呂　渡,楊亞輝,趙文慧,雷斯越,張曉萍

西北農(nóng)林科技大學(xué)水土保持研究所黃土高原土壤侵蝕與旱地農(nóng)業(yè)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 楊凌　712100

黃土高原地形破碎,植被稀疏,降水少而集中,水土流失嚴(yán)重,生態(tài)功能失調(diào)。為了遏制嚴(yán)重的水土流失,受國家政策引導(dǎo),1999年后該區(qū)進(jìn)行了大規(guī)模的退耕還林/草活動(dòng)。黃土高原的植被覆蓋度明顯增加[1-2],與1957—1979年間對(duì)比,黃河中游頭道拐至花園口站間的來水來沙量,2000—2012年分別減少約55%和95%[3]。黃河中游減水減沙量中,生態(tài)建設(shè)和植被恢復(fù)發(fā)揮了重要作用[4-5]。而一個(gè)可持續(xù)的、功能協(xié)調(diào)的生態(tài)系統(tǒng),將是黃河維持穩(wěn)定輸沙量的關(guān)鍵[6]。

研究表明,植物根系產(chǎn)生并輸入土壤的有機(jī)碳是地上部分的2.3倍[7]。張小全通過對(duì)100多個(gè)不同氣候帶的森林生態(tài)系統(tǒng)根系生產(chǎn)情況的研究表明,細(xì)根(≤2 mm)生產(chǎn)是土壤養(yǎng)分的重要來源[8]。在生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能進(jìn)化中,根系較地表部分對(duì)物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)具有更重要的意義[9]。近年來很多學(xué)者詳細(xì)研究了影響根系生物量的因素,尤其是不同的撫育措施對(duì)其的影響。Rewald認(rèn)為混交林根系生物量一般比純林高[10]；Persson等人的研究表明連栽這種撫育措施對(duì)林木根系的發(fā)育也有促進(jìn)作用[11]。在根系生物量的動(dòng)態(tài)變化方面,有學(xué)者認(rèn)為林木根系生物量是隨著年齡的增加而增加的,到一定年限達(dá)到最大然后逐漸下降[12]。關(guān)于植物根系與土壤性質(zhì)的關(guān)系也有很多研究,不同氣候環(huán)境、不同類型植物根系對(duì)土壤性質(zhì)的影響有一定差異。韋蘭英研究了子午嶺不同演替階段草地植被與土壤環(huán)境的關(guān)系,結(jié)果表明根系對(duì)土壤表層水分與容重的影響較大[13]；李勇對(duì)油松林的研究證明,根系改善土壤物理性質(zhì)的效應(yīng)在剖面中呈指數(shù)遞減規(guī)律[14]；韓鳳鵬在神木六道溝流域?qū)ν烁?0年的長芒草坡地和裸地坡面的對(duì)比研究結(jié)果顯示,有根系存在的土壤養(yǎng)分狀況優(yōu)于無根系存在的土壤[15]；葛曉改在三峽庫區(qū)對(duì)不同林齡的人工油松林與鄧強(qiáng)等在黃土高原對(duì)四種不同植被區(qū)典型群落的研究均認(rèn)為,根系生物量與土壤養(yǎng)分含量呈正相關(guān)[16-17]；王麗霞在對(duì)沙棘的研究中發(fā)現(xiàn),沙棘林由于根系獨(dú)特的固氮作用,能加速土壤養(yǎng)分循環(huán),并顯著改善土壤持水能力[18]。有關(guān)植物-土壤的研究,多數(shù)集中于地表部分的群落演替特征、演替過程中土壤性質(zhì)的變化兩方面[19],而不同恢復(fù)模式下根系與土壤理化性質(zhì)的契合關(guān)系的研究,主要集中在不同地帶的不同植物群落或某一特定群落根系與土壤性質(zhì)的關(guān)系,從水土保持角度對(duì)不同退耕方式、不同植被恢復(fù)類型下根系和土壤性質(zhì)關(guān)系在時(shí)間過程中的對(duì)比分析還有不足。如何從水土保持和生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)性角度理解植被根系與土壤水文物理性質(zhì)的變化規(guī)律,認(rèn)識(shí)植被恢復(fù)-土壤改善-水土保持功能間的耦合特征還需要深入探討。

