烏蘭布和沙漠東北緣典型固沙林土壤養(yǎng)分特征研究

黃雅茹，郝玉光*，董禮隆，馬迎賓，辛智鳴，徐 軍

(1.中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院 沙漠林業(yè)實(shí)驗(yàn)中心，內(nèi)蒙古 磴口 015200；2.國(guó)家林業(yè)局 內(nèi)蒙古磴口荒漠生態(tài)系統(tǒng)定位研究站，內(nèi)蒙古 磴口 015200)

烏蘭布和沙漠是中國(guó)八大沙漠之一，處于中國(guó)北方半干旱區(qū)向干旱區(qū)的過渡地帶，植被生態(tài)系統(tǒng)比較脆弱。而在脆弱的生態(tài)環(huán)境中，土壤養(yǎng)分與植被之間存在著密切的相互聯(lián)系[1]。土壤養(yǎng)分在有機(jī)質(zhì)的分解和轉(zhuǎn)化過程中起著主導(dǎo)作用，影響著地下生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)[2]。土壤養(yǎng)分狀況因土壤類型、氣候、成土母質(zhì)、水文、植被等因素的不同而出現(xiàn)極大差異，不同林地類型、土壤不同深度及不同海拔高度具有不同的水熱分配條件和物質(zhì)遷移堆積特征，也會(huì)對(duì)土壤養(yǎng)分狀況產(chǎn)生顯著影響[3]。這些變化特征及差異性是土壤與環(huán)境因素相互作用的結(jié)果。因此，只有清楚地認(rèn)識(shí)和把握土壤化學(xué)特性及其變化規(guī)律，才會(huì)使土地資源的科學(xué)合理利用成為可能，才能實(shí)現(xiàn)沙漠地區(qū)土壤的可持續(xù)利用。

許多學(xué)者對(duì)不同植被類型土壤養(yǎng)分特征進(jìn)行了研究，宋依璇[4]對(duì)凌源、建平和阜新3個(gè)地點(diǎn)的油松、樟子松林不同坡位土壤養(yǎng)分特征進(jìn)行了研究，表明2種造林樹種坡下表層土壤養(yǎng)分能顯著影響林木生長(zhǎng)狀況。李興民[5]研究了白龍江林區(qū)天然林和人工林在不同海拔高度、土層深度和樹種類型條件下土壤養(yǎng)分特征，謝寄托[6]在莽山國(guó)家森林公園東部分析比較土壤養(yǎng)分含量、水平、垂直分布特征及其與土壤理化性質(zhì)之間的相關(guān)關(guān)系。張玉宏[7]研究了黃土高原廟嶺流域刺槐、毛白楊人工造林對(duì)土壤養(yǎng)分的影響，吳強(qiáng)[8]研究了塞罕壩壩上地區(qū)樟子松人工林的土壤養(yǎng)分。王彥武[1]研究了毛烏素沙地不同的固沙林對(duì)土壤化學(xué)性質(zhì)的影響，結(jié)果表明在垂直剖面上，各固沙林地土壤的所有養(yǎng)分含量除速效氮及pH值外，其他均為表層高于下層。崔楠[9]比較研究了新疆艾比湖濕地自然保護(hù)區(qū)裸地、梭梭與胡楊樣地土壤氮素含量特征及土壤理化性質(zhì)，結(jié)果表明裸地、梭梭和胡楊樣地內(nèi)的土壤有機(jī)質(zhì)、硝態(tài)氮、銨態(tài)氮、亞硝態(tài)氮與堿解氮均隨著土層深度的增加而遞減，具有表聚性特點(diǎn)。朱雅娟[10]在內(nèi)蒙古敖漢旗選擇3種防護(hù)林，比較4個(gè)深度(0～10、10～20、20～40 cm和40～60 cm)的土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效磷和速效鉀含量，表明楊樹×樟子松林的土壤養(yǎng)分條件較好，沙棘林次之。這2種防護(hù)林可以作為科爾沁沙地的優(yōu)化防護(hù)林類型。李曉莎[11]選擇不同齡林的華北落葉松人工林為研究對(duì)象，對(duì)林下土壤的養(yǎng)分特征及其空間變化進(jìn)行了研究，表明各林分土壤有效磷含量均相對(duì)偏低，有機(jī)質(zhì)、堿解氮、全氮、速效鉀、全鉀及全磷的含量都隨土層深度的增加逐漸下降，速效鉀及全鉀含量有隨林分年齡的增加而逐漸降低的趨勢(shì)。席軍強(qiáng)[12]研究梭梭林發(fā)育過程中沙丘土壤理化性質(zhì)、微生物數(shù)量的變化以及二者之間的相關(guān)性，結(jié)果表明營(yíng)造梭梭林使其林內(nèi)土壤得到較好的改善。近年來，不同植被對(duì)土壤化學(xué)性質(zhì)的影響等方面的研究雖有報(bào)道，但對(duì)沙漠地區(qū)不同人工固沙林土壤化學(xué)性質(zhì)的變化及土壤養(yǎng)分因子之間的相關(guān)關(guān)系報(bào)道較少。

