李　昂,吳應(yīng)珍,陳　偉,孫海麗,張　鳴,陳映全,閆立本

(1.蘭州城市學(xué)院化學(xué)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，甘肅 蘭州　730070；2.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)人文學(xué)院，甘肅 蘭州　730070；3.甘肅酒泉科技示范農(nóng)場(chǎng)，甘肅 酒泉　735000)

?

甘草種植對(duì)西北風(fēng)蝕區(qū)農(nóng)田土壤養(yǎng)分及風(fēng)蝕的影響

李昂1①,吳應(yīng)珍2②,陳偉1,孫海麗1,張鳴1,陳映全1,閆立本3

(1.蘭州城市學(xué)院化學(xué)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，甘肅 蘭州730070；2.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)人文學(xué)院，甘肅 蘭州730070；3.甘肅酒泉科技示范農(nóng)場(chǎng)，甘肅 酒泉735000)

摘要：為了探討甘草(Glycyrrhiza uralensis)植被對(duì)農(nóng)田土壤風(fēng)蝕和土壤養(yǎng)分的影響及植被覆蓋措施減少土壤養(yǎng)分損失的機(jī)理，以甘草植被及其下部土壤為研究對(duì)象，對(duì)甘草植被的特征指標(biāo)及其下部0～5 cm土層的風(fēng)蝕和土壤養(yǎng)分含量進(jìn)行分析。結(jié)果表明，隨甘草生長(zhǎng)年限的增加，甘草植被的覆蓋度、高度、地上生物量和下部表土層的有機(jī)碳，速效N、P、K含量呈顯著升高趨勢(shì)，而表土層風(fēng)蝕量及容重卻呈下降趨勢(shì)(P<0.05)；相關(guān)分析顯示，甘草植被的特征指標(biāo)與土壤養(yǎng)分間均呈顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.05)，其中土壤養(yǎng)分與植被覆蓋度間相關(guān)系數(shù)最大，其后依次為植被高度和地上生物量；回歸分析顯示，甘草植被的覆蓋度每提高1%，可使農(nóng)田表土的有機(jī)碳，速效N、P、K含量分別提高0.038 g·kg(-1)、0.052 mg·kg(-1)、0.113 mg·kg(-1)和0.971 mg·kg(-1)。風(fēng)蝕區(qū)農(nóng)田若采取植被覆蓋措施一方面可降低表層土壤的風(fēng)蝕，從而減少土壤養(yǎng)分的流失，另一方面可增加枯枝落葉進(jìn)入土壤的幾率，從而提高土壤養(yǎng)分的輸入；通過兩方面共同作用最終可使植被覆蓋農(nóng)田的養(yǎng)分流失變小。

關(guān)鍵詞：植被覆蓋；土壤養(yǎng)分；風(fēng)蝕；甘草

干旱、半干旱地區(qū)風(fēng)蝕是自然因素(如降雨、風(fēng)力狀況、土壤的可蝕性和植被蓋度等)和人為因素(如過度放牧、過度墾殖和過度樵采等)相互作用的結(jié)果[1]。風(fēng)蝕不僅破壞地表,而且還造成地表顆粒物和土壤養(yǎng)分的流失。當(dāng)其中一些細(xì)小顆粒在空氣中漂浮時(shí),還會(huì)危害人體健康，影響交通安全，干擾電力供應(yīng)[2]。我國(guó)西北風(fēng)蝕區(qū)由于干旱少雨，植被稀疏,加之冬、春季又多風(fēng),致使浮塵、揚(yáng)沙等災(zāi)害頻繁發(fā)生[3]。近期農(nóng)業(yè)部發(fā)布的研究報(bào)告也顯示,北方風(fēng)蝕區(qū)農(nóng)田是我國(guó)沙塵暴的主要來源[4]。鑒于此,農(nóng)田風(fēng)蝕的防治就成了農(nóng)業(yè)和環(huán)保工作者關(guān)注的熱點(diǎn),植被覆蓋作為防治風(fēng)蝕措施中一種有效、經(jīng)濟(jì)的方法而受到重視并被加以研究。如秦紅靈等[5]研究表明,與傳統(tǒng)翻耕地相比,麥田留茬免耕不僅可降低農(nóng)田風(fēng)蝕,而且還能提高表層土壤的有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷和有效鉀含量。王學(xué)芳等[3]研究表明,與春播農(nóng)田相比,種植冬油菜不僅可提高農(nóng)田的抗風(fēng)蝕能力,而且還能降低土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效磷和速效鉀流失量。蘇永中等[6]研究發(fā)現(xiàn),旱作農(nóng)田風(fēng)蝕使表土粗化,當(dāng)表土中粒徑<0.05 mm黏粉粒被風(fēng)吹蝕1%時(shí),將會(huì)使土壤有機(jī)質(zhì)和全氮含量降低0.259和0.016 g·kg-1。YAN等[7]研究顯示,風(fēng)蝕影響土壤質(zhì)地和所含養(yǎng)分,植被覆蓋在阻止土壤風(fēng)蝕和減少土壤細(xì)顆粒與養(yǎng)分損失方面影響顯著;若要降低土壤細(xì)顆粒和養(yǎng)分損失,植被覆蓋度至少要保持在35%以上。趙彩霞等[8]研究發(fā)現(xiàn),耕地風(fēng)蝕量與植被覆蓋度間呈“反相位”的動(dòng)態(tài)變化,即農(nóng)田作物覆蓋度增加時(shí),土壤風(fēng)蝕量呈下降趨勢(shì);秋末作物收獲及翻耕土壤后,耕地風(fēng)蝕量急劇增加;冬季地表凍結(jié)及風(fēng)速較小,風(fēng)蝕又相對(duì)較弱;到春季,在地表解凍及風(fēng)速提高的影響下,耕地風(fēng)蝕又顯著增加,4月達(dá)到最大;待到作物長(zhǎng)出地表、覆蓋度增加后,地表風(fēng)蝕又呈降低趨勢(shì)。從以上相關(guān)研究可以看出,盡管前人在植被覆蓋措施防治土壤風(fēng)蝕方面已做了大量工作,但有關(guān)植被性狀特征與土壤表層養(yǎng)分間的定量關(guān)系以及植被的性狀對(duì)土壤養(yǎng)分的影響等方面卻鮮有文獻(xiàn)報(bào)道。

