遼寧省泥質(zhì)海岸防護(hù)林對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響

邢亮

(遼寧省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃監(jiān)測(cè)院， 遼寧 沈陽(yáng) 110122)

在我國(guó)東北的沿海區(qū)域，存在大量的可發(fā)展農(nóng)業(yè)區(qū)域，約占據(jù)中國(guó)境內(nèi)農(nóng)業(yè)耕地總面積的一成以上。現(xiàn)如今，中國(guó)境內(nèi)還有將近八成的鹽堿地，沒(méi)有得到綜合治理[1]。故此，改善中國(guó)境內(nèi)沿海區(qū)域的土壤理化性質(zhì)，對(duì)于中國(guó)農(nóng)業(yè)的發(fā)展至關(guān)重要。與此同時(shí)，要善于取長(zhǎng)補(bǔ)短，發(fā)揮當(dāng)?shù)貎?yōu)勢(shì)，推進(jìn)中國(guó)境內(nèi)沿海地區(qū)鹽堿地的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展，進(jìn)而推進(jìn)中國(guó)的全面發(fā)展。

通常情況下，泥質(zhì)海岸的生態(tài)環(huán)境相對(duì)脆弱，適宜在該環(huán)境中存活的樹種并不多。與此同時(shí)，沿海區(qū)域具有惡劣的自然環(huán)境，防護(hù)林很容易受到暴雨、風(fēng)沙、干熱風(fēng)以及冰雹等多樣化自然災(zāi)害的影響，造林與維護(hù)都很困難，海濱歷史上嚴(yán)重缺乏科學(xué)管理，導(dǎo)致鹽堿化不斷加劇[2，3]。林分質(zhì)量低，結(jié)構(gòu)不合理，防護(hù)能力差，樹種生長(zhǎng)慢、壽命短、抗逆性差等直接威脅造林結(jié)果。

本文分析了不同林分類型的防護(hù)林對(duì)土壤速效氮、速效磷、pH值、總孔隙度、體積含水量、土壤密度的影響。依照分析結(jié)果進(jìn)行適地適樹，進(jìn)而解決泥質(zhì)海岸的生態(tài)環(huán)境相對(duì)脆弱問(wèn)題，以此為今后泥質(zhì)海岸防護(hù)林建設(shè)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

選取遼寧省葫蘆島市綏中縣泥質(zhì)海岸的油松(Pinustabuliformis)純林、楊樹(Populusspp.)純林、刺槐(Robiniapseudoacacia)純林為研究對(duì)象，對(duì)其土壤的0～20 cm土層、20～40 cm土層進(jìn)行試驗(yàn)分析,林分情況如表1所示：

表1 林分情況

1.2 試驗(yàn)及取樣方法

選擇有代表性的測(cè)點(diǎn)，挖掘土壤剖面，根據(jù)土壤發(fā)生層次或每隔10 cm用環(huán)刀采取土樣，用鋒利的土壤刀剖平環(huán)刀表面，蓋好，帶回測(cè)定。本試驗(yàn)將土樣按照《森林土壤分析方法(LY/T-1999)》進(jìn)行分析，測(cè)定土壤有機(jī)質(zhì)，pH值3次重復(fù),取其平均值。

1.2.1 速效氮的測(cè)定 在擴(kuò)散皿中，用1.0 mol·L-1NaOH水解2 g土壤，使得易水解氮堿轉(zhuǎn)化為NH3，NH3擴(kuò)散后為H3BO3吸收。H3BO3吸收液中的NH3再由標(biāo)準(zhǔn)酸滴定，然后計(jì)算土壤中水解氮的含量。

1.2.2 速效磷的測(cè)定 可用0.5 mol·L-1碳酸氫鈉提取到土壤溶液中，然后將待測(cè)液用鉬銻抗混合顯色劑在常溫下進(jìn)行還原，使黃色的銻磷鉬雜多酸還原成為磷鉬蘭，進(jìn)行比色。

