不同營林管理模式對廢棄建設(shè)用地復(fù)墾后土壤理化性質(zhì)的影響

吉亞飛 劉澤鑫

摘 要：土壤有機(jī)碳對土壤的質(zhì)量水平有重要作用，為研究廢棄建設(shè)用地復(fù)墾后不同營林管理模式對土壤固碳能力的影響，針對廢棄建設(shè)用地復(fù)墾種植楊樹1a后的土壤，分析了自然生長、施肥加灌溉、灌溉、施肥4種營林管理模式下土壤pH值及有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷、速效鉀等養(yǎng)分含量的差異，同時研究了有機(jī)質(zhì)與其它養(yǎng)分指標(biāo)之間的相關(guān)性。結(jié)果表明：相對于自然生長模式和僅灌溉模式，施肥后表層0～20cm土壤pH值明顯下降，相對于自然生長和施肥模式，灌溉后深層80～100cm土壤pH值明顯增加;無灌溉模式下0～60cm土層土壤的有機(jī)質(zhì)、全氮、速效鉀含量均小于灌溉模式，60cm以下深層土壤則相反;不同模式下土壤有機(jī)質(zhì)與全氮、有效磷、速效鉀表現(xiàn)出不同程度的線性相關(guān)性。研究結(jié)果為建設(shè)用地再開發(fā)和污損土地修復(fù)提供了借鑒。

關(guān)鍵詞：營林管理模式;建設(shè)用地;土壤;理化性質(zhì)

中圖分類號：S714.2

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20201115024

收稿日期：2020-10-09

基金項(xiàng)目：陜西省土地工程建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司內(nèi)部科研項(xiàng)目（項(xiàng)目編號：DJNY2019～3）Symbol`@@

作者簡介：吉亞飛（1988-），男，碩士，工程師。研究方向：土地整治工程。

引言

土壤有機(jī)碳的動態(tài)平衡對土壤生產(chǎn)力起著制約作用，其參與地球生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)，土壤碳庫的動態(tài)變化，更甚者會影響到溫室氣體密度和全球氣候[1，2]。土壤有機(jī)碳輸入和輸出決定土壤有機(jī)碳含量[3]，有機(jī)質(zhì)的補(bǔ)充量取決于土壤的腐殖化系數(shù)，因此，腐殖化過程影響著土壤有機(jī)碳庫穩(wěn)定[4]。土壤腐殖質(zhì)大約占土壤有機(jī)質(zhì)的50%以上，嚴(yán)重影響土壤結(jié)構(gòu)、土壤水分和養(yǎng)分。所以，土壤腐殖質(zhì)組分的品質(zhì)制約著土壤有機(jī)碳形成與穩(wěn)定，面對全球氣候、生態(tài)等環(huán)境問題的嚴(yán)峻形勢，土壤腐殖質(zhì)組分也間接提供了有機(jī)碳解決方式[5，6]。

森林作為陸地生態(tài)系統(tǒng)的最重要部分之一，在改善區(qū)域氣候、水分、生物生境方面有著重要作用。森林植物的光合作用吸收CO2、釋放氧氣改善了局部區(qū)域空氣質(zhì)量，其為腐殖物質(zhì)提供的特殊環(huán)境影響林下土壤有機(jī)碳、氮等養(yǎng)分的積累，形成巨大的森林土壤碳庫[7]。在一定范圍內(nèi)，天然林和人工林的作用相同，因此，對于污損建設(shè)用地的土壤有機(jī)碳分布特征的研究具有重要意義[8，9]。因不同地區(qū)、不同植被環(huán)境，其土壤養(yǎng)分水平不盡相同，另外，植被類型差異對其凋落物、根系分布以及對土壤養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化能力都可能存在差異[10，11]。所以土壤和植被的關(guān)系是相互作用、共同發(fā)展的[12，13]。土壤養(yǎng)分中的碳、氮是植物生長所需的主要養(yǎng)分，不僅關(guān)乎植物生長狀況，還反射出植物對所處環(huán)境的適應(yīng)能力強(qiáng)弱，因此，土壤有機(jī)碳含量的高低，不僅代表土壤的質(zhì)量好壞，還揭示了不同植被土壤固碳能力的不同。

植被參與土壤有機(jī)碳庫的更新過程影響著土壤有機(jī)碳含量變化[14，15]。楊樹的適應(yīng)能力強(qiáng)，根系發(fā)達(dá)，生長速度快，在拆遷土地上種植較易成活。為此，本研究以相同立地條件為基礎(chǔ)，選取拆遷清表后不同營林管理模式下土壤為研究對象，分析不同營林管理模式土壤有機(jī)碳等養(yǎng)分的差異，探討不同營林管理模式下的土壤固碳能力，為污損建設(shè)用地的土壤修復(fù)和開發(fā)提供科學(xué)依據(jù)。

