不同樹種人工林對土壤性狀的影響

張亞梅

摘要 [目的]探究保定東部平原不同樹種人工林對其土壤性狀的影響。[方法]以側(cè)柏、油松、檜柏、白皮松、華山松、銀杏、國槐、黃櫨和楸樹9種典型林分類型為研究對象，通過野外取樣，室內(nèi)指標測定，采用單因素方差分析和Pearson分析，研究不同林分類型土壤性狀特征。[結(jié)果]不同林分類型土壤pH在7.69～8.58，整體偏弱堿性，均隨土壤深度的增加而增大;土壤養(yǎng)分指標處于中下級水平，不同林分類型的土壤全氮（TN）、全磷（TP）、全鉀（TK）、含水量（WC）、有機質(zhì)（SOM）含量均隨土壤深度的增加而減少。9種林分類型各土層間差異明顯，土壤pH和TK含量表現(xiàn)為弱變異性，表層SOM含量變異性較強，深層土壤SOM含量變異性較弱，土壤WC、TN、TP含量在各層土壤中均為中等變異。土壤性狀中除TK含量與林分類型不存在明顯差異外，其他指標含量均與植被類型存在顯著差異（ P <0.05）。土壤性狀間相關(guān)性較為普遍，土壤WC、TN含量和SOM含量積累高度同步，土壤TP和TK含量存在正顯著相關(guān)關(guān)系。[結(jié)論]明確了保定東部平原不同樹種人工林的土壤理化指標現(xiàn)狀和土壤養(yǎng)分間的相關(guān)性關(guān)系，可為研究區(qū)植被長效可持續(xù)發(fā)展及生態(tài)建設提供數(shù)據(jù)參考。

關(guān)鍵詞 林分類型;人工林;土壤性狀;保定東部平原區(qū)

中圖分類號 S714? 文獻標識碼 A? 文章編號 0517-6611（2022）11-0110-06

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2022.11.028

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Effects of Different Tree Species of Plantation on Soil Properties

ZHANG Ya-mei

（Baotou Forestry and Grassland Resource Protection Station， Baotou， Inner Mongolia 014030）

Abstract [Objective]In order to clarify the effects of different tree species of plantations on soil properties in the eastern plain of Baoding. [Method]Nine kinds of typical stand types of ?Platycladus orientalis， Pinus tabulaeformis， Sabina chinensis， Pinus bungei， Pinus armandii， Ginkgo biloba， Sophora japonica， Cotinus coggygria ?and ?Catalpa bungei ?were studied. Through field sampling， indoor index determination， one-way ANOVA and Pearson analysis， the characteristics of soil properties of different stand types were studied. [Result]The results showed that the soil pH values of different stand types ranged from 7.69 to 8.58， which were weakly alkaline as a whole， and increased with the depth of soil， the soil nutrient index was at the middle and lower level. The soil total nitrogen， total phosphorus， total potassium， water content and organic matter content of different stand types decreased with the increase of soil depth. The soil pH value and total potassium content showed weak variability， the variability of surface organic matter content was strong， the variability of deep soil organic matter content was weak， and the soil water content， total nitrogen and total phosphorus content were medium variation in each layer of soil. In soil properties， except that there was no significant difference between total potassium content and stand type， the contents of other indexes were significantly different from vegetation types （ P ?< 0.05）. The correlation between soil properties was common， the accumulation of soil water content， total nitrogen content and organic matter content was highly synchronous， and there was a positive correlation between soil total phosphorus and total potassium content. [Conclusion]The research results clarify the current situation of soil physical and chemical indexes and the correlation between soil nutrients of different tree species of plantations in the eastern plain of Baoding， which can provide a basis for the long-term and sustainable development of vegetation in the study area， and also provide a data reference for exhibition and ecological construction.587650CC-4F86-439D-AF3D-6888A6559DD7

Key words Stand type;Plantation;Soil properties;Eastern plain of Baoding

發(fā)展高質(zhì)量綠色城市，塑造高品質(zhì)生態(tài)環(huán)境，符合人民注重生存環(huán)境環(huán)保性和生態(tài)性的需求。人工林是建造綠色基礎設施的關(guān)鍵組成。根據(jù)全國資源清查顯示，我國人工林發(fā)展迅速，已成為世界上人工林保存面積最大的國家，但我國人工林發(fā)展仍面臨質(zhì)量不高，結(jié)構(gòu)不合理，投入成本上升等諸多問題和挑戰(zhàn)，如何保護好現(xiàn)有林地，提高人工林生態(tài)功能，促進林地健康可持續(xù)發(fā)展，一直是生態(tài)學研究的重點內(nèi)容之一[1]。

