不同人工林對黃河三角洲濱海鹽堿地土壤理化性質的影響

陳苗苗, 劉桂民, 劉德璽, 楊慶山,杜振宇, 魏海霞, 王 霞, 周 健, 李存華

(1.山東農業(yè)大學 林學院, 山東 泰安 271018; 2.山東省林業(yè)科學研究院,濟南 250014)

不同人工林對黃河三角洲濱海鹽堿地土壤理化性質的影響

陳苗苗1, 劉桂民2, 劉德璽2, 楊慶山2,杜振宇2, 魏海霞2, 王 霞2, 周 健2, 李存華1

(1.山東農業(yè)大學 林學院, 山東 泰安 271018; 2.山東省林業(yè)科學研究院,濟南 250014)

為了探討人工林對黃河三角洲濱海鹽堿地土壤理化性質的改良效果，采用野外取樣和室內分析測定相結合的方法，以林齡8年的4種人工林為研究對象，未造林空地為對照，對各樣地的土壤理化性質指標進行分析。結果表明：(1) 4種人工林均能改善黃河三角洲濱海鹽堿地的土壤理化特性。與對照空地相比，人工林的平均土壤容重、含鹽量、pH值分別降低了4.8%，44.4%，2.5%，平均總孔隙度、毛管孔隙度分別提高了6.0%，4.7%；(2) 不同人工林對土壤陽離子交換性能及堿化度的影響效果各異，其堿化度大小依次為：檉柳(27.4%)>杜梨(23.3%)>對照(19.5%)>白蠟(16.0%)>鹽柳(13.3%)。

人工林; 濱海鹽堿地; 土壤理化性質; 黃河三角洲

土地是人類賴以生存的基礎性自然資源，土壤質量不僅是自然屬性，還是人為因子作用的結果[1]，由于易溶性鹽分在土壤表層的積累造成的土壤鹽堿化問題已成為全球重要的環(huán)境問題之一。黃河三角洲是我國三大河口三角洲之一，又是河口三角洲中目前開發(fā)度很低的三角洲之一，被譽為“金三角”地帶，是我國重點經濟開發(fā)區(qū)[2]，是山東省最重要的后備土地資源。該地區(qū)較高的地下水礦化度和大面積的次生鹽堿土，成為制約經濟發(fā)展與生態(tài)壞境可持續(xù)發(fā)展的主要障礙。目前，國內外對鹽堿化嚴重地區(qū)土壤的研究主要集中在土壤鹽漬化的發(fā)生演化、改良利用、對環(huán)境的危害和綜合治理[3-4]，物理改良、化學改良、生物改良等方面，而生物措施是改良、開發(fā)和利用鹽堿地的有效途徑。通過生物改良的鹽堿地具有脫鹽持久、穩(wěn)定且有利于水土保持以及生態(tài)平衡的效果[5]，而植樹造林是改良鹽堿的重要生物措施。本文以黃河三角洲濱海鹽堿地4種人工林地為研究對象，通過探討不同人工林對土壤理化性質的影響，研究土壤的理化性質及其變化規(guī)律，以期為該地區(qū)鹽堿地的改良和土地可持續(xù)利用提供依據。

1 試驗區(qū)概況與研究方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗區(qū)位于東營市南二路，山東省林業(yè)科學研究院東營分院試驗場內，地處黃河三角洲的東北部，東經118°7′—119°10′，北緯36°55′—38°12′，屬于暖溫帶半濕潤大陸性季風氣候區(qū)，年平均氣溫11.7～12.6℃，≥10℃的活動積溫4 200℃左右，無霜期日數為200 d左右；年平均降雨量500～600 mm，主要集中在夏季；年平均蒸發(fā)量1 700～1 800 mm。土壤類型為鹽化潮土，為沖擊性黃土母質上沉淀而成，機械組成以粉砂和淤泥質粉砂為主，沙粘相間，層次變化復雜。

1.2 試驗設計與方法

2016年5—8月，選取研究區(qū)4種人工林為研究對象，分別為檉柳(Tamarixchinensis)，杜梨(Pyrusbetulifolia)，鹽柳1號(Salixpsammophila‘YanliuYihao’)和白蠟(Fraxinuschinensis)，以距造林地100 m以外的未造林空地作為對照。4種人工林為2008年春季營造的試驗林，2016年調查時林齡為8 a，且未造林前立地條件基本一致。在供試人工林地和空地對照中分別設置3個標準樣地，采用混合采樣法，每個采樣點分0—20 cm，20—40 cm，40—60 cm共3個層次取土樣，樣品采集好后立即帶回實驗室剔除植物殘根、石子等雜物，充分混合，自然風干后過篩備用。