1?材料與方法

1.1?研究區(qū)概況

試驗(yàn)設(shè)置于陜西省西咸新區(qū)陜西省土地工程研究院渭北工作站，位于E107°38′～109°10′、N34°9′～35°34′，地勢北高南低，呈階梯狀。北部屬渭北黃土高原半干旱溝壑區(qū)的南緣，南部為渭河盆地，屬關(guān)中平原的一部分。研究區(qū)四季分明，地處暖溫帶，屬大陸性季風(fēng)氣候，四季冷熱干濕分明，氣候溫和，光、熱、水資源較豐富，有利于農(nóng)、林、牧、漁各業(yè)發(fā)展。全年平均降水量為537～650mm，平均溫度9.0～13.2℃。累計(jì)年光照時數(shù)平均為2017.2～2346.9h，6月、7月、8月3個月的日照時數(shù)占全年的32%左右，對夏收作物的成熟和秋收作物的生長發(fā)育很有利。北部無霜期為172～205d;南部無霜期為212～223d。

1.2?試驗(yàn)方案

試驗(yàn)區(qū)域拆遷清表后種植楊樹，為研究不同營林管理模式對土壤理化性質(zhì)的影響，設(shè)置自然生長、施肥加灌溉、灌溉、施肥共4種營林管理模式，種植1a后采集土樣進(jìn)行分析。每種營林管理模式下的試驗(yàn)區(qū)域選取3個采樣點(diǎn)，用土鉆分別取0～20cm、20～40cm、40～60cm、60～80cm、80～100cm的圖層剖面采集土壤樣品進(jìn)行土壤理化性質(zhì)分析。

1.3?測定項(xiàng)目與方法

土壤pH采用酸度計(jì)法測定;土壤有效磷采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法測定;土壤速效鉀采用醋酸銨浸提火焰光度法測定;土壤全氮采用氯化鉀溶液浸提凱氏定氮儀測定;土壤有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀外加熱法測定。

2?結(jié)果與分析

2.1?不同營林模式對土壤pH的影響

圖1為試驗(yàn)區(qū)域的廢棄建設(shè)用地復(fù)墾清表后，在自然生長、施肥加灌溉、僅灌溉不施肥、僅施肥灌溉共4種營林模式下種植楊樹1a后不同土層土壤的pH值。4種營林模式下土壤pH值均大于8.0，對于表層0～20cm土壤，相對于自然生長模式和僅灌溉模式，施肥后土壤pH值明顯下降，而對于深層80～100cm土壤，相對于自然生長和施肥模式，灌溉后pH值明顯增加。表明施肥可以明顯改善表層土壤過堿的現(xiàn)象，灌溉會使鹽分隨水下移，深層土壤偏堿性。

2.2?不同營林模式對土壤養(yǎng)分的影響

圖2顯示了不同營林模式下不同土層深度的土壤有機(jī)質(zhì)含量。由圖2可以看出，4種營林模式下，表層0～20cm土壤的有機(jī)質(zhì)含量均明顯大于20cm以下土壤，對于0～20cm土壤層，不同模式的有機(jī)質(zhì)含量大小依次為僅施肥（23.6g·kg-1）>施肥加灌溉（22.8g·kg-1）>自然生長（14.8g·kg-1）>僅灌溉（13.8g·kg-1），僅灌溉模式的土壤有機(jī)質(zhì)含量比自然生長模式的土壤有機(jī)質(zhì)含量降低6.76%，灌溉加施肥模式的土壤有機(jī)質(zhì)含量比僅施肥模式的土壤有機(jī)質(zhì)含量降低3.39%，原因是部分溶于水的有機(jī)質(zhì)隨灌溉進(jìn)入下層土壤。對于20～40cm和40～60cm土層，施肥加灌溉模式的土壤有機(jī)質(zhì)（10.5g·kg-1、10.2g·kg-1）均大于其它模式下土壤有機(jī)質(zhì)含量。對于僅施肥模式，20～40cm土層的有機(jī)質(zhì)含量（7.91g·kg-1）為表層土壤（23.6g·kg-1）的33.52%，40～60cm土層的有機(jī)質(zhì)含量（6.87g·kg-1）為表層土壤（23.6g·kg-1）的29.11%，而對于施肥加灌溉模式，20～40cm土層的有機(jī)質(zhì)含量（10.5g·kg-1）為表層土壤（22.8g·kg-1）的46.05%，40～60cm土層的有機(jī)質(zhì)含量（10.2g·kg-1）為表層土壤（22.8g·kg-1）的44.74%，同樣表明灌溉有利于土壤施肥后養(yǎng)分向深層土壤移動。

