三種造林模式對北京北部人工水源涵養(yǎng)林地土壤肥力的影響研究

白 麟，楊建英，韓雪梅，王儉成

（1.北京林業(yè)大學(xué) 水土保持學(xué)院，北京 100083；2.北京林業(yè)大學(xué) 水土保持與荒漠化防治教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100083）

三種造林模式對北京北部人工水源涵養(yǎng)林地土壤肥力的影響研究

白 麟1，2，楊建英1，2，韓雪梅1，2，王儉成1，2

（1.北京林業(yè)大學(xué) 水土保持學(xué)院，北京 100083；2.北京林業(yè)大學(xué) 水土保持與荒漠化防治教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100083）

為了認(rèn)識不同造林模式對人工水源涵養(yǎng)林土壤肥力的影響作用，2010年8月在北京市密云縣太師屯鎮(zhèn)人工水源涵養(yǎng)林試驗(yàn)示范區(qū)內(nèi)，選擇了2008年植造的油松＋五角楓＋紫穗槐（Ⅰ）、油松＋橡櫟＋五角楓（Ⅱ）和山桃＋板栗（Ⅲ）3種模式營造的人工林地，設(shè)置相對應(yīng)的3塊標(biāo)準(zhǔn)樣地1，2，3。對標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)土壤養(yǎng)分含量進(jìn)行了描述性統(tǒng)計(jì)分析，對土壤肥力進(jìn)行了綜合評價。結(jié)果表明：有機(jī)質(zhì)含量為油松＋橡櫟＋五角楓＞油松＋五角楓＋紫穗槐＞山桃＋板栗，標(biāo)準(zhǔn)地3的有機(jī)質(zhì)含量為11.3g/kg，比標(biāo)準(zhǔn)地1，2分別低54.3%和54%；全效氮與全效鉀含量為：油松＋五角楓＋紫穗槐＞油松＋橡櫟＋五角楓＞山桃＋板栗，全氮、全鉀含量分別為1.63，1.34，0.80g/kg和2.65，2.32，1.71 g/kg。速效鉀分別為48.45，96.65，37.75mg/kg。針闊混交林植物種類豐富，郁閉度大，枯落物積累數(shù)量多，對水源涵養(yǎng)林土壤肥力改善較為明顯。

人工水源涵養(yǎng)林；造林模式；土壤肥力

水源涵養(yǎng)林是具有特殊意義的水土防護(hù)林種之一，泛指河川、水庫、湖泊的上游集水區(qū)內(nèi)大面積的原有林（包括原始森林和次生林）和人工林［1］。土壤肥力是土壤物理化學(xué)因素和生物因素等綜合作用的結(jié)果，可以反映土壤為植物生長提供營養(yǎng)和環(huán)境條件的能力。人工水源涵養(yǎng)林是保護(hù)水庫水源地水質(zhì)、防止水土流失的有效植被類型，對改善土壤的理化性狀和提高土壤肥力具有重要作用。近些年，國內(nèi)外一些專家學(xué)者在人工水源涵養(yǎng)林的培育技術(shù)、經(jīng)營模式、探討不同森林類型與土壤肥力和水源涵養(yǎng)功能的關(guān)系以及人工林生態(tài)效益評價等方面進(jìn)行了一些研究［2－7］，對防止人工林地土壤肥力衰退，合理經(jīng)營森林資源，從而實(shí)現(xiàn)人工林的可持續(xù)發(fā)展具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

本研究通過對位于北京市密云水庫上游的太師屯鎮(zhèn)水源涵養(yǎng)林示范區(qū)內(nèi)3種不同造林模式水源涵養(yǎng)林的土壤養(yǎng)分含量變化進(jìn)行分析，探討不同模式水源涵養(yǎng)林與土壤肥力的關(guān)系，以便從造林的角度探討如何合理利用土壤，提高林地生產(chǎn)力，從而可以最大限度保持土壤肥力以及發(fā)揮森林的水源涵養(yǎng)功能。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于北京密云縣太師屯鎮(zhèn)黃各莊村，北緯40°28′46.96″，東經(jīng)117°00′27.30″，西臨密云水庫東岸，地勢由東北向西南傾斜，至密云水庫岸邊達(dá)最低點(diǎn)。該區(qū)氣候類型屬于暖溫帶半濕潤季風(fēng)性氣候，年均氣溫10～15℃，平均最低氣溫－18℃，平均最高溫38℃；無霜期176d，日照總時數(shù)2 800h，多年平均降水量605.5mm，主要集中在6—8月，占全年降雨量的65%～75%。土壤以山地淋溶褐土為主，坡地土質(zhì)為壤質(zhì)和石礫質(zhì)，溝谷階地則為壤質(zhì)和沙質(zhì)土，土層較薄。研究區(qū)以人工植被為主，包括刺槐（Robinia pseudoacaciaL）林，油松（Pinus tabuliformis）林，側(cè)柏（Platycladus orientalisLinn.Franco）林，楊樹（Populus tomentosaCarr）林，還有經(jīng)濟(jì)林如板栗（Castanea mollissima）林、蘋果（Castanea mollissima）、梨（Pyrusspp.）和核桃（Juglans regia）等，天然次生林包括楊樹、樺樹（Betula）林等。

