大熊猫国家公园映秀镇典型受损滑坡体土壤理化性质与植被恢复初探
时间：2023-04-15 14:10:04 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
黄尤优，杜雅莉，贺俊东，白文科，魏云鹏
(西华师范大学 a.生命科学学院，b.生态研究院，四川 南充 637009)
“5·12”汶川特大地震以及震后山体滑坡、泥石流等次生灾害造成了大面积的森林植被被直接掩埋或摧毁，受灾总面积约5.0×105km2，造成包括汶川、平武和理县等10个重灾县(市)森林植被的极大破坏，受损林地面积高达946 km2，森林覆盖率下降1.87%，显著改变了大熊猫国家公园的地形地貌、植被演替进程及土壤特性[1-2]。土壤作为植物赖以生存的物质基础，其特征及其演变规律是评判植被恢复和生态系统功能恢复的重要依据，植被与土壤之间的相互促进与制约作用，决定着群落的发生、发育和群落演替的方向[3]，良好的土壤基础是植被恢复的首要保障。同时，土壤理化性质不仅直接影响着土壤的肥力状况，而且在持续培肥土壤、提高土壤生产力、促进植物的生长、实现土壤资源可持续利用等方面均具有十分重要的意义[3-4]。因此，探讨震后受损植物群落林下土壤理化性质特征对于揭示植被的自然恢复机理具有重要意义，为建立和完善西南重灾区大熊猫栖息地恢复与重建、生物多样性保护措施与对策提供科学依据。
近年来，我国学者对汶川震后受灾区域土壤理化性质的研究逐渐重视，赵丽丽等[5]对四川理县受灾区岷江柏人工林土壤理化性质的研究表明，受震后山体崩塌、滑坡、泥石流、土体断裂及掩埋等次生灾害影响，土壤均出现明显的退化现象。吴聪等[6]对震后四川龙门山地区土壤理化性质的研究表明，地震对土壤理化性质的影响仅有氨态氮存在扰动与空间区域的交互作用，地震有可能是通过对土壤剖面层次的破坏和扰动进而影响土壤理化性质，生态气候差异对于滑坡体土壤理化性质的改变效应是一个长期的过程。然而，震后森林土壤系统的变化研究大多集中在宏观层面上对水土流失和植被恢复的过程和变化开展实时监测[7-11]，对震后重灾区滑坡体土壤理化性质的研究较为缺乏，特别是灾后滑坡体上植被恢复与土壤之间的关系少有报道。本文通过对四川汶川县映秀镇典型受损滑坡体和未受损坡体的土壤物理性质进行野外实地调查与样品采集，结合室内理化性质测定与分析，探讨地震及其次生灾害对于植被和土壤的影响以及大面积滑坡体上受损植物群落的自然恢复演替过程及机理，以期为震后西南重灾区大熊猫国家公园的植被恢复与生态重建提供理论依据。
典型受损滑坡体(31°3′29.8′′N，103°29′34.5′′E)位于大熊猫国家公园汶川县映秀镇的红椿沟沟口左侧约780 m，整个滑坡体面积约27 375.63 m2，周长约689.29 m，海拔880～1 210 m，是进入红椿沟的必经之地。整个红椿沟流域汇水面积5.90 km2，主沟纵长3 600 m，最高点高程2 168.40 m，与岷江交汇处高程约880 m[12]。2010年继“5·12”特大地震后再次爆发“8·14”特大泥石流，造成岷江堵塞、洪水泛滥。地震前该区有约22户近80人居住，震后该村整体被后山崩塌而来的巨石破坏或掩埋，土石方量在1.0×106m3以上[13]。未受损坡体位于该典型受损滑坡体的右侧，未受到地震及次生灾害的影响，植被保存完好。经过前期野外实地考察，典型受损坡体上的植被多以自然恢复为主，属于次生演替，植被演替进展较为顺利。
2.1 土壤样品的采集及测定