烏蘭布和沙漠東北部的河套灌區(qū)，防護(hù)林的樹種選擇主要以楊屬、柳屬樹種為主。楊屬樹種速生性、材性、抗寒性、旱性、耐鹽堿性，均表現(xiàn)優(yōu)良，成為防護(hù)林的主要造林樹種。防護(hù)林體系主要以新疆楊(Populusalbavar.pyramidalis)、二白楊(Populusgansuensis)等速生楊樹樹種為主要造林樹種，沙棘(Hippophaerhamnoides)是胡頹子科沙棘屬灌木，具有耐旱、耐鹽堿、抗風(fēng)蝕沙埋的特點(diǎn)，沙棘的適應(yīng)性較強(qiáng)，是中國(guó)西北部沙漠綠化及水土保持的主要樹種，因此選擇新疆楊、二白楊、沙棘固沙林為研究對(duì)象，研究沙漠不同固沙林林地土壤化學(xué)性質(zhì)的差異對(duì)了解固沙林與土壤之間的關(guān)系，揭示固沙林林地土壤質(zhì)量的演變規(guī)律及防治烏蘭布和沙漠東北緣的土地沙化等具有極其重要的意義。

采用野外典型抽樣與室內(nèi)分析相結(jié)合的方法，對(duì)烏蘭布和沙漠東北緣3種典型的固沙林土壤化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行對(duì)比分析，并分析土壤各養(yǎng)分因子之間的相關(guān)關(guān)系，探討不同固沙林化學(xué)性質(zhì)的變化規(guī)律，為植被恢復(fù)及改良荒漠化地區(qū)土壤質(zhì)量提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

烏蘭布和沙漠地處我國(guó)西部荒漠地帶東緣，地理位置介于39°40′-41°00′N，106°00′-107°20′E，地形起伏不大，主要為10 m以下的圓錐形沙丘或新月形沙丘，沙質(zhì)為淺黃棕色或微紅棕色細(xì)沙。平均海拔高程1 050 m，屬于中溫帶半干旱大陸性氣候，其特點(diǎn)是云霧少降水量少、風(fēng)大、氣候干燥。年降水量138.8 mm，平均氣溫6.8℃，晝夜溫差大，年日照時(shí)間為3 229.9 h，是我國(guó)日照時(shí)數(shù)最多的地區(qū)之一，光、熱、水同期，地下水源充足。風(fēng)沙季節(jié)在11月至翌年5月之間，主風(fēng)為西風(fēng)和西北風(fēng)，起沙風(fēng)次數(shù)每年200～250次以上。

中國(guó)林業(yè)科學(xué)院沙漠林業(yè)實(shí)驗(yàn)中心是根據(jù)1978-1985年全國(guó)科技發(fā)展綱要于1979年經(jīng)國(guó)家農(nóng)委、科委批準(zhǔn)成立的十一處農(nóng)林牧業(yè)現(xiàn)代化綜合科學(xué)實(shí)驗(yàn)基地之一，地處烏蘭布和沙漠東北部。沙林中心第二實(shí)驗(yàn)場(chǎng)作為沙漠人工綠洲典型試驗(yàn)區(qū)，地理坐標(biāo)為40°28′N， 106°46′E，綠洲開發(fā)的原始地貌為固定沙丘、半固定沙丘，1979年開始在荒漠中實(shí)施以防護(hù)林體系為主體工程的綠色開發(fā)建設(shè)。地帶性土壤為灰漠土和棕鈣土，土壤形成的主要現(xiàn)代地理過程包括土地沙漠化過程、土壤鹽漬化過程、草甸化和沼澤化過程以及人為綠洲化過程，這些地理過程形成了不同的土地類型，主要有灰漠土、灌淤土、草甸土、沼澤土、鹽堿土、風(fēng)沙土等。

2 研究方法

野外采樣時(shí)間為2015年7月，在烏蘭布和沙漠東北緣典型的固沙林內(nèi)取樣，立地條件類型基本一致，土壤沒有受到人為或自然因素的作用而發(fā)生再分配或遷移。采用常規(guī)的典型抽樣法，設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)地調(diào)查并采集土樣，選取裸沙地為對(duì)照。每種類型的固沙林選擇3塊標(biāo)準(zhǔn)樣地，樣地基本情況見表2。

在每塊標(biāo)準(zhǔn)樣地以S型線路分別設(shè)置取樣點(diǎn)，設(shè)置5個(gè)取樣點(diǎn)，在每個(gè)取樣點(diǎn)對(duì)土壤進(jìn)行取樣，取樣深度依次為0～20、20～40、40～60、60～80 cm和80～100 cm。風(fēng)干，除去礫石和枯落物，過2 mm篩。測(cè)定的指標(biāo)有土壤有機(jī)質(zhì)、堿解N、速效P、速效K、全N、全K、全P、pH值。

土壤有機(jī)質(zhì)的測(cè)定用重鉻酸鉀容量法；堿解氮的測(cè)定用堿解擴(kuò)散法；速效P的測(cè)定用分光光度計(jì)法；速效K的測(cè)定用火焰光度計(jì)法；全N的測(cè)定用半微量開氏蒸餾法；全K的測(cè)定用NaOH熔融火焰光度法；全P的測(cè)定用HClO4-H2SO4氧化鉬銻抗比色法；pH值測(cè)定用電位法[13]。