吳起縣在黃土高原實(shí)施退耕還林/草工程中極具代表性,迄今為止,對(duì)吳起植被的研究主要集中在退耕過程中土地利用及土壤性質(zhì)的變化,而不同覆被和演替階段下植物細(xì)根分布及其生物量與土壤理化性質(zhì)關(guān)系的研究還不夠。本試驗(yàn)選擇吳起縣自然草地、人工沙棘、人工山杏等主要退耕模式和造林樹種,分析不同演替階段土壤剖面上的植被細(xì)根垂直分布特征與土壤理化性質(zhì)的變化規(guī)律,探討演替過程中根系與土壤理化性質(zhì)的契合關(guān)系,為了解這3種主要植被類型的內(nèi)在關(guān)系與對(duì)土壤改善作用的潛力,深入理解該區(qū)植被恢復(fù)的生態(tài)水文過程,黃土高原生態(tài)建設(shè)和水土保持效益評(píng)價(jià)、合理的土地利用規(guī)劃提供理論支持。

1　研究區(qū)簡介

研究區(qū)位于陜西省吳起縣(107°39′—108°32′E,36°34′—37°24′N),該區(qū)屬半干旱黃土丘陵溝壑區(qū),毛烏素沙地南緣農(nóng)牧過渡地帶,地處渭河一級(jí)支流北洛河上游。吳起縣總面積3792 km2,海拔1233—1809 m。該區(qū)屬中溫帶大陸性季風(fēng)氣候,年均氣溫7.8℃,年均日照時(shí)數(shù)2400 h。多年平均降雨量478.3 mm,相對(duì)集中在7—9月份,約占全年降水量的62.4%。無霜期短,平均為146 d。干早、霜凍、冰雹、大風(fēng)、暴雨等自然災(zāi)害頻繁發(fā)生。土壤類型主要為黃綿土。

自1998年實(shí)施退耕還林/草政策以來,該縣土地利用和土地覆蓋發(fā)生了巨大變化。截止2010年,退耕還林面積達(dá)到11.68萬hm2,占縣域面積的30.82%[20]。所在的北洛河流域上游植被覆蓋率也已由1995年的20.2%,提高到2014年的51.2%[21]；退耕還林前后,該區(qū)域年侵蝕輸沙均值下降了80.4%,從1980—2002年間的12.0×103t km-2a-1,下降到2003—2011年間的3.2×103t km-2a-1[22]；除了大面積退耕自然封育草地,沙棘、山杏等是吳起縣主要退耕造林樹種,其中沙棘純林面積占該縣退耕還林總面積的80.3%[20]。

2　研究方法

2.1　樣地設(shè)置

選退耕草地、主要造林樹種為沙棘、山杏等植被類型的不同年限樣地,在保證立地條件相似的前提下,在均質(zhì)程度高的樣地中選擇種群分布較均勻的最具代表性的樣方,每種植被類型選擇一塊樣地進(jìn)行調(diào)查。草本群落采用1 m×1 m樣方,沙棘群落采用5 m×5 m樣方,山杏林地群落采用20 m×20 m樣方,樣地詳細(xì)信息見表1。經(jīng)過初步確認(rèn)勘察后,于2016年6月20日至6月25日、7月21日至7月31日兩個(gè)時(shí)段對(duì)樣地進(jìn)行了野外采樣,這兩時(shí)段均晴朗無雨,數(shù)據(jù)間差異不大,可以進(jìn)行分析對(duì)比。

