松嫩平原農(nóng)田和防護(hù)林土壤肥力差異

武 燕,王 瓊,仲召亮, 裴忠雪， 王文杰*

(1.東北林業(yè)大學(xué)森林植物生態(tài)學(xué)教育部重點實驗室，黑龍江哈爾濱 150040；2．大慶師范學(xué)院，黑龍江大慶 163712；3.中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所,吉林長春130102)

松嫩平原農(nóng)田和防護(hù)林土壤肥力差異

武 燕1,2,王 瓊3,仲召亮1, 裴忠雪1， 王文杰1*

(1.東北林業(yè)大學(xué)森林植物生態(tài)學(xué)教育部重點實驗室，黑龍江哈爾濱 150040；2．大慶師范學(xué)院，黑龍江大慶 163712；3.中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所,吉林長春130102)

摘要[目的]通過分析土壤肥力的變化討論防護(hù)林的建設(shè)對土壤肥力的改善效果。[方法]以松嫩平原農(nóng)田和楊樹防護(hù)林為研究對象，在松嫩平原設(shè)置6個采樣點，選取72對農(nóng)田和防護(hù)林的配對樣地，測定0～20 cm土壤堿解氮含量、速效磷含量和速效鉀含量。[結(jié)果]楊樹防護(hù)林營建后，明水和肇州防護(hù)林土壤速效磷含量顯著高于對照農(nóng)田(P<0.05)，富裕和肇東防護(hù)林土壤速效鉀含量比對照農(nóng)田顯著升高(P<0.05)；整體數(shù)據(jù)分析顯示，防護(hù)林土壤速效鉀含量升高63.1%(P<0.05)。[結(jié)論]松嫩平原農(nóng)田防護(hù)林建設(shè)后，通過提高土壤速效鉀的含量改善了土壤肥力。

關(guān)鍵詞農(nóng)田；防護(hù)林；土壤肥力

土壤質(zhì)量的核心是土壤生產(chǎn)力，其基礎(chǔ)是土壤肥力[1]。中國東北的黑土地中含有較高的土壤有機(jī)質(zhì)(SOM)，通常比其他地區(qū)土地肥沃，但長期的農(nóng)田耕作導(dǎo)致土壤有機(jī)質(zhì)和肥力減少[2]。治理日趨嚴(yán)重退化的土壤和改善土壤肥力，是目前一個重要的課題。前人研究表明，在貧瘠的土壤上造林能改善土壤肥力，土壤肥力受樹種、林分組成、林齡及林分生產(chǎn)力的影響[3-4]。也有研究認(rèn)為人工林的快速生長對土壤肥力有負(fù)面的影響，一些樹種造林過程中吸收大量的土壤養(yǎng)分而歸還土壤的養(yǎng)分相對過少，導(dǎo)致土壤肥力降低[5]。農(nóng)田上營建大面積的防護(hù)林是東北松嫩平原地區(qū)主要的土地利用方式，而這種土地利用方式的轉(zhuǎn)變是否會影響土壤肥力是評價防護(hù)林生態(tài)功能過程中的關(guān)鍵問題。筆者選擇東北松嫩平原地區(qū)6個地點共72對楊樹防護(hù)林和農(nóng)田配對樣地，通過對比分析楊樹防護(hù)林與農(nóng)田對照樣地土壤肥力有效態(tài)指標(biāo)(堿解氮、速效磷和速效鉀)的變化探討防護(hù)林建設(shè)對土壤肥力的影響。

1材料與方法

1.1研究地自然概況松嫩平原位于東北地區(qū)中西部，由松花江和嫩江沖積而成，地跨黑龍江省和吉林省，整個平原呈菱形，海拔150～200 m，屬于溫帶季風(fēng)性氣候，年平均氣溫4 ℃左右，年降水量350～500 mm。松嫩平原土壤肥沃，是國家重要的商品糧基地，盛產(chǎn)玉米、大豆、小麥等。