甘草(Glycyrrhizauralensis)為豆科多年生草本或亞灌木,主要分布于荒漠與半荒漠地區(qū),廣泛用于食品、日用化工、醫(yī)藥和畜牧養(yǎng)殖等行業(yè),是需求量較大的中藥材之一。由于亂挖濫采,致使野生甘草資源急劇減少,人工栽培甘草的需求不斷提高[9]。筆者以甘草植被及其下部土壤為研究對(duì)象,通過比較不同生長(zhǎng)年限甘草植被的覆蓋度、高度、地上生物量及下部農(nóng)田土壤的風(fēng)蝕量、養(yǎng)分含量間的差異,揭示植被覆蓋對(duì)土壤表層風(fēng)蝕及養(yǎng)分的影響以及土壤養(yǎng)分與甘草植被間的相互關(guān)系,旨在為西北風(fēng)蝕區(qū)采取生物措施改善農(nóng)田土壤提供科學(xué)依據(jù)。

1材料與方法

1.1研究區(qū)概況

研究地點(diǎn)設(shè)在甘肅酒泉地區(qū)的酒泉科技示范農(nóng)場(chǎng)(39°33′12″ N,99°03′06″ E),位于河西走廊西部、祁連山北麓,緊鄰巴丹吉林沙漠,海拔1 450 m。該區(qū)屬溫帶干旱氣候區(qū),年均氣溫8.2 ℃,年均降水量83 mm,且多集中于7—8月,年均蒸發(fā)量2 511 mm,干旱指數(shù)>1,年均大風(fēng)時(shí)間17 d,其中年均沙塵暴時(shí)間14.7 d,最大風(fēng)速達(dá)21 m·s-1,土壤類型為棕漠土和風(fēng)沙土,是典型的綠洲農(nóng)業(yè)區(qū)[10]。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)及測(cè)定

由于西北風(fēng)蝕區(qū)大多屬于一年一熟區(qū),農(nóng)作物每年3月種植,9月或10月初收獲,農(nóng)田有近7個(gè)月處于裸露狀態(tài);加之地表干燥疏松,此時(shí)又多風(fēng),致使耕地風(fēng)蝕非常嚴(yán)重。鑒于試驗(yàn)區(qū)的風(fēng)蝕特征,于2012年8月下旬,在該農(nóng)場(chǎng)甘草種植區(qū)應(yīng)用空間代替時(shí)間的研究方法[11],按時(shí)間序列選擇未耕種地塊(CK,前茬作物為春小麥,收割后翻耕、滅茬并整平休閑)，種植甘草品種為烏拉爾甘草(Glycyrrhizauralensis)且生長(zhǎng)期分別為1、2、3、4 a地塊各1塊(樣地1～4),共計(jì)5塊樣地(每塊樣地面積約2 000 m2)。月末在每塊樣地中隨機(jī)放置裝滿該樣地土壤的4個(gè)風(fēng)蝕盤,每隔1個(gè)月測(cè)定1次風(fēng)蝕盤質(zhì)量,以此來計(jì)算每塊樣地的土壤風(fēng)蝕量[12]。2012年9月30日和2013年4月30日在每個(gè)樣地中隨機(jī)設(shè)置4個(gè)大小為1 m×1 m的樣方,并采用常規(guī)方法測(cè)定樣方內(nèi)甘草植被的覆蓋度、高度和地上生物量[13-14];地上部分測(cè)試完成后采集0～5 cm表層土樣,用于測(cè)定土壤容重和養(yǎng)分。土壤容重采用環(huán)刀法測(cè)定,有機(jī)碳含量采用重鉻酸鉀外加熱法測(cè)定,速效氮含量采用堿解擴(kuò)散法測(cè)定,速效磷含量采用NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法測(cè)定,速效鉀含量采用NH4OAc浸提-火焰光度計(jì)法測(cè)定[15]。

