)聯(lián)度越大，子數(shù)列與母數(shù)列的發(fā)展趨勢就越接近，即表明土壤養(yǎng)分效應(yīng)越好。

表5 數(shù)據(jù)初值化處理結(jié)果

表6 土壤理化性質(zhì)指標關(guān)聯(lián)系數(shù)及關(guān)聯(lián)度

由表6可知，土壤理化性質(zhì)關(guān)聯(lián)度，果樹+橫坡套種農(nóng)作物（0.7364）＞果樹+百喜草全區(qū)覆蓋（0.7355）＞果樹+百喜草帶狀覆蓋（0.6134）＞果樹+草+農(nóng)作物（0.5351）＞果樹+縱坡套種農(nóng)作物（0.5168）＞裸露對照（0.4177）＞草本模式（0.3932）＞果樹模式（0.3895）。

土壤養(yǎng)分綜合評價結(jié)果表明，不同植被重建模式植被恢復(fù)10年后土壤養(yǎng)分效應(yīng)以果樹+橫坡套種農(nóng)作物最好，然后依次是果樹+草本模式（全區(qū)覆蓋優(yōu)于帶狀覆蓋）、果+草+農(nóng)作物模式、果樹+縱坡套種農(nóng)作物，草本模式、果園模式改善土壤養(yǎng)分效應(yīng)最差，甚至低于裸露對照，可能跟果樹模式水土流失嚴重（表3），百喜草和果樹生長過程中消耗土壤磷、鉀素有關(guān)。

4 結(jié)論

（1）紅壤侵蝕坡地植被重建復(fù)10年后，裸露對照與不同植被重建模式及不同植被重建模式之間土壤養(yǎng)分效應(yīng)差異顯著。與裸露對照相比，各模式均能明顯提高土壤有機質(zhì)，改善土壤速效氮、全氮含量。在植被恢復(fù)過程中，不同的恢復(fù)年限、不同模式對土壤磷素和鉀素影響均不相同。

（2）果樹+農(nóng)作物的土壤全磷、土壤速效磷明顯高于其他模式，而且橫坡套種優(yōu)于縱坡套種。土壤全磷果樹+草本全區(qū)覆蓋（0.30 g·kg-1）與草本2種模式低于對照小區(qū)。土壤速效磷草本、果樹+草本全區(qū)覆蓋、果樹+草本+農(nóng)作物等3種模式分別比對照降低了81.88%、58.06%和11.08%。

（3）果樹+草本（全區(qū)覆蓋和帶狀覆蓋）2種模式的土壤全鉀含量高于裸露對照小區(qū)，其他模式均降低了土壤全鉀含量，尤以草本模式降的最多。果樹+橫坡耕作農(nóng)作物模式土壤速效鉀最高，而草本、果樹、果樹+草+農(nóng)作物3種模式分別比裸露對照降低了32.80%、11.20%和4.80%。除了果樹+農(nóng)作物橫坡耕作和果樹+草本帶狀兩種模式，其他土壤均屬于缺鉀型或嚴重缺鉀型，需要施肥緩解。

（4）土壤養(yǎng)分效應(yīng)綜合評價的結(jié)果表明：以果樹+橫坡套種農(nóng)作物改善土壤養(yǎng)分效應(yīng)最好，然后依次是果樹+草本模式（全區(qū)覆蓋優(yōu)于帶狀覆蓋）、果+草+農(nóng)作物模式、果樹+縱坡套種農(nóng)作物、草本模式，果園模式改善土壤養(yǎng)分效應(yīng)最差。贛北侵蝕坡地植被恢復(fù)，可以優(yōu)先考慮恢復(fù)果樹+橫坡套種農(nóng)作物模式和果樹+草本模式。

致謝：本試驗得到江西省水土保持科學(xué)研究院、江西水土保持生態(tài)科技園的大力支持，在此一并表示衷心感謝！

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Soils nutrient under different vegetation restoration models in red soil erosion slope，North of Jiangxi Province

WANG Zhaoyan1，2，SHAN Zhijie1，2，CHI Chunqing3，ZUO Changqing1，2，YANG Jie4，LI Anyi3
（1.China InstituteofWater Resourcesand Hydropower Research，Beijing 100048，China；2.Research Center on Soiland Water Conservation of theMinistry ofWater Resources，Beijing 100048，China；3.Beijing World Hazard Preventing Tech Co.，Ltd，Beijing 100048，China；4.Jiangxi Instituteof Soiland Water Conservation，Nanchang 330029，China）

To explore relationships between vegetation restoration models and soil nutrient，and provide the advices for rational utilization of the land resources in eroded slope of red soils，effects of vegetation resto?ration model using different vegetations，such as grasses，orchard，fruit trees+grasses，fruit trees&crops and fruit trees+crops，on soil nutrient were analyzed with the gray incidence analysis method.Results show that the effects of soil nutrient vary from vegetation to vegetation and from model to model.The model that fruits interplanted horizontally with corps is optimal in integrated effect，and followed by the models fruit trees+grasse，fruit treess+grasses& crops and better than the models fruit trees interplanted vertically with crops，grasses.Orchard is the least rational model in this area.In the vegetation restoration in severely eroded hilly areas of red soils in North Jiangxi Province，it is recommended to adopt the models of fruit trees+contoured crops and ruit trees+grass for extension of vegetation restoration in the hilly regions.

soil nutrient；vegetation restoration model；red soil erosion slope

S153

：Adoi：10.13244/j.cnki.jiwhr.2015.05.002

1672-3031（2015）05-0327-06

（責(zé)任編輯：李 琳）

2015-01-16

中國水利水電科學(xué)研究院科研專項（泥基本科研1415，泥基本科研1514）；江西省水利廳科技項目（KT201404）；水利部公益性行業(yè)專項（201501047）

王昭艷（1974-），女，浙江淳安人，博士后，高級工程師，主要從事水土保持與林業(yè)生態(tài)研究。E-mail：wangzhaoys@163.com