構(gòu)樹苗木切根和截頂對造林后土壤理化性質(zhì)的影響*

張克麗，夏玉芳

(1白銀市水務(wù)局，甘肅 白銀 730900；2貴州大學(xué)新農(nóng)村發(fā)展研究院，貴州 貴陽 550025)

構(gòu)樹Broussonetiapapyrifera屬于?？茦?gòu)樹屬，全樹均有利用價值，其果、葉、皮和枝干在藥用、食用、造紙以及釀酒等方面[1-3]被廣泛應(yīng)用，發(fā)達的根系在防止水土流失方面發(fā)揮著重要作用。但其造林成活率低，生態(tài)效益未得到良好的發(fā)揮。本文選用貴州省貞豐縣構(gòu)樹造林實生苗，對其進行切根、截頂處理，提高構(gòu)樹造林成活率，發(fā)揮良好生態(tài)效益，研究不同處理構(gòu)樹幼林土壤理化性質(zhì)差異，了解不同處理構(gòu)樹苗木造林對其幼林地土壤結(jié)構(gòu)改良、土壤水土保持性能的影響，從而選擇出構(gòu)樹造林實生苗最佳處理方式，為生產(chǎn)實踐提供可靠的技術(shù)體系和理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實驗地概況

實驗區(qū)位于貴州省貞豐縣陰灘區(qū)，屬于黔西南中部，東經(jīng)105°25′～105°56′，北緯25°07′～25°44′，平均海拔1145.4 m，氣候溫和，冬無嚴寒，夏無酷暑，屬于亞熱帶濕潤氣候，年均溫16.6 ℃，最低溫1月份月均溫4.5 ℃，最高溫7月份月均溫26.8 ℃，年均降水量1531.6 mm，是典型的喀斯特地貌。該區(qū)域石漠化嚴重，自然植被稀少，水土流失嚴重，土壤由石灰?guī)r發(fā)育而成，pH值在7.5～8.5之間，屬于堿性土壤，土層厚度在25 cm左右。

該區(qū)域是造林2年(3年生的構(gòu)樹幼樹)的退耕還林地，造林密度為3 m×4 m，每個處理樣地面積667 m2，3個重復(fù)。

1.2 實驗方法

1.2.1 構(gòu)樹實生苗處理

對造林用構(gòu)樹實生苗徑級0.5～1.0 cm，1.0～1.5 cm進行處理截頂、切根處理，以下2種處理均以無林地為對照。

1)截頂處理：對2個不同徑級的構(gòu)樹實生苗，分別截頂，使苗木地上留高度30 cm，地下完好，并將截口用蠟密封，每個處理3個重復(fù)。

2)切根處理：把2不同徑級的構(gòu)樹實生苗，分別主根留5 cm，地上部分留高度30 cm，并將截口用蠟密封，每個處理3個重復(fù)。

1.2.2 土壤樣品采集[4-5]

根據(jù)當(dāng)?shù)氐耐寥篮偷貏莸葪l件，選擇兩個土層進行采樣，即0～15 cm層和15～30 cm層。

在標準地內(nèi)，按照兩個層次采集土樣，原狀土用大鋁盒在樣地各點按品字形取樣，取樣在樹冠滴水線范圍內(nèi)，以樹干為中心距樹干1 m的圓弧線處，在圓弧線處再按品字形取3個點，分別分層采樣，每個處理共3個重復(fù)。運回室內(nèi)將其沿土壤的自然結(jié)構(gòu)剝成直徑10 mm左右的小土塊，棄去里面的石塊以及植物根系等雜物，風(fēng)干后做干濕篩測定備用；土壤含水量和容重直接在采樣地點測定。其他測定土壤采樣同樣按照上述方法分層進行采集，然后將各采樣點土樣混合并裝入塑料袋中，貼好標簽，帶回實驗室立即風(fēng)干處理，風(fēng)干過程中注意勤翻動，防止發(fā)霉等，棄去里面的石塊以及植物根系等雜物，風(fēng)干后過2 mm和0.25 mm的篩子備用。

1.2.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel和SPSS10.0軟件進行數(shù)據(jù)處理。

1.3 實驗設(shè)計

如表1。其中D1—徑級0.5 cm～1.0 cm，D2—徑級1.0 cm～1.5 cm；A—留頂留根，B—留主根，地上部分30 cm處截頂， C—留主根5 cm，地上部分30 cm處截頂。

表1 實驗設(shè)計Tab.1 Test design

2 結(jié)果與分析

本實驗各處理所選取的標準株基本情況見表2。

表2 樣地基本情況Tab.2 Basic information of sample plots

2.1 土壤物理性質(zhì)