分别对红椿沟典型受损滑坡体与未受损坡体进行野外实地调查和土壤样品采集，采样点位置及植被概况详见表1。采集样品时去除其上层的枯枝落叶及树根砾石等，利用环刀法取土，采集10 cm表土层土壤，编号装入自封袋中，称湿重并记录。通过室内自然风干，称其干重，研磨，分别过2 mm和0.25 mm尼龙筛以待测定。主要测试的物理指标包括：土壤砂粒含量、含水量、土壤表层土厚度和土壤容重等共计4项，具体测试方法参见《土壤调查实验室分析方法》[14]。化学指标包括：土壤pH值、盐度、有机质、全氮、全磷、速效钾和镁浓度等共计7项，其中，土壤pH值采用酸度计(瑞士梅特勒)法测定[15]；
土壤有机质含量采用燃烧法，用碳氮分析仪(Elementar Vario TOC)测定；
全氮和全磷分别采用凯氏法和钼蓝法，用全自动间断化学分析仪(CleverChem200+)测定；
速效钾和镁浓度使用岛津原子吸收分光光度仪(SHIMADZU AA-7000)测定。
2.2 植物群落样方调查
根据实际地形条件，分别对典型受损滑坡体和未受损坡体沿海拔从低至高依次设置水平样带，其中受损滑坡体7条，未受损坡体8条；
同时在每条样带内根据乔木、灌丛、草本的分布情况设置共39个样方(表1)，具体布设方法参考Huang等[16]，分别记录植物物种数、植被郁闭度等。
2.3 数据分析与处理
采用SPSS 22.0软件对各项指标进行独立样本T检验，各林地采样点的土壤理化性质数值用平均值±标准差[8]表示。
3.1 典型受损滑坡体与未受损坡体土壤物理性质分析
典型受损滑坡体与未受损坡体的土壤含水量、表层土厚度和土壤容重等物理指标的测定结果显示(表2)：典型受损滑坡体土壤含水量为13.20%，仅为未受损坡体的59.46%；
表层土厚度为15.82 cm，仅为未受损坡体的56.04%；
土壤容重为0.93 g·cm-2，仅为未受损坡体的78.81%。典型受损滑坡体土壤含水量、表层土厚度和土壤容重均显著低于未受损坡体(P<0.05)。通过现场勘查，典型受损滑坡体下层土体中碎石、砾石含量很高，土壤中沙砾含量明显高于未受损坡体。一方面由于地震扰动导致粗骨土增加，另一方面受震后次生灾害泥石流、崩塌等影响，大量植被被破坏，导致水土保持能力不足，在降雨等情况下，土壤大量流失，土壤细颗粒物大量侵蚀，地表裸露，故土壤含水量和土壤容重大幅度降低。
表1 采样点地理分布及植被概况
表2 不同坡体土壤物理性质对比
3.2 典型受损滑坡体与未受损坡体土壤化学性质分析
典型受损滑坡体与未受损坡体土壤全氮、全磷、速效钾和有机质含量等7项化学指标的测定结果显示(表3)：典型受损滑坡体全氮含量为1.172 g·kg-1，显著低于未受损坡体；
全磷含量为1.020 g·kg-1，显著高于未受损坡体。根据野外实地勘察，可能由于滑坡体在恢复过程中受到了人类干预，大范围人工栽植厚朴(Magnoliaofficinalis)，并伴有施加肥料等行为，造成了滑坡体的全磷含量显著高于未受损坡体。速效钾是土壤中容易为植物吸收利用的钾素，速效钾的含量与植物生长密切相关，但在两个坡体上并无明显的差异。同时，地震在很大程度上引起了土壤剖面扰动，导致不同采样点土壤养分含量出现较大波动和明显降低，导致受灾坡体土壤全氮含量出现显著下降，与赵丽丽[8]对四川理县典型受灾区土壤理化性质的研究结果一致。由表3可知，典型受损滑坡体土壤pH值和盐度分别为7.240和0.470 g·kg-1，显著高于未受损坡体；
而土壤镁浓度为2.705 g·kg-1，显著低于未受损坡体；