土壤是森林生態(tài)的重要基礎構(gòu)成，是生物圈的必需結(jié)構(gòu)單元，同時也是植物生長的養(yǎng)料庫[2]。作為森林綠色健康生長的重要基礎，土壤性狀直接影響著生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定[3-4]。同時，土壤性狀亦受多種因素相互作用。近年來，學者分別對河北塞罕壩機械林場[5]，廣州長崗山自然保護區(qū)[6]，甘肅秦州小隴山林業(yè)區(qū)[7]，四川華西雨屏區(qū)[8]等不同尺度、不同植被種類進行了林分類型與土壤性狀差異性研究，結(jié)果表明，不同林分類型可改變土壤的理化性狀和周圍環(huán)境，對土壤養(yǎng)分和土壤循環(huán)有極其重要的作用，是不斷影響土壤形成與發(fā)育的重要因素之一[9-11]。受人類活動的影響，人工林土壤在保留自然土壤屬性的基礎上，同時具有自身獨特的土壤特性，如土壤質(zhì)地組成木塊、石頭等外來物侵入較高，土壤pH較高，有機質(zhì)和生物活性較低等特點[12]。

作為京津冀地區(qū)重要樞紐城市，保定市的生態(tài)質(zhì)量舉足輕重。隨著雄安新區(qū)的建立，保定市的戰(zhàn)略地位越來越重要，該區(qū)域的生態(tài)健康將深刻影響雄安新區(qū)的未來。關(guān)于保定市土壤，學者多從土壤養(yǎng)分含量[13]，土壤狀況時空差異[14]和土壤重金屬污染[15]等方面進行了研究，但以往這些研究多集中于耕地土壤，局限于土壤自身特性，對于森林土壤，尤其是人工林與土壤間的相互作用鮮見報道。因此，筆者以保定東部平原區(qū)具有代表性的人工林為研究對象，分層采集0～60 cm人工林土壤剖面樣品，結(jié)合植物群落特征調(diào)查，明確保定東部平原人工林林下土壤理化性質(zhì)狀況，了解研究區(qū)人工林土壤肥力狀況，分析不同植被類型人工林與土壤理化性狀的相互作用與差異的影響，以期為保定東部平原人工林的健康經(jīng)營及土壤資源的科學管理提供基礎數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

保定市東部平原區(qū)，地理坐標114°44′～116°15′E，38°19′～39°15′N，屬于白洋淀以西的淀西清南區(qū)，東起潴龍河西至京廣鐵路，北起南拒馬河南至沙河，整體處于河北省保定市東部，面積約3 952 km2，全境西北略高，東南較低，屬暖溫帶半濕潤大陸性季風氣候，四季分明。多年平均氣溫12.8 ℃，平均風速1.8 m/s，年平均降水量498.9 mm，降水集中在6—8月。研究區(qū)土層深厚，主要土壤類型有褐土、潮褐土、潮土、沼澤土等。

1.2 樣地設置與調(diào)查

2021年8—9月，對研究區(qū)進行實地勘察后，依據(jù)研究區(qū)域總體分布特征及人工林樹種豐富度、多樣性，采用相鄰樣地比較法，選取側(cè)柏（ Platycladus orientalis）、油松（Pinus tabulaeformis）、檜柏（Sabina chinensis）、白皮松（Pinus bungei）、華山松（Pinus armandii）、銀杏（Ginkgo biloba）、國槐（Sophora japonica）、黃櫨（Cotinus coggygria）、楸樹（Catalpa bungei ）9種典型林分的土壤作為研究對象，分別在各林分中設置面積為20 m×20 m的標準地，每個植被類型重復3次，對標準樣地進行詳細勘察并記錄（表1）。

1.3 土壤樣品采集

在每個標準樣地內(nèi)選取有代表性的地點采集土壤，按“S”形取樣法選擇5個點，每個點按深度0～20、20～40、40～60 cm 分層取樣，然后將5個點不同土層土壤混合收集，最后將樣品中的瓦片、礫石、樹根和動植物尸體等雜質(zhì)移除，一部分于袋中封存保存，用于含水量的測定;另一部分自然風干至恒重，過2.00 mm和0.25 mm篩，用于土壤性狀的測定。