數(shù)據(jù)分析采用Microsoft excel和SPSS17.0軟件，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和土壤養(yǎng)分因子的相關(guān)性分析，數(shù)據(jù)結(jié)果以平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)誤表示，采用單因素方差分析(ANOVE)進(jìn)行多重比較，顯著水平為P<0.05。

土壤肥力是受多種因素影響的一個(gè)較為復(fù)雜的綜合情況，不能只從一個(gè)指標(biāo)單方面進(jìn)行評(píng)價(jià)。為此本文選取了土壤有機(jī)質(zhì)、堿解N、速效P、速效K、全N、全K、全P、pH值8個(gè)指標(biāo)，采取隸屬函數(shù)及土壤綜合質(zhì)量指數(shù)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)[14]。

表1 不同固沙林立地條件

表2 不同固沙林分生長(zhǎng)狀況調(diào)查表

首先，運(yùn)用隸屬函數(shù)將8個(gè)土壤養(yǎng)分指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，應(yīng)用公式如下：

(1)

式中，μ(Xij)為各土壤養(yǎng)分指標(biāo)的隸屬度值；Xij為土壤養(yǎng)分指標(biāo)值；Xj,max、Xj,min分別為第j項(xiàng)土壤養(yǎng)分指標(biāo)的最大值和最小值。

然后，土壤各個(gè)養(yǎng)分指標(biāo)對(duì)土壤綜合質(zhì)量指數(shù)H的重要性與貢獻(xiàn)不同，通常用權(quán)重Wj來表示各個(gè)養(yǎng)分指標(biāo)的重要性。各個(gè)養(yǎng)分指標(biāo)的權(quán)重確定采用標(biāo)準(zhǔn)差系數(shù)法，用式(2)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)差系數(shù)Vj，將公式歸一化后得到各指標(biāo)的權(quán)重Wj；通過式(4)求出土壤綜合質(zhì)量指數(shù)，H越大，土壤質(zhì)量越高[13]。

(2)

(3)

(4)

3 結(jié)果與分析

3.1 土壤養(yǎng)分統(tǒng)計(jì)

土壤養(yǎng)分均值是將所有土樣的8項(xiàng)養(yǎng)分指標(biāo)分別進(jìn)行算術(shù)平均，計(jì)算結(jié)果如表3。由表3可知，有機(jī)質(zhì)含量為(4.74±3.31)g·kg-1，全氮、全鉀、全磷分別為(0.28±0.16)g·kg-1、(17.58±7.32)g·kg-1、(0.37±0.12)g·kg-1，堿解氮、速效鉀、速效磷分別為(19.20±7.46)mg·kg-1、(162.00±177.28)mg·kg-1、(4.13±2.69)mg·kg-1，pH值為(8.63±0.38)。一般認(rèn)為變異系數(shù)>100%為強(qiáng)變異，10%～100%為中等變異，<10%為弱變異[13]。土壤各養(yǎng)分指標(biāo)均屬于弱變異，其中pH值變異系數(shù)僅為0.19%，變異性非常小。

3.2 土壤酸堿性

土壤 pH常被用來表示土壤的酸堿性，它是非常重要的土壤化學(xué)性質(zhì)之一，直接影響土壤養(yǎng)分元素的存在形態(tài)及生物有效性[14]。土壤酸堿性對(duì)土壤微生物的活性、礦物質(zhì)及有機(jī)質(zhì)的轉(zhuǎn)化起著非常重要的作用，并影響?zhàn)B分及農(nóng)藥等在土壤中的利用、轉(zhuǎn)化和降解[15]。由表4可以看出，3種典型固沙林的土壤pH值隨著土層深度的增加呈上升趨勢(shì)，裸沙地的上升幅度最小。在0～20 cm層，裸沙地的pH值最高，二白楊林的pH值最低，分別為9.0±0.15和7.9±0.09，0～20、20～40 cm不同固沙林之間差異不顯著，與裸沙地差異顯著，40～60、60～80、80～100 cm差異不顯著(P>0.05)。各固沙林土壤pH值的大小為裸沙地>新疆楊林>沙棘林>二白楊林，在一定程度上說明固沙林能夠降低土壤pH值，改善土壤酸堿性。

