北京地區(qū)重要古樹(shù)土壤物理性狀分析

文 璐，劉晶嵐，習(xí) 妍，張振明，王小平，陳俊崎，王春能

（1．北京林業(yè)大學(xué) 自然保護(hù)區(qū)學(xué)院，北京100083；2．北京市園林綠化國(guó)際項(xiàng)目合作管理辦公室，北京100029）

古樹(shù)名木是悠久歷史的見(jiàn)證，也是社會(huì)文明程度的標(biāo)志［1］，因此，保護(hù)古樹(shù)具有重要的意義。與此同時(shí)，對(duì)古樹(shù)進(jìn)行健康評(píng)價(jià)是了解古樹(shù)非常重要的環(huán)節(jié)之一。土壤作為植物根系生長(zhǎng)發(fā)育的基質(zhì)，不斷供給植物正常生長(zhǎng)所需的養(yǎng)分、水分等，協(xié)調(diào)這些物質(zhì)之間的供應(yīng)關(guān)系。而掌握土壤的各種物理特性正是發(fā)揮這種調(diào)節(jié)作用的前提，它影響土壤中植物營(yíng)養(yǎng)元素的有效性及供給能力［2］。土壤含水量、容重、孔隙度和緊實(shí)度是重要的土壤物理因子，其大小不僅影響著土壤的持水和溶解礦質(zhì)元素的性能，而且影響著植物的扎根和根系的吸水性能，進(jìn)而影響土壤肥力狀況和植物的生長(zhǎng)，因此，作為土壤健康重要指標(biāo)的土壤物理性質(zhì)，對(duì)研究古樹(shù)生長(zhǎng)健康有著極其重要的作用［3］。

國(guó)內(nèi)外對(duì)于土壤物理性狀的研究較多，烏云對(duì)大青山油松人工林的土壤物理特性及水分動(dòng)態(tài)進(jìn)行了深入的研究［4］；李啟洪等對(duì)一、二代馬尾松人工林的土壤物理性質(zhì)進(jìn)行比較分析［5］；劉晚茍等人通過(guò)對(duì)不同封育類型的植被特征和其對(duì)應(yīng)的土壤理化性質(zhì)測(cè)定，分析了其對(duì)植被生長(zhǎng)的影響［6］；張志云等對(duì)土壤物理性質(zhì)與林木生長(zhǎng)關(guān)系進(jìn)行了深入的探討［7］；劉克鋒等對(duì)北京一些名勝公園中的土壤性狀進(jìn)行了深入探討［8－9］；Tran等量化分析了鋸木屑的應(yīng)用對(duì)玉米產(chǎn)量和土壤物理化學(xué)性質(zhì)的影響［10］；Figueiredo等對(duì)三排種植的玉米和大豆的產(chǎn)量與根系分布和營(yíng)養(yǎng)吸收相關(guān)的土壤物理性質(zhì)之間的關(guān)系進(jìn)行研究［11］。綜觀以上研究，不難發(fā)現(xiàn)大部分研究主要集中在種群土壤物理性狀的研究，而對(duì)于古樹(shù)土壤物理性質(zhì)研究較少。

北京是我國(guó)古樹(shù)名木最多的城市［12］，據(jù)有關(guān)部門普查，北京有300年以上的一級(jí)保護(hù)古樹(shù)近萬(wàn)棵，100年以上的二級(jí)保護(hù)古樹(shù)4萬(wàn)多棵，共約5萬(wàn)多棵。北京的古柏、名松、古槐、古棗樹(shù)最具有歷史文化特色［13］。本文試圖通過(guò)對(duì)北京地區(qū)的白皮松、側(cè)柏、油松、國(guó)槐4種古樹(shù)進(jìn)行土壤物理性質(zhì)分析，從而為古樹(shù)土壤健康評(píng)價(jià)和古樹(shù)復(fù)壯技術(shù)提供理論依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

北京屬暖溫帶半濕潤(rùn)氣候區(qū)，四季分明，春秋短促，冬夏較長(zhǎng)。年平均氣溫13℃，年平均降雨量507．7 mm［14］。北京的古木很多，大部分分布在郊外的寺廟中，還有一些在市區(qū)內(nèi)的公園古跡中。該研究根據(jù)古樹(shù)分布的情況，研究區(qū)域集中在郊區(qū)的十三陵地區(qū)、西山林場(chǎng)以及市區(qū)內(nèi)二環(huán)內(nèi)北池子和南池子。

