川南坡地幾種退耕模式對(duì)土壤抗蝕性及有機(jī)質(zhì)組分的影響

川南坡地幾種退耕模式對(duì)土壤抗蝕性及有機(jī)質(zhì)組分的影響水土流失是當(dāng)今世界普遍關(guān)注的重大環(huán)境間題,退耕還林(草)是修復(fù)土壤、控制水土流失、改善生態(tài)環(huán)境的根本性措施。退耕還林后林間部分土地荒蕪,加之林木生長(zhǎng)緩慢,經(jīng)濟(jì)效益不高,如何兼顧與協(xié)調(diào)生態(tài)效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益三者的關(guān)系,選擇適宜的退耕模式成為迫切需要解決的問(wèn)題。論文從土壤抗蝕性和土壤有機(jī)質(zhì)組分著手,系統(tǒng)地研究了川南坡地及其退耕成慈竹林、雜交竹林、榿木+慈竹混交林和棄耕地5年后土壤養(yǎng)分、土壤層及枯落物層水源涵養(yǎng)功能、土壤抗蝕性、土壤分形特征及土壤有機(jī)質(zhì)組分(包括微生物量碳和氮、水溶性有機(jī)碳、活性有機(jī)碳、輕組有機(jī)碳和氮、顆粒有機(jī)碳和氮、腐殖質(zhì)組分碳和氮、有機(jī)碳和氮礦化、團(tuán)聚體中有機(jī)碳和氮)的變化,主要研究結(jié)果如下：1)退耕有利于土壤養(yǎng)分含量、微生物數(shù)量和酶活性的提高,不同退耕模式的土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、全磷、細(xì)菌、真菌、放線(xiàn)菌及總微生物數(shù)量、蔗糖酶、脲酶和磷酸酶活性的大小順序?yàn)椋捍戎窳?gt;雜交竹林>榿木+慈竹林>棄耕地>農(nóng)耕地；有效磷、速效鉀含量的大小順序?yàn)椋恨r(nóng)耕地>慈竹林>雜交竹林>榿木+慈竹林>棄耕地；全鉀含量的大小順序?yàn)椋捍戎窳?gt;雜交竹林>榿木+慈竹林=棄耕地>農(nóng)耕地,且0-15cm土層各指標(biāo)含量均高于15-30cm土層。土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、全磷和全鉀含量與蔗糖酶、磷酸酶、脲酶、微生物總數(shù)、細(xì)菌、真菌和放線(xiàn)菌數(shù)量之間呈極顯著正相關(guān)關(guān)系。2)不同退耕模式土壤物理性質(zhì)及其水源涵養(yǎng)功能差異明顯。慈竹林土壤總空隙度、最大持水量和毛管持水量大于雜交竹林、榿木+慈竹林和棄耕地；枯落物儲(chǔ)量、最大持水量和有效攔蓄量呈現(xiàn)出慈竹林>雜交竹林>榿木+慈竹混交林>棄耕地的變化規(guī)律。4種不同退耕模式枯落物持水量與浸泡時(shí)間的關(guān)系式為Q=alnt+b,在0-2h內(nèi),枯落物持水量迅速增加,此后增加速度逐漸減緩；其吸水速率與浸泡時(shí)間關(guān)系式為V=ktn,在0-2h內(nèi),枯落物吸水速率迅速下降,4h后下降速度逐漸減緩。綜合土壤層和枯落物層的綜合蓄水能力,慈竹林持水能力最強(qiáng),具有良好的生態(tài)水文功能。3)與農(nóng)耕地對(duì)照相比,退耕5年后土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體平均重量直徑、結(jié)構(gòu)性顆粒指數(shù)、團(tuán)聚狀況、團(tuán)聚度、物理穩(wěn)定性指數(shù)和有機(jī)質(zhì)增加,土壤結(jié)構(gòu)體破壞率、不穩(wěn)定團(tuán)粒指數(shù)、分散率、侵蝕系數(shù)和受蝕性指數(shù)降低。各模式土壤抗蝕性綜合主成分值為-4.466～3.436,呈現(xiàn)出慈竹林>雜交竹林>榿木+慈竹混交林>棄耕地>農(nóng)耕地的規(guī)律。