黑土區落葉松人工林土壤結構性特征及動態變化

史長婷

(黑龍江省水利水電勘測設計研究院，哈爾濱 150040)

文章編號：1007-7596(2015)12-0019-02

黑土區落葉松人工林土壤結構性特征及動態變化

史長婷

(黑龍江省水利水電勘測設計研究院，哈爾濱 150040)

以東北典型黑土區林齡分別為8a、21a、30a、37a、52a的落葉松人工林為研究對象，通過對土壤容重、非毛管孔隙度、毛管孔隙度的測定與分析，研究了不同林齡落葉松人工林土壤結構性特征及其動態變化。結果表明：0～30 cm土層范圍內，土壤容重平均變化范圍為1.06～1.19 g·cm-3，隨林齡的增加人工落葉松林可以顯著降低土壤容重(P<0.05)；NCP/CP平均變化范圍為0.03～0.11，僅37a生人工林提高效果顯著(P<0.05)。可以認為，在典型黑土區通過落葉松人工林的培育能夠改善土壤結構，但這種影響并不是隨著林齡增加而無限度的增強，37a是明顯改善土壤結構的臨界年齡。該結果為進一步研究典型黑土區水土保持林的構建與調控提供了參考。

落葉松人工林；黑土；土壤容重；非毛管孔隙度/毛管孔隙度

土壤結構是土壤質量重要指標體系之一[1]，受自然生態環境變遷和各種人為生產活動的影響，在表征土壤質量演變、退化與恢復過程方面具有極為重要的意義。土壤結構對土壤肥力因素的協調作用是無可爭議的事實[2]，研究土壤結構不僅有助于正確地評價土壤肥力性狀和土壤水分有效性，而且有助于對土壤抗蝕性的認識與評價，土壤結構的功能最終也將通過作物產量和品質反映出來[3-4]。

東北黑土區是我國主要的糧豆生產基地和重要的商品糧生產基地。近年來，受自然和人為因素的影響，黑土土體結構破壞、生產力下降，失去根系保護作用的團聚體結合能力降低，極易發生土壤孔隙的堵塞，影響水分入滲，誘發侵蝕。為此，本研究選擇典型黑土區不同林齡的落葉松人工林為研究對象，通過對不同生長發育階段林地土壤容重的定、非毛管孔隙/毛管孔隙(NCP/CP)計算與對比分析，以期為科學評價典型黑土區植被恢復對土壤質量的影響和深入研究水土保持林構建提供理論依據。

1 研究區概況與研究方法

1.1 研究區自然概況

研究地點位于黑龍江省西北部的克山縣境內的克山農場(48°12′～48°23′N，125°8′～125°37′E)，屬克拜漫川漫崗地帶，海拔240～340m，平均坡度3°。區域內土壤類型以典型黑土(黏化濕潤均腐土)為主，屬典型黑土區。溫帶大陸性季風氣候特征明顯，年平均氣溫0.9℃，≥10℃有效積溫2296.2℃，年平均降水量501.7 mm，平均蒸發量1329.4 mm，無霜期115d，土壤凍結期從11月初—翌年6月中旬，最大結凍深度可達2.5m。

1.2 研究方法

1.2.1 樣地選擇與采樣點布設

在克山農場26連隊，選擇立地條件相近、林齡分別為8a、21a、30a、37a、52a的落葉松(Larix gmelini)人工純林，分別設置20×20 m的臨時樣地各1塊，同時以鄰近天然次生林為對照，各試驗地的林分特征見表1。在設置的臨時樣地內“S”型布點，分別挖掘3個土壤剖面，按照0～10 cm，11～20 cm，21～30 cm機械分層，每層分別設置3個取樣點。

表1 試驗地林分特征

1.2.2 測定指標及方法

采用環刀法(環刀規格為100cm3)測定土壤的容重、孔隙度，同時計算非毛管孔隙/毛管孔隙(NCP/CP)。采用Excle2003 和Sigmaplot 10.0 軟件對數據進行分析處理，并進行了T檢驗。

2 結果與分析

2.1 土壤容重的變化

測定結果表明，所研究各林分0～30cm土層范圍內的土壤容重平均變化范圍為1.06～1.19 g·cm-3，總體上表現為落葉松人工林土壤容重大于次生林。37a生和52a生落葉松人工林土壤容重與次生林之間差異不顯著，說明經過多年培育的落葉松人工林對土壤容重的影響可以達到與當地天然次生林相近的水平(見表2)。從不同年齡落葉松人工林土壤容重平均值分析，從小到大依次為37a< 52a<8a<21a<30a。其中，37a生和52a生林分土壤容重與21a生和30a生林分差異顯著(P<0.05)，說明隨林齡的增加可以明顯降低林分土壤容重，并以37a生時影響效果最大。而8a生林分土壤容重較小，與21a生和30a生林分差異顯著(P<0.05)的原因主要可能是造林時間較短，林地土壤受造林前長期耕作影響所致。