表1　不同植被類型樣地概況

AL5:撂荒5年草地,5-year-old abandoned grassland; AL15:撂荒15年草地,15-year-old abandoned grassland; AL40:撂荒40年草地,40-year-old abandoned grassland; H15:退耕15年沙棘純林,15-year-oldH.reamnoides; P15:退耕15年山杏純林,15-year-oldP.armeniaca; P40:退耕40年山杏純林,40-year-oldP.armeniaca,在下文的圖表中均適用

2.2　細(xì)根收集與處理

采用內(nèi)徑7 cm、高10 cm的根鉆進(jìn)行根系采集。在灌木和林地群落采集根系時(shí),打鉆的地點(diǎn)距離代表株主干為0.5 m,將空間異質(zhì)性帶來的差異減少到最低?？?cè)由疃葹?00 cm,按每20 cm深度共收集5層。由于直徑≤2 mm細(xì)根是植物攝取土壤水分養(yǎng)分的重要途徑[23],因此室內(nèi)測定主要針對(duì)細(xì)根開展。用0.2 mm篩子沖洗,挑出雜物撿出全部細(xì)根(直徑≤2 mm),裝入紙袋,在75℃下烘干48 h至恒重,天平稱量后錄入數(shù)據(jù)以備分析。細(xì)根生物量(g/m2)=每根土芯中細(xì)根干物質(zhì)量(g)/{[π×[0.07(m)/2]2]}。

2.3　土壤理化性質(zhì)測定

選擇土壤容重、自然含水量、團(tuán)聚體平均重量直徑及有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、全鉀含量等土壤理化性質(zhì)基礎(chǔ)指標(biāo)進(jìn)行分析。

同一樣地內(nèi)挖取土壤剖面,按相同分層方式用小鋁盒(直徑46 mm×高25 mm)收集土樣并測量濕重,帶回實(shí)驗(yàn)室后放入105℃烘箱中烘干至恒重,計(jì)算土壤自然含水量；同一土壤剖面上相同分層方法,用環(huán)刀(100 cm3)取原狀土,采用環(huán)刀法測定土壤容重；同時(shí)用大鋁盒(直徑80 mm×高50 mm)取土樣帶回室內(nèi),用干濕篩法測定土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體,并計(jì)算團(tuán)聚體平均重量直徑(MWD)。剖面上每層樣品的土壤樣品采集均取3個(gè)重復(fù)。土壤有機(jī)質(zhì)含量采用重鉻酸鉀外加熱法測定,全氮采用半微量開氏法測定,全磷測定采用鉬銻抗比色法。上述土壤理化性質(zhì)的具體測定方法見土壤農(nóng)化分析手冊(cè)[24]。

2.4　數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)整理,采用SPSS 21中LSD方法檢驗(yàn)不同土地利用類型同一土層及同一土地利用類型不同土層細(xì)根生物量與土壤理化性質(zhì)間差異性(α=0.05),采用Spearman法進(jìn)行雙變量相關(guān)性分析,并對(duì)相關(guān)性進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。采用Origin 8.0軟件繪圖。

3　結(jié)果與分析

3.1　不同植物群落細(xì)根生物量垂直分布特征

圖1　不同植被類型群落細(xì)根生物量的分層分布規(guī)律Fig.1　The vertical root biomass distribution diagram of different vegetation types

受喬、灌、草植被類型和年限影響,植物總細(xì)根生物量大小順序?yàn)?0年山杏林>15年沙棘林>40年草地>15年山杏林>15年草地>5年草地,相應(yīng)生物量分別是2203>1847>907>821>545>343 g/m2,如圖1所示。顯著性檢驗(yàn)結(jié)果表明,總體上,人工林地的群落細(xì)根生物量顯著大于天然恢復(fù)的草地(P<0.05),不同恢復(fù)年限的草地群落、山杏群落的細(xì)根生物量表現(xiàn)出隨著退耕年限的增加而增加的態(tài)勢。