圖3至圖5分別為不同營林模式下土壤全氮、有效磷、速效鉀含量對比圖。從圖3可以看出，灌溉模式下，各層土壤的全氮含量差異相對較小，最小值40～60cm全氮含量（0.46g·kg-1）為最大值0～20cm全氮含量（0.65g·kg-1）的70.77%，其它3種模式下，表層0～20cm土壤全氮含量明顯大于其它各層。對于表層0～20cm土壤，各模式下全氮含量大小依次為僅施肥模式（1.60g·kg-1）>施肥加灌溉模式（1.42g·kg-1）>自然生長模式（1.07g·kg-1）>僅灌溉模式（0.65g·kg-1）。在0～20cm、20～40cm土層和40～60cm土層，僅灌溉模式下的全氮含量均小于自然生長模式。表明土壤氮元素隨灌溉后水分下移至深層土壤。

圖4中表層0～20cm土壤速效鉀含量同樣明顯高于深層土壤，且施肥加灌溉模式下0～20cm土層速效鉀含量（227mg·kg-1）小于僅施肥模式（374mg·kg-1），但20cm以下土層中速效鉀含量均大于僅施肥模式。

圖5中土壤有效磷含量在不同營林模式和不同土層厚度的含量與以上分析其它指標(biāo)趨勢明顯不同，推測與施用肥料磷元素含量有關(guān)。

2.3?不同營林模式對土壤氮磷鉀與有機(jī)碳的相關(guān)性

圖6～9分別顯示了自然生長模式、施肥加灌溉模式、僅灌溉模式、僅施肥模式下土壤有機(jī)質(zhì)含量分別與全氮、有效磷、速效鉀的線性相關(guān)性，擬合度決定系數(shù)R平方值見表1。

經(jīng)分析可知，不同模式下有機(jī)質(zhì)與全氮的擬合度決定系數(shù)大小依次為僅施肥模式（0.9993）>施肥加灌溉模式（0.9889）>自然生長模式（0.9112）>僅灌溉模式（0.7999），且前3種模式下決定系數(shù)均大于0.9，表現(xiàn)出高度線性相關(guān)性。不同模式下有機(jī)質(zhì)與有效磷的擬合度決定系數(shù)大小依次為施肥加灌溉模式（0.834）>自然生長模式（0.7603）>僅施肥模式（0.73）>僅灌溉模式（0.1432），施肥加灌溉模式下有機(jī)質(zhì)與有效磷有較好線性相關(guān)性，自然生長模式和僅施肥模式次之，僅灌溉模式下二者基本無線性相關(guān)性。不同模式下有機(jī)質(zhì)與速效鉀的擬合度決定系數(shù)大小依次為僅施肥模式（0.9807）>僅灌溉模式（0.9799）>自然生長模式（0.7123）>施肥加灌溉模式（0.5881），僅施肥模式和僅灌溉模式下土壤有機(jī)質(zhì)與速效鉀的擬合度決定系數(shù)均大于0.95，有較好的線性相關(guān)性。對于自然生長模式和施肥加灌溉模式，有機(jī)質(zhì)與三者的擬合度決定系數(shù)大小均為全氮>有效磷>速效鉀，而對于僅灌溉模式和僅施肥模式，有機(jī)質(zhì)與有效磷的擬合度決定系數(shù)均為最小。

3?討論與結(jié)論

通過研究發(fā)現(xiàn)，廢棄建設(shè)用地復(fù)墾清表后，在不同營林模式下種植楊樹1a后，土壤pH值均大于8.0;相對于自然生長模式和僅灌溉模式，施肥后表層0～20cm土壤pH值明顯下降，相對于自然生長和施肥模式，灌溉后深層80～100cm土壤pH值明顯增加;施肥加灌溉模式可改善表層土壤過堿的現(xiàn)象。4種營林模式下，表層0～20cm土壤的有機(jī)質(zhì)、全氮、速效鉀等養(yǎng)分含量明顯大于20cm以下土壤，僅灌溉模式的土壤有機(jī)質(zhì)含量比自然生長模式的土壤有機(jī)質(zhì)含量降低6.76%，灌溉加施肥模式的土壤有機(jī)質(zhì)含量比僅施肥模式的土壤有機(jī)質(zhì)含量降低3.39%，原因是部分溶于水的有機(jī)質(zhì)隨灌溉進(jìn)入下層土壤。對于20～40cm和40～60cm土層，施肥加灌溉模式的土壤有機(jī)質(zhì)均大于其它模式下土壤有機(jī)質(zhì)含量。對比數(shù)據(jù)表明灌溉有利于土壤施肥后養(yǎng)分向深層土壤移動。不同模式下有機(jī)質(zhì)與全氮的擬合度決定系數(shù)除僅灌溉模式外，均大于0.9，表現(xiàn)出高度線性相關(guān)性;僅施肥模式和僅灌溉模式下土壤有機(jī)質(zhì)與速效鉀的擬合度決定系數(shù)均大于0.95，有較好的線性相關(guān)性。