1.4 分析方法

采用酸度計法測定土壤pH;土壤樣品在恒溫干燥箱中以105 ℃烘干至恒重，根據(jù)質(zhì)量變化計算土壤含水量（WC）;采用重鉻酸鉀容量法-稀釋熱法測定土壤有機質(zhì)含量（SOM）;采用凱氏定氮法測定土壤全氮含量（TN）;參考林業(yè)行業(yè)標準《森林土壤磷的測定》LY/T 1232—2015 NaOH熔融-鉬銻抗比色法測定全磷（TP）含量;參考《森林土壤鉀的測定》LY/T 1234—2015 NaOH熔融-火焰光度法測定全鉀（TK）含量。

1.5 數(shù)據(jù)處理

運用Excel進行數(shù)據(jù)整理，運用SPSS 22.0 軟件對土壤理化性質(zhì)進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計和單因素方差分析（one-way ANOVA），當方差齊性時，采用顯著差法（LSD）進行多重比較;方差不齊時，采用塔姆黑尼法[T2（M）]進行多重比較。土壤各指標間的關(guān)系運用 Pearson 進行相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 保定東部平原人工林土壤理化性質(zhì)

由表2可知，保定東部平原人工林各層土壤pH和TK含量在不同樣地間表現(xiàn)為弱變異性。SOM含量在0～20 cm土層變異較強，20～40和40～60 cm為弱變異性。土壤TN、TP和WC在各層土壤中均表現(xiàn)為中等程度變異。土壤pH與土層深度存在正相關(guān)關(guān)系，其他理化指標含量（TN、TP、TK、SOM、WC）均隨土層深度增加而減小。按照全國第二次土壤養(yǎng)分分級標準，保定東部平原人工林表層土壤（0～20 cm）和深層土壤（>20 cm）平均養(yǎng)分含量存在明顯的級別差異（土壤TK含量除外，各層均為3級左右），表層土壤TN、TP和SOM含量分別處于3、4、4級水平，深層土壤養(yǎng)分含量均處于5級水平。587650CC-4F86-439D-AF3D-6888A6559DD7

2.2 不同林分間土壤pH與土壤含水量（WC）的差異

從圖1可見，保定東部平原各林分類型的土壤pH在7.69～8.58，荒地各土層平均pH（8.27）最大，楸樹林各層土壤平均pH（8.21）高于其他林分類型，其中油松林各層土壤平均pH（7.98）最低，土壤整體呈弱堿性。不同林分類型的土壤pH與土壤深度呈規(guī)律性變化，土壤pH均隨土層加深而增大。從圖2可見，不同林分類型的土壤WC變化較大，側(cè)柏林各土層平均WC最大（17.70%），高于荒地（16.60%），黃櫨林各土層平均WC最低（12.88%），各林分類型植被土壤WC均隨土層加深而減小。

2.3 不同林分間土壤養(yǎng)分含量變化

由表3可知，保定東部平原不同植被類型人工林各層土壤SOM含量變化趨勢一致，各樣地類型中表層土壤（0～20 cm）SOM含量高于其他土層，不同林分類型中側(cè)柏林土壤SOM平均含量（14.79 g/kg）最大，高于荒地（12.63 g/kg），楸樹林土壤SOM含量最小（11.19 g/kg），低于荒地。

由表4可知，不同樣地類型對土壤TN含量的影響與SOM含量相似，土壤深度與TN含量呈負相關(guān)關(guān)系。各林分類型中，側(cè)柏林土壤TN含量（1.07 g/kg）最大，高于荒地（0.89 g/kg），銀杏林TN含量（0.69 g/kg）最小。

由表5可知，9種不同植被類型人工林土壤TP平均含量在0.34～0.50 g/kg。各林分類型中，0～20 cm土層土壤TP含量均高于其他土層，且隨著土壤深度增加總體呈減小趨勢。側(cè)柏林土壤TP含量最高，且高于荒地;華山松林土壤TP含量最低，且低于荒地。