1.2.3 pH的測(cè)定 土壤樣品用水浸提或用中性鹽溶液浸提。水土比為2.5∶1；鹽堿土水土比為5∶1；泥炭水土比為10∶1。經(jīng)充分?jǐn)嚢?，平?0 min，用酸度計(jì)或pH計(jì)測(cè)定。

1.2.4 土壤總孔隙度、土壤密度、土壤含水量的測(cè)定 先用粗天平進(jìn)行濕土和環(huán)刀質(zhì)量的測(cè)量，將環(huán)刀去上下底蓋放入平底盆中使其吸水達(dá)到飽和的狀態(tài)，蓋上上下底蓋一起稱量可以得到最大含水量。去掉底蓋，放在盛有干沙的平底盤中約2 h，立即稱質(zhì)量，可以得到毛管持水量。去掉上下底蓋，放置于盛有干沙的平底盤中2～3 d，此時(shí)水量為毛管懸濁水，加上下底蓋稱量可得最小持水量。通過(guò)以上數(shù)據(jù)計(jì)算可得土壤體積含水量、土壤密度以及土壤總孔隙度。

1.2.5 數(shù)據(jù)的分析與處理 運(yùn)用Microsoft Excel和SPSS應(yīng)用程序，進(jìn)行單因素方差分析，再用LSD Dunnett進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果和分析

2.1 遼寧省泥質(zhì)海岸防護(hù)林土壤速效氮含量研究

土壤中的氮素主要來(lái)自于生物有機(jī)物質(zhì)的積累。對(duì)5種泥質(zhì)海岸防護(hù)林土壤速效氮含量的分析如圖1所示。由圖1可知，5種林分類型0～20 cm和20～40 cm層的土壤速效氮含量均大于對(duì)照樣地，說(shuō)明沿海防護(hù)林對(duì)于改良土壤速效氮起到了顯著的作用。5種不同林分類型在0～20 cm和20～40 cm土層中速效氮含量由高到低排列為刺槐純林(237.93 mg·kg-1)>遼寧楊純林(201.15 mg·kg-1)>小胡楊+紫穗槐(131.65 mg·kg-1)>刺槐+楊樹(127.70 mg·kg-1)>小胡楊純林(115.40 mg·kg-1)>空白(56.79 mg·kg-1)。

圖1 泥質(zhì)海岸不同林分類型土壤速效氮含量

由于氮素的積累主要來(lái)自于有機(jī)物質(zhì)的分解，刺槐0～20 cm和20～40 cm土層全氮量的含量均最高，在0～20 cm主要是由于枯枝落葉以及其他凋落物的累積，隨著植被以及微生物的分解，使養(yǎng)分回歸土壤。而在20～40 cm的土層中全氮含量減少是因?yàn)椴荼局参锏母禑o(wú)法延伸至土壤深層，而刺槐林在20～40 cm的土壤中含氮量最高是由于刺槐根系發(fā)達(dá)且屬于闊葉林，利用有機(jī)物質(zhì)的積累。

2.2 遼寧省泥質(zhì)海岸防護(hù)林pH值分析

濱海地區(qū)的土壤具有較強(qiáng)的堿性，嚴(yán)重影響了樹木的正常生長(zhǎng)。與此同時(shí)，多樣化營(yíng)養(yǎng)元素的活性也并不理想，能夠促進(jìn)樹木生長(zhǎng)的元素少之又少，直接造成樹木生長(zhǎng)受阻。故此，若想改善濱海地區(qū)的土壤，就必須大大降低pH值，促進(jìn)營(yíng)養(yǎng)成分的吸收，才能有效改善土壤的質(zhì)量。

圖2 泥質(zhì)海岸不同林分類型土壤pH值

通過(guò)圖2 數(shù)據(jù)可得，防護(hù)林土層pH均值由小至大排列為小胡楊+紫穗槐(7.443 3)<小胡楊純林(7.79)<遼寧楊純林(7.87)<刺槐純林(8.00)<刺槐+楊樹(8.01)<空白(8.08)。各個(gè)防護(hù)林pH值均小于對(duì)照組，且均值也小于對(duì)照組(7.92<8.71)，說(shuō)明沿海防護(hù)林對(duì)土壤pH值的改善有較為顯著的作用，而且由于雨水的淋洗作用，使得土壤中鹽分等堿性物質(zhì)下滲，導(dǎo)致pH值隨土壤深度的增加而增加。