1.3數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)采用SPSS 15.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行處理,即各指標(biāo)分別進(jìn)行單因素方差分析,若差異顯著，再用S-N-K方法進(jìn)行不同水平間的多重比較;試驗(yàn)中涉及的多個(gè)因素相關(guān)分析采用Pearson法,其顯著性檢驗(yàn)采用雙尾檢測(cè)方法;圖表采用Excel 2003軟件制作[11]。

2結(jié)果與分析

2.1不同生長(zhǎng)年限甘草植被的覆蓋度、高度和地上生物量差異

由圖1中 2012年9月測(cè)定結(jié)果顯示,甘草生長(zhǎng)1～4 a樣地覆蓋度分別為18.8%、29.8%、68.3%、84.0%。隨生長(zhǎng)年限的增加,甘草植被覆蓋度呈升高趨勢(shì),多重比較顯示年際間差異顯著(P<0.05);2013年4月測(cè)定結(jié)果同樣顯示,甘草生長(zhǎng)2～4 a樣地覆蓋度分別比1 a樣地提高88.3%、472.7%和556.4%,表現(xiàn)出明顯升高趨勢(shì)(P<0.05)。甘草生長(zhǎng)2～4 a的植被高度分別比生長(zhǎng)1 a的提高約1.1、3.6和3.9倍,甘草植被高度也隨生長(zhǎng)年限的延長(zhǎng)呈顯著增加趨勢(shì)(P<0.05);翌年4月第2次測(cè)定結(jié)果也同樣呈類似趨勢(shì)。9月測(cè)定結(jié)果顯示,甘草生長(zhǎng)4 a樣地地上生物量最大、達(dá)614.3 g·kg-1,而甘草生長(zhǎng)3、2和1 a樣地地上生物量分別比4 a樣地降低19.7%、65.3%和80.1%,即隨著甘草生長(zhǎng)年限的減少,甘草植被地上生物量表現(xiàn)出顯著降低趨勢(shì)(P<0.05);2013年4月測(cè)定結(jié)果也呈相同趨勢(shì)。綜上,隨生長(zhǎng)年限的增加,甘草植被的覆蓋度、高度和地上生物量呈升高趨勢(shì),年際間差異顯著(P<0.05)。

CK為裸地，1～4為甘草生長(zhǎng)1～4 a樣地。就同一幅圖同一采樣時(shí)間而言，直方柱上方英文小寫字母不同表示各樣地間某指標(biāo)差異顯著(P<0.05)。

2.2不同生長(zhǎng)年限甘草植被下方0～5 cm土層的土壤容重及風(fēng)蝕量差異

就土壤容重(圖2)而言,9月測(cè)定結(jié)果顯示裸地表層土壤容重最大，達(dá)1.44 g·cm-3,而種植甘草樣地土壤容重均小于裸地,甘草生長(zhǎng)1～4 a樣地土壤容重分別比裸地降低0.7%、3.5%、9.7%和19.4%,甘草地容重隨著甘草生長(zhǎng)年限的延長(zhǎng)呈明顯降低趨勢(shì)(P<0.05);翌年4月測(cè)定結(jié)果顯示類似趨勢(shì)。就整個(gè)風(fēng)蝕季節(jié)(9月至翌年5月)土壤風(fēng)蝕量而言,裸地表層風(fēng)蝕最嚴(yán)重,地表細(xì)顆粒物損失達(dá)21.15 kg·m-2,甘草生長(zhǎng)1～4 a樣地風(fēng)蝕量分別比裸地減少10.8%、36.6%、74.5%和77.8%,即甘草地風(fēng)蝕量隨甘草生長(zhǎng)年限的延長(zhǎng)呈明顯減少趨勢(shì)(P<0.05)。綜上,隨著甘草生長(zhǎng)年限的增加,甘草植被下方農(nóng)田表層土壤容重和風(fēng)蝕量呈減小趨勢(shì),且不同年際間差異顯著(P<0.05)。