土壤剖面上,6樣地植物群落的細(xì)根生物量均表現(xiàn)出隨著土層的增加逐漸降低趨勢,如圖1所示。除15年人工山杏林外,其他不同植被類型樣地的細(xì)根生物量主要分布在0—20 cm的近地面淺表層,其細(xì)根生物量占剖面根系總生物量的52%—81%。15年人工山杏林細(xì)根生物量則主要分布在20—40 cm深度,細(xì)根生物量占總細(xì)根生物量的40%。

回歸分析發(fā)現(xiàn),不同植被類型剖面上細(xì)根生物量隨著土壤深度的增加均呈指數(shù)遞減規(guī)律,如表2所示,與Hodge等對(duì)植物細(xì)根在土壤中垂直分布規(guī)律的研究結(jié)論相吻合[25-26]。15年山杏林與40年退耕草地根系生物量在土層剖面上形成雙峰分布模式,對(duì)比其他樣地,與土壤深度的指數(shù)函數(shù)模擬關(guān)系稍差。其原因可能與樣地選擇有關(guān),也可能與物種習(xí)性及其形成群落的細(xì)根垂直分布特征有關(guān)。有分析認(rèn)為,人工山杏林群落根系主要集中在10—70 cm土層中,而表層分布較少[27]。山杏樹種高大喬木的生物學(xué)特性,導(dǎo)致其根系主要分布于20—40 cm,指數(shù)關(guān)系擬合較差,而40年山杏樣地地表草本植被的覆蓋度相對(duì)較高,可能是模擬關(guān)系較好的重要原因。本研究中自然恢復(fù)40年的草地是以長芒草為優(yōu)勢種的群落,其根系都主要集中在0—50 cm[15,28],在剖面分布相對(duì)較深,可能是擬合關(guān)系較差的原因。

表2　不同植被類型草地細(xì)根生物量垂直分布的指數(shù)擬合

y為細(xì)根生物量(g/m2);x為土壤深度(cm)

3.2　不同植物群落內(nèi)土壤物理性質(zhì)的變化規(guī)律

3.2.1土壤容重及含水量的變化特征

土壤容重是土壤理化性質(zhì)的綜合反映指標(biāo),腐殖質(zhì)多,疏松多孔,容重越小,越緊實(shí),容重越大。6個(gè)樣地的土壤容重在100 cm土層中的變化基本可以表現(xiàn)出,表層容重較小,隨著土層深度加深容重基本呈現(xiàn)增大的趨勢,如圖2a所示。

一般來說,隨著退耕年限的增長,土壤容重趨于變小；隨著剖面深度的增加,土壤容重變大[29-30]。本研究中土壤容重在剖面上和隨著年限而發(fā)生的變化表現(xiàn)不一致。同年限的草地、沙棘、山杏林下土壤容重差異不顯著。系列退耕草地之間容重差異并不顯著。剖面上,15、40年退耕草地隨土層加深容重變化不顯著,而5年退耕草地表層容重顯著小于下層,可能與農(nóng)地翻耕措施對(duì)剖面土壤的改造作用密切相關(guān)。2個(gè)山杏林樣地隨土層加深容重表現(xiàn)出波動(dòng)中增大趨勢,變化幅度較小,范圍在1.16—1.28 g/cm3。顯著性檢驗(yàn)的結(jié)果顯示,兩樣地容重隨剖面加深和退耕年限的增長容重變化均沒有明顯的趨勢,可能與山杏作為經(jīng)濟(jì)樹種,人為采摘中對(duì)土壤嚴(yán)重的踩踏作用相關(guān)。沙棘的獨(dú)特生物特性導(dǎo)致樣地受人為影響因素較小。15年沙棘林的容重在剖面上從表層的1.0 g/cm3,增加到1 m深土層的1.38 g/cm3,表層容重顯著小于下層及其他幾種利用類型。而凋落物的積累能增加土壤有機(jī)質(zhì),導(dǎo)致容重出現(xiàn)差異,表層較小的容重與沙棘林地表面的枯枝落葉儲(chǔ)量有關(guān)。盧立娜在內(nèi)蒙古的研究也表明沙棘主要改善了0—10 cm土層的土壤物理性質(zhì)[31],支持了本研究的結(jié)論。