土壤理化性狀中的土壤容重和孔隙度采用環(huán)刀法測定，含鹽量、pH值分別采用電導法和電位法測定，交換性鈉測定采用NH4OAc-NH4OH火焰光度法，陽離子交換量(CEC)測定采用乙酸鈉—火焰光度法[6]，堿化度為交換性鈉與陽離子交換量的比值，即ESP(%)=交換性鈉(cmol/kg)/陽離子交換量(cmol/kg)。

1.3 數據處理

運用SPSS 17.0進行方差分析及多重比較，并運用Excel軟件進行數據處理及作圖。

2 結果與分析

2.1 不同人工林對土壤容重和孔隙度的影響

由表1可見，除杜梨外，各人工林的土壤容重自上而下逐漸遞增，且均小于對照空地同一土層的土壤容重。0—20，20—40，40—60 cm土層各人工林的土壤容重均值分別為1.48，1.51，1.54 g/cm3，比同土層對照空地土壤容重分別降低了3.3%，5.6%，4.3%。不同人工林對鹽堿地土壤容重均有一定程度的降低作用，且以20—40 cm土層效果最顯著。

與對照相比，各人工林土壤總孔隙度均大于對照總孔隙度，且隨土層深度的增加總孔隙度均呈下降趨勢。不同人工林0—60 cm土層平均土壤總孔隙度大小依次為白蠟(45.34%)>鹽柳(43.48%)>杜梨(42.71%)>檉柳(42.28%)>空地(40.98%)。結果表明，人工林根系可使土壤通道增加，從而改善土壤透氣性，促進土壤團粒結構的形成，增加土壤孔隙度。各人工林不同土層毛管孔隙度隨土層深度增加而增加，且0—60 cm土層平均毛管孔隙度均大于對照。說明人工林可增加土壤的通透性，從而改善土壤結構，而未造林空地由于地表無覆蓋，蒸發(fā)強烈，土壤板結，毛管孔隙度減小。各人工林不同土層的非毛管孔隙度與毛管孔隙度相反，其大小隨著土層深度的增加而減小。除40—60 cm土層檉柳和鹽柳的非毛管孔隙度小于對照外，不同人工林各土層的非毛管孔隙度均大于對照非毛管孔隙度。就0—60 cm土層平均非毛管孔隙度而言，以白蠟林地為最高，比對照增加了32.8%。說明人工林可使土壤非毛管孔隙度有所提高，而非毛管孔隙度的提高，有利于降水的下滲和土壤鹽分淋溶，減少土壤鹽分含量。

2.2 不同人工林對土壤含鹽量和pH值的影響

土壤鹽分含量是影響鹽堿地土壤結構、肥力等的關鍵因素，是限制植物生長的主要障礙因素。降低土壤全鹽量也是鹽堿土改良的首要目的[7]。對土壤含鹽量和pH值進行方差分析結果表明，各樣地土壤及各土層之間均存在顯著差異(p<0.05)。由圖1可以看出，各人工林的土壤含鹽量隨土層深度的增加逐漸提高，且均小于同土層對照空地的含鹽量。而對照空地表層0—20 cm以及20—40 cm土層含鹽量明顯高于40—60 cm土層。這主要是因為人工林由于樹冠的遮陰以及地表覆蓋，有效減少了土壤水分蒸發(fā)，從而控制了鹽分的向上運動，含鹽量下降；而對照空地地表無覆蓋，土壤蒸發(fā)強烈，帶有鹽分的土壤水分從地下上升到土壤表層，水分蒸發(fā)后鹽分卻留在了地表，使得表層土壤含鹽量明顯高于下層。顯然，人工造林對減少鹽堿地土壤返鹽很有成效。測試結果表明，人工林土壤平均含鹽量較對照降低了44.4%，不同人工林0—60 cm土層土壤含鹽量大小順序如下：空地(6.71 g/kg)>白蠟(5.38 g/kg)>檉柳(3.58 g/kg)>杜梨(3.33 g/kg)>鹽柳(2.72 g/kg)；相比之下，杜梨和鹽柳對土壤0—20 cm表層含鹽量的下降效果最為顯著。

表1 不同人工林土壤容重及孔隙度

注：圖中字母表示不同樣地同一土層間的差異性，字母不同者為差顯著(p<0.05)，下同。

圖1不同人工林土壤含鹽量

由圖2可以看出，不同人工林土壤pH值的大致變化趨勢為隨著土層深度的增加而上升。而對照空地的土壤pH值以0—20 cm土層為最高，達到8.45，顯著高于同土層各人工林的土壤pH值。而20—40 cm和40—60 cm土層土壤pH值均以檉柳林地最高，白蠟林地最低。各人工林地0—60 cm土層的平均土壤pH值的大小順序為：空地(8.17)>檉柳(8.03)>鹽柳(8.01)>杜梨(7.86)>白蠟(7.82)。檉柳、杜梨、鹽柳和白蠟人工林的pH值比對照分別降低了1.7%，2.0%，3.8%和4.3%。