2.1.1 土壤容重

土壤容重，也叫土壤密度，是指單位容積烘干土的質(zhì)量。一般土壤容重越小，表明土壤比較疏松，通透性較好，肥力較高，反之表明土體緊實，通透性差[6]。從圖1可知：土壤容重在垂直層面上表現(xiàn)為上層小于下層，說明上層土壤通透性較好，肥力較高，C處理幼林地土壤容重較小，可能處理主根之后，側(cè)根生長萌發(fā)多數(shù)分支，從而改善了土壤容重，A和B兩種處理幼林地土壤容重較大，可能是幼林生長初期，下層土壤致密，這兩種處理細根根系生活力較弱，從而影響了整個根系的生長，而無林地剛好有草本類生長，它們根系的活動會對下層土壤容重有所改善。上層土壤容重大徑級苗木幼林地略小于小徑級苗木幼林地，但相差不明顯；下層土壤容重大徑級苗木幼林地大于小徑級苗木幼林地。

圖1 不同處理土層土壤容重Fig.1 Soil volume weight by different treatments

2.1.2 土壤含水量

土壤水分較多的情況下，土壤顆粒會吸水膨脹，孔隙度減弱，土壤的透水性就明顯下降，增加地表徑流，并發(fā)生較嚴重的土壤侵蝕。土壤過于干燥也會影響土壤抗蝕性，特別是在暴雨的情況下，會發(fā)生土壤侵蝕，因此適量的水分才能提高土壤的抗蝕性。由圖2可知：土壤含水量在垂直分布上表現(xiàn)為上層>下層，說明根系的分布影響土壤水分的多少；上層土壤中D2C、D2A和D1C處理最明顯，與無林地相比含水量分別增加了13.3%、11.2%、3.3%，經(jīng)方差分析(P<0.05)D2C與對照之間差異顯著(Sig=0.004)；下層土壤中D1C和D2C處理的幼林地土壤含水量最大，與無林地相比分別增加了15.8%、12.1%，且均與對照間差異顯著，D2A處理含水量最小，說明造林苗木徑級較大時，與小徑級造林苗木同條件造林，會抑制根系的正常發(fā)揮，影響根系深度的延伸，從而導(dǎo)致在改善土壤含水量方面較弱。

圖2 不同處理土壤含水量Fig.2 Soil water content by different treatments

2.1.3 土壤總孔隙度

土壤孔隙度是指單位容積土壤中孔隙所占的百分比，即土壤中各種形狀的粗細土粒集合和排列成固相骨架，骨架內(nèi)部有寬窄和形狀不同的孔隙，構(gòu)成復(fù)雜的孔隙系統(tǒng)。與土壤容重剛好相反，其值越大，表明土壤的透性越好，不易于形成地表徑流，防治土壤侵蝕發(fā)生，是土壤結(jié)構(gòu)的重要指標，其質(zhì)量和數(shù)量方面往往反映出土壤結(jié)構(gòu)的好壞[7]。由圖3可知：土壤總孔隙度整體上表現(xiàn)為上層>下層，上層A和B兩種處理的幼林地，土壤總孔隙度都偏小，該處理幼林地土壤蓄水能力較弱，可能與造林當(dāng)初沒有對造林苗木根系進行處理有關(guān)，導(dǎo)致造林后發(fā)生渦根等現(xiàn)象，從而影響根系的伸展以及根系功能的發(fā)揮，D1C和D2C處理的幼林地與無林地相比分別增加了5.7%、5.2%，說明切根+截頂處理幼林對土壤表層總孔隙度比較明顯，大小徑級苗木幼林地土壤孔隙度差異不大；下層A和B兩種處理總孔隙度明顯小于無林地，可能與草本類的生長有關(guān)系，此外由于大徑級的苗木造林當(dāng)初根系就已經(jīng)偏大，造林地土壤條件差，根系生長受到抑制，造林成活初期根系未能完全恢復(fù)，從而影響了其對土壤總孔隙度的改良作用；D1C和D2C處理幼林地土壤總孔隙度大于無林地，說明該處理幼林地土壤蓄水能力較強，但均與無林地間差異不明顯，小徑級苗木幼林地土壤空隙度大于大徑級苗木幼林地。

圖3 不同處理土壤總孔隙度Fig.3 Soil total porosity by different treatments

2.2 土壤化學(xué)性質(zhì)

2.2.1 土壤有機質(zhì)