十三陵林場(chǎng)處于北京市西北郊昌平縣境內(nèi)，屬燕山系低山丘陵區(qū)，山地海拔為68．0～954．2 m。十三陵的古樹(shù)群以油松、側(cè)柏為主，其中油松400余株，占11%，側(cè)柏3 800余株，占88%，其余白皮松、銀杏、國(guó)槐占1%［15］。北京西山地區(qū)位于北京市西南郊，屬太行山余脈，地形為低山丘陵，平均海拔高度為300～400 m，最高海拔800 m，坡度15°～35°。西山臥佛寺林場(chǎng)與北京植物園、香山植物園和八大處公園相連，樹(shù)木長(zhǎng)勢(shì)優(yōu)良，生態(tài)環(huán)境良好，生態(tài)功能穩(wěn)定［16］。

2 研究方法

2．1 實(shí)地調(diào)查與樣品采集

2010年7 月下旬至10月上旬，在北京地區(qū)十三陵慶王墳、西山林場(chǎng)、十三陵永陵、北京二環(huán)內(nèi)四個(gè)區(qū)域，對(duì)古白皮松、古側(cè)柏、古油松、古國(guó)槐的生長(zhǎng)環(huán)境和立地條件以及形態(tài)特征等進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查。在此基礎(chǔ)上，選取有代表性的位置按土層0－10 c m和10－20 c m進(jìn)行采集后，將土樣進(jìn)行混合。

2．2 土壤物理性質(zhì)指標(biāo)測(cè)定分析

土壤含水量測(cè)定用烘干法，土壤容重測(cè)定采用環(huán)刀法，土壤總孔隙度依據(jù)土壤容重和土壤比重計(jì)算得出，毛管孔隙采用環(huán)刀浸水法，非毛管孔隙由總孔隙度和毛管孔隙計(jì)算得出。

所有數(shù)據(jù)采用 Excel 2007和SPSS 13．0進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析。

3 結(jié)果與分析

3．1 不同樹(shù)種土壤含水量比較

植物生長(zhǎng)過(guò)程中絕大多數(shù)水分都是由土壤提供，養(yǎng)分必須溶于水后方能為植物所吸收，并且土壤酶和微生物只有在一定濕度環(huán)境條件下才維持其較高活性。因此，土壤含水率的高低直接影響植物生長(zhǎng)狀況［19］。該研究的古樹(shù)土壤含水量統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表1所示，可以看出所有樣品的平均含水量為10．60%，變異系數(shù)57．50%，數(shù)值較大，土壤的含水量波動(dòng)比較大。

不同樹(shù)種土壤含水量之間差異并不顯著，4種樹(shù)種土壤含水量白皮松＞油松＞國(guó)槐＞側(cè)柏，白皮松和油松的含水量平均值較大，分別為12．80%和12．50%，側(cè)柏和國(guó)槐相對(duì)較小，分別為9．50%和10．10%。白皮松和油松的均值較大，說(shuō)明這兩種古樹(shù)土壤蓄積水的功能較強(qiáng)，使得上層土壤保持較高的土壤水分，以維持植被根系利用［20］。4種古樹(shù)的變異系數(shù)都比較大，白皮松的變異系數(shù)最大，為72．70%，說(shuō)明其含水量極其不均衡（表1）。

表1 土壤含水量統(tǒng)計(jì) %

3．2 不同樹(shù)種土壤容重比較

土壤容重可以反映土壤的孔隙狀況、松緊程度和土壤肥力等狀況，是土壤物理性質(zhì)的一項(xiàng)重要指標(biāo)［21］。疏松多孔、富含有機(jī)質(zhì)的土壤容重低，而堅(jiān)實(shí)致密、有機(jī)質(zhì)含量少的土壤容重較高。因此，容重對(duì)土壤疏松度和通氣性有直接影響，并影響植物根系生長(zhǎng)和生物量的積累，進(jìn)而影響土壤的滲透性和保水能力［22］。由此看來(lái)，土壤容重在古樹(shù)土壤健康評(píng)價(jià)中有重要的作用。該研究古樹(shù)土壤容重均值為1．20 g／c m3，變異系數(shù)為22．80%。

4種古樹(shù)土壤容重分析如表2所示，土壤容重均值大小表現(xiàn)為油松＞側(cè)柏＞國(guó)槐＞白皮松，但數(shù)值差別不大，在總均值1．20 g／c m3附近。說(shuō)明這4種古樹(shù)的土壤疏松度總體情況差別不大，土壤容重的平均值越小，土壤越疏松、通氣性能越好，具有較高的水源涵養(yǎng)和水土保持能力［23］。側(cè)柏和油松的變異系數(shù)相對(duì)較大，國(guó)槐的比較小，為13．80%，說(shuō)明國(guó)槐的土壤疏松度相對(duì)比較均衡。

表2 不同樹(shù)種的土壤容重統(tǒng)計(jì)

