不同水土保持植物種類對(duì)土壤物理性質(zhì)的影響

王小云

(山西省水土保持科學(xué)研究所，山西太原 030045)

土壤侵蝕作為地球表面的一種自然現(xiàn)象[1]，至人類社會(huì)出現(xiàn)后，成為自然和人類活動(dòng)共同作用下的一種動(dòng)態(tài)過程，已成為當(dāng)今世界資源和環(huán)境問題的重點(diǎn)[2]。目前，常用的水土保持措施主要為林草措施、農(nóng)業(yè)措施和工程措施[3-5]。林草措施一方面可以控制水土流失，增加地面植被覆蓋度，另一方面對(duì)荒山荒坡、梁峁深溝等地形復(fù)雜，自然狀況較差以及降雨較少的北方黃土丘陵溝壑區(qū)具有一定優(yōu)勢(shì)。因此，在黃土丘陵溝壑區(qū)植樹造林，種草填綠增加地面植被覆蓋度是首選的水土保持治理措施。不同的水土保持林草措施對(duì)土壤的改良和土壤侵蝕的控制作用不同。基于此，筆者對(duì)幾種林草措施實(shí)施多年后，其土壤的粒徑組成和團(tuán)聚體特征進(jìn)行了研究。

1 材料與方法

1.1試驗(yàn)地概況試驗(yàn)地設(shè)在山西省水土保持科學(xué)研究所試驗(yàn)場(chǎng)徑流場(chǎng)。試驗(yàn)地基本概況：地形坡度5°～15°，111°11′23″E、37°32′06″N，年平均溫度8.9 ℃，年最高溫度34.4 ℃，年最低溫度-16.2 ℃，年平均降水量461.2 mm，無霜期164 d。

以側(cè)柏(有大量自然生長(zhǎng)的堿草)、歐李(有少量蒿草和針茅)、檸條(生長(zhǎng)少量蒿草)、苜蓿(生長(zhǎng)少量蒿草)和油松(有少量堿草和蒿草)5種水土保持林草措施種植地為研究對(duì)象。研究區(qū)為半陽(yáng)坡，坡度12°左右。側(cè)柏種植年限10年左右，歐李約8年，檸條10年左右，苜蓿6年左右，油松8年左右。作物生長(zhǎng)的坡度、坡向相同，且通過多年的生長(zhǎng)已形成了較穩(wěn)定的土壤生態(tài)系統(tǒng)。

1.2試驗(yàn)方法于2016年4月在試驗(yàn)地進(jìn)行采樣，采用“S”型布設(shè)試驗(yàn)樣點(diǎn)，從總體上把握采樣點(diǎn)的代表性，使樣點(diǎn)具有典型代表性，能更真實(shí)地反映試驗(yàn)樣地的情況。每個(gè)樣地采3份樣品并將采取的土壤樣品放入密封袋，貼上標(biāo)簽帶回實(shí)驗(yàn)室。在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)對(duì)土壤樣品進(jìn)行簡(jiǎn)單處理，挑揀掉石子、根系等非土壤物質(zhì)。同時(shí)將每個(gè)樣地的3份樣品稱取同等重量，并混勻以備測(cè)試分析所用。

1.3測(cè)定項(xiàng)目與方法土壤水分：采用烘干法測(cè)定，將自然風(fēng)干的土壤樣品放入鋁盒中，置于烘箱調(diào)溫至10 ℃烘干2 h，進(jìn)行稱重，按照差值法計(jì)算土壤水分含量。

土壤容重：采用環(huán)刀法進(jìn)行測(cè)量，在取樣前首先在環(huán)刀內(nèi)側(cè)均勻涂抹一層凡士林，稱重，并記錄。現(xiàn)場(chǎng)取樣時(shí)，先選好剖面，環(huán)刀朝下，用力將環(huán)刀均勻壓到土壤中，然后取出環(huán)刀，蓋上環(huán)刀蓋，帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行容重測(cè)定。

土壤容重、比重、孔隙度：土壤容重通過測(cè)量一定容積下自然土樣的重量獲得；土壤比重通過測(cè)量土壤固相物質(zhì)的重量與同體積水的重量的比值而獲得；依據(jù)已知的土壤容重和比重，可直接根據(jù)公式計(jì)算土壤孔隙度。

