松嫩平原農田和防護林土壤物理性質差異研究

武燕 王瓊 仲召亮 王文杰

摘要[目的]研究松嫩平原楊樹防護林的建設對土壤質量的影響。[方法]以松嫩平原農田和楊樹防護林為研究對象，在松嫩平原設置杜蒙、富裕、蘭陵、明水、肇東和肇州6個采樣點，選取72對農田（對照）和防護林的配對樣地，測定0～20 cm土壤比重、容重和孔隙度。[結果]楊樹防護林營建后，富裕、明水和肇東的土壤容重顯著低于農田（P<0.05），富裕和明水的土壤孔隙度顯著高于農田（P<0.05）；綜合數據分析，防護林土壤容重下降了3.50%，土壤孔隙度增加了5.40%。[結論]松嫩平原農田防護林的建設可以改善土壤的物理性質，是一種局部土壤改良的可行方法。

關鍵詞 農田；防護林；物理性質

中圖分類號 S152 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2016）09-177-03

Abstract[Objective]The aim was to study effects of poplar shelterbelts plantation on soil quality at Songnen Plain.[Method]With farmland and polar shelterbelts at Songnen Plain as study objects， setting sup 6 sampling sites including Dumeng， Fuyu， Lanling， Mingshui， Zhaodong and Zhaozhou， selecting 72 paired plots of farmlands and neighboring shelterbelts， 0-20 cm soil specific gravity， bulk density and porosity were determined.[Result]Compared to farmland， soil bulk density significantly decreased at Fuyu， Mingshui and Zhaodong following shelterbelt establishment （P <0.05）， and soil porosity significantly increased in Fuyu and Mingshui （P<0.05）. Overall data analysis indicated that shelterbelt plantations had 3.50% lower soil bulk density， and 5.40% higher soil porosity than those in farmlands.[Conclusion]Shelterbelt establishment significantly improves soil physical properties at Songnen Plain. It is a feasible method for local soil improvement.

Key words Farmland； Shelterbelt； Physical properties

我國東北的黑土區主要分布在松嫩平原和三江平原，而東北地區45%以上的谷類作物產于黑土區。雖然東北黑土地含有較高的土壤有機質，較其他地區肥沃，但是1949年以來的精耕細作導致土壤有機質和肥力下降了50%[1]。1980年農業耕地導致土壤容重從 0.79 g/cm3 升高到 1.26 g/cm3，土壤孔隙度從67.90%下降至52.50%[2]。因此，改善土壤物理性質及治理日趨嚴重退化的土壤成為亟待解決的問題。韓松等[2]研究表明，在耕地土壤造林可以改變土壤的孔隙度和容重等物理性質；王文杰等[3]研究表明，農田轉變為林地的過程中土壤容重下降，孔隙度升高；而Davis等[4]研究表明，造林后土壤容重和孔隙度并無顯著變化。目前，關于松嫩平原地區大面積農田防護林的營建對土壤物理性質的影響缺乏系統的研究和報道。筆者選擇東北松嫩平原地區6個地點共72對楊樹防護林和農田配對樣地，通過對比分析了楊樹防護林與農田對照樣地的土壤比重、容重和孔隙度，研究了防護林的建設對土壤物理性質的影響，旨在為評估防護林工程對土壤質量的改善效果提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

松嫩平原位于東北地區中西部，地跨黑龍江省和吉林省，整個平原呈菱形，總面積1 828萬hm2，其中耕地面積占559萬hm2。屬于溫帶季風性氣候，年平均氣溫4 ℃左右，年降水量350～500 mm。

