三峡库区消落带不同人工植被土壤化学性质动态变化

【摘要】因三峡工程的建设,三峡水库每年均形成垂直落差达30m的三峡库区消落带。如何通过科学的植被恢复和重建,有效防止水土流失及侵蚀已成为三峡库区消落带的研究热点之一。消落带土壤是消落带生态服务功能得以有效发挥的基础和前提,研究人工植被构建后,三峡库区消落带土壤性质的时空变异特征有助于揭示植被重建对消落带土壤的影响,并为植被重建提供理论依据。因此,为揭示三峡库区消落带水文变化、人工植被构建对土壤化学性质的影响,以及消落带土壤化学性质在水分、植物两者交互作用下的动态变化特征,本研究采用室内模拟试验和野外原位试验相结合的方式,探究三峡库区消落带不同人工植被土壤化学性质(pH值、碳氮比、养分含量(尤其是氮、磷含量)等)的时空变化规律。首先,本研究模拟三峡库区消落带水位变化,设置正常供水(CK)、连续性水淹(CF)和周期性水淹-干旱(PF)三种水分处理,对无植物生长的土壤、湿地松(Pinuselliottii)幼苗盆栽土壤和枫杨(Pterocaryastenoptera)幼苗盆栽土壤的化学性质进行研究,结果表明：(1)水分处理对无植物空白土壤的除P、K含量以外的化学性质均有显著影响,时间因素对处于长期水淹的无植物生长的土壤磷含量无显著影响,而水淹-干旱交替条件下的无植物土壤磷含量则呈现出波动的变化趋势。(2)对于有植物生长的土壤,除水分处理对湿地松幼苗盆栽土壤的pH值无显著影响外,水分处理、时间因素和两者的交互作用对湿地松幼苗土壤的化学性质均有显著影响。对枫杨盆栽土壤而言,水分处理仅对土壤全钾含量无显著影响,时间仅对有机质含量无显著影响,水分与时间的交互作用显著改变了枫杨土壤的pH值和营养元素含量。(3)与无植物空白对照士壤相比,湿地松、枫杨幼苗盆栽土壤全氮与全磷含量有显著增加。其次,对三峡库区消落带人工植被示范基地(分别位于城区消落带和乡村消落带)固定样地的土壤化学性质进行研究,分析三峡库区消落带不同水文条件、土壤类型、海拔高度、人工植被类型土壤的化学性质随时间的变化趋势。研究内容包括不同海拔高程的裸地和人工植被土壤的pH值、碳氮比,和有机质、硝态氮、铵态氮、碱解氮、有效磷、速效钾、全氮、全磷、全钾含量。其中,城区消落带人工植被主要包括扁穗牛鞭草(Hemarthriacompressa)狗牙根(Cynodondactylon)、小巴茅(Saccharumspontaneum),乡村消落带人工植被主要包括落羽杉(Taxodiumdistichum)、柳树(Salixmatsudana)、扁穗牛鞭草、狗牙根、柳树+扁穗牛鞭草、柳树+狗牙根。分别于2012年夏季、2013年3月、2013年5月、2013年7月、2013年9月进行野外调查取样。由于水文条件的不同,城区消落带的土壤取样在172～175m海拔高程进行,乡村消落带的土壤取样则分170～175m、165～170m、160-165m三个海拔高程进行。研究表明,库区消落带土壤具有一定的时空变异性。消落带水文变化和植物均可改变土壤的化学性质。受水文等因素的影响,消落带土壤养分含量并不随土壤深度的增加而降低。土壤pH值在水淹后有向中性发展的趋势。人工植被土壤的碳氮比低于裸地土壤。此外,在对城区消落带土壤化学性质动态变化的研究中还发现：(1)除水文因素外,其他因素(如城市污水的排放、研究区域强烈的人为干扰、地表径流带来的点/面源污染等)也可能影响城市消落带土壤的化学性质。(2)裸地土壤的碱解氮含量在水位下降后较高；有效磷含量在2012年6月最大；土壤全磷、全钾含量在研究后期有所增加。因此,需要特别注意该城区消落带裸地土壤在水位变动下,土壤向下或水体中释放P元素的风险,加强对水体含磷量的监测。(3)尽管嘉陵江消落区和长江干流消落区均属于重庆主城区消落带,但两个消落区内裸地土壤营养元素含量存在一定差异。总体上,长江干流消落区土壤养分含量较高。(4)人工植被的构建有助于该区域大多数土壤养分的提高。几种人工植被类型中,狗牙根对土壤有机质含量的提升作用最为明显。尽管为同一个物种,也会因生境的不同而对土壤营养元素含量产生不同程度的影响。(5)含沙量较高的城区消落带土壤全氮含量极低,导致较高的土壤碳氮比。研究区域内,土壤全氮含量与有机质含量呈显著正相关,因此该消落带土壤氮形态可能主要以有机氮的形式存在。同时,在乡村消落带土壤化学性质的动态变化研究中发现：(1)对于裸地土壤,pH值随海拔的降低而升高。水淹-干旱交替频率更高的165-170m土壤和水分含量较高的160～165m段土壤有机质含量高于170～175m海拔段土壤。土壤铵态氮、有效磷含量随海拔的增加而降低。(2)人工植被土壤的碳氮比在蓄水后略有下降,之后回升并逐渐趋于平稳。碱解氮含量在不同人工植被土壤中随时间的变化不如铵态氮、硝态氮敏感,为深入研究消落带土壤氮素的转化过程,有必要进行土壤硝态氮、铵态氮的研究。(3)几种不同的人工植被构建方式中,柳树纯种的构建方式对土壤有机质含量的增加最为明显。不同植物对土壤营养元素含量的改变不同,即便是同一种植物,也会对不同海拔的土壤营养元素含量产生不同的影响。(4)该研究区域的土壤全氮除大部分的有机态外,还有其他含氮成分。需要特别注意的是,人工植被构建(尤其是落羽杉、柳树纯种的植被构建方式)后,植被生长良好时,因土壤氮、磷含量的增加(尤其是磷)而可能产生的水体富营养化风险。
【作者】杨予静；
【导师】李昌晓；
【作者基本信息】西南大学，生态学，2014，硕士
【关键词】三峡库区；消落带；人工植被构建；土壤化学性质；

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