土壤颗粒组成和养分是土壤环境的一部分,对退耕地植被恢复具有极其重要的作用,影响其恢复的程度和速度,并协调着植物生长的环境条件及营养物质的供给。在未采取退耕措施的农田上和退耕1~8 a间,一年生草本植物大量生长,消耗养分的同时其枯枝落叶也有利于土壤养分在表层的积累。随着退耕年限的增加,植物种类及数量逐渐增多,一部分养分被逐渐消耗,土壤养分含量降低; 退耕30~40 a,伴随着一年生草本的消失,多年生草本及灌木植物开始生长并逐渐稳定,最终使植物生长与土壤养分的相互关系达到一个稳定的平衡点[21]。本研究结果表明:(1)不同颗粒组成含量总体表现为砂粒>粉粒>黏粒>粗砂粒,在各退耕年限内表现为黏粒和粉粒含量随退耕年限增加而增加,而砂粒和粗砂粒含量随退耕年限增加而逐渐减少; 其中土壤表层0—20 cm土层中其含量变化较为剧烈,20—40 cm土层中变化较为稳定。其中黏粒结构在CK及退耕后4 a间,0—20 cm、20—40 cm两土层间含量存在显著差异,之后随退耕年限增加而趋于稳定,且两土层间差异不显著; 粉粒和砂粒结构含量在CK及退耕后2 a变化较为剧烈,且同一年限内0—20 cm,20—40 cm两土层间存在显著差异,之后也随退耕年限的增加两土层及各退耕年限间均差异不显著,逐渐趋于稳定状态; 而粗砂粒仅在CK及退耕后2 a含量较为稳定,退耕4~40 a间含量变化较大且存在不稳定性,同一年限两土层间存在显著差异。由此可以看出,石羊河下游青土湖区实施农田退耕措施后土壤颗粒组成发生较大变化,随着退耕年限的增加,土壤颗粒向逐渐细化的趋势发展,砂粒和粗砂粒含量随退耕年限增加而逐渐减少,有利于土壤中养分固持能力增强,从而对养分变化及植物养分的吸收产生重要影响。(2)3种土壤养分在土层中的含量变化趋势均为0—20 cm>20—40 cm,总体表现为随退耕时间的延长而呈波动式下降的趋势,其中0—20 cm和20—40 cm土层中土壤有机质含量均在CK~8 a间变化幅度较大,呈波动式下降趋势,在退耕后第4年出现一个上升的拐点,而在退耕后13~40 a间变化幅度较小,最终趋于稳定; 土壤全氮含量表现出和有机质相同的变化趋势。前人研究表明,土壤养分中的有机质和氮主要来源于上部植被凋落物的分解及根系分泌物[17],而本文中土壤中全氮含量表现为和有机质相同的变化趋势,也验证了这一结论,说明灌木与草本植被相比,其较深的根系对土壤中N 的消耗量较大,并且随着群落演替的进行,产生大量的枯枝落叶,使归还土壤的有机质不断增加,而土壤中的N元素可以通过有机质来供给,从而出现了上述现象,但本文中这两种养分同时在退耕后第4年出现增加的情况可能和退耕地上生长的豆科植物(如苜蓿等)有关[22]。土壤磷素是土壤中的矿质营养元素,在无外源施肥条件下,土壤磷含量主要来源于土壤母质以及大气沉降,本研究0—20 cm土层中土壤速效磷含量受退耕年限影响较大且变化较为剧烈,而20—40 cm土层中速效磷含量受退耕年限的影响较小,变化较为平缓,这种现象和杨万勤等[16]研究的关于草本植物对土壤表层P元素含量起决定作用、地表植物对土壤磷素具有生物表聚作用有关,而在土壤较深层中,只有当地上植物非常丰富时,这种现象才比较明显,但在干旱荒漠地区的退耕地上,这种结果很难实现,这可能也是不同年限退耕地中,0—20 cm土层速效磷含量显著大于20—40 cm土层的主要原因。
根据本研究结果并结合石羊河流域下游民勤绿洲退耕区的自然环境和地理条件,说明采用单纯的封育措施,促进植被恢复、改善区域生态环境仍需较长的时间,且手段较为单一的封育措施在改善生态环境的同时却忽视了经济的发展。因此,要加快退耕地植被恢复的进程,除需要适度的人为干预与调控外,还需引进演替后期的植物品种,在保护的基础上合理利用这些退耕地,修复生态条件并改善人居环境。