植被類型對(duì)土壤基本物理性質(zhì)的影響

摘要 [目的]了解植被種類對(duì)土壤物理性質(zhì)的影響。[方法]對(duì)相同立地條件下種植側(cè)柏、歐李、檸條、苜蓿和油松5種植物多年后土壤的物理性質(zhì)進(jìn)行測試和分析。[結(jié)果]不同植被條件下除40 cm土層剪切力間差異不顯著外，其他物理性質(zhì)間均差異顯著。其中土壤含水量均值為15.77 g/kg，苜蓿地最大為17.00 g/kg;孔隙度均值為50.99%，歐李最大為55.91%;容重均值為1.17g/cm3，油松地最大為123 g/cm3;比重均值為2.42 g/cm3，歐李地最大為2.7 7g/cm3;剪切力在表層土均值為0.56 kg/cm2，20 cm土層為1.09 kg/cm2，40 cm 土層為1.37 kg/cm2，歐李地最大為1.54 kg/cm2。[結(jié)論]經(jīng)過多年生長，植物對(duì)土壤物理性質(zhì)存在顯著影響，但未表現(xiàn)出某一植物對(duì)土壤物理性質(zhì)的改變具有一致的變化規(guī)律。

關(guān)鍵詞 立地條件;不同植被;剪切力;土壤

中圖分類號(hào) S151.9文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A

文章編號(hào) 0517-6611（2019）11-0090-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.11.025

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

Abstract [Objective] To understand the effect of vegetation on soil physical properties.[Method]Some physical properties of soil which have planted the Platycladus orientalis， Prunus humilis， Caragana korshinskii， Alfalfa and Pinus tabulaeformis for some years were analyzed. [Result] There existed significant difference in soil physical properties under different vegetation kinds， except the shear stress on 40 cm soil layer. The mean value was 15.77 g/kg of soil water content， and the maximum value was 17.00 g/kg in Alfalfa land. The mean value was 5099% of soil porosity， and the maximum value was 55.91% in Prunus humilis land. The mean value was 1.17 g/cm3 of soil bulk density， and the maximum value was 1.23 g/cm3 in Pinus tabulaeformis land. The mean value was 2.42 g/cm3 of soil specific gravity， and the maximum value was 2.77 g/cm3 in Prunus humilis land. The mean value of share stress were respectively 0.56， 0.1.09 and 1.37 kg/cm2 in surface， 20 and 40 cm soil layers， and the maximum value was 1.54 kg/cm2 in Prunus humilis land. [Conclusion] After growth for some years， vegetables have significant effect on soil physical properties. But there not exist a same change variation for a kind plant and a special physical properties.

Key words Site condition;Different vegetation;Shear stress;Soil

基金項(xiàng)目 山西省水利科學(xué)技術(shù)研究與推廣項(xiàng)目 “不同坡度坡耕地氮素流失特征及對(duì)河流水質(zhì)影響的研究”（201629）;“山西省水土保持與生態(tài)環(huán)境技術(shù)開發(fā)實(shí)驗(yàn)室”建設(shè)項(xiàng)目（2017142，201805）。

作者簡介 王小云（1980—），男，山西興縣人，高級(jí)工程師，碩士，從事土壤侵蝕和面源污染研究。

收稿日期 2018-12-03

土壤物理性質(zhì)主要包括土壤顆粒組成、土壤容重、孔隙狀況、剪切力等指標(biāo)[1]。不同立地條件、不同植被狀況以及同一立地條件下不同土層間土壤物理性質(zhì)均存在差異。不同土層中物理性質(zhì)的差異，不僅決定土壤的水、肥、氣、熱等肥力狀況[2]，而且影響地表徑流的形成、降雨入滲狀況、地下水補(bǔ)給、流域水文等過程[3-4]，被認(rèn)為是反映土壤結(jié)構(gòu)和水文狀況及評(píng)價(jià)土壤質(zhì)量的重要指標(biāo)[5]。植樹造林作為有效控制水土流失和防治土壤退化的一種水土保持措施，能顯著提高地面植被覆蓋率，改善地面立地條件，改善土壤結(jié)構(gòu)和基本性質(zhì)，改變地面徑流產(chǎn)流和匯流過程，影響地下水補(bǔ)給及水文狀況。但不同植被間生物量及生長發(fā)育狀況差異較大，因此研究不同植被種類對(duì)土壤性質(zhì)的影響，對(duì)評(píng)估植被種類改良土壤、水土保持效益具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于離石王家溝官道梁山西省水土保持科學(xué)研究所試驗(yàn)場徑流場。該徑流場位于山西省西部呂梁市離石區(qū)，地理坐標(biāo)為37°21′～37°42′N、110°55′～111°35′E，離石區(qū)為溫帶大陸性季風(fēng)氣候，四季分明，冬冷夏熱，年平均氣溫8.9 ℃，年平均降雨量460.4 mm左右，無霜期170 d左右。