CK為裸地，1～4為甘草生長(zhǎng)1～4 a樣地。就同一幅圖同一采樣時(shí)間而言，

2.3不同生長(zhǎng)年限甘草植被下方0～5 cm土層有機(jī)碳、N、P和K含量差異

圖3中9月測(cè)定結(jié)果顯示,裸地土壤w(有機(jī)碳)最低，僅為2.4 g·kg-1,而甘草生長(zhǎng)1～4 a樣地w(有機(jī)碳)分別為3.49、4.1、5.11和5.98 g·kg-1,分別比裸地提高45.6%、71%、113.2%和149.4%,甘草地表層土壤有機(jī)碳含量隨著甘草生長(zhǎng)年限的增加呈顯著升高趨勢(shì)(P<0.05);2013年4月測(cè)定結(jié)果呈類似趨勢(shì)。甘草地表土速效N含量均比裸地高,9月和翌年4月測(cè)定結(jié)果顯示，甘草生長(zhǎng)1～4 a樣地w(速效N)分別比裸地提高12.8%、25.9%、37.9%、45.1%和17.6%、36.8%、46.8%、60.1%,即隨著生長(zhǎng)年限的延長(zhǎng),甘草地表層土壤速效N含量呈顯著升高趨勢(shì)(P<0.05)。對(duì)于甘草地中速效P、K含量而言,其變化趨勢(shì)與有機(jī)碳和速效N類似,也表現(xiàn)為甘草地中速效P、K含量均比裸地高,并隨著甘草生長(zhǎng)年限的增加而升高,年際間差異顯著(P<0.05)。綜上,隨著甘草生長(zhǎng)年限的增加,甘草植被下方農(nóng)田表層土壤的有機(jī)碳，速效N、P、K含量呈增加趨勢(shì),不同年際間差異顯著(P<0.05)。

CK為裸地，1～4為甘草生長(zhǎng)1～4 a樣地。就同一幅圖同一采樣時(shí)間而言，直方柱上方英文小寫字母不同表示各樣地間某指標(biāo)差異顯著(P<0.05)。

2.4甘草植被性狀指標(biāo)與表層土壤養(yǎng)分間的相互關(guān)系

相關(guān)性分析(表1)顯示,甘草植被的覆蓋度、高度和地上生物量間呈顯著正相關(guān)(P<0.01),其中植被覆蓋度與高度間的相關(guān)系數(shù)最大,其后依次為植被地上生物量和高度、覆蓋度和地上生物量;表層土壤有機(jī)碳含量，速效N、P、K含量間也呈顯著正相關(guān)(P<0.01),其中速效P、K含量間相關(guān)系數(shù)最高;土壤容重與風(fēng)蝕量亦呈顯著正相關(guān)(P<0.01);土壤有機(jī)碳含量，速效N、P、K含量與植被的這3個(gè)特征指標(biāo)間均呈顯著正相關(guān),且與植被覆蓋度間均具有最大的相關(guān)系數(shù),其后依次為植被高度和地上生物量;而土壤容重、風(fēng)蝕量與植被特征指標(biāo)間及它們與土壤養(yǎng)分間均呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01)。進(jìn)一步回歸分析顯示,土壤有機(jī)碳含量，速效N、P、K含量與甘草植被的覆蓋度、高度和地上生物量間分別存在顯著正線性相關(guān)關(guān)系,決定系數(shù)由大到小依次為植被覆蓋度、高度和地上生物量(圖4);從回歸方程還可看出,甘草植被的覆蓋度每增加1%,可使農(nóng)田表層土壤w(有機(jī)碳)提高0.038 g·kg-1,w(速效N)、w(速效P)和w(速效K)分別提高0.052、0.113和0.971 mg·kg-1,其決定系數(shù)均達(dá)76%以上。