由表6可知，保定東部平原不同植被林分類型中土壤TK含量變化差異最小，基本趨勢穩(wěn)定，不同深度土層的TK含量也整體相似，其中TK含量最小的華山松林（14.40 g/kg）與TK含量最大的國槐林（15.73 g/kg）也僅有1.33 g/kg的差異。

2.4 不同林分土壤理化性質(zhì)相關(guān)性分析

對保定東部平原不同植被類型人工林0～60 cm土壤理化指標進行相關(guān)性分析（表7），發(fā)現(xiàn)土壤TN與SOM、WC呈極顯著正相關(guān)（ P <0.01），但均與土壤pH呈顯著或極顯著負相關(guān)（ P <0.05）;0～20 cm土層TN與SOM含量的相關(guān)系數(shù)達到0.806，表明保定東部平原不同林分表層土壤TP與SOM的累積有高度同步性。土壤TP與TK含量顯著正相關(guān)（ P <0.05），與0～20 cm土層土壤 pH呈顯著正相關(guān)（ P <0.05），與20～40和40～60 cm的WC呈顯著和極顯著負相關(guān);0～20、20～40 cm土層土壤TK與WC呈顯著和極顯著負相關(guān)關(guān)系，0～20 cm土層土壤TK與SOM呈極顯著負相關(guān)。通過整體分析，發(fā)現(xiàn)0～20 cm土層土壤元素含量間相關(guān)性影響較強，20～60 cm土層土壤元素含量間相關(guān)性影響較弱。

3 討論

土壤性狀受多種因素相互作用形成，其中植被類型是影響土壤性狀的重要因素之一[16-17]。pH是土壤的一項基本理化指標，直接影響土壤各養(yǎng)分元素的存在形式、微生物活動和植物生長等，因此了解植物與土壤的相關(guān)特征應首先了解土壤pH情況[18]。該研究中，9種林分類型土壤pH在7.69～8.58，呈弱堿性，不同植被類型土壤pH變化較小，屬弱變異性;各林分類型平均土壤pH低于荒地，可能是由于植被枝葉等凋落物的分解改變土壤酸堿度，這與劉欣等[5，19]的研究結(jié)論相似，即人工林有使土壤酸化的趨勢。研究區(qū)土壤WC為7.86%～24.74%，表層土壤WC最大;不同林分類型土壤WC有明顯的差異，側(cè)柏林土壤WC最大，這與側(cè)柏側(cè)根發(fā)達，喜生于濕潤肥沃的土壤，根系對水分利用率較高有關(guān);楸樹林土壤WC最小，可能是植被對水分較敏感，過多水分易導致植被死亡[20]。

土壤養(yǎng)分是土壤肥力的重要保障，既直接影響土壤的理化狀況，又為植被生長提供必需養(yǎng)料，在土壤結(jié)構(gòu)、生態(tài)環(huán)保和綠色可持續(xù)發(fā)展有至關(guān)重要作用[21-22]。保定東部平原不同植被類型各層土壤養(yǎng)分有明顯區(qū)別，土壤TN、TP和SOM含量有明顯的表聚性，這是由于表層土壤聚集的凋落物和表層淺根分布較多[23]，這與前人研究結(jié)果一致[24-25]。土壤TN含量與土壤SOM含量垂直分布的變化規(guī)律大致相似，說明氮元素易受有機質(zhì)直接影響[26]。不同樣地不同土層土壤TK含量差別不大，與TK含量受土壤特性影響較小有關(guān)，整體變化較弱[27]。

土壤SOM是土壤質(zhì)量的核心，是土壤理化性質(zhì)優(yōu)劣的關(guān)鍵因素[28-29]。各林分類型中，側(cè)柏林土壤SOM含量明顯高于其他林分類型，王勛曜等[30]研究側(cè)柏根系分布及土壤性狀的結(jié)論表明，側(cè)柏根系發(fā)達，在土壤中分布較多，對土壤SOM的利用率高于其他植被;楸樹林、銀杏林等SOM含量較低，且低于荒地SOM含量，這與該樣地林分密度較小，闊葉林凋落物受環(huán)境因子影響較大，不能及時歸還土壤有關(guān)[2，18]。保定東部平原荒地是人為退耕后形成，其開放系統(tǒng)逐漸關(guān)閉，營養(yǎng)物和凋落物重返系統(tǒng)，同時無其他消耗，因此荒地有機質(zhì)保持在一定水平。氮元素是土壤養(yǎng)分最重要的指標之一[31]，與土壤SOM含量相同，9種林分類型中，側(cè)柏林TN含量最高，楸樹林、銀杏林等有機質(zhì)含量較低，表明研究區(qū)土壤SOM和TN含量具有高度同步性。