試驗(yàn)地處于12°左右的半陽坡坡地上，坡面上分布著不同種類的植物，以坡地種植側(cè)柏（有大量自然生長的堿草）、歐李（有少量蒿草和針茅）、檸條（生長少量蒿草）、苜蓿（生長少量蒿草）和油松（有少量堿草和蒿草）5種植物的坡地土壤為主要研究對(duì)象。側(cè)柏種植年限10年左右，歐李約8年，檸條10年左右，苜蓿6年左右，油松8年左右。

1.2 樣品采集

采樣點(diǎn)的選取遵循隨機(jī)原則，采用“S”型布設(shè)試驗(yàn)樣點(diǎn)，從總體上把握采樣點(diǎn)的代表性，使樣點(diǎn)具有典型代表性，能更真實(shí)、有代表性地反映試驗(yàn)樣地的情況。2016年4月在試驗(yàn)地進(jìn)行采樣，每個(gè)樣地采3份樣品并將取到的土壤樣品放入密封袋，貼上標(biāo)簽帶回實(shí)驗(yàn)室。在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)對(duì)土壤樣品進(jìn)行簡單處理，挑揀掉石子、根系等非土壤物質(zhì)。同時(shí)將每個(gè)樣地的3份樣品稱取同等重量，并混勻以備測試分析所用。將混勻備用的樣品分為2份，其中一份用于測定新鮮土樣的理化性質(zhì)，另一份置于陰涼處，自然風(fēng)干，以備后用。

1.3 樣品處理與測定方法

土壤剪切力采用14.10 Pocket Vane Tester型三頭抗剪儀進(jìn)行測定。挖取土壤坡面后在地表土壤、20 cm和40 cm 3個(gè)深度測定剪切力，每個(gè)深度測量3次，取平均值作為實(shí)際數(shù)值。

土壤水分采用烘干法測定，將自然風(fēng)干的土壤樣品放入鋁盒中，置于烘箱調(diào)溫至10 ℃烘干2 h，進(jìn)行稱重，按照差值法計(jì)算土壤水分含量。

土壤容重采用環(huán)刀法測量，在取樣前首先在環(huán)刀內(nèi)側(cè)均勻涂抹一層凡士林，稱重，并記錄?，F(xiàn)場取樣時(shí)，先選好剖面環(huán)刀朝下，用力將環(huán)刀均勻壓到土壤中，然后取出環(huán)刀，蓋上環(huán)刀蓋，帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行容重測定。

土壤比重、孔隙度：通過測量一定容積下自然土樣的重量獲得，土壤比重是通過測量土壤固相物質(zhì)的重量與同體積水的重量的比值而獲得;依據(jù)已知的土壤容重和比重，可直接根據(jù)公式計(jì)算土壤孔隙度。

1.4 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2007進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，并用SPSS 13.0進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤水分含量

試驗(yàn)區(qū)種植的5種植被經(jīng)過多年生長，形成了比較穩(wěn)定的土壤生態(tài)系統(tǒng)。為了解植被類型對(duì)土壤質(zhì)地的影響，測試5種地面植被條件下的土壤含水量，結(jié)果見圖1。由圖1可知，同一坡地，通過種植不同的植物，經(jīng)過多年的影響，土壤含水量為14.19～17.00 g/kg，均值為1577 g/kg。其中側(cè)柏地為16.10 g/kg，歐李地為15.79 g/kg，檸條地為15.76 g/kg，苜蓿地為17.00 g/kg，油松地為14.19 g/kg。表現(xiàn)為苜蓿>側(cè)柏>歐李>檸條>油松。