2.3 不同人工林對土壤陽離子交換性能和堿化度的影響

圖2不同人工林土壤pH值

土壤堿化度是目前國內外比較公認的判斷土壤是否發(fā)生堿化的指標和依據[9]。見表2，各人工林不同土層堿化度隨土層深度增加大致呈上升趨勢，而對照空地卻以表層0—20 cm土層的土壤堿化度為最高。且鹽柳和白蠟的0—60 cm土層土壤堿化度均小于對照，而檉柳和杜梨卻高于對照，這可能是由于堿化過程與脫鹽過程相伴發(fā)生而導致的。黃河三角洲濱海鹽堿地地區(qū)，年降水量主要集中于6—8月份內，每降一次有效降雨，就淋洗一次土壤鹽分，天晴后地表又因蒸發(fā)而重新積鹽。當土壤中脫鹽和積鹽過程頻繁交替發(fā)生時，可溶性鈉進入土壤膠體取代Mg2+，Ca2+，土壤即發(fā)生堿化[10]。種植人工林后，土壤鹽漬化程度降低，而堿化過程卻伴隨發(fā)生，所以出現檉柳和杜梨人工林堿化度高于對照空地。

表2 不同人工林陽離子交換性能及堿化度

3 結論與討論

人工造林可明顯改善濱海鹽堿地的土壤理化性質，主要表現為土壤容重的減小，孔隙度的提高，含鹽量、pH值也略有下降，這與董海鳳[11]，張平[12]，王麗琴[13]，夏江寶[14]等的研究結果一致。各人工林0—60 cm土層平均土壤容重、含鹽量、pH值比對照分別降低了4.8%，44.4%，2.5%，平均總孔隙度和毛管孔隙度比對照分別提高了6.0%，4.7%。濱海鹽堿土影響植物生長的一個重要原因就是土壤物理性狀差，表現為土壤板結、緊實、通氣性和透水性差[15]。而人工造林可使緊實的土壤變得較疏松，增加土壤的通透性，有利于養(yǎng)分轉化，改善土壤結構。

不同人工林對土壤陽離子交換性能及堿化度的影響效果不一，且檉柳和杜梨的人工林的平均堿化度均大于對照空地，這與王合云等[9]的研究結果相一致，說明土壤脫鹽過程與堿化過程并存。同時本研究中交換性鈉、陽離子交換量及堿化度與許多文獻的結果存在不一致的情況，說明在濱海鹽堿地條件下他們之間的關系有待進一步研究。

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EffectofDifferentPlantationsonSoilPhysicochemicalPropertiesinCoastalSalineLandoftheYellowRiverDelta

CHEN Miaomiao1, LIU Guimin2, LIU Dexi2, YANG Qingshan2,DU Zhenyu2, WEI Haixia2, WANG Xia2, ZHOU Jian2, LI Cunhua1

(1.CollegeofForestry,ShandongAgriculturalUniversity,Tai′an,Shandong271018,China; 2.ShandongAcademyofForestry,Ji′nan250014,China)

In order to study the effects of different plantations on soil physicochemical properties in coastal saline of the Yellow River delta, the soil physicochemical properties of four different plantations and the control of the unplanted land were analyzed by the method of soil sampling and laboratory measurement. The results showed that：(1) the four different plantations could improve the soil physicochemical properties of coastal saline land of the Yellow River delta; compared to the control, the average soil bulk density, soil salinity and soil pH in plantations decreased by 4.8%, 44.4%, 2.5%, respectively, while the total porosity, capillary porosity increased by 6.0%, 4.7%, respectively; (2) the effect of every plantation on cation exchange performance and exchangeable sodium percentage was different, the exchangeable sodium percentages of different plantations decreased in the order:Tamarixchinensis(27.4%)>Pyrusbetulifolia(23.3%)>CK(19.5%)>Fraxinuschinensis(16.0%)>Salixpsammophila‘YanliuYihao’(13.3%).

plantations; coastal saline; soil physiochemical properties; Yellow River Delta

S714.2

A

1005-3409(2017)06-0041-04

2016-12-21

2017-01-21

山東省良種工程項目(魯農字[2010]6號、2012LZ12-03);聚合耐鹽速生性柳樹新品系示范推廣(BE2016328-1)

陳苗苗(1991—),女,安徽銅陵人,碩士研究生,主要從事園林植物造景、鹽堿地改良等研究。E-mail:chenmiaomiao91@163.com

李存華(1962—),男,山東泰安人,副教授,碩士生導師,主要從事園林植物栽培生理和園林植物種質資源研究。E-mail:cunhualee@126.com