3．3 不同樹(shù)種土壤孔隙度比較

總孔隙主要包括毛管和非毛管孔隙，二者所起的作用不同。土壤孔隙直接影響到土壤中水、熱、氣、肥的分配，與土壤質(zhì)地，有機(jī)質(zhì)含量、結(jié)構(gòu)、容重等密切相關(guān)，可以說(shuō)它是土壤各因子的綜合反映［7］。影響土壤孔隙狀況的因素有很多，除了自然因素外，營(yíng)林生產(chǎn)過(guò)程中的人為干擾，也能顯著地改變土壤的孔隙狀況［15］。一般認(rèn)為，土壤中大小孔隙同時(shí)存在，若總孔隙度在50%左右，其中非毛管孔隙占20%～40%時(shí)，土壤透水性、通氣性和持水能力比較協(xié)調(diào)［24］。4種古樹(shù)土壤總孔隙度、毛管孔隙度和非毛管孔隙度的均值分別為20．72%，11．77%和8．96%，說(shuō)明土壤的通氣透水能力并不理想，總體以小孔隙為主，但差別不顯著，土壤相對(duì)緊實(shí)。

從表3中可以看出，油松的非毛管孔隙度均值最小，通氣透水能力最差。而白皮松和國(guó)槐的變異系數(shù)相對(duì)都比較小，土壤的通透性比較均衡。從表4中可知，側(cè)柏的毛管孔隙度均值最小，為10．72%，其他3種不存在顯著差異。表5表明，4種古樹(shù)的總孔隙度均值為20．22%～21．57%，差別很小，且它們的最大值都在35%左右，遠(yuǎn)小于50%，說(shuō)明這4種古樹(shù)的土壤通氣透水性能不良，不利于植被的生長(zhǎng)和植被水土保持。

表3 不同樹(shù)種的非毛管孔隙度 %

表4 不同樹(shù)種的毛管孔隙度統(tǒng)計(jì) %

表5 不同樹(shù)種的總孔隙度統(tǒng)計(jì) %

3．4 不同樹(shù)種土壤緊實(shí)度比較

土壤緊實(shí)度越大，土壤硬度也越大，植物根系在土壤中的穿插所受到的機(jī)械壓力也就越大。土壤緊實(shí)度對(duì)植物生長(zhǎng)和作物產(chǎn)量的影響是全球關(guān)注的問(wèn)題。人為因素以及土壤干旱等自然因素都會(huì)使土壤緊實(shí)度產(chǎn)生變化，從而影響植物賴以生存的土壤環(huán)境中水、肥、氣、熱的狀況，影響植物的生長(zhǎng)［6，25］。

由表6可以看出，在土層深度30 c m內(nèi)，4種古樹(shù)的土壤緊實(shí)度均值表現(xiàn)出國(guó)槐＞油松＞白皮松＞側(cè)柏，國(guó)槐土壤緊實(shí)度與油松、白皮松、側(cè)柏均表現(xiàn)為顯著性差異。國(guó)槐變異系數(shù)僅為1．67 kg／m2，而其余3個(gè)樹(shù)種變異系數(shù)均大于75%。這可能是因?yàn)閲?guó)槐位于城市道路兩側(cè)，受人為干擾較大，從而使得國(guó)槐緊實(shí)度表現(xiàn)出了一定的均質(zhì)性。

表6 不同樹(shù)種的土壤緊實(shí)度統(tǒng)計(jì)

4 結(jié) 論

白皮松、側(cè)柏、油松和國(guó)槐4種古樹(shù)土壤平均含水量為10．60%，平均容重為1．20 g／c m3，總孔隙度、毛管孔隙度和非毛管孔隙度的均值分別為20．72%，11．77%和8．96%，土壤緊實(shí)度均值為2．19 kg／m2。其中4種古樹(shù)的土壤含水量、土壤容重和孔隙度的差異均不顯著，土壤較為緊實(shí)，土壤通透性都不良，土壤緊實(shí)度地域性差異顯著。研究結(jié)果在一定程度上可指導(dǎo)部分古樹(shù)復(fù)壯和土壤改良技術(shù)［26］。

土壤物理特性除了受土壤本身特性影響以外，氣候條件和人為干擾都是影響其變化的主要因素。近年來(lái)北京氣候干旱，貯水下降，可能會(huì)對(duì)土壤物理性質(zhì)造成一定的影響；另一方面，調(diào)查區(qū)域附近受人為干擾嚴(yán)重，從而也可能會(huì)改變土壤的物理性質(zhì)；再者，由于采取的土壤樣品數(shù)量不一致，樣品采集時(shí)間不同也可能會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成一定的影響。

土壤物理特性的變化直接影響植物的生長(zhǎng)狀況［19，27－28］。通過(guò)本文研究，可初步判斷這4種古樹(shù)的土壤物理?xiàng)l件并不是最適合植物生長(zhǎng)的狀態(tài)。因此，以后的研究重點(diǎn)應(yīng)對(duì)古樹(shù)生長(zhǎng)狀況與土壤理化性質(zhì)進(jìn)行深入研究。

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