3討論

農(nóng)田土壤作為農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的基礎(chǔ),是農(nóng)作物生長(zhǎng)的載體,對(duì)生態(tài)環(huán)境的穩(wěn)定起著至關(guān)重要的作用。隨著西北地區(qū)人口不斷增長(zhǎng),土地承載力不斷提高,土地退化(如土壤風(fēng)蝕、耕作層養(yǎng)分含量降低)呈逐年加重趨勢(shì),面臨的人口-環(huán)境-資源問題也變得愈來愈嚴(yán)重。許多研究顯示,地表植被(或殘茬)的存在可減弱土壤風(fēng)蝕和表土養(yǎng)分的損失[5,7,9,16]。如董治寶等[17]研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)植被蓋度超過20%時(shí)就可大幅減小土壤風(fēng)蝕;當(dāng)蓋度達(dá)到60%以上時(shí)就可完全防止表層土壤發(fā)生風(fēng)蝕。熊好琴等[18]研究毛烏素沙化草地時(shí)發(fā)現(xiàn),與放牧地相比,圍欄禁牧16 a可使0～10 cm土層土壤容重顯著降低,0～5 cm土層土壤有機(jī)碳提高231%。彭佳佳等[19]在研究川西北沙化草地時(shí)發(fā)現(xiàn),植被蓋度和高度隨著生態(tài)修復(fù)年限的增加而顯著提高;生態(tài)修復(fù)8 a沙化草地的土壤有機(jī)質(zhì)、全氮和堿解氮含量較未修復(fù)草地提高近96%、100%和51%。植被通過阻擋運(yùn)動(dòng)氣流并在其后部形成風(fēng)速降低區(qū)來降低風(fēng)力對(duì)地表的吹蝕。鑒于以上事實(shí),僅考慮植被覆蓋度對(duì)風(fēng)蝕的影響顯然是不全面的。

表1甘草植被性狀指標(biāo)與表層土壤各指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)

Table 1Correlation analysis of the factors ofGlycyrrhizauralensisvegetation and soil characteristics

指標(biāo)植被高度地上生物量w(有機(jī)碳)w(速效N)w(速效P)w(速效K)土壤容重土壤風(fēng)蝕量覆蓋度0.958**0.872**0.911**0.874**0.918**0.950**-0.868**-0.977**植被高度0.943**0.892**0.865**0.911**0.912**-0.832**-0.977**地上生物量0.789**0.749**0.827**0.784**-0.761**-0.958**w(有機(jī)碳)0.869**0.930**0.900**-0.825**-0.911**w(速效N)0.876**0.877**-0.750**-0.903**w(速效P)0.954**-0.887**-0.894**w(速效K)-0.887**-0.956**土壤容重0.836**

**表示在0.01水平上差異顯著(雙尾檢測(cè))。

圖4　土壤養(yǎng)分與植被性狀指標(biāo)間關(guān)系

前人在研究生物措施對(duì)土壤風(fēng)蝕的作用時(shí),大多僅測(cè)定了植被覆蓋度或僅以植被覆蓋度為自變量進(jìn)行模擬試驗(yàn),很少考慮植被的其他特性指標(biāo);對(duì)表土層理化特性指標(biāo)的選擇也往往是不全面的。該試驗(yàn)不僅全面測(cè)定了甘草植被的覆蓋度、高度和地上生物量,而且還測(cè)定了植被下部土壤表層的風(fēng)蝕量，容重，有機(jī)碳含量，以及速效N、P、K含量,較為全面地研究了植被覆蓋對(duì)土壤表層的影響。結(jié)果顯示,甘草植被的覆蓋度、高度、地上生物量及下部表層土壤有機(jī)碳含量，速效N、P、K含量隨著甘草生長(zhǎng)年限的增加而增大,而土壤容重和風(fēng)蝕量則正好相反,呈顯著減小趨勢(shì)。這一結(jié)果也與王學(xué)芳等[3]、YAN等[7]和LI等[20]的相關(guān)研究結(jié)果類似。