3.3 土壤養(yǎng)分含量分析

3.3.1 土壤有機(jī)質(zhì) 有機(jī)質(zhì)是土壤的重要組成部分，是土壤微生物生命活動(dòng)的能源，并能改善土壤結(jié)構(gòu)和其他理化性狀，因此，土壤有機(jī)質(zhì)的含量在一定程度上反映著土壤健康狀況[16]。由表4可知，3種典型固沙林土壤有機(jī)質(zhì)隨著土層深度的增加呈下降趨勢(shì)，不同固沙林有機(jī)質(zhì)含量存在差異，就表層有機(jī)質(zhì)來看，二白楊林的有機(jī)質(zhì)最高，是裸沙地的19.5倍，是新疆楊林的2.6倍，是沙棘林的1.9倍，裸沙地的有機(jī)質(zhì)極為貧乏，含量均<(3.10±0.15)g·kg-1，表層含量極低，僅為(0.80±0.07)g·kg-1?？梢钥闯?，在0～20 cm土層，固沙林對(duì)于土壤有機(jī)質(zhì)的形成有明顯作用，這種作用隨著土層深度的增加逐漸減弱，對(duì)下層土壤有機(jī)質(zhì)影響較小。經(jīng)方差分析，0～20 cm土層不同固沙林差異顯著(P<0.05)，20～40 cm新疆楊林、沙棘林差異不顯著(P>0.05)，與二白楊林差異顯著(P<0.05)，40～60 cm均是不同固沙林之間差異不顯著(P>0.05)，但均與裸沙地差異顯著(P<0.05)，60～80、80～100 cm差異不顯著(P>0.05)。土壤有機(jī)質(zhì)平均含量大小順序?yàn)槎讞盍?沙棘林>新疆楊林>裸沙地。

表3 土壤養(yǎng)分統(tǒng)計(jì)

3.3.2 土壤全N和堿解N 由表4可知，隨著土層深度的增加全N含量呈下降趨勢(shì)，新疆楊林、二白楊林、沙棘林0～20 cm層的全N含量分別是80～100 cm層的3.1倍、5.6倍、2.8倍。全N含量變化幅度較小，新疆楊林全N含量變化范圍在(0.09±0.01)～(0.28±0.11)g·kg-1，二白楊林全N含量變化范圍在(0.14±0.03)～(0.78±0.11)g·kg-1，沙棘林變化范圍在(0.17±0.04)～(0.48±0.10)g·kg-1，二白楊林全N平均含量最高，是裸沙地的2.4倍，土壤全N為土壤肥力重要指標(biāo)之一，它與土壤有機(jī)質(zhì)存在極大的相關(guān)性。一般而言，土壤全N的95%來源于有機(jī)質(zhì)，土壤含氮量的高低可反映出生命化過程的強(qiáng)弱，亦反映出土壤的發(fā)育進(jìn)程，全N含量為二白楊林>沙棘林>新疆楊林>裸沙地，其大小順序與有機(jī)質(zhì)變化順序一致。經(jīng)方差分析，新疆楊林、二白楊林、沙棘林、裸沙地0～20 cm層差異顯著(P<0.05)，20～40、40～60 cm二白楊林、沙棘林差異不顯著(P>0.05)，與新疆楊林差異顯著(P<0.05)，均與裸沙地差異顯著(P<0.05)，60～80、80～100 cm差異不顯著(P>0.05)。

新疆楊林土壤堿解氮含量變化范圍在(14±1.26)～(24±1.69)mg·kg-1，二白楊林變化范圍在(3±0.05)～(288±1.38)mg·kg-1，沙棘林變化范圍在(21±0.99)～(24±1.36)mg·kg-1，沙棘林的平均堿解氮含量最高，二白楊林的含量最低，順序?yàn)樯臣?新疆楊林>二白楊林>裸沙地。0～20、20～40、40～60 cm差異不顯著(P>0.05)，60～80、80～100 cm新疆楊林、與沙棘林差異不顯著(P>0.05)，與二白楊林差異顯著(P<0.05)。速效氮在土壤中可表現(xiàn)為2種存在形態(tài)：一為銨態(tài)氮，是植物吸收氮肥的主要形態(tài)。在土壤中其含量高低取決于土壤腐殖化和礦質(zhì)化的強(qiáng)弱，同時(shí)與土壤微生物的活動(dòng)，特別是土壤細(xì)菌活動(dòng)有極大的關(guān)系。在土壤溫度較高，濕度較大的情況下有利于全氮的速效化過程。二為硝態(tài)氮，硝態(tài)氮含量的多少可反映土壤硝化過程的強(qiáng)弱，與土壤水分關(guān)系極為密切。3種固沙林中，沙棘林的灌水量高于其他2種林地，增加了土壤水分含量，因而有利于硝態(tài)氮含量的增加[17]。

表4 固沙林土壤養(yǎng)分

注：同行不同小寫字母表示同一土層不同樣地的差異顯著(P<0.05)。

3.3.3 土壤全磷和速效磷 由表4可知，3種典型固沙林隨著土層深度的增加，全磷含量與速效磷含量呈下降趨勢(shì)，新疆楊林全磷含量變化范圍在(0.32±0.02)～(0.61±0.04)g·kg-1，二白楊林全磷含量變化范圍在(0.17±0.03)～(0.60±0.05)g·kg-1，沙棘林變化范圍在(0.25±0.05)～(0.42±0.06)g·kg-1，全磷含量最高的是新疆楊林，速效磷含量最高的也是新疆楊林，是裸沙地的5.1倍，二白楊林、沙棘林的速效磷是分別是裸沙地的3.6倍、3.0倍。0～20、20～40、40～60 cm新疆楊林與二白楊林全磷差異不顯著(P>0.05)，與沙棘林差異顯著(P<0.05)，60～80、80～100 cm差異不顯著(P>0.05)。0～20 cm新疆楊林、二白楊林、沙棘林、裸沙地速效磷差異顯著(P<0.05)，20～40、40～60、60～80、80～100 cm不同固沙林差異不顯著(P>0.05)，與裸沙地差異顯著(P<0.05)。