土壤剪切力：在取樣現(xiàn)場(chǎng)挖取土壤坡面后，采用14.10 Pocket Vane Tester型三頭抗剪儀進(jìn)行測(cè)定。在地表土壤、20和40 cm 3個(gè)深度測(cè)試剪切力，每個(gè)深度測(cè)量3次，取平均值。

1.4數(shù)據(jù)分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2007進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，并采用SPSS 13.0進(jìn)行方差分析和相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1不同林草措施實(shí)施后土壤水分含量5種水土保持林草措施實(shí)施多年后土壤水分含量見圖1。由圖1可知，同一坡地，通過種植不同植物，經(jīng)過多年的影響，土壤含水量為14.19～17.00 g/kg，均值為15.77 g/kg。其中側(cè)柏地為16.10 g/kg，歐李地為15.79 g/kg，檸條地為15.76 g/kg，苜蓿地為17.00 g/kg，油松地為14.19 g/kg。表現(xiàn)為苜蓿>側(cè)柏>歐李>檸條>油松。

對(duì)5種不同植被條件下的土壤含水量進(jìn)行方差分析，結(jié)果表明，F(xiàn)為292.05，P為0.00，小于0.05，可見5種地面植被狀況下土壤含水量間存在顯著差異。即通過多年的生長(zhǎng)，地面植被對(duì)土壤產(chǎn)生了影響，且不同植被類型的影響程度不同。

圖1 不同地面植被類型下土壤含水量Fig.1 Soil moisture content under different ground vegetation types

2.2不同林草措施實(shí)施后土壤孔隙度土壤孔隙度是土壤的基本物理性質(zhì)，直接影響土壤蓄水能力和通氣性，并間接影響土壤肥力和植物的生長(zhǎng)狀況[6]。對(duì)研究區(qū)5種林草措施下土壤孔隙度進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果見圖2。由圖2可知，側(cè)柏、歐李、檸條、苜蓿和油松5種植被狀況下土壤孔隙度為42.07%～57.50%，均值為50.99%。其中側(cè)柏地為57.50%，歐李地為55.91%，檸條地為42.07%，苜蓿地為54.61%，油松地為44.85%。表現(xiàn)為側(cè)柏>歐李>苜蓿>油松>檸條。對(duì)5種不同植被條件下的土壤孔隙度進(jìn)行方差分析，結(jié)果表明，F(xiàn)為65.08，P為0.00，小于0.05，可見5種地面植被狀況下土壤孔隙度間存在顯著差異。即植物種類不同，其根系對(duì)土壤孔隙度影響也不同。

圖2 不同地面植被類型下土壤孔隙度Fig.2 Soil porosity under different ground vegetation types

2.3不同林草措施實(shí)施后土壤容重和比重容重是土壤的基本物理性質(zhì)，直接影響土壤的通氣性和蓄水保水能力，并間接影響土壤的肥力狀況和物質(zhì)循環(huán)。土壤容重受區(qū)域地形、植被根系、土壤含水量等影響[7]。對(duì)研究區(qū)5種不同植被狀況下土壤容重進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果見圖3。由圖3可知，側(cè)柏、歐李、檸條、苜蓿和油松5種植被狀況下土壤容重為1.08～1.23 g/cm3，均值為1.17 g/cm3。側(cè)柏地為1.08 g/cm3，歐李地為1.22 g/cm3，檸條地為1.21 g/cm3，苜蓿地為1.13 g/cm3，油松地為1.23 g/cm3。表現(xiàn)為油松>歐李>檸條>苜蓿>側(cè)柏。

圖3 不同地面植被類型下土壤容重Fig.3 Soil bulk density under different ground vegetation types

對(duì)5種不同植被條件下的土壤容重進(jìn)行方差分析，結(jié)果表明，F(xiàn)為33.21，P為0.00，小于0.05，可見5種地面植被狀況下土壤容重間存在顯著差異。即植物種類不同，其根系對(duì)土壤容重影響也不同。