圖2　不同植被類型土壤剖面容重和水分性質(zhì)Fig.2　Soil bulk density and water properties in the profile of different vegetation types

不同植物群落下土壤剖面上土壤自然含水量的變化趨勢如圖2b所示。6個(gè)樣地土壤自然含水量在剖面上的變化比較一致,均表現(xiàn)出隨著土層加深土壤含水量先增加,在20—40 cm土層達(dá)到最大,之后隨著土層加深而減小的趨勢。整體來看,隨著退耕年限的增加,土壤平均含水量呈減小趨勢,主要原因是隨著植被恢復(fù),覆蓋度的增加使蒸騰加大,另一方面由于地表枯落物增多,減少了水分的入滲。而林地含水量顯著小于草地(P<0.05)。這和傅伯杰等在延安羊圈溝對(duì)不同土地利用對(duì)土壤水分影響的研究結(jié)果一致[32]。

3.2.2土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性變化特征

團(tuán)聚體的穩(wěn)定性是土壤抗蝕能力的重要指標(biāo)。水穩(wěn)性團(tuán)聚體平均重量直徑(MWD)是反映土壤團(tuán)聚體大小分布的常用指標(biāo),值越大表明土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性越強(qiáng)。

不同植被群落下土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體MWD的變化情況如圖3所示,不同植被群落土壤團(tuán)聚體濕篩MWD均表現(xiàn)出隨深度的增加而減小趨勢。隨著演替的進(jìn)行,退耕草地系列中除5、15年草地60—100 cm土層MWD差異不顯著,剖面上其余各層土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性均顯著增強(qiáng)(P<0.05),人工山杏林群落表層0—40 cm的MWD值也顯著增加。相同退耕年限下,15年人工山杏林地表層(0—20 cm)的MWD顯著小于15年人工沙棘林與自然恢復(fù)的草地(P<0.05)。40年退耕草地每層的MWD均顯著大于40年人工山杏林。黃土高原已有的研究表明,植物根系尤其是細(xì)根可以提高土壤的水穩(wěn)性團(tuán)粒含量,對(duì)土壤結(jié)構(gòu)的改善作用大[33]。對(duì)比本研究中細(xì)根分布與土壤團(tuán)聚體的相關(guān)關(guān)系,可知植物細(xì)根在土壤的結(jié)構(gòu)變化中具有重要作用。

圖3　不同植被下土壤剖面水穩(wěn)性團(tuán)聚體穩(wěn)定性變化Fig.3　Changes of soil water-stable aggregate stability in the profile under different vegetation types不同大寫字母表示同一群落不同土層間有P<0.05顯著差異,不同小寫字母表示同一土層不同群落間有P<0.05顯著差異

從組成水穩(wěn)性團(tuán)聚體的不同徑級(jí)的含量變化中發(fā)現(xiàn),隨著植被的恢復(fù),MWD的變化與大團(tuán)聚體(>5 mm)和0.25—0.5 mm的團(tuán)聚體的含量變化趨勢基本一致,而與小團(tuán)聚體(<0.25 mm)的含量變化趨勢相反,如圖4所示,這與李裕元等在神木的研究結(jié)果一致[29]。這就意味著,隨植被恢復(fù)年限的增加,土壤的團(tuán)聚體水穩(wěn)性增加,組成也更加合理。土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性增強(qiáng),表明植被的逐漸恢復(fù)能夠改善土壤的結(jié)構(gòu),這與前人的研究結(jié)果一致[34]。圖4還可以看出,同為15年年限,100 cm土層上,人工沙棘林MWD稍低于退耕恢復(fù)草地和人工山杏林地。同為40年年限,人工山杏林地明顯低于退耕草地。結(jié)合圖3可知,在100 cm深剖面的平均水平上,通過自然封育模式恢復(fù)的天然草地可以顯著改善土壤的物理結(jié)構(gòu)性質(zhì),相對(duì)于人工沙棘林,人工山杏林對(duì)土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性的改善作用更好。