3.3.4 土壤全鉀和速效鉀 由表4可知，土壤全鉀含量和速效鉀含量隨著土層深度的增加呈下降趨勢(shì)，全鉀含量變化范圍在(9.7±1.48)～(19.8±1.26)g·kg-1，平均全鉀含量最高的新疆楊林，是裸沙地的1.3倍，速效鉀含量變化范圍在(20±5.44)～(870±35.67)mg·kg-1，平均速效鉀含量最高的二白楊林，是裸沙地的3.8倍，就表層速效鉀含量而言，二白楊林是裸沙地的5.8倍。土壤全鉀含量大小順序?yàn)樾陆畻盍?二白楊林>沙棘林>裸沙地，速效鉀含量大小順序?yàn)槎讞盍?沙棘林>新疆楊林>裸沙地。0～20、20～40、40～60 cm不同固沙林全鉀差異不顯著(P>0.05)，60～80、 80～100 cm新疆楊林、二白楊林差異不顯著(P>0.05)，與沙棘林差異顯著(P<0.05)。0～20 cm新疆楊林與沙棘林速效鉀差異不顯著(P>0.05)，與二白楊林差異顯著(P<0.05)，20～40 cm新疆楊林、二白楊林、沙棘林、裸沙地差異顯著(P<0.05)，40～60、80～100 cm差異不顯著(P>0.05)，60～80 cm新疆楊林、二白楊林差異不顯著(P>0.05)，與沙棘林差異顯著(P<0.05)。研究區(qū)主要以灌溉黃河水為主，極大地改變了土壤的水鹽循環(huán)，土壤的化學(xué)風(fēng)化明顯加強(qiáng)，可釋放出大量的離子態(tài)鉀(即速效鉀)，淤積了大量河洪物質(zhì)，這些物質(zhì)主要以土壤腐殖質(zhì)和次生粘土礦物為主，同時(shí)降沉中含有大量的離子態(tài)鉀和鹽基離子，亦為土壤速效鉀增加的途徑之一，植物生長(zhǎng)為土壤累積大量的有機(jī)物，速效鉀的變化順序與有機(jī)質(zhì)一致。

3.4 土壤養(yǎng)分因子之間的相關(guān)性

為了進(jìn)一步探明3種典型林地土壤養(yǎng)分狀況的變化規(guī)律，分析了土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、全磷、速效磷、全鉀、速效鉀及pH值之間的相關(guān)關(guān)系，得到各養(yǎng)分因子間相關(guān)系數(shù) (表 5)。由表5可知，土壤各養(yǎng)分因子之間存在著不同程度的相關(guān)關(guān)系。3種典型林地pH值與其他各養(yǎng)分因子之間呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，而其他各養(yǎng)分因子之間相互呈正相關(guān)關(guān)系。新疆楊林有機(jī)質(zhì)與堿解氮之間存在極顯著的正相關(guān)關(guān)系，有機(jī)質(zhì)與全磷、有機(jī)質(zhì)與pH值、全氮與全鉀、全氮與全磷、堿解氮與全磷、速效鉀與速效磷之間呈顯著正相關(guān)關(guān)系，全磷與pH值之間存在極顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系，有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮均與pH值呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。二白楊林有機(jī)質(zhì)與全氮、有機(jī)質(zhì)與速效鉀、有機(jī)質(zhì)與速效磷、全氮與全磷、全氮與速效磷、堿解氮與全鉀呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，有機(jī)質(zhì)與全磷、全氮與速效鉀呈顯著正相關(guān)，有機(jī)質(zhì)、全氮、速效鉀、速效磷均與pH值呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，全磷與pH值呈顯著負(fù)相關(guān)。沙棘林全氮與全鉀、全磷與速效磷呈極顯著正相關(guān)，有機(jī)質(zhì)與全氮、有機(jī)質(zhì)與全磷、有機(jī)質(zhì)與全鉀、有機(jī)質(zhì)與速效鉀、全氮與速效鉀、全氮與全磷、全氮與速效磷、全鉀與速效鉀、全鉀與全磷、全鉀與速效磷呈顯著正相關(guān)，全磷、速效磷均與pH值呈極顯著負(fù)相關(guān)，有機(jī)質(zhì)、全氮、全鉀均與pH值呈顯著負(fù)相關(guān)。

3.5 不同林地土壤肥力綜合評(píng)價(jià)

本研究選取了8項(xiàng)土壤養(yǎng)分指標(biāo)，通過式(1)～(4)分別計(jì)算出不同林地土壤肥力綜合評(píng)價(jià)值(表6)，土壤肥力順序?yàn)槎讞盍?新疆楊林>沙棘林>裸沙地。