2.3 遼寧省泥質(zhì)海岸防護(hù)林土壤速效磷研究

土壤速效磷能促進(jìn)植物的光合作用和呼吸作用，還在一定程度上決定了植物抗寒冷、抗干旱的能力。土壤磷元素主要來(lái)源于含磷的黏土礦物質(zhì)和原生礦物質(zhì)。表層土壤的速效磷的含量，由于受到土壤灌溉等人為因素極易流失。

通過(guò)圖3數(shù)據(jù)可得，土壤速效磷含量隨土壤土層深度的增加而減少，這是由于速效磷的主要來(lái)源為枯枝落葉等枯落物，這些物質(zhì)分解產(chǎn)生的速效磷隨雨水的淋溶作用而緩慢下滲，而土壤深度越深，淋溶作用就越發(fā)不明顯。另外植物根系的吸收作用也同樣會(huì)導(dǎo)致這一現(xiàn)象。

在樹種方面，0～20 cm、20～40 cm土層速效磷平均含量由低向高排列為遼寧楊純林(1.32 mg·kg-1)<刺槐純林(1.36 mg·kg-1)<刺槐+楊樹(2.37 mg·kg-1)<小胡楊+紫穗槐(2.74 mg·kg-1)<小胡楊純林(5.78 mg·kg-1)<空白(7.98 mg·kg-1)。

所有樹種速效磷含量均低于對(duì)照組，說(shuō)明防護(hù)林植被對(duì)土壤速效磷的含量有一定的影響，植物大量吸收土壤中的磷元素用于光合作用以及生長(zhǎng)發(fā)育。所以生長(zhǎng)中的遼寧楊純林用氮量較大，而處于成熟期的小胡楊純林速效磷含量較多。

圖3 泥質(zhì)海岸不同林分類型土壤速效磷含量

2.4 遼寧省泥質(zhì)海岸防護(hù)林總孔隙度分析

通過(guò)圖4數(shù)據(jù)可得，各個(gè)林分類型的土壤孔隙度均在36.7%～45.9%波動(dòng)，各個(gè)防護(hù)林土壤總孔隙度均值由小到大排列為刺槐純林(36.71%)<刺槐+楊樹(38.02%)<小胡楊+紫穗槐(38.04%)<遼寧楊純林(38.31%)<小胡楊純林(39.73%)<空白(45.90%)。

影響森林土壤孔隙狀況的自然因素主要有質(zhì)地類型、結(jié)構(gòu)、有機(jī)質(zhì)含量以及林木的根系等。另外,營(yíng)林生產(chǎn)過(guò)程中的人為干擾,也能顯著改變土壤的孔隙狀況。土壤總孔隙度一般是從表層到底層逐漸增大。其中刺槐純林、刺槐+楊樹混交林、遼寧楊純林可能是因?yàn)槿藶椴忍さ纫蛩貙?duì)土壤總孔隙度產(chǎn)生了一定的影響。

圖4 泥質(zhì)海岸不同林分類型土壤總孔隙度

2.5 遼寧省泥質(zhì)海岸防護(hù)林體積含水量分析

泥質(zhì)海岸沿海防護(hù)林之所以能夠調(diào)節(jié)氣候、改良土壤理化性質(zhì)，一個(gè)重要的原因是樹木可以通過(guò)光合呼吸以及蒸騰作用排除泥質(zhì)土壤中多余的水分，降低洪澇災(zāi)害的發(fā)生概率。由于秋季降水較多，土壤含水量穩(wěn)定，蒸騰作用強(qiáng)。因此只針對(duì)秋季的土壤體積含水率進(jìn)行分析。

