鄂西南喀斯特地区植被恢复后土壤性质变化及其影响因素研究

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石漠化是西南喀斯特地区普遍存在的生态环境问题,在大规模“退耕还林”等生态政策的实施背景下,西南喀斯特地区生态修复取得了良好成效。然而,植被恢复过程中土壤性质的演变机理及其影响因素尚不明晰,相关研究对喀斯特地区政策生态环境、水土防止及政策实施有重要意义。本研究以鄂西南喀斯特不同植被类型表层土壤为研究对象,比较不同岩性及环境因子影响下土壤性质的控制性因素,解析植被恢复背景下土壤理化性质变化及其影响因素,以期为喀斯特地区土壤性质演变研究和政府决策提供一定的科学依据。研究结果表明:(1)碳酸盐岩发育的土壤具有富钙镁和易风化溶蚀的特性,导致喀斯特地区表层(0~15cm)土壤养分有机碳、总氮和砂粒含量高于非喀斯特地区,粘粒则相反。浅薄的土壤层使喀斯特地区单位土体养分总量有限且有效性低。耕作活动会显著(p<0.05)加剧土壤养分的流失,非喀斯特地区则还会导致粘粒增加和砂粒的减小,进一步增加了极端气候下(特别是暴雨引发的洪水)粘粒流失的风险。岩性差异导致土壤性质变化的主控因子不一致,喀斯特地区裸岩率解释了土壤性质63.6%的变异,与土壤有机碳和总氮呈显著(p<0.05)正相关关系。非喀斯特地区除了土地利用类型外(43.8%),海拔(27.5%)梯度上温度的差异也对土壤性质变化产生重要影响,随海拔升高而降低温度减少了凋落物的产生和有机物的分解速率,导致有机碳和总氮积累量增加。因此,对区域尺度土壤性质的预测需要关注岩性等环境因子对土壤理化性质的影响。(2)相对于耕地,经过15年左右的植被恢复后,人工林和撂荒两种恢复方式下土壤养分含量得到了显著提升,但与次生林土壤养分仍存在较大差异。人工林和撂荒地之间土壤养分含量无显著性差异,意味着短期的恢复方式无法判定哪种方式更有利。海拔是影响植被恢复背景下土壤养分变化的重要环境因子,耕地所有土壤养分指标与海拔均无相关性,意味着人为因素可能是主要驱动因子。人工林和撂荒地土壤养分整体上表现出随海拔增加养分含量降低的变化趋势,不同海拔梯度植被恢复导致的生物量差异(即低海拔地区植被恢复效果优于高海拔地区)是可能的影响因素。综上所述,植被恢复有利于养分的提升,且受到海拔的影响。(3)相较于其他三种土地利用类型,次生林表层土壤孔隙性质(总孔隙度和毛管孔隙度)、土壤质地(砂粒和粉粒)及容重与其他三种土地利用类型均存在显著差异。植被恢复过程中环境因子对土壤性质产生一定的影响,人工林和撂荒地中海拔和温度对土壤性质尤其是质地影响显著(p<0.05),随海拔的升高粘粒含量减小而砂粒含量增加。植被恢复对土壤物理性质影响较小,人工林和撂荒地土壤物理性质指标与耕地之间均无显著性差异,可能需要更长时间序列的监测。
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