2 研究方法

2.1 標(biāo)準(zhǔn)地的選設(shè)

按照立地條件相同、林分特征相似的標(biāo)準(zhǔn)，在試驗(yàn)示范區(qū)內(nèi)選定在2008年?duì)I造的3塊不同造林模式水源涵養(yǎng)林地進(jìn)行試驗(yàn)調(diào)查。3種造林模式基本概況見表1。

表1 3種不同造林模式概況

分別在每個標(biāo)準(zhǔn)地從坡上和坡下布設(shè)2塊標(biāo)準(zhǔn)樣地，標(biāo)準(zhǔn)樣地的面積為400m2（20m×20m）。標(biāo)準(zhǔn)樣地基本概況見表2。

表2 標(biāo)準(zhǔn)樣地基本概況

2.2 土樣采集與測定

在每個標(biāo)準(zhǔn)樣方內(nèi)按“S”形走向分別在坡上、坡下各選取6個樣點(diǎn)挖掘土壤剖面，采集0—40cm層的混合土壤標(biāo)本，分裝后將土樣帶回實(shí)驗(yàn)室風(fēng)干、研磨，進(jìn)行分析。

將水土以質(zhì)量比2.5∶1.0混合后，用pH計(jì)測土壤pH值；有機(jī)質(zhì)用重鉻酸鉀容量法測定；全N用半微量凱氏法測定；用氫氧化鈉堿熔法將土壤樣品熔融后提取待測液，用鉬藍(lán)比色法測定全P；火焰光度計(jì)測全K；有效N用堿解擴(kuò)散法測定；用0.5mol/L的碳酸氫鈉提取土壤樣品后，用鉬藍(lán)比色法測定有效P；用1mol/L的中性醋酸鈉提取土壤樣品后，用火焰光度計(jì)測定有效K［8］。

2.3 數(shù)據(jù)處理

所有數(shù)據(jù)采用Excel 2007軟件處理。以下文中所涉及數(shù)據(jù)為6個數(shù)值的平均值。

3 結(jié)果與分析

3.1 土壤pH和有機(jī)質(zhì)特征比較

從表3可以看出，標(biāo)準(zhǔn)地3的酸性最弱，pH值為6.70，酸性最強(qiáng)的是標(biāo)準(zhǔn)地1，pH值為6.34。標(biāo)準(zhǔn)地3與1，2標(biāo)準(zhǔn)地pH值差異顯著，而標(biāo)準(zhǔn)地1，2之間的差異并不顯著。這主要和標(biāo)準(zhǔn)地1，2中的針葉樹種有關(guān)，當(dāng)表層有較多的根系分布時，油松根系正常呼吸產(chǎn)生的CO2及根分泌的有機(jī)酸和H＋，使土壤pH值降低；另一方面由于針葉樹凋落物中含有大量不易分解的單寧、樹脂等，分解后產(chǎn)生酸性物質(zhì)［9］，使土壤的pH值降低。

土壤有機(jī)質(zhì)是土壤固相部分的重要組成部分，是植物養(yǎng)分和土壤微生物生命活動的能量來源［10］。從表3看出，各標(biāo)準(zhǔn)地有機(jī)質(zhì)含量的大小順序?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)地2＞標(biāo)準(zhǔn)地1＞標(biāo)準(zhǔn)地3。其中，標(biāo)準(zhǔn)地3的有機(jī)質(zhì)含量明顯低于標(biāo)準(zhǔn)地1，2，僅為11.3g/kg，比1，2標(biāo)準(zhǔn)地分別低54.3%和54%。這是由于標(biāo)準(zhǔn)地1，2中荊條、紫穗槐等灌木及五角楓等生長速度較快，會產(chǎn)生大量的枯枝落葉，從而增加了土壤中有機(jī)制的含量。這說明喬灌混交林在增加土壤有機(jī)質(zhì)和改善土壤肥力方面具有較大的潛力，較為適合人工林的營建。坡下有機(jī)質(zhì)含量均高于坡上，這主要是由于坡下水分條件較好，加之降水的沖刷使得坡下土壤養(yǎng)分含量較高，坡下林木生長狀況及其林下植被的豐富程度均明顯優(yōu)于坡上?？葜β淙~的大量聚集、腐化，從而增加了坡下土壤有機(jī)質(zhì)的含量。