由圖5可見，各土層空白地土壤含水率均高于林分土壤，說(shuō)明植被在調(diào)節(jié)土壤含水率這一方面發(fā)揮了較為顯著的作用。0～20 cm土壤含水量均高于20～40 cm土層土壤含水量，可能是雨水淋溶以及植物根系的共同作用所致。各個(gè)防護(hù)林土壤含水量平均值由低至高排列為刺槐+楊樹(5.23%)<遼寧純楊林(6.63%)<小胡楊純林(22.66%)<小胡楊+紫穗槐(23.26%)<刺槐純林(25.22%)<空白(44.55%)，刺槐+楊樹混交林改良土壤洪澇的效果最好。

0～20 cm土層體積含水量普遍高于20～40 cm，說(shuō)明表層土壤的枯枝落葉層起到了很好地保持水分的作用。而各個(gè)防護(hù)林土壤含水率低于對(duì)照組可能原因是植物生長(zhǎng)以及蒸騰作用的原因。

圖5 泥質(zhì)海岸不同林分類型土壤體積含水率

2.6 遼寧省泥質(zhì)海岸防護(hù)林土壤密度分析

在同等質(zhì)量的土壤中，土壤的實(shí)際密度，是土壤緊實(shí)程度的重要表現(xiàn)。密度的大小，直接影響了土壤中微生物的生存以及樹種的生長(zhǎng)。

由圖6可見，在各個(gè)土層土壤密度均低于對(duì)照組，說(shuō)明植被在調(diào)節(jié)土壤密度的方面發(fā)揮了較為重要的作用，其中20～40 cm土層土壤密度普遍低于0～20 cm土層土壤密度，原因有可能是草本植物根系無(wú)法伸展至較深的土層，雨水的淋溶作用在較深的土層也無(wú)法發(fā)揮作用，另外可能也與微生物的活動(dòng)有關(guān)。

樹種方面，土壤密度平均值由低至高排列為刺槐純林(1.1.40 g·cm-3)<小胡楊+紫穗槐(1.41 g·cm-3)<小胡楊純林(1.44 g·cm-3)<刺槐+楊樹(1.45 g·cm-3)<遼寧楊純林(1.49 g·cm-3)<空白(1.1.57 g·cm-3),由此可見，刺槐改良土壤密度的效果最佳。

圖6 泥質(zhì)海岸不同林分類型土壤密度

3 討論與結(jié)論

3.1 討論

3.1.1 通過(guò)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，對(duì)土壤理化性質(zhì)影響較為顯著的幾種林分類型分別為刺槐純林、楊樹純林、刺槐+楊樹混交林，這一點(diǎn)與艾鵬、胡海波、魯小珍在連云港沙質(zhì)海岸防護(hù)林地的土壤特性研究中得出的結(jié)論一致[4]。各個(gè)林分類型均對(duì)土壤理化性質(zhì)產(chǎn)生極其顯著影響，說(shuō)明在沿海泥質(zhì)防護(hù)林的建設(shè)中，樹種的選擇尤為重要。

3.1.2 刺槐、楊樹均為闊葉樹種，速生，喜溫暖濕潤(rùn)氣候，刺槐有一定的固氮能力；楊樹的光合作用和蒸騰作用比一般的闊葉樹種高。這些特性使他們成為防護(hù)林建設(shè)的優(yōu)先選擇樹種。闊葉樹種可以增加枯枝落葉的比例，而枯枝落葉的分解可以增加土壤中的有機(jī)質(zhì)含量，從而增加有效氮、速效磷的含量，這一點(diǎn)與沈文森先生在北京地區(qū)人工林土壤質(zhì)量的研究結(jié)論一致[5]。

3.1.3 在營(yíng)造人工針葉林如馬尾松時(shí)，可適當(dāng)?shù)匾腴熑~林進(jìn)行混交，從而增加土壤的有機(jī)質(zhì)，速效氮的含量。這與魏忠平，范俊崗，潘文利在泥質(zhì)海岸鹽堿地刺槐-楊樹混交林改土效果中得出的結(jié)論一致[6]。