土壤有機(jī)質(zhì)與大多數(shù)抗蝕性指標(biāo)具有顯著相關(guān)性,且與抗蝕性綜合主成分值呈極顯著正相關(guān),說(shuō)明坡地退耕后土壤有機(jī)質(zhì)增加是土壤抗蝕性增強(qiáng)的關(guān)鍵,坡地退耕成慈竹林更有利于增強(qiáng)研究區(qū)土壤抗蝕性。4)退耕后>0.25mm的土壤團(tuán)聚體和水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量均顯著增加,團(tuán)粒結(jié)構(gòu)分形維數(shù)介于1.377-2.826之間,且慈竹林<雜交竹林<榿木+慈竹林<棄耕地<農(nóng)耕地,并隨>0.25mm的土壤團(tuán)聚體及水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量的增加而降低。退耕后的慈竹林、雜交竹林、榿木+慈竹林和棄耕地的土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)分形維數(shù)與抗蝕性綜合主成分值、土壤理化性質(zhì)、微生物數(shù)量及酶活性相關(guān)性較好。農(nóng)耕地退耕對(duì)增加>0.25mm的土壤團(tuán)聚體及水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量和提高土壤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性具有較好的作用；土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)分形維數(shù)可以作為坡地退耕后土壤肥力和抗蝕性變化的理想指標(biāo),在研究區(qū)坡地退耕種植慈竹具有較好的培肥改土效益。5)退耕后土壤有機(jī)質(zhì)、粘粒(<0.001mm)含量、顆粒分形維數(shù)、顆粒組成中物理性粘粒(<0.01mm)與物理性砂粒(>0.01mm)含量的比值增加,呈現(xiàn)出慈竹林>雜交竹林>榿木+慈竹林>棄耕地>農(nóng)耕地的變化規(guī)律,各模式土壤顆粒分形維數(shù)在2.507-2.598之間。土壤顆粒分形維數(shù)與土壤物理性質(zhì)、抗蝕性綜合主成分值、養(yǎng)分含量、微生物數(shù)量和酶活性之間相關(guān)性較好。說(shuō)明農(nóng)耕地退耕對(duì)提高土壤粘粒含量、肥力水平及改善顆粒組成比例具有較好的作用；土壤顆粒分形維數(shù)可以作為坡地退耕后土壤肥力和抗蝕性變化的評(píng)價(jià)指標(biāo)。6)不同退耕模式土壤微生物量碳和氮含量以慈竹林為最高,且慈竹林>雜交竹林>榿木+慈竹林>棄耕地>農(nóng)耕地,各模式土壤微生物量碳和氮含量均為0-15cm土層高于15-30cm土層。退耕模式慈竹林、雜交竹林、榿木+慈竹林和棄耕地0-30cm土層土壤微生物量比農(nóng)耕地相比,微生物量碳分別高出111.6～147.0%,78.4～107.4%,59.2～83.9%,28.7～51.3%,微生物量氮分別增加92.1～107.8%,57.6～78.9%,45.7～62.3%,27.2～43.6%。水溶性有機(jī)碳含量排序同土壤微生物量碳和氮,各模式依次比農(nóng)耕地高出128.4～150.6%、79.2～105.9%、59.3～86.0%、35.8～55.5%,且均為上層大于下層土壤。說(shuō)明退耕有利于土壤微生物量碳和氮及水溶性有機(jī)碳含量的增加。土壤微生物量可以較為敏感地反映退耕地植被恢復(fù)對(duì)土壤性質(zhì)的影響。7)在不同退耕模式下土壤活性有機(jī)碳的含量為0.121-1.238g·kg-1。同一退耕模式下,上層土壤的活性有機(jī)碳(CL333)、中等活性有機(jī)碳(CL167)和高活性有機(jī)碳(CL33)的含量均高于下層,且CL333>CL167>CL33。