地上植物(或枯枝落葉)是植被生態(tài)功能發(fā)揮的前提和基礎(chǔ)。盡管前人在采取生物措施防治土壤風(fēng)蝕方面已做了大量研究,但卻很少探討植被特征指標(biāo)與土壤風(fēng)蝕量和養(yǎng)分間的定量關(guān)系。如LI等[20]研究了不同退化狀態(tài)草地的植被密度、地上生物量、地表土壤風(fēng)蝕量、機(jī)械組成和養(yǎng)分含量間的差異,但卻沒有闡明植被特征與其地表土壤特性之間的相互關(guān)系。王學(xué)芳等[21]盡管研究了不同農(nóng)田類型的植被覆蓋度、枯物質(zhì)量及土壤養(yǎng)分流失量,同樣也沒有分析土壤養(yǎng)分流失量與植被特征指標(biāo)間的定量關(guān)系。海春興等[22]也僅研究了土壤風(fēng)蝕與植被覆蓋度間的相互關(guān)系。YAN等[7]在研究植被覆蓋對(duì)土壤質(zhì)地和養(yǎng)分的效應(yīng)時(shí),僅分析了植被覆蓋度與土壤質(zhì)地和土壤養(yǎng)分間的定量關(guān)系。針對(duì)植被不同特征指標(biāo)對(duì)土壤風(fēng)蝕及養(yǎng)分的影響,該研究不僅研究了植被覆蓋度與土壤容重、風(fēng)蝕量和土壤養(yǎng)分間的相互關(guān)系,還進(jìn)一步分析了與植被高度和地上生物量間的定量關(guān)系。結(jié)果顯示,耕地表層土壤容重、風(fēng)蝕量與植被覆蓋度、高度和地上生物量間呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系,相關(guān)系數(shù)由大到小依次為植被覆蓋度、高度和地上生物量;而土壤有機(jī)碳含量，速效N、P、K與甘草植被的這3個(gè)指標(biāo)間均呈顯著正相關(guān)關(guān)系,相關(guān)系數(shù)最大的仍為植被覆蓋度,其后依次為高度和地上生物量。從以上結(jié)論可以看出,與植被高度和地表生物量相比,植被覆蓋度對(duì)土壤表層風(fēng)蝕和養(yǎng)分含量的影響更明顯,這可能是覆蓋度能更好地反映植被對(duì)地表的覆蓋作用(避免風(fēng)對(duì)地表的直接吹蝕)的原因;另外,干旱地區(qū)植被覆蓋度對(duì)表層土壤含水率的影響較其他2個(gè)指標(biāo)更顯著,覆蓋度增大造成表層土壤含水率增加,從而使得砂粒的啟動(dòng)風(fēng)速增大，表層土壤風(fēng)蝕減弱。這一結(jié)論也與YAN等[7]的結(jié)論(隨著植被覆蓋度的增加,風(fēng)蝕造成的土壤養(yǎng)分損失率顯著降低)一致。進(jìn)一步回歸分析顯示,土壤有機(jī)碳含量，速效N、P、K含量分別與植被覆蓋度、高度和地上生物量間呈顯著正線性相關(guān)關(guān)系,且與植被覆蓋度間的決定系數(shù)均最大。當(dāng)甘草植被覆蓋度每提高1%時(shí),可使耕地表土土壤有機(jī)碳、速效氮、速效磷和速效鉀含量分別提高0.038 g·kg-1、0.052 mg·kg-1、0.113 mg·kg-1和0.971 mg·kg-1。盡管生物措施可提高農(nóng)田養(yǎng)分,但提高幅度非常有限;從另一個(gè)角度來看,盡管短時(shí)間內(nèi)生物措施對(duì)改善農(nóng)田養(yǎng)分的作用有限,但通過長(zhǎng)期的堅(jiān)持,一定能使農(nóng)田肥力得到改善,并通過地表植被覆蓋度就可粗略估計(jì)出表層土壤養(yǎng)分含量。另外,由于甘草屬豆科植物,其固氮作用也影響土壤中氮含量。

西北風(fēng)蝕區(qū)耕地采取免耕、種植越冬作物(如冬小麥、冬油菜等)或多年生植物(如甘草、牧草等)等措施,可顯著降低耕地表土的風(fēng)蝕和減少土壤養(yǎng)分損失。一方面,耕地保持植被(或枯枝落葉)覆蓋,提高了地表粗糙度[11],從而降低耕地土壤的風(fēng)蝕和土壤養(yǎng)分損失。如李昂等[9]研究顯示,耕地種植甘草后,增加了地表粗糙度和土壤含水率,從而使得地表風(fēng)蝕量顯著減小。在風(fēng)蝕過程中,受侵蝕的主要是地表含豐富養(yǎng)分的黏粉粒;由于黏粉粒中所含養(yǎng)分明顯高于砂粒,因此在風(fēng)蝕過程中土壤養(yǎng)分損失率明顯高于土壤細(xì)顆粒流失率[7,20,23]。據(jù)此可以推斷,甘草種植年限越長(zhǎng),其地表風(fēng)蝕量越小,土壤養(yǎng)分損失也越小,即隨著甘草生長(zhǎng)年限的增加,其表層土壤養(yǎng)分呈升高趨勢(shì)。另一方面,當(dāng)耕地保持植被覆蓋時(shí),由植被輸入到土壤中的枯枝落葉量增加,提高了土壤養(yǎng)分輸入量。LI等[20]研究也發(fā)現(xiàn),當(dāng)草地沙化加重時(shí),其地上、地下和地表凋落物量均呈顯著下降趨勢(shì),減少了輸入到土壤中的養(yǎng)分。筆者研究結(jié)果也顯示,隨著甘草生長(zhǎng)年限的增加,其地上生物量也呈顯著升高趨勢(shì),就可能有更多的凋落物進(jìn)入耕地。耕地中養(yǎng)分含量的測(cè)定結(jié)果顯示,種植甘草的耕地表土養(yǎng)分含量明顯高于裸地,且隨甘草生長(zhǎng)年限的增加而提高,也間接證明了這一推斷。