圖4　不同植被類型土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體組成與穩(wěn)定性變化Fig.4　Changes of soil water-stable aggregate constituents and stability under different vegetation types

3.3　不同植物群落內(nèi)土壤養(yǎng)分的變化

不同植被類型下土壤有機(jī)質(zhì)的變化規(guī)律如圖5所示。100 cm剖面平均情況下,5、15年和40年系列退耕草地群落內(nèi)有機(jī)質(zhì)含量分別為4.75、4.15 g/kg和6.27 g/kg,15、40年人工山杏林及15年沙棘灌木林地的土壤有機(jī)質(zhì)含量分別為6.1、3.52 g/kg和4.71 g/kg?；颈憩F(xiàn)出隨著退耕年限增加,有機(jī)質(zhì)含量顯著增加的趨勢,在退耕草地上表現(xiàn)得尤其明顯,山杏林沒有這樣的趨勢,可能與樣地的立地條件和其他人類活動(dòng)有關(guān)。同年限的3種覆被類型比較,山杏林有機(jī)質(zhì)含量最高。研究表明,根系可以通過對(duì)土壤環(huán)境的改善來提高土壤對(duì)養(yǎng)分的運(yùn)移效率,還可以通過自身對(duì)養(yǎng)分的吸收積累,在死亡后再還給土壤。因此土壤養(yǎng)分與根系分布狀況有關(guān)。

圖5　不同植物群落內(nèi)土壤養(yǎng)分含量變化Fig.5　Changes of soil nutrient content under different vegetation types

從不同植被類型土壤剖面來看,表層0—20 cm土壤有機(jī)質(zhì)含量顯著大于其他土層(P<0.05),20 cm以下深度6種植被類型間有機(jī)質(zhì)含量差異不顯著。有機(jī)質(zhì)含量隨土層深度增加而呈線性降低趨勢,與劉效東在我國南亞熱帶對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)的研究結(jié)果一致[35],與凋落物在土壤表層聚集分解,土壤有機(jī)質(zhì)具有表聚性特征有關(guān)。5年退耕草地土壤有機(jī)質(zhì)含量在剖面上20—40 cm達(dá)到最大值,可能與長期農(nóng)耕活動(dòng)對(duì)剖面上的有機(jī)質(zhì)積累的影響有關(guān)。整體上可以看出,隨植被群落的演替,退耕草地土壤表層(0—20 cm)有機(jī)質(zhì)含量顯著增加(P<0.05),而20—100 cm土層的土壤有機(jī)質(zhì)含量則表現(xiàn)出波動(dòng)中輕微的增加趨勢。圖5表示了全氮含量的變化規(guī)律,由于土壤中的氮主要來源于枯枝落葉,所以6樣地中全氮含量大小與有機(jī)質(zhì)一致,并且隨著土層深度的增加含量逐漸降低。在退耕草地的恢復(fù)序列中,隨著恢復(fù)年限的增加,土壤0—20 cm土層的剖面全氮含量增加,20—100 cm土壤全氮含量變化不明顯。這可能是由于在退耕初期,植被生長及土壤的微生物活動(dòng)消耗了土壤中的C、N,枯枝落葉的分解不能及時(shí)補(bǔ)充,后期植被生長茂盛,枯枝落葉增加,土壤有機(jī)質(zhì)和全氮增加。15年的退耕草地全氮含量顯著大于15年的沙棘林和15年的山杏林(P<0.05)。0—100 cm土層的土壤全磷含量隨深度變化復(fù)雜,沒有明顯的變化規(guī)律,如圖5所示。全磷含量在6種類型的植物群落中也沒有明顯差異。最小值出現(xiàn)在自然恢復(fù)5年的草地群落0—20 cm土層。主要原因是磷在土壤中遷移緩慢,其變異主要是由成土母質(zhì)及成土過程中的生物作用決定,環(huán)境對(duì)其含量的影響較小。