磷是土壤肥力的啟動元素，易受氣候、植被和土壤母質(zhì)等影響，只有當土壤中的磷元素達到一定含量時，其他肥料才能作用達到增產(chǎn)效果[32-33]。該研究發(fā)現(xiàn)，側(cè)柏林的土壤TP含量最高，高于荒地，華山松林TP含量最低，且低于荒地;土壤TP來源相對固定，主要為巖石分化或凋落物礦化所致，由于形成過程漫長，致使不同植被間差異性顯著或與人工林地植被自身對磷素的吸收能力相關(guān)[34]。土壤TK是衡量土壤速效鉀供應情況的重要指標之一。TK含量在該研究不同林分類型中差別不大，可能歸因于該地區(qū)土壤較穩(wěn)定的鉀含量或與TK含量受外界干擾較小有關(guān)[35]。對保定東部人工林不同植被類型間土壤Pearson相關(guān)系數(shù)分析發(fā)現(xiàn)，土壤TN、SOM、WC與pH存在顯著或極顯著負相關(guān)，表明土壤微環(huán)境水分越高，酸堿度越低，越有利于凋落物分解，增加土壤SOM、TN含量;各土層土壤TP與TK含量呈顯著正相關(guān)，可能與植被在退耕還林前，人工施加磷、鉀復合肥有關(guān)。表層土壤各養(yǎng)分指標相關(guān)性影響較深層土壤顯著，符合土壤養(yǎng)分具有表聚性現(xiàn)象[23]。587650CC-4F86-439D-AF3D-6888A6559DD7

掌握不同植被類型與土壤性狀的相關(guān)規(guī)律，精準管理，是恢復植被生態(tài)的關(guān)鍵。保定東部平原人工林處于建設初期，尤其是雄安新區(qū)千年秀林的設立，多為大規(guī)模幼樹造林，少數(shù)林地為大樹移植，由于調(diào)查林分林齡較小，研究結(jié)果適用范圍比較局限。另外，土壤養(yǎng)分有連續(xù)累積和不斷改變的特點，隨著時間和外界環(huán)境的變化，植被與土壤性狀相關(guān)性可能會出現(xiàn)更復雜的規(guī)律，因此林齡更大時應進行更為細致、深度、連續(xù)性的不同林分類型土壤性狀研究，這對區(qū)域生態(tài)的發(fā)展影響重大。

4 結(jié)論

保定東部平原不同植被類型人工林土壤以弱堿性為主，土壤肥力整體一般，油松、銀杏、楸樹等林地的養(yǎng)分含量低于荒地，說明樣地內(nèi)養(yǎng)分元素儲備能力偏弱。按照全國第二次土壤養(yǎng)分分級標準，0～20 cm土層土壤TN、TP、SOM含量分別處于3、4、4級水平，但20～40 cm土層養(yǎng)分處于5級水平;土壤TK含量各層均為3級水平左右，各性狀指標存在表層聚集現(xiàn)象。研究區(qū)不同土層pH和TK含量表現(xiàn)為弱變異性，表層SOM含量變異性較強，深層土壤變異性較弱，土壤WC、TN、TP含量在各層土壤中均為中等變異。土壤pH與土壤深度存在正向關(guān)系，土壤WC、SOM、TP、TN、TK含量均隨土層深度增加而減小。受環(huán)境變化、人類活動和植被自身需求屬性影響，土壤性狀中除TK含量與林分類型不存在明顯差異外，其他指標含量均與植被類型存在顯著差異（ P <0.05）。土壤性狀間相關(guān)性較為普遍，土壤WC、TN、SOM含量積累高度同步，土壤TP與TK含量存在顯著正相關(guān)關(guān)系。從綠色生態(tài)可持續(xù)發(fā)展的長遠角度出發(fā)，分析研究區(qū)不同植被的復雜性和差異性，加強對林地土壤連續(xù)性定點監(jiān)測，制訂不同林分類型針對性管理措施，改善林分內(nèi)生境條件，從而實現(xiàn)人工林長效可持續(xù)發(fā)展。

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