表3 3種不同模式水源涵養(yǎng)林地土壤pH值與有機(jī)質(zhì)含量

3.2 土壤全量養(yǎng)分特征分析

土壤中全磷、全氮和全鉀的含量能反映土壤“營養(yǎng)庫”中養(yǎng)分總儲量水平［11］。3種造林模式的土壤全量養(yǎng)分含量見表4。

3種造林模式下氮、鉀的含量順序均為：標(biāo)準(zhǔn)地1＞樣準(zhǔn)地2＞標(biāo)準(zhǔn)地3。全氮含量分別為：1.63，1.34，0.80g/kg。全鉀含量分別為：2.65，2.32，1.71 g/kg?；谙嗤瑩嵊芾硐碌脑炝值睾砍尸F(xiàn)出差異性，主要原因在與針闊混交林模式下，樹木生長速度較快，植被的多樣性增加了土壤溫度，在土壤水分含量適宜時可以增加微生物活動，從而加快有機(jī)質(zhì)分解［12－13］，提高土壤有機(jī)氮含量。

表4 3種不同模式水源涵養(yǎng)林地土壤全量養(yǎng)分含量 g/kg

3.3 土壤速效養(yǎng)分特征分析

養(yǎng)分總量中速效養(yǎng)分的含量雖然很少，但它是反映土壤供應(yīng)養(yǎng)分能力的重要指標(biāo)。土壤中鉀能夠加速植物對CO2的同化過程，從而促進(jìn)碳水化合物的轉(zhuǎn)移，因此它是植物必需的元素，并且廣泛地存在于土壤和動植物體內(nèi)。而且，鉀還能減少植物的蒸騰，來調(diào)節(jié)植物組織中的水分平衡，從而提高植物的抗旱性。土壤全磷中，只有很少一部分是可以被植物直接吸收的，稱為速效磷［14］，它對植物生長也具有重要意義。

從表5中可以看出，3種造林模式下速效鉀、速效氮與速效磷的含量表現(xiàn)出同樣的規(guī)律：1，2號標(biāo)準(zhǔn)低的含量均高于3號標(biāo)準(zhǔn)地，3種造林模式下速效鉀分別為48.45，96.65，37.75mg/kg。這是由于3號標(biāo)準(zhǔn)林分結(jié)構(gòu)相對單一，林下枯落物對土壤中養(yǎng)分流失攔截效果較小，所以土壤養(yǎng)分更易流失。

表5 3種不同模式水源涵養(yǎng)林地土壤全量養(yǎng)分含量 mg/kg

3.4 3種造林模式水源涵養(yǎng)林地土壤肥力的綜合評價

將3塊標(biāo)準(zhǔn)地土壤中各養(yǎng)分的含量與全國第二次土壤普查養(yǎng)分分級標(biāo)準(zhǔn)（表6）進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，1號與2號標(biāo)準(zhǔn)地的有機(jī)質(zhì)含量處于第3等級，而3號標(biāo)準(zhǔn)地處于第4等級。全效氮含量1，2標(biāo)準(zhǔn)地分別處于2，3等級，而3號標(biāo)準(zhǔn)地處于第5等級。速效鉀處于4－5等級。速效氮除3號地水平較低處于第5等級外，1，2號標(biāo)準(zhǔn)地分別處于2，3較高等級。3塊標(biāo)準(zhǔn)地速效磷的含量均處于較低的5－6等級。綜合而言，土壤肥力綜合評價順序是：1油松＋五角楓＋紫穗槐＞2油松＋橡櫟＋五角楓＞3山桃＋板栗。

太師屯人工水源涵養(yǎng)林地的土地相對較為貧瘠，土壤肥力處于中等偏下水平。土壤有機(jī)質(zhì)含量偏低，由于闊葉林自肥能力較高，針闊混交林有機(jī)質(zhì)含量明顯高于純林。全氮、速效氮處于中等水平，沒有表現(xiàn)出明顯的缺乏現(xiàn)象。而3塊標(biāo)準(zhǔn)地中磷的含量均處于低水平狀態(tài)，這與當(dāng)?shù)氐耐寥滥纲|(zhì)、農(nóng)業(yè)施肥及耕作習(xí)慣有關(guān)。