研究表明，廢棄建設(shè)用地復(fù)墾后，施用肥料可有效改善表層土壤偏堿的狀況;灌溉條件下淺層土壤養(yǎng)分含量小于非灌溉條件，深層土壤養(yǎng)分含量大于非灌溉條件;灌溉有助于養(yǎng)分元素向深層土壤移動，有助于根系較深的植物生長，因此廢棄建設(shè)用地復(fù)墾后需根據(jù)種植作物確定合理的營林模式。同時不同營林模式下土壤的有機(jī)質(zhì)含量與其它養(yǎng)分含量呈現(xiàn)不同程度線性相關(guān)性。對于林地來說，表層腐殖質(zhì)是重要的養(yǎng)分組成部分，因此后續(xù)研究可以將腐殖質(zhì)組分作為考慮對象之一，為建設(shè)用地再開發(fā)和污損土地修復(fù)提供借鑒。

參考文獻(xiàn)

[1] 毛娜，邵明安，黃來明.六道溝小流域地形序列土壤碳剖面分布特征及影響因素[J].水土保持學(xué)報，2017，31（05）：222-230，239.

[2]宋依璇.油松、樟子松人工林土壤養(yǎng)分與生長的關(guān)系研究[D].沈陽：沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)，2017.

[3]王迎菊，靳正忠，雷加強(qiáng)，王永東，付慶龍.人工防護(hù)林對風(fēng)沙土有機(jī)碳動力學(xué)的影響[J].干旱區(qū)研究，2017，34（03）：495-503.

[4]孫清芳，賈立明，劉玉龍，韓麗冬，劉濱凡.中國森林植被與土壤碳儲量估算研究進(jìn)展[J].環(huán)境化學(xué)，2016，35（08）：1741-1744.

[5]王春燕.中國東部森林土壤有機(jī)碳組分的緯度格局及其影響因素[D].重慶：西南大學(xué)，2016.

[6]劉世榮，代力民，溫遠(yuǎn)光，王暉.面向生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的森林生態(tài)系統(tǒng)經(jīng)營：現(xiàn)狀、挑戰(zhàn)與展望[J].生態(tài)學(xué)報，2015，35（01）：1-9.

[7]伍宇春，傅瓦利，程輝，陳高起，文志林.巖溶區(qū)坡耕地土壤肥力綜合評價——以重慶中梁山坡耕地樣區(qū)為例[J].中國巖溶，2014，33（02）：223-230.

[8]楊曉娟，王海燕，劉玲，李旭，任麗娜.東北過伐林區(qū)不同林分類型土壤肥力質(zhì)量評價研究[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報，2012，21（09）：1553-1560.

[9]楊曉娟，王海燕，任麗娜，于洋，劉玲.我國森林土壤健康評價研究進(jìn)展[J].土壤通報，2012，43（04）：972-978.

[10]鄢廣奎.名山河流域不同土壤有機(jī)碳分布和腐殖質(zhì)性質(zhì)研究[D].雅安：四川農(nóng)業(yè)大學(xué)，2012.

[11]劉世榮，王暉，欒軍偉.中國森林土壤碳儲量與土壤碳過程研究進(jìn)展[J].生態(tài)學(xué)報，2011，31（19）：5437-5448.

[12]王高升.哀牢山木果石櫟林林冠腐殖質(zhì)養(yǎng)分狀況及微生物活性研究[D].北京：中國科學(xué)院研究生院（西雙版納熱帶植物園），2008.

[13]王高升，劉文耀，付昀，楊國平.哀牢山濕性常綠闊葉林林冠和林地腐殖質(zhì)理化特性、微生物量及酶活性比較[J].生態(tài)學(xué)報，2008（03）：1328-1336.

[14]李雪華，韓士杰，蔣德明，李曉蘭.科爾沁沙地不同演替階段植被特征及固沙作用[J].遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報，2006（05）：789-791.

[15]李雪華，李曉蘭，蔣德明，劉志民，于慶和.干旱半干旱荒漠地區(qū)一年生植物研究綜述[J].生態(tài)學(xué)雜志，2006（07）：851-856.

（責(zé)任編輯?李媛媛）