4結(jié)論

甘草植被的覆蓋度、高度、地上生物量及下部土壤表層的有機(jī)碳含量，速效N、P、K含量隨甘草生長(zhǎng)年限的延長(zhǎng)呈顯著升高趨勢(shì)。

甘草植被覆蓋度、高度、地上生物量與土壤養(yǎng)分含量間均呈顯著正相關(guān)關(guān)系,相關(guān)系數(shù)由大到小依次為植被覆蓋度、高度和地上生物量。

甘草植被覆蓋度每提高1%,可使耕地表土土壤有機(jī)碳含量，速效N、P、K含量分別提高0.038 g·kg-1、0.052 mg·kg-1、0.113 mg·kg-1和0.971 mg·kg-1。

西北風(fēng)蝕區(qū)農(nóng)田若采取植被覆蓋措施,一方面可減少地表細(xì)小土壤顆粒物的流失,降低土壤養(yǎng)分損失,另一方面可增加進(jìn)入土壤的枯枝落葉量,提高土壤養(yǎng)分的輸入;在兩者共同作用下可最終使植被覆蓋農(nóng)田的養(yǎng)分損失相應(yīng)變小。

參考文獻(xiàn)：

[1]ZHANG Z C,DONG Z B,HAN L Y,etal.Wind Erodibility in Eastern Ningxia Province,China[J].Environment Earth Science,2013,68(8):2263-2270.

[2]MAURER T,HERRMANN L,STAHR K.Wind Erosion Characteristics of Sahelian Surface Types[J].Earth Surface Processes and Landforms，2010,35(12):1386-1401.

[3]王學(xué)芳,孫萬倉,李孝澤,等.我國(guó)北方風(fēng)蝕區(qū)冬油菜抗風(fēng)蝕效果[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2009,29(12):6572-6577.

[4]中國(guó)農(nóng)業(yè)部.我國(guó)出現(xiàn)沙塵暴的塵源主要來自農(nóng)田[EB/OL].(2008-07-30)[2014-09-05].http:∥www.Chinanews.com/gn/news/2008/07-30/1329140.shtml.

[5]秦紅靈,高旺盛,馬月存,等.免耕對(duì)農(nóng)牧交錯(cuò)帶農(nóng)田休閑期土壤風(fēng)蝕及其相關(guān)土壤理化性狀的影響[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2007,27(9):3778-3784.

[6]蘇永中,趙哈林,張銅會(huì),等.科爾沁沙地旱作農(nóng)田土壤退化的過程和特征[J].水土保持學(xué)報(bào),2002,16(1):25-28.

[7]YAN Y C,XIN X P,XU X L,etal.Quantitative Effects of Wind Erosion on the Soil Texture and Soil Nutrients Under Different Vegetation Coverage in a Semiarid Steppe of Northern China[J].Plant and Soil,2013,369(1):585-598.

[8]趙彩霞,鄭大瑋,何文清.植被覆蓋度的時(shí)間變化及其防風(fēng)蝕效應(yīng)[J].植物生態(tài)學(xué)報(bào),2005,29(1):68-73.

[9]李昂,張鳴,藺海明,等.種植甘草預(yù)防土壤風(fēng)蝕效應(yīng)[J].草業(yè)科學(xué),2014,31(5):839-843.

[10]李昂,高天鵬,張鳴,等.西北風(fēng)蝕區(qū)植被覆蓋對(duì)土壤風(fēng)蝕動(dòng)態(tài)的影響[J].水土保持學(xué)報(bào),2014,28(6):210-123.

[11]李昂,張鳴,藺海明,等.西北風(fēng)蝕區(qū)種植甘草對(duì)地表微環(huán)境和土壤物理性狀的影響[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境,2014,28(10):128-132.

[12]趙沛義,妥德寶,鄭大瑋,等.野外土壤風(fēng)蝕定量觀測(cè)方法的研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2008,36(29):12810-12812.

[13]LI A,NIU K C,DU G Z.Resource Availability,Species Composition and Sown Density Effects on Productivity of Experimental Plant Communities[J].Plant and Soil,2011,344(1):177-186.

[14]李昂,張鳴,杜國(guó)禎.物種組成、豐富度、密度和土壤養(yǎng)分對(duì)群落補(bǔ)償效應(yīng)的影響[J].生態(tài)學(xué)雜志,2012,31(10):2443-2448.

[15]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,2007:25-108.