表6 全國第二次土壤普查養(yǎng)分分級標(biāo)準(zhǔn)

4 結(jié)論

3種造林模式對太師屯人工水源涵養(yǎng)林地土壤肥力有明顯影響。3種造林模式下土壤酸性的大小為油松＋五角楓＋紫穗槐＞油松＋橡櫟＋五角楓＞山桃＋板栗。有機(jī)質(zhì)含量為油松＋橡櫟＋五角楓＞油松＋五角楓＋紫穗槐＞山桃＋板栗。土壤全量養(yǎng)分油松＋五角楓＋紫穗槐模式含量最高，山桃＋板栗模式含量最低。速效養(yǎng)分中速效鉀與速效磷在油松＋橡櫟＋五角楓模式中表現(xiàn)最優(yōu)，在山桃＋板栗模式下表現(xiàn)最差。而速效氮在油松＋五角楓＋紫穗槐模式下表現(xiàn)最優(yōu)，在山桃＋板栗模式下表現(xiàn)最差。

此外，林地土壤肥力隨著坡位的變化也差異明顯。土壤養(yǎng)分含量除速效鉀外仍然隨著種植坡位的下降而增加，其中有機(jī)質(zhì)、速效氮、速效磷含量增加顯著。不同坡位土壤養(yǎng)分的差異可能與林地水土流失導(dǎo)致的土壤養(yǎng)分在下坡位的富集有關(guān)。因此，應(yīng)該注重加強(qiáng)上坡位林分的結(jié)構(gòu)配置來改善土壤養(yǎng)分。

太師屯人工水源涵養(yǎng)林地土地相對較為貧瘠、土壤有機(jī)質(zhì)含量處于中等水平。氮、鉀含量處于中下水平，磷嚴(yán)重缺乏。所以在當(dāng)?shù)貭I造人工林時要注意結(jié)合土壤肥力狀況，選擇適宜樹種，做到因地制宜，適地適樹。

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Study on the Influence of Three Afforestation Models on Soil Fertility of Artificial Water Conservation Forest in North of Beijing

BAI Lin1，2，YANG Jian－ying1，2，HAN Xue－mei1，2，WANG Jian－cheng1，2
（1.College of Soil and Water Conservation，Beijing Forestry University，Beijing100083，China；2.Key Lab Soil and Water Conservation and Desertification Combating，Beijing Forestry University，Ministry Education，Beijing100083，China）

In order to understand the effect of different afforestation models on soil fertility of artificial water conservation forest，in August 2010，we chose three afforestation models：Pinus tabuliformis＋Acer elegantulum＋Amorpha fruticosaL.（Ⅰ），Pinus tabuliformis＋Quercus mongolica＋Acer elegantulum（Ⅱ）andAmygdalus davidaiana＋Castanea mollissima（Ⅲ）which were planted in Experimental Area of Artificial Water Conservation Forest in Taishitun town，Miyun county，Beijing，2008，set three plots in corresponding afforestation models：standard one（S1），standard two（S2）and standard three（S3）.The soil fertility of the three models of water conservation forest was evaluated by applying descriptive statistical analysis.The results show that：the order of soil organic matter status in each forest isⅡ＞Ⅰ＞Ⅲ，the organic matter content of S3was 11.3g/kg，which was 54.3%and 54%lower than that of S1and S2，respectively；the oder of total N and total K contents isⅠ＞Ⅱ＞Ⅲ，the contents of total N inⅠ，ⅡandⅢ were and 1.63g/kg，1.34g/kg and 0.80g/kg；the contents of total K inⅠ，ⅡandⅢ were 2.65g/kg，2.32g/kg and 1.71g/kg，respectively；the contents of the available K inⅠ，Ⅱ and III were 48.45mg/kg，96.65mg/kg and 37.75mg/kg.The botanic species is abundant，forest canopy closure is high and quantity of litter accumulation is much in the mixed needleleaf and broadleaf forest，which significantly improves soil fertility in artificial water conservation forest.

artificial water conservation forest；afforestation models；soil fertility

S714.8；S727.21

A

1005－3409（2011）06－0075－04

2011－04－21

2011－06－17

“十一五”國家林業(yè)科技支撐計(jì)劃課題（2006BAD03A1801）

白麟（1985－），男，陜西甘泉縣人，在讀碩士研究生，主要從事水土保持、農(nóng)業(yè)建筑及小城鎮(zhèn)規(guī)劃研究。E－mail：bailin＠bjfu.edu.cn

楊建英（1965－），女，河北行唐人，博士，副教授，主要研究方向：工程綠化、水土保持。E－mail：jyyang＠bjfu.edu.cn