3.4　植物細(xì)根生物量與土壤理化性質(zhì)耦合關(guān)系

植被恢復(fù)過程也即植物體尤其根系改善土壤理化性質(zhì)的過程[19]。研究區(qū)群落細(xì)根生物量與土壤理化性質(zhì)的相關(guān)關(guān)系如表3所示。一般來說,土壤容重與含水量是影響細(xì)根分布的關(guān)鍵因素。本研究發(fā)現(xiàn),3種植被類型下的細(xì)根生物量與土壤容重呈顯著負(fù)相關(guān),但是與土壤含水量不存在相關(guān)性,這與蘇紀(jì)帥等在寧夏大羅山的研究相似,可能是由于植被類型及其相應(yīng)的土壤含水量差異引起的[36]。而細(xì)根生物量與土壤養(yǎng)分的相關(guān)性也不強(qiáng),表明該地區(qū)容重是限制根系生長發(fā)育的關(guān)鍵因子,養(yǎng)分對(duì)細(xì)根生物量的積累影響不大。另外,本研究中,細(xì)根生物量與土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性參數(shù)MWD呈極顯著正相關(guān),表明植被恢復(fù)通過細(xì)根主要改良了緊實(shí)的土壤,強(qiáng)化了土壤抗沖抗蝕性,對(duì)防治水土流失有積極作用和重要意義。因?yàn)橐环矫婕?xì)根本身可以對(duì)土壤顆粒產(chǎn)生固結(jié)作用,另一方面,植物根系的代謝也會(huì)產(chǎn)生有機(jī)化合物,有效膠結(jié)土壤顆粒。有機(jī)質(zhì)與全氮含量呈極顯著的正相關(guān)關(guān)系。另外,土壤團(tuán)聚體MWD與土壤的有機(jī)質(zhì)含量、全氮含量均呈顯著或極顯著正相關(guān)關(guān)系,說明植被恢復(fù)背景下,土壤有機(jī)質(zhì)、全氮對(duì)土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體穩(wěn)定性均有影響,這是因?yàn)閳F(tuán)聚體的形成賴于有機(jī)質(zhì)的膠結(jié)作用,這與陳山在紅壤區(qū)和王濤在川東紫土丘陵區(qū)得到的結(jié)論一致[37-38]。

表3　群落細(xì)根生物量與土壤性質(zhì)的相關(guān)關(guān)系

“**”表示在0.01顯著水平下相關(guān),“*”表示在0.05顯著水平下相關(guān)

4　結(jié)論

(1)總體上,退耕自然封育草地和人工山杏林地,細(xì)根生物量都隨著退耕年限的增長呈現(xiàn)增加趨勢。人工沙棘林和人工山杏林的細(xì)根生物量大于退耕草地。不同植被群落細(xì)根生物量均表現(xiàn)出隨著深度的增加呈指數(shù)遞減規(guī)律。

(2)同一退耕年限下,自然封育的草地生態(tài)系統(tǒng)土壤含水量顯著大于人工山杏林和沙棘林；草地和山杏林群落中,土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性都隨著退耕年限的增加而增強(qiáng),并且組成更加合理,有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷含量也都呈增加趨勢,平均土壤含水量則呈減小趨勢；各個(gè)樣地中土壤有機(jī)質(zhì)、全氮隨著土層加深而逐漸減少,全磷含量在剖面的變化無明顯規(guī)律。

(3)細(xì)根生物量與土壤容重和團(tuán)聚體穩(wěn)定性有顯著的相關(guān)關(guān)系,植物細(xì)根在土壤結(jié)構(gòu)改善中起到了重要作用；土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性與土壤養(yǎng)分含量關(guān)系密切,呈極顯著正相關(guān)關(guān)系。