對(duì)5種不同植被條件下的土壤含水量進(jìn)行方差分析，結(jié)果表明，F(xiàn)為292.05，P為0.00，小于0.05，可見5種地面植被狀況下土壤含水量間存在顯著差異。即通過多年的生長，地面植被對(duì)土壤產(chǎn)生了影響，且不同植被類型的影響程度不同。

2.2 土壤孔隙度

土壤孔隙度是土壤的基本物理性質(zhì)，直接影響土壤蓄水能力和通氣性，并間接影響土壤肥力和植物的生長狀況[6]。對(duì)研究區(qū)5種植被狀況下土壤的孔隙度進(jìn)行測試，結(jié)果見圖2。由圖2可知，側(cè)柏、歐李、檸條、苜蓿和油松5種不同植被狀況下土壤孔隙度間差異較大，在4207%～57.50%，均值為50.99%。其中側(cè)柏地為57.50%，歐李地為55.91%，檸條地為42.07%，苜蓿地為54.61%，油松地為44.85%。表現(xiàn)為側(cè)柏>歐李>苜蓿>油松>檸條。

對(duì)5種不同植被條件下的土壤孔隙度進(jìn)行方差分析，結(jié)果表明，

F為65.08，P為0.00，小于0.05，可見5種地面植被狀況下土壤孔隙度間存在顯著差異。即植物種類不同，其根系對(duì)土壤孔隙度影響也不同。

2.3 土壤容重和比重

容重是土壤的基本物理性質(zhì)，直接影響土壤的通氣性和蓄水保水能力，并間接影響土壤的肥力狀況和物質(zhì)循環(huán)。土壤容重受區(qū)域地形、植被根系、土壤含水量等的影響[7]。對(duì)研究區(qū)5種不同植被狀況下的土壤容重進(jìn)行測定，以了解植被對(duì)土壤質(zhì)地的影響差異和特點(diǎn)。結(jié)果見圖3。由圖3可知，側(cè)柏、歐李、檸條、苜蓿和油松5種不同植被狀況下土壤容重間差異較大，在1.08～1.23 g/cm3，均值為1.17 g/cm3。側(cè)柏地為1.08 g/cm3，歐李地為1.22 g/cm3，檸條地為1.21 g/cm3，苜蓿地為1.13 g/cm3，油松地為1.23 g/cm3。表現(xiàn)為油松>歐李>檸條>苜蓿>側(cè)柏。

對(duì)5種不同植被條件下的土壤容重進(jìn)行方差分析，結(jié)果表明，

F為33.21，P為0.00，小于0.05，可見5種地面植被狀況下的土壤容重間存在顯著差異。即植物種類不同，其根系對(duì)土壤容重影響也不同。

土壤比重是單位體積土壤固體顆粒（不包括空隙在內(nèi)）的烘干重量[8]。土壤比重決定于構(gòu)成土壤顆粒的比重，因此不同土壤類型的比重也不同。土壤比重受成土母質(zhì)影響的同時(shí)，也受土壤植被根系狀況等因素的影響。對(duì)研究區(qū)5種植被條件下的土壤比重進(jìn)行測定，結(jié)果見圖4。? 由圖4可知，側(cè)柏、歐李、檸條、苜蓿和油松5種不同植被狀況下土壤比重間差異較大，在2.09～2.77 g/cm3，均值為2.42 g/cm3。其中側(cè)柏地為2.54 g/cm3，歐李地為2.77 g/cm3，檸條地為2.09 g/cm3，苜蓿地為2.48 g/cm3，油松地為2.23 g/cm3。表現(xiàn)為歐李>側(cè)柏>苜蓿>油松>檸條。