表2 不同林分土壤容重測定結果 g·cm-3

注：表中±標準偏差，大寫字母不同表示同列內差異顯著(P<0.05),小寫字母不同表示同行內差異顯著(P<0.05)。

從表2還可以看出，所研究的各林分內土壤容重總體上呈現出隨著土層深度的增加而逐漸增大的一致性規律。0～30cm土層范圍內，次生林土壤容重在各層間變化幅度不大，差異未達顯著水平，說明天然林在改善土壤容重方面影響范圍相對較深；37a和52a生落葉松人工林內表層(0～10cm)和下層土壤容重間差異顯著(P<0.05)，而下層土壤之間的差異未達顯著水平，表現出其改善土壤容重的作用趨近天然次生林；8a、21a和30a生落葉松人工林對土壤容重的影響主要集中在表層，其中8a生林分影響的范圍相對較深，恰恰與造林前耕作的深度相吻合。

2.2 土壤NCP/CP值的變化

土壤中非毛管孔隙/毛管孔隙常用于表征土壤通氣性、滲透性和保水性。NCP/CP增大，一方面能反映出土壤滲透能力增強，進而減少地表徑流、削弱水土流失的潛在威脅；另一方面可以反映出土壤蒸發潛力的降低，改善土壤的氣體交換條件。本次研究發現，0～30cm土層范圍內，各林分土壤NCP/CP平均值的變化范圍為0.03～0.11，并以37a生落葉松人工林最高，各林分之間的變化無明顯規律(見圖1)。統計分析結果表明，37a生落葉松人工林土壤NCP/CP與21a、30a和52a生人工林間差異均達顯著水平(P<0.05)，而與天然次生林差異不顯著，再次說明37a生人工林能顯著改善土壤孔隙狀況、提高土壤的通透性和保水性，且作用程度可以達到甚至超過天然次生林；對8a生林分而言，由于造林前長期耕作的原因，使其土壤NCP/CP值相對較高，與37a生林分的差異未達顯著水平。

從土壤NCP/CP在垂直梯度上的變化來看，所研究各林分整體上呈現出隨著土層深度的增加而減小的趨勢。對21a和30a生人工林而言，土壤各層NCP/CP始終維持較低的水平，且NCP/CP在垂直梯度上變化幅度不大；而對8a生林分來說，NCP/CP在垂直梯度上變化幅度較大，尤其是上層土壤(0～20cm)NCP/CP值表現出較高的水平，這同樣與造林前期的長期耕作有關。

3 結論與建議

1)研究發現，各林分0～30cm土層范圍內的土壤容重平均變化范圍為1.06～1.19 g·cm-3，隨林齡的增加人工落葉松林不僅可以顯著降低土壤容重(P<0.05)，而且可以擴大影響的深度，并以37a生時影響效果最大。

2)統計結果表明，所研究各林分0～30cm土層范圍內土壤NCP/CP平均變化范圍為0.03～0.11，但無明顯變化規律，37a生人工林能顯著改善土壤孔隙狀況、提高土壤的通透性和保水性，且作用程度可以達到甚至超過天然次生林。

3)綜合土壤容重、NCP/CP、GSSI以及土壤三相變化的二維三系圖等對比分析，可以認為在典型黑土區通過落葉松人工林的培育能夠改善土壤結構，但這種影響并不是隨著林齡增加而無限度的增強，37a生時改善土壤結構較為顯著，為此建議該年齡階段應該對落葉松人工水土保持林的結構進行必要的調整。

[1]周虎,呂貽忠,李保國.土壤結構定量化研究進展[J].土壤學報,2009,46(03):502-505.

[2]張希彪,上官周平.人為干擾對黃土高原子午嶺油松人工土壤物理性質的影響[J].生態學報, 2006, 26(11): 3685-3695.

[3]曾德超.機械土壤動力學[M].北京:科學技術出版社,1995：108-115.

[4]孟凱,張興義.松嫩平原黑土退化的機及其生態復原[J].土壤通報，1998,29(03):100-102.

2015-09-28

史長婷(1984-)，女，山東莒縣人，工程師，從事水土保持技術及土地生產力恢復技術的研究。

S714.2

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