4 結(jié)論與討論

4.1 不同林地土壤養(yǎng)分變化

土壤有機(jī)質(zhì)含量是土壤各種養(yǎng)分特別是氮、磷元素的重要來源，并對(duì)土壤結(jié)構(gòu)改良、保肥性和緩沖性能等的提高有著積極作用。土壤全氮、磷、鉀含量是衡量土壤養(yǎng)分潛在供應(yīng)能力的重要指標(biāo)；而堿解氮、速效磷和速效鉀則反映了土壤短期內(nèi)可被植物吸收利用的有效養(yǎng)分狀況[5]。本研究顯示，土壤有機(jī)質(zhì)平均含量大小順序?yàn)槎讞盍?沙棘林>新疆楊林>裸沙地。二白楊林的表層有機(jī)質(zhì)最高，是裸沙地的19.5倍，裸沙地的有機(jī)質(zhì)極為貧乏，表層含量極低，土壤全N含量變化幅度較小，二白楊林全N平均含量最高，沙棘林的平均堿解N含量最高。3種典型固沙林全P含量、速效P含量均是新疆楊林最高，是裸沙地的5.1倍。土壤全K含量最高的新疆楊林，是裸沙地的1.3倍，速效K含量最高的二白楊林，是裸沙地的3.8倍。土壤全K含量大小順序?yàn)樾陆畻盍?二白楊林>沙棘林>裸沙地，速效鉀含量大小順序?yàn)槎讞盍?沙棘林>新疆楊林>裸沙地。3種典型固沙林土壤有機(jī)質(zhì)、土壤全N、堿解N、全P、速效P、全K、速效K隨著土層深度的增加呈下降趨勢(shì)。這與趙心苗[18]、魏強(qiáng)[19]、王海燕[14]及馬和平[20]等的研究結(jié)果相同?；哪貐^(qū)隨著植被恢復(fù)，有助于土壤有機(jī)質(zhì)的形成，但是腐殖化作用局限在表層，對(duì)下層土壤影響較小[21]。凋落物及植物根系分解形成的有機(jī)碳首先進(jìn)入表層，而土壤氮素和磷素主要來源與植被枯落物的歸還與分解[22]，土壤鉀素的表聚性可能與土壤蒸發(fā)和根系吸收有關(guān)[23]。s

表5 土壤養(yǎng)分因子間的相關(guān)系數(shù)

注：“*”在 0.05 水平(雙側(cè))上相關(guān)顯著，“**”在 0.01 水平(雙側(cè))上相關(guān)顯著。

表6 土壤肥力綜合評(píng)價(jià)

注：μ(1)～μ(8)分別表示有機(jī)質(zhì)、全N、堿解N、全K、速效K、全P、速效P及pH值的隸屬函數(shù)值。

各林地土壤pH值的大小順序?yàn)槁闵车?新疆楊林>沙棘林>二白楊林，3種典型固沙林的土壤pH值隨著土層深度的增加呈上升趨勢(shì)，裸沙地的上升幅度最小。影響土壤pH值變化的因素較多，如土壤利用方式、地下水鹽類的成分和含量、蒸發(fā)量、降雨量、植物生長(zhǎng)狀況等[24]。

4.2 土壤養(yǎng)分因子相關(guān)性

本研究表明，土壤各養(yǎng)分因子之間存在著不同程度的相關(guān)關(guān)系，3個(gè)典型林地pH值與其他各養(yǎng)分因子之間呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，而其他各養(yǎng)分因子之間相互呈正相關(guān)關(guān)系。土壤各養(yǎng)分指標(biāo)間存在顯著相關(guān)關(guān)系，且受土壤母質(zhì)、海拔高度、季節(jié)變化、土壤深度、林分分布及樹種組成等的影響顯著[25-26]?？傊?，土壤是一個(gè)綜合性的因子，各因子間是相互作用、相互影響的，任何一個(gè)因子的變化都將引起其他因子不同程度的改變，從而引起林地肥力的變化，作用于林木的生長(zhǎng)[8]。

4.3 土壤肥力綜合評(píng)價(jià)

土壤養(yǎng)分含量變化影響著土壤肥力大小，而且土壤肥力還受植物對(duì)養(yǎng)分吸收能力的影響，但更取決于各因子的協(xié)調(diào)程度，是諸多肥力因素綜合作用的反映[27]。本結(jié)果顯示，裸沙地、新疆楊林地、二白楊林地及沙棘林地的土壤肥力綜合評(píng)價(jià)值分別為0.146，0.328，0.365和0.295。本研究所得出的土壤肥力評(píng)價(jià)值能夠反映出該區(qū)不同林地當(dāng)前的土壤肥力狀況，即二白楊林土壤肥力優(yōu)于新疆楊林，新疆楊林土壤肥力優(yōu)于沙棘林，裸沙地最低。

參考文獻(xiàn):

[1] 王彥武,廖超英,孫長(zhǎng)忠.毛烏素沙地固沙林土壤化學(xué)性質(zhì)差異[J].土壤通報(bào),2009,40(4):776-780.

WANG Y W,LIAO C Y,SUN C Z.Soil chemical properties of sand-fixing forests in maowusu sandland[J].Chinese Journal of Soil Science,2009,40(4):776-780.(in Chinese)

[2] XU M J,CHENG S L,FANG H J,etal.Low-level nitrogen addition promotes net methane uptake in a boreal forest across the Great Xing’an Mountain Region,China[J].Forest Science,2014,60(2):973-981.