1.2 樣品采集

確定杜蒙、富裕、蘭陵、明水、肇東和肇州6個采樣地點，按照配對樣地法在每個采樣地點選取12對楊樹防護林和附近農田（CK）配對樣地。

在楊樹防護林及農田的配對樣地分別挖1個約0.8 m×1.0 m×1.0 m的土坑，清除土坑表面的枯枝落葉，在0～20 cm土層的中間部位用100 cm3的環刀取4份土樣，混合后帶回實驗室，備用。野外采集的土壤樣品帶回實驗室后，自然風干至恒重，用環刀法測定土壤容重。去除土壤中的根系，樣品碾碎后過2.00 mm篩，收集篩出的石塊和砂礫，并測定其重量和體積，再將土壤樣品放在粉碎機中粉碎，過0.25 mm篩，保存，備用。

1.3 測定項目與方法

土壤比重采用比重瓶法測定，土壤容重=土壤干重/400 cm3，土壤孔隙度=（1-容重/比重）×100%[5]。

1.4 數據統計

采用SPSS 17.0軟件單因素方差分析的Duncan檢驗比較不同地點農田和防護林土壤物理性質之間的差異顯著性。

2 結果與分析

2.1 農田和防護林的土壤比重比較

從圖1可以看出，6個采樣地中只有富裕的楊樹防護林土壤比重顯著高于農田（P<0.05），杜蒙、蘭陵、明水、肇東和肇州的楊樹防護林和農田的土壤比重相差不大（P>0.05）。

2.2 農田和防護林的土壤容重比較

從圖2可以看出，6個采樣地中富裕、明水和肇東楊樹防護林的土壤容重小于農田（P<0.05），分別低于農田7.90%、10.60%和4.90%，而杜蒙、蘭陵和肇州楊樹防護林的土壤容重和農田差異不大（P>0.05）。

2.3 農田和防護林的土壤孔隙度比較

從圖3可以看出，6個采樣地中富裕和明水楊樹防護林的土壤孔隙度顯著大于農田（P<0.05），分別高出農田40.1%和17.8%，而杜蒙、蘭陵、肇東和肇州的土壤孔隙度在建設防護林后并無顯著改變（P> 0.05）。

2.4 農田和楊樹防護林的土壤物理性質綜合比較

由表1可知，楊樹防護林的土壤容重（1.37 g/cm3）比農田土壤容重（1.42 g/cm3）低3.50%，而楊樹防護林的土壤孔隙度比農田高出5.40%，防護林土壤比重的變化較小，比農田高出0.40%。

3 結論與討論

該研究結果表明，在農田營建楊樹防護林使土壤容重降低了3.50%，土壤孔隙度上升了5.40%，這說明農田防護林的建設可以改善土壤的物理性狀，使土壤更加疏松，空隙增多，是一種局部土壤改良的可行方法。Wang等[6]研究結果表明，在農田轉變成林地的過程中土壤容重下降，孔隙度升高。王文杰等[3]研究發現，落葉松人工林能使土壤表層（0～20 cm）的容重降低5.70 mg/cm3，這與筆者的研究結果一致。

參考文獻

[1]ZHANG L P，YANG Y C，ZHAO S S，et al.The impact of environmental factors on the growth of juglans mandshurica in natural forest of changbai mountains[J].Chinese agricultural science bulletin，2014，30：34-41.

[2]韓松，王平，梁貞堂.松嫩平原土壤侵蝕現狀與治理措施的研究[J].黑龍江大學工程學報，2015，6（2）：47-52.

[3]王文杰，劉偉，孫偉，等.林床清理對落葉松（Larix gmelinii）人工林土壤呼吸和物理性質的影響[J].生態學報，2008，28（10）：4750-4756.

[4]DAVIS M，NORDMEYER A，HENLEY D，et al.Ecosystem carbon accretion 10 years after afforestation of depleted subhumid grassland planted with three densities of Pinus nigra[J].Global change biology，2007，13：1414-1422.

[5]鮑士旦.土壤農化分析[M].北京：中國農業出版社，2000.

[6]WANG W J，QIU L，ZU Y G，et al.Changes in soil organic carbon，nitrogen，pH and bulk density with the development of larch （Larix gmelinii）plantations in China[J].Global change biology，2011，17：2657-2676.