有机质含量差异不明显。典型受损滑坡体pH值高于未受损坡体，可能是滑坡体碎石多、土壤少，盐基成分含量高的岩石(如石灰岩等)风化后产生的大小颗粒中极细的土壤胶体吸附有氢、钠、钾、钙、镁等离子，与土壤溶液中的离子处于动态平衡状态，影响了土壤酸碱性。结合野外实地调查发现，该典型受损滑坡体土壤发育还处于初级阶段，是由出露地表的砂岩母质发育而来，砂岩中含的矿物质和盐分物质较多，因而比未受损地区由植被枯落物腐殖质形成的土壤盐分高。典型受损滑坡体土壤的镁浓度低于未受损坡体，与前人的研究结果一致[17-18]，主要是由于滑坡体植被稀少，对土壤的水分和养分的保持能力不足，造成镁浓度明显低于未受损坡体。有机质含量在2个坡体变化不明显，主要是因为人类活动以及次生灾害共同干预的结果。
表3 不同坡体土壤化学性质对比
3.3 典型受损滑坡体与未受损坡体植被郁闭度与物种数分析
植物群落样方调查结果显示(表1和图1)：典型受损滑坡体植被平均郁闭度显著低于未受损坡体(P=0.042)，并且离散性很大；
植物物种数也显著低于未受损坡体(P<0.01)，主要原因是受震后滑坡、崩塌、泥石流等次生灾害的共同影响导致该区域的植被严重受损与植物物种数量的丧失。除人为因素的影响，未受损坡体的土壤条件更有利于植被的生长发育。
汶川地震及震后次生灾害对大熊猫国家公园映秀镇红椿沟的典型受损滑坡体土壤理化性质有强烈影响，山体滑坡不仅对植被造成严重破坏，而且还造成土壤养分的大量流失，土壤含水量、表层土厚度和容重明显降低，土壤明显退化；
通过与相邻未受损坡体土壤化学性质的比较发现，典型受损滑坡体土壤的镁浓度、全氮含量减少，而土壤pH值、全磷浓度增高。理论上，山体滑坡后土壤的速效钾、有机质、全磷、镁浓度、全氮浓度均应减少[19-21]，然而红椿沟典型受损滑坡体的有机质、全磷和速效钾的浓度并未减少，甚至全磷浓度显著增加。结合长期实地野外考察结果发现，造成上述现象的原因很可能是震后经过了几年植被自然演替的同时当地相关部门增加了人工恢复过程，栽植大量厚朴等植物，可能存在人为施肥；
同时，栽植植物的落叶逐渐形成腐质层，提高了其土壤理化性质的浓度，驱使其越来越接近未受损坡体的土壤。其次，本研究调查过程中发现，典型受损滑坡体的下层土体中碎石、砾石含量很高，达10%～35%，并且地势陡峭、地形复杂，现场仅能采集到0～20 cm土层土壤开展理化性质分析，本研究中主要采集的是表层10 cm左右土层的土壤，未对20 cm以下土层用环刀精确地采集土壤样品，全磷浓度的显著增加也有可能与调查地土壤质地粗、样点数量少有关。受地震及次生灾害严重破坏，土壤的砂粒和粉粒含量明显增多，黏粒含量急剧减少；
同时，地震造成土壤团聚结构体被破坏，导致土壤颗粒缺乏有机质的胶结，进而土壤抗侵蚀能力减弱，发生黏粒淋失，土壤黏粒的减少直接导致土壤养分减少，如土壤全氮含量的明显降低和镁浓度的下降，与赵丽丽[8]、王文艳[22]、薛立等[23]的研究结果一致。
除此之外，红椿沟典型受损滑坡体土壤肥力与含水量显著低于未受损坡体，主要是震后山体崩塌、泥石流等次生灾害破坏了大量植被，严重影响了植被的保肥保水的能力[24-26]。同时，降雨影响下，滑坡体土壤流失严重，共同导致土壤的肥力和含水量的下降。建议应加强大熊猫栖息地重灾区的植被恢复，在自然恢复的基础上辅助栽培人工林，再通过增加土壤中的有机质、速效钾、全氮、全磷等含量来增强土壤肥力，共同加速植被恢复的演替进程。同时，结合近10年野外实地勘察结果，大熊猫国家公园映秀镇范围内大型滑坡体均可采用自然演替与人工栽培相结合的方式逐渐恢复本土植被。
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