[3] 唐將,李勇,鄧富銀,等.三峽庫(kù)區(qū)土壤營(yíng)養(yǎng)元素分布特征研究[J].土壤學(xué)報(bào),2005,42(3):473-478.

TANG J,LI Y,DENG F Y,etal.Distribution characteristics of nutrition elements in the three gorges reservoir district[J].Acta Pedologica Sinica,2005,42(3):473-478.(in Chinese)

[4] 宋依璇,鄧?yán)^峰,李景浩,等.遼西北典型人工林地不同坡位土壤養(yǎng)分特征及與林木生長(zhǎng)性狀的關(guān)系[J].西北林學(xué)院學(xué)報(bào),2017,32(3):18-24.

SONG Y X,DENG J F,LI J H,etal.Soil chemical properties and their relations with stand growth of typical afforestation tree species in Northwest Liaoning Province[J].Journal of Northwest Forestry University,2017,32(3):18-24.(in Chinese)

[5] 李興民.白龍江林區(qū)典型森林植被土壤養(yǎng)分特征[D].蘭州:甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué),2014.

[6] 謝寄托.莽山常綠闊葉林土壤養(yǎng)分分布規(guī)律研究[D].長(zhǎng)沙:中南林業(yè)科技大學(xué),2014.

[7] 張玉宏.黃土高原廟嶺流域刺槐、毛白楊人工造林對(duì)土壤養(yǎng)分的影響[D].楊陵:西北農(nóng)林科技大學(xué),2011.

[8] 吳強(qiáng),楚聰穎,宋偉,等.塞罕壩壩上地區(qū)樟子松人工林的土壤養(yǎng)分研究[J].林業(yè)資源管理,2016(1):90-98.

WU Q,CHU C Y,SONG W,etal.Study on the soil nutrients ofScotchPineplantations in the upper dam of Saihanba[J].Forest Resources Management,2016(1):90-98.(in Chinese)

[9] 崔楠,呂光輝,劉曉星,等.胡楊、梭梭群落土壤理化性質(zhì)及其相互關(guān)系[J].干旱區(qū)研究,2015,32(3):476-482.

CUI N,LV G H,LIU X Xetal.Soil physical-chemical properties ofPopuluseuphraticaandHaloxylonpersicumcommunities and their relationship[J].Arid Zone Research,2015,32(3):476-482.(in Chinese)

[10] 朱雅娟,李清雪,賈志清,等.內(nèi)蒙古敖漢旗不同類型防護(hù)林的土壤養(yǎng)分特征[J].西北林學(xué)院學(xué)報(bào),2014,29(4):15-20.

ZHU Y J,LI Q X,JIA Z Q,etal.Soil nutrient characteristics of different types of shelterbelt in Aohan Banner,Inner Mongolia[J].Journal of Northwest Forestry University,2014,29(4):15-20.(in Chinese)

[11] 李曉莎,許晴,許中旗,等.冀北山地華北落葉松人工林土壤養(yǎng)分的變化規(guī)律[J].西北林學(xué)院學(xué) 報(bào),2016,31(5):23-28.

LI X S,XU Q,XU Z Q,etal.Changes of soil nutrients forLarixprincipis-rupprechtiiplantation in North Mountain of Hebei[J].Journal of Northwest Forestry University,2016,31(5):23-28.(in Chinese)

[12] 席軍強(qiáng),楊自輝,郭樹江.人工梭梭林對(duì)沙地土壤理化性質(zhì)和微生物的影響[J].草業(yè)學(xué)報(bào),2015,24(5):44-52.

XI J Q,YANG Z H,GUO S J,etal.Effects ofHaloxylonammodendronplanting on soil physico-chemical properties and soil microorganisms in sandy dunes[J].Acta Prataculturae Sinica,2015,24(5):44-52.(in Chinese)

[13] 高君亮,羅鳳敏,高永,等.陰山北麓不同土地利用類型土壤養(yǎng)分特征分析與評(píng)價(jià)[J].草業(yè)學(xué)報(bào),2016,25(4):230-238.

GAO J L,LUO F M,GAO Y,etal.Analysis of soil nutrient characteristics under different land use patterns in the northern piedmont of Yinshan Mountain[J].Acta Prataculturae Sinica,2016,25(4):230-238.(in Chinese)

[14] 王海燕,雷相東,張會(huì)儒,等.近天然落葉松云冷杉林土壤養(yǎng)分特征[J].東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2009,37(11):68-70,73.

WANG H Y,LEI X D,ZHANG H R,etal.Soil nutrient characteristics of semi-natural mixedLarch-spruce-firstandsin Northeast China[J].Journalof Northeast Forestry University,2009,37(11):67-73.(in Chinese)

[15] 鄭子成,李廷軒,何淑勤,等.保護(hù)地土壤生態(tài)問題及其防治措施的研究[J].水土保持研究,2006,13(1):18-20,53.