1.2樣地設(shè)置與土壤采集該研究在松嫩平原地區(qū)設(shè)置6個采樣地點(杜蒙、富裕、蘭陵、明水、肇東和肇州)，在每個采樣地點中按照胸徑的梯度選取12對楊樹防護(hù)林和附近農(nóng)田配對樣地。

采集土壤樣品時，在楊樹防護(hù)林及農(nóng)田的配對樣地內(nèi)分別挖1個約0.8 m×1.0 m×1.0 m的土坑，清除土坑表面的枯枝落葉后，在0～20 cm土層的中間部位用100 cm3的環(huán)刀取4份土樣并混合，將野外采集的土壤樣品帶回實驗室后，自然風(fēng)干至恒重。去除土壤中的根系，將樣品碾碎后過2 mm的土壤篩，收集篩出的石塊和砂礫，并測定其重量和體積，隨后將土壤樣品放在粉碎機(jī)中粉碎，過0.25 mm的土壤篩后，樣品保存?zhèn)溆谩?/p>

1.3試驗方法與數(shù)據(jù)分析土壤堿解氮含量采用堿解擴(kuò)散法測定；速效磷含量采用0.05 mol/L HCl-0.025 mol/L 1/2 H2SO4法測定；速效鉀含量采用NH4OAc浸提-火焰光度法測定[6]。

利用SPSS17.0軟件單因素方差分析的Duncan檢驗比較不同地點農(nóng)田和防護(hù)林土壤肥力指標(biāo)之間的差異顯著性，所有圖表均使用Excel軟件完成。

2結(jié)果與分析

2.1農(nóng)田和防護(hù)林土壤堿解氮含量差異由圖1可知，杜蒙、富裕和明水楊樹防護(hù)林土壤堿解氮含量均高于農(nóng)田對照，上升百分比分別為1.7%、5.6%和17.0%，而蘭陵、肇東和肇州楊樹防護(hù)林土壤堿解氮含量均低于農(nóng)田對照，下降百分比分別為12.4%、4.1%和4.9%，6個地點楊樹防護(hù)林土壤堿解氮含量和農(nóng)田比差異均不顯著(P>0.05)。

注：不同小寫字母表示農(nóng)田和防護(hù)林之間差異顯著(P<0.05)，下同。Note:Different lowercases indicated significant differences between shelterbelt plantation and farmland (P<0.05),the same as follows.圖1　不同采樣地點農(nóng)田和防護(hù)林土壤堿解氮含量差異Fig.1 Differences of alkali-hydrolyzable nitrogen content between shelterbelt plantation and farmland in different sampling sites

2.2農(nóng)田和防護(hù)林土壤速效磷含量差異由圖2可知，明水和肇州防護(hù)林土壤速效磷含量比對照農(nóng)田均有顯著升高(P<0.05)，升高的百分比分別為68.7%和43.2%，杜蒙和富裕楊樹防護(hù)林土壤速效磷含量比對照農(nóng)田分別升高2.2%和24.0%(P>0.05)，而蘭陵和肇東楊樹防護(hù)林土壤速效磷含量比對照農(nóng)田分別下降34.7%和21.4%(P>0.05)。

圖2　不同采樣地點農(nóng)田和防護(hù)林土壤速效磷含量差異Fig.2　Differences of soil rapidly available phosphorus content between shelterbelt plantation and farmland in different sampling sites

2.3農(nóng)田和防護(hù)林土壤速效鉀含量差異由圖3可知，6個采樣地點防護(hù)林土壤速效鉀含量和對照農(nóng)田比均有升高的趨勢，上升的百分比范圍為17.4%(肇州)～135.6%(肇東)，其中富裕和肇東防護(hù)林土壤速效鉀含量和對照農(nóng)田比差異顯著(P<0.05)。

圖3　不同采樣地點農(nóng)田和防護(hù)林土壤速效鉀含量差異Fig.3　Differences of soil rapidly available potassium content between shelterbelt plantation and farmland in different sampling sites