一般土壤有機質(zhì)含量為1%～2%，部分森林土壤有機質(zhì)含量會達到3%～5%左右。有機質(zhì)雖然不能直接作為植物養(yǎng)料，但其中含有植物所需的各種元素，具有很高的代換吸收能力，能保留大量的養(yǎng)分，是植物營養(yǎng)的儲存庫。土壤有機質(zhì)的數(shù)量與質(zhì)量變化是土壤肥力及環(huán)境質(zhì)量狀況的最重要特征，是制約土壤理化性質(zhì)如水分、通氣性抗蝕力、供保肥能力和養(yǎng)分有效性等的關(guān)鍵因素，保持土壤中較高的有機質(zhì)數(shù)量質(zhì)量水平是土地持續(xù)利用和作物高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的先決條件。有機質(zhì)含量和土壤水穩(wěn)性團聚體含量作評價土壤抗蝕性指標時，二者之間的變化基本一致[8]。從圖4可知：土壤有機質(zhì)含量上層>下層。上層土壤D1C和D2C處理有機質(zhì)含量最高，分別為4.20%、3.91%，與無林地相比分別增加了40.5%、30.8%，說明這兩種處理有利于增加幼林地土壤有機質(zhì)含量，D1A和D2A處理幼林地有機質(zhì)含量較少，這可能與細根占總根系比重有關(guān)，C處理增加了幼樹根系細根所占比重，細根比重大能促進根系吸收水分跟養(yǎng)分的能力，各處理小徑級苗木幼林地有機質(zhì)含量大于大徑級苗木對應(yīng)的處理；下層所有幼林地土壤下層有機質(zhì)含量均大于無林地有機質(zhì)含量，說明幼林地幼樹根系對土壤下層有機質(zhì)含量的增加是明顯的，進一步說明樹木根系比草本根系更有利于土壤有機質(zhì)的積累，各處理大徑級苗木幼林地有機質(zhì)含量大于小徑級苗木對應(yīng)的處理(C處理除外)。

圖4 不同處理土壤有機質(zhì)含量Fig.4 Organic matter content by different treatments

2.2.2 土壤pH值

土壤酸堿性是土壤的重要化學(xué)性質(zhì)，反映土壤酸度的指標，對土壤微生物活性、礦物質(zhì)和有機質(zhì)的分解起著重要作用，并影響土壤養(yǎng)分元素的釋放、固定和遷移[9]。由圖5可知：該區(qū)域土壤屬于堿性，其pH值均在8.00左右。幼林地土壤pH值上層略高于下層，無林地剛好相反，土壤pH值上層小于下層，可能與構(gòu)樹幼樹根系的分泌物有關(guān)，從而影響了土壤的酸堿度變化。

圖5 不同處理土壤pH值Fig.5 pH value by different treatments

3 結(jié)論與討論

3.1 結(jié)論

3.1.1 土壤物理性質(zhì)

實驗結(jié)果顯示不同處理方式的構(gòu)樹幼林地相比較，切根+截頂處理的幼林地比其他處理的幼林地土壤容重較小、含水量較高、總孔隙度較大，說明該方式處理的幼林地抑制主根生長促進側(cè)根發(fā)育，更有利于改善土壤通透性，利于增強土壤蓄水能力和增強土壤肥力；而留頂+留根、截頂+留根處理的幼林地幼樹根系活躍能力差，分布集中、密集，延伸、擴展到土壤中的能力差；幼林地與對照無林地相比，土壤各項物理指標值均優(yōu)于無林地；各種處理的幼林地土壤物理指標在垂直層面上上層優(yōu)于下層，構(gòu)樹幼林地土壤根系主要活躍在0～15 cm土層范圍內(nèi)。

3.1.2 土壤化學(xué)性質(zhì)

實驗結(jié)果顯示不同處理方式的構(gòu)樹幼林地相比較，切根+截頂處理的幼林地與其他處理相比，土壤有機質(zhì)含量較大，該處理增加了幼樹根系細根所占比重，根系利于土壤有機質(zhì)的積累；幼林地上層土壤pH值略高于下層土壤pH值，無林地剛好相反，上層pH值小于下層pH值，構(gòu)樹幼林對土壤pH值改變差異顯著，對表層pH值有增大的效果，下層土壤pH值明顯小于無林地土壤pH值。

3.2 討論

本實驗分析了根系與土壤理化性質(zhì)時，只是看到不同處理構(gòu)樹幼林地土壤理化性質(zhì)不同，并未對其進行生理及生化方面發(fā)生的變化進行了解，如根系對土壤有機質(zhì)含量、水分含量以及pH值的改變，因此需進一步研究構(gòu)樹根系對土壤理化性質(zhì)改變的生理生化原因。