3.1.4 土壤深度對(duì)速效氮、pH值、土壤速效磷均產(chǎn)生顯著影響，因此在建設(shè)防護(hù)林時(shí)，樹種根系可以作為選擇防護(hù)林樹種的參數(shù)之一。

3.2 結(jié)論

3.2.1 各林分土壤中含有的速效氮遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于對(duì)照組，含氮量與土壤的深度呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)，防護(hù)林不同林分類型對(duì)土壤速效氮含量產(chǎn)生極顯著影響。對(duì)土壤速效氮含量影響較為顯著的林分依次為刺槐純林>遼寧楊純林>小胡楊+紫穗槐>刺槐+楊樹>小胡楊純林，其中只有刺槐純林和遼寧楊純林與空白對(duì)照組存在顯著差異。

3.2.2 各個(gè)林分土壤pH值 均低于對(duì)照組，pH值隨土層深度的增加而增加，防護(hù)林不同林分類型以及土壤深度對(duì)土壤pH值均產(chǎn)生極顯著影響。5種防護(hù)林對(duì)土壤pH值影響的程度由大至小排列為遼寧楊純林>小胡楊+紫穗槐>小胡楊純林>刺槐+楊樹>刺槐純林。5種典型防護(hù)林與對(duì)照組均存在極其顯著差異。其中遼寧楊純林、小胡楊+紫穗槐混交林、小胡楊純林對(duì)土壤pH值的影響最為顯著。

3.2.3 土壤速效磷含量均低于對(duì)照組，且土壤速效磷的含量隨土層深度的增加而減少，防護(hù)林不同林分類型以及土壤深度對(duì)土壤速效磷均產(chǎn)生極顯著影響。由多重比較可得，5種防護(hù)林對(duì)土壤速效磷含量影響的程度由大至小排列為遼寧楊純林>小胡楊+紫穗槐>小胡楊純林>刺槐+楊樹>刺槐純林。5種典型防護(hù)林與對(duì)照組均存在極其顯著影響。其中遼寧楊純林、小胡楊+紫穗槐混交林、小胡楊純林的影響最為顯著。

3.2.4 土壤總孔隙度隨土層深度的增加而減少，防護(hù)林不同林分類型以及土壤深度對(duì)土壤孔隙度均產(chǎn)生顯著影響。5種防護(hù)林對(duì)土壤孔隙度影響的程度由大至小排列為刺槐純林>遼寧楊純林>小胡楊純林>刺槐+楊樹>小胡楊+紫穗槐。刺槐純林、遼寧楊純林、小胡楊純林、刺槐+楊樹混交林均與空白對(duì)照組存在極顯著差異。而刺槐純林、遼寧楊純林、小胡楊純林對(duì)土壤空隙度的影響最為顯著。

3.2.5 土壤體積含水量隨土層深度的增加而減少，5種防護(hù)林含水量均低于對(duì)照組，防護(hù)林不同林分類型以及土壤厚度對(duì)土壤體積含水量產(chǎn)生極顯著影響。5種防護(hù)林對(duì)土壤pH值影響的程度由大至小排列為刺槐+楊樹>遼寧楊純林>小胡楊純林>小胡楊+紫穗槐>刺槐純林。5種防護(hù)林均與空白對(duì)照組存在極顯著差異。而刺槐+楊樹混交林，遼寧楊純林對(duì)土壤含水量的影響最為顯著。

3.2.6 土壤密度隨土層深度的增加而增加，土壤密度均低于對(duì)照組，防護(hù)林不同林分類型以及土層深度對(duì)土壤密度含均有顯著影響。5種防護(hù)林對(duì)土壤pH值影響的程度由大至小排列為刺槐純林>遼寧楊純林>小胡楊純林>刺槐+楊樹>小胡楊+紫穗槐。其中刺槐純林、遼寧楊純林、小胡楊純林、刺槐+楊樹混交林均與空白對(duì)照組存在極顯著差異。刺槐純林、遼寧楊純林、小胡楊純林的影響效果最為顯著。