[16]黃高寶,于愛忠,郭清毅,等.甘肅河西冬小麥保護(hù)性耕作對(duì)土壤風(fēng)蝕影響的風(fēng)洞試驗(yàn)研究[J].土壤學(xué)報(bào),2007,44(6):968-973.

[17]董治寶,陳渭南,李振山,等.植被對(duì)土壤風(fēng)蝕影響作用的實(shí)驗(yàn)研究[J].土壤侵蝕與水土保持學(xué)報(bào),1996,2(2):1-8.

[18]熊好琴,斷金躍,王妍,等.圍欄禁牧對(duì)毛烏素沙地土壤理化特征的影響[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境,2012,26(3);152-157.

[19]彭佳佳,胡玉福,肖海華,等.生態(tài)修復(fù)對(duì)川西北沙化草地土壤有機(jī)質(zhì)和氮素的影響[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境,2015,29(5):149-153.

[20]LI F R,ZHAO W Z,LIU J L,etal.Degraded Vegetation and Wind Erosion Influence Soil Carbon,Nitrogen and Phosphorus Accumulation in Sandy Grasslands[J].Plant and Soil,2009,317(1):79-92.

[21]王學(xué)芳,孫萬倉,李芳,等.中國(guó)西部冬油菜種植的生態(tài)效應(yīng)評(píng)價(jià)[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2009,20(3):647-652.

[22]海春興,劉寶元,趙燁.土壤濕度和植被蓋度對(duì)土壤風(fēng)蝕的影響[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2002,13(8):1057-1058.

[23]趙哈林,周瑞蓮,蘇永中,等.科爾沁沙地沙漠化過程中土壤有機(jī)碳和全氮含量變化[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2008,28(3):976-982.

(責(zé)任編輯： 陳昕)

Effects ofGlycyrrhizauralensisPlantation on Soil Nutrients and Wind Erosion in Wind Erosion Stricken Region of Northwest China.

LIAng1,WUYing-zhen2,CHENWei1,SUNHai-li1,ZHANGMing1,CHENYing-quan1,YANLi-ben3

(1.School of Chemistry and Environmental Science, Lanzhou City University, Lanzhou 730070, China；2.College of Humanities, Gansu Agricultural University, Lanzhou 730070, China;3.Jiuquan Science Demonstration Farm in Gansu Provence, Jiuquan 735000, China)

Abstract:To explore effects and mechanisms of liqorice (Glycyrrhiza Uralensis) vegetation conserving soil nutrients and reducing wind erosion, analysis was done of the liqorice vegetation cover for characteristic indices and of the soil 0-5 cm under the cover for soil nutrient conservation and effect on wind erosion reduction. Results show that with the liqorice vegetation growing on, coverage, height and above ground biomass of the vegetation, and organic carbon(OC), available N, P and K contents in the topsoil all increased, while wind erosion and bulk density decreased (P<0.05). Correlation analysis indicates that characteristic indices were significantly and positively related to soil nutrients (P<0.05), showing an order of vegetation coverage > height > aboveground biomass in terms of correlation coefficient. Regression analysis demonstrates that for every 1% of increase in vegetation coverage, the content of OC, available N, P and K in the topsoil increased 0.038 g·kg(-1), 0.052 mg·kg(-1), 0.113 mg·kg(-1) and 0.971 mg·kg(-1), respectively. Obviously, the adoption of the practice of maintaining vegetation coverage on farmlands of wind erosion stricken regions of Northwest China, may on the one hand, reduce wind erosion of the surface soil and hence the loss of soil nutrients, and on the other hand, increase the amount of litters and hence content of soil nutrient, of which the joint effects will eventually reduce the loss of soil nutrients correspondingly.

Key words:vegetation coverage;soil nutrient;erosion;liqorice (Glycyrrhiza uralensis)

作者簡(jiǎn)介：李昂(1969—),男,甘肅蘭州人，副教授,博士,主要從事退化環(huán)境的恢復(fù)和治理研究。E-mail: liang@lzcu.edu.cn

DOI：10.11934/j.issn.1673-4831.2016.02.019

中圖分類號(hào)：S157；X37

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1673-4831(2016)02-0295-07

通信作者①E-mail: liang@lzcu.edu.cn ②E-mail: wuyz@gsau.edu.cn

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金地區(qū)科學(xué)基金(31560185);蘭州城市學(xué)院博士科研啟動(dòng)基金(2011-09);蘭州城市學(xué)院校長(zhǎng)科研創(chuàng)新基金(LZCU-XZ2014-02);甘肅省城市發(fā)展研究院科研基金(2014-GSCFY-KJ09)

收稿日期：2015-06-09