2.4農(nóng)田和防護(hù)林土壤有效態(tài)肥力參數(shù)差異由表1可知，6個采樣地點防護(hù)林土壤速效鉀含量(135.2 mg/kg)較對照農(nóng)田土壤速效鉀含量(82.9 mg/kg)增加63.1%，統(tǒng)計學(xué)分析顯示，二者之間差異顯著(P<0.05)；6個采樣地點防護(hù)林土壤速效磷含量比農(nóng)田對照降低9.3%(P>0.05)；6個采樣地點防護(hù)林土壤堿解氮含量的變化較微弱，比對照農(nóng)田僅上升0.6%(P>0.05)。

表1　農(nóng)田和防護(hù)林土壤有效態(tài)肥力參數(shù)對比

3結(jié)論與討論

該研究結(jié)果表明，在農(nóng)田上營建楊樹防護(hù)林顯著地增加了土壤速效鉀的含量(升高63.1%，P<0.05)，這說明農(nóng)田防護(hù)林營建后，通過提高土壤速效鉀的含量使土壤肥力得以改善。Jiao等[7]研究表明，在中國黃土高原網(wǎng)帶人工林內(nèi)的速效鉀含量與退化農(nóng)田相比顯著增加，這與筆者的研究結(jié)果一致。在農(nóng)田建造人工林的過程中，世界不同地區(qū)使用不同的樹種均得出了恢復(fù)土壤鉀素肥力的結(jié)論[8-9]，造林引起的土壤速效鉀肥力改善的原因可能是農(nóng)作物和楊樹的養(yǎng)分吸收差異造成的。建議在農(nóng)田施肥的情況下，應(yīng)將更多的鉀肥與氮肥一起施用，以確保土壤養(yǎng)分供應(yīng)，從而保證作物產(chǎn)量。

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Soil Fertility Differences between Shelterbelt and Farmland at Songnen Plain

WU Yan1,2,WANG Qiong3,ZHONG Zhao-liang1,WANG Wen-jie1*et al

(1.Key Laboratory of Forest Plant Ecology Ministry of Education,Northeast Forestry University,Harbin,Heilongjiang 150040; 2.Daqing Normal University,Daqing,Heilongjiang 163712; 3.Northeast Institute of Geography and Agroecology,Chinese Academy of Sciences,Changchun,Jilin 130102)

Abstract[Objective] To discuss the effects of shelterbelt construction on the soil improvement by analyzing the changes of soil fertility.[Method] With shelterbelt plantation and farmland as the research objects,six sampling sites were designed in Songnen Plain.A total of 72 pairs of sample fields of shelterbelt plantation and farmland were selected to detect the alkali-hydrolyzable nitrogen content,rapidly available phosphorus content,and rapidly available potassium content in 0-20 cm soil.[Result] After the construction of poplar sheltbelts,soil rapidly available phosphorus contents in Mingshui and Zhaozhou shelterbelts were significantly higher than that of farmland (P<0.05).Soil rapidly available potassium contents in Fuyu and Zhaodong shelterbelts were significantly higher than that of farmland (P<0.05).Overall data analysis indicated that the rapidly available potassium content enhanced by 63.1% (P<0.05) in soil of shelterbelt plantations.[Conclusion] Shelterbelt establishment in Songnen Plain improves soil fertility by increasing the content of rapidly available potassium.

Key wordsFarmland; Shelterbelt; Soil fertility

基金項目黑龍江省杰出青年基金項目(JS201401)；中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費專項資金項目(2572014EA01)。

作者簡介武燕( 1975- )，女，黑龍江肇州人，講師，碩士，從事植物生態(tài)學(xué)研究。*通訊作者，教授，從事植物生態(tài)學(xué)研究。

收稿日期2016-03-27

中圖分類號S 714.8

文獻(xiàn)標(biāo)識碼A

文章編號0517-6611(2016)12-189-03