對(duì)5種不同植被條件下的土壤比重進(jìn)行方差分析，結(jié)果表明，

F為50.91，P為0.00，小于0.05，可見5種地面植被狀況下土壤比重間存在顯著差異。即植物種類不同，其根系對(duì)土壤比重影響也不同。

2.4 土壤剪切力

土壤抗剪強(qiáng)度是表征土體力學(xué)性質(zhì)的一個(gè)重要指標(biāo)，抗剪強(qiáng)度主要受土體的種類、結(jié)構(gòu)以及含水率的影響[9-10]。對(duì)5種植被表層土壤、20 cm和40 cm處的土壤剪切力進(jìn)行測試，結(jié)果見圖5。由圖5可知，5種植被類型土壤剪切力均表現(xiàn)為地表土小于20 cm處，20 cm處小于40 cm處，即隨著土壤深度的增加，剪切力逐漸增加，且不同植被間存在差異。從土壤深度看，不同植被地表土壤剪切力在0.53～1.43 kg/cm2，均值為0.56 kg/cm2;20 cm處剪切力在0.83～1.52 kg/cm2，均值為1.09 kg/cm2;40 cm處剪切力在1.00～1.68 kg/cm2，均值為1.37 kg/cm2。

從表土層到40 cm土層處，側(cè)柏地土壤剪切力在0.70～1.33 kg/cm2，均值為1.09 kg/cm2;歐李在1.43～1.68 kg/cm2，均值為1.54 kg/cm2;檸條在0.77～1.00 kg/cm2，均值為087 kg/cm2;苜蓿在0.53～1.33 kg/cm2，均值為0.93 kg/cm2;油松在0.87～1.50 kg/cm2，均值為1.10 kg/cm2。表現(xiàn)為歐李>油松>側(cè)柏>苜蓿>檸條。

對(duì)5種植被條件下不同深度處土壤剪切力進(jìn)行方差分析，結(jié)果表明，5種不同植被狀況下，地表土剪切力間均存在差異，F(xiàn)為25.35，P為0.00，小于0.01，差異極顯著;20 cm處F為9.87，P為0.01，小于0.05，可見20 cm處土壤剪切力間差異顯著;40 cm處F為2.21，P為0.14，大于0.05，可見40 cm處土壤剪切力間不存在顯著差異，據(jù)相關(guān)報(bào)道這與土壤水分含量有關(guān)[11]。

由此可知，坡地種植不同植被后，植被對(duì)土壤剪切力具有一定的影響，不同植被間表土差異極顯著，20 cm處差異顯著，40 cm處不存在顯著差異，這與土壤水分含量有關(guān)[11]。

對(duì)同一植被種植地不同深度土壤剪切力進(jìn)行方差分析，結(jié)果表明，側(cè)柏地從表土到40 cm處剪切力F為74.30，P為0.00，小于0.01，即側(cè)柏地從表土到40 cm處剪切力間存在極顯著差異;歐李地從表土到40 cm處剪切力F為2.13，P為0.20，大于0.05，即歐李地從表土到40 cm處剪切力間差異不顯著;檸條地從表土到40 cm處剪切力F為4.46，P為0.06，大于0.05，即檸條地從表土到40 cm處剪切力間差異不顯著;苜蓿地從表土到40 cm處剪切力F為11.32，P為001，小于0.05，即側(cè)柏地從表土到40 cm處剪切力間存在顯著差異;油松地從表土到40 cm處剪切力F為22.08，P為0.00，小于0.01，即側(cè)柏地從表土到40 cm處剪切力間存在極顯著差異。

3 結(jié)論

相同立地條件下種植側(cè)柏、歐李、檸條、苜蓿和油松5種不同植物后，經(jīng)過多年生長它們對(duì)土壤物理性質(zhì)產(chǎn)生顯著影響，但又具有差異。但未表現(xiàn)出某一植物對(duì)土壤物理性質(zhì)的改變具有一致的變化規(guī)律。

從植物種類對(duì)土壤多種物理性質(zhì)的影響看，苜蓿對(duì)土壤水分含量的影響最強(qiáng)，側(cè)柏對(duì)土壤孔隙度的影響最大，油松對(duì)土壤容重的影響高于其他植物，歐李則對(duì)土壤比重的影響較大。從表土層到40 cm土層處，歐李地的剪切力最大，檸條地最小。在表土層和20 cm土層處，土壤剪切力差異顯著，植被對(duì)剪切力具有影響，但在40 cm處差異不顯著，影響不顯著。

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