ZHENG Z C,LI T X,HE S Q,etal.Research of ecological problems and countermeasures on the soil of Greenhouse[J].Research of Soil and Water Conservation,2006,13(1):18-20.(in Chinese)

[16] 陳立新.落葉松人工林土壤質(zhì)量變化規(guī)律與調(diào)控措施的研究[D].北京:中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院,2003:20-31.

[17] 郝玉光,劉芳,張偉華.等.烏蘭布和沙區(qū)人工綠洲土壤養(yǎng)分動(dòng)態(tài)研究[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境,2009,23(7):176-181.

HAO Y G,LIU F,ZHANG W H,etal.Dynamic changes of soil nutrient content of artificial oasis in Ulan Buh Desert[J].Journal of Arid Land Resources and Envireoment,2009,23(7):176-181.(in Chinese)

[18] 趙心苗,王永明,張榮風(fēng),等.冀北山地海拔對(duì)華北落葉松人工林土壤養(yǎng)分特征的影響[J].河北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2013,36(4):56-61,81.

ZHAO X M,WANG Y M,ZHANG R F,etal.The study of soil nutrients ofLarixprincipis-rupprechtiiplantations at different altitudes in the Northern Mountainous of Hebei[J].Journal of Agricultural University of Hebei,2013,36(4):56-81.(in Chinese)

[19] 魏強(qiáng),凌雷,柴春山,等.甘肅興隆山森林演替過程中的土壤理化性質(zhì)[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2012,32(15):4700-4713.

WEI Q,LING L,CHAI C S,etal.Soil physical and chemical properties in forest succession process in Xinglong Mountain of Gansu[J].Acta Ecologica Sinica,2012,32(15):4700-4713.(in Chinese)

[20] 馬和平,郭其強(qiáng),劉合滿,等.西藏色季拉山東麓垂直帶土壤碳氮分布特征及其影響因素[J].西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2013,41(1):91-96.

MA H P,GUO Q Q,LIU H M,etal.Distribution and affecting factors of soil organic carbonand total nitrogen along the altitudinal belt in the eastern Sejila Mountain of Tibet[J].Journal of Northwest Agricultural and Forestry University:Nat.Sci.Ed.,2013,41(1):91-96.(in Chinese)

[21] 常慶瑞,高亞軍,劉京.陜北農(nóng)牧交錯(cuò)帶荒漠化土壤肥力水平研究[J].西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2005,33(1):29-33,38.

CHANG Q R,GAO Y J,LIU J.Study on the fertility of desertification soil in the agriculture and animal husbandry interlaced zone of Northern Shaanxi[J].Journal of Northwest Agricultural and Forestry University:Nat.Sci.Ed.,2005,33(1):29-33,38.(in Chinese)

[22] 茍麗暉,孫兆地,聶立水,等.北京松山自然保護(hù)區(qū)不同母質(zhì)油松林土壤氮、磷、鉀含量垂直分布[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2013,24(4):961-966.

GOU L H,SUN Z D,NIE L S,etal.Vertical distribution pattern of nitrogen,phosphorus,and potassium in Chinese pine forest soil developed from different parent materials in Songshan Mountain Nature Reserve,Beijing of China[J].Chinese Journal of Applied Ecology,2013,24(4):961-966.(in Chinese)

[23] ESTEBAN G,ROBERT B.The distribution of soil nutrients with depth:global patterns and the imprint of plants[J].Biogeochemistry,2001,53(1):51-77.

[24] 何貴永,孫浩智,史小明,等.青藏高原高寒濕地不同季節(jié)土壤理化性質(zhì)對(duì)放牧模式的響應(yīng)[J].草業(yè)學(xué)報(bào),2015,24(4):12-20．

HE G Y,SUN H Z,SHI X M,etal.Soil properties of Tibetan Plateau alpine wetland affected by grazing and season[J].Acta Pratacultur Sinica,2015,24(4):12-20.(in Chinese)

[25] 鮑文,包維楷.岷江上游中山區(qū)次生灌叢與人工油松林土壤理化性質(zhì)比較研究[J].水土保持通報(bào),2004,24(5):10-13.

BAO W,BAO W K.Soil physical and chemical properties under secondary shrub and artificial Chinese pine forest in middle-mountain areas of upper reaches of the Minjiang River[J].Bulletin of Soil and Water Conservation,2004,24(5):10-13.(in Chinese)

[26] 陳立明,滿秀玲.云冷杉林土壤酶活性與土壤養(yǎng)分的研究[J].中國(guó)水土保持科學(xué),2009,7(4):94-99.

CHEN L M,MAN X L.Soil enzymes activities and soil nutrient ofPiceaandAbiesforest[J].Science of Soil and Water Conservation,2009,7(4):94-99.(in Chinese)

[27] 趙軍,尚杰,耿榮,等.西安咸陽(yáng)國(guó)際機(jī)場(chǎng)綠地土壤養(yǎng)分分析與評(píng)價(jià)[J].西北林學(xué)院學(xué)報(bào),2015,30(1):257-262.

ZHAO J,SHANG J,GENG R,etal.Analysis and evaluation of green land soil nutrients in Xi'an Xianyang International Airport[J].Journal of Northwest Forestry University,2015,30(1):257-262.(in Chinese)