各土層土壤活性有機(jī)碳(CL333)、中等活性有機(jī)碳(CL167)和高活性有機(jī)碳(CL33)含量及碳庫(kù)管理指數(shù)大小均為：慈竹林>雜交竹林>榿木+慈竹林>棄耕地>農(nóng)耕地；各模式土壤活性有機(jī)碳(CL333、CL167和CL33)含量均為0-15cm土層高于15-30cm土層。全氮、堿解氮、全磷、全鉀、細(xì)菌、真菌、放線(xiàn)菌、蔗糖酶、脲酶、磷酸酶和抗蝕性綜合主成分值與高活性有機(jī)碳、中等活性有機(jī)碳、活性有機(jī)碳及碳庫(kù)管理指數(shù)呈極顯著相關(guān),說(shuō)明全氮、堿解氮、全磷、全鉀、細(xì)菌、真菌、放線(xiàn)菌、蔗糖酶、脲酶和磷酸酶與土壤不同活度有機(jī)碳和碳庫(kù)管理指數(shù)關(guān)系密切,通過(guò)對(duì)土壤活性有機(jī)碳和碳庫(kù)管理指數(shù)的研究可以預(yù)測(cè)坡地退耕后土壤肥力和抗蝕性的變化。8)退耕后土壤輕組及重組有機(jī)碳和氮含量、輕組有機(jī)碳和氮分配比例、輕組及重組有機(jī)質(zhì)C/N比、輕組有機(jī)碳和氮儲(chǔ)量均呈現(xiàn)出慈竹林>雜交竹林>榿木+慈竹林>棄耕地>農(nóng)耕地的變化規(guī)律,且輕組及重組有機(jī)碳和氮含量、輕組有機(jī)碳和氮分配比例和輕組及重組有機(jī)質(zhì)C/N比均為0-15cm土層土壤高于15-30cm土層。9)退耕均能在不同程度上增加土壤顆粒有機(jī)碳和氮及礦質(zhì)結(jié)合有機(jī)碳和氮含量,提高土壤顆粒有機(jī)碳和氮分配比例及顆粒有機(jī)質(zhì)C/N,且上層土壤各指標(biāo)均高于下層。各模式顆粒有機(jī)碳和氮及礦質(zhì)結(jié)合有機(jī)碳和氮儲(chǔ)量均呈現(xiàn)出慈竹林>雜交竹林>榿木+慈竹林>棄耕地>農(nóng)耕地的趨勢(shì),與農(nóng)耕地相比,各退耕模式顆粒有機(jī)碳和氮儲(chǔ)量分別增加60.9%-162.4%和54.5%-136.5%,礦質(zhì)結(jié)合有機(jī)碳和氮儲(chǔ)量分別增加54.6%-119.8%和50.4%-103.4%。說(shuō)明退耕是增加土壤顆粒有機(jī)碳和氮及礦質(zhì)結(jié)合有機(jī)碳和氮的關(guān)鍵。10)土壤腐殖質(zhì)(胡敏酸、富里酸和胡敏素)及活性腐殖質(zhì)(活性胡敏酸和活性富里酸)組分碳、氮含量和可浸提腐殖質(zhì)(胡敏酸和富里酸)及活性腐殖質(zhì)組分碳、氮分配比例大小順序均為：慈竹林>雜交竹林>榿木+慈竹林>棄耕地>農(nóng)耕地,說(shuō)明慈竹林對(duì)增加土壤腐殖質(zhì)及活性腐殖質(zhì)組分碳、氮效果更為明顯。各退耕模式土壤活性腐殖質(zhì)碳和氮的增加率均分別高于腐殖質(zhì)碳和氮,說(shuō)明活性腐殖質(zhì)組分碳和氮較腐殖質(zhì)組分碳和氮對(duì)不同退耕模式的響應(yīng)更靈敏。11)不同退耕模式下各土層土壤有機(jī)碳礦化量差異顯著,其釋放C02-C量的大小順序?yàn)椋捍戎窳?gt;雜交竹林>榿木+慈竹林>棄耕地>農(nóng)耕地,且上層土壤高于下層。在培養(yǎng)的前5天,各土層土壤C02-C快速釋放,之后趨于平緩,整個(gè)培養(yǎng)期土壤有機(jī)碳累積礦化量呈曲線(xiàn)增加趨勢(shì)。與棄耕地相比,慈竹林、雜交竹林、榿木+慈竹林和農(nóng)耕地土壤中銨態(tài)氮、硝態(tài)氮和總無(wú)機(jī)氮含量均增加；0-30cm土層土壤氮凈礦化速率由大到小依次為慈竹林>雜交竹林>慈竹+榿木林>棄耕地>農(nóng)耕地,且差異顯著。12)不同退耕模式土壤各粒級(jí)團(tuán)聚體有機(jī)碳和氮含量順序均為慈竹林>雜交竹林>榿木+慈竹林>棄耕地>農(nóng)耕地,表明退耕后隨著植被的恢復(fù)土