土壤比重是單位體積土壤固體顆粒(不包括空隙在內(nèi))的烘干重量。土壤比重決定于構(gòu)成土壤顆粒的比重，因此不同土壤類型的比重不同。土壤比重受成土母質(zhì)影響的同時(shí)，也受土壤植被根系狀況等因素的影響。對(duì)研究區(qū)5種植被影響下的土壤比重進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果見圖4。 由圖4可知，側(cè)柏、歐李、檸條、苜蓿和油松5種植被狀況下土壤比重為2.09～2.77 g/cm3，均值為2.42 g/cm3。其中側(cè)柏地為2.54 g/cm3，歐李地為2.77 g/cm3，檸條地為2.09 g/cm3，苜蓿地為2.48 g/cm3，油松地為2.23 g/cm3。表現(xiàn)為歐李>側(cè)柏>苜蓿>油松>檸條。

對(duì)5種植被條件下的土壤比重進(jìn)行方差分析，結(jié)果表明，F(xiàn)為50.91，P為0.00，小于0.05，可見5種地面植被狀況下土壤比重間存在顯著差異。即植物種類不同，其根系對(duì)土壤比重影響也不同。

圖4 不同地面植被類型下土壤比重Fig.4 Soil specific gravity under different ground vegetation types

2.4不同林草措施實(shí)施后土壤剪切力土的抗剪強(qiáng)度是表征土體力學(xué)性質(zhì)的一個(gè)重要指標(biāo)，抗剪強(qiáng)度主要受土體種類、結(jié)構(gòu)以及含水率的影響[8]。對(duì)5種植被表層土壤、20和40 cm處的土壤剪切力進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果見圖5。由圖5可知，5種植被土壤剪切力均表現(xiàn)為地表土<20 cm<40 cm，即隨著土壤深度的增加，剪切力逐漸增加，且不同植被間存在差異。從土壤深度看，不同植被地表土壤剪切力為0.53～1.43 kg/cm2，均值為0.56 kg/cm2；20 cm處剪切力為0.83～1.52 kg/cm2，均值為1.09 kg/cm2；40 cm處剪切力為1.00～1.68 kg/cm2，均值為1.37 kg/cm2。

圖5 不同地面植被類型下土壤剪切力Fig.5 Soil shear under different ground vegetation types

從地表土到40 cm處，側(cè)柏地土壤剪切力為0.70～1.33 kg/cm2，均值為1.09 kg/cm2；歐李為1.43～1.68 kg/cm2，均值為1.54 kg/cm2；檸條為0.77～1.00 kg/cm2，均值為0.87 kg/cm2；苜蓿為0.53～1.33 kg/cm2，均值為0.93 kg/cm2；油松為0.87～1.50 kg/cm2，均值為1.10 kg/cm2。表現(xiàn)為歐李>油松>側(cè)柏>苜蓿>檸條。

對(duì)5種植被條件下不同深度處土壤剪切力進(jìn)行方差分析，結(jié)果表明，5種不同植被狀況下，地表土F為25.35，P為0.00，小于0.01，差異極顯著；20 cm處F為9.87，P為0.01，小于0.05，可見20 cm處土壤剪切力間差異顯著；40 cm處F為2.21，P為0.14，大于0.05，可見40 cm處土壤剪切力間不存在顯著差異。由此可知，坡地種植不同植被后，植被對(duì)土壤剪切力具有一定的影響，不同植被間表土差異極顯著，20 cm處差異顯著，40 cm處無顯著差異。

對(duì)同一植被種植地不同深度土壤剪切力進(jìn)行方差分析，結(jié)果表明，側(cè)柏地從表土到40 cm處剪切力間F為74.30，P為0.00，小于0.01，即側(cè)柏地從表土到40 cm處剪切力間存在極顯著差異；歐李地從表土到40 cm處剪切力間F為2.13，P為0.20，大于0.05，即歐李地從表土到40 cm處剪切力間差異不顯著；檸條地從表土到40 cm處剪切力間F為4.46，P為0.06，大于0.05，即檸條地從表土到40 cm處剪切力間差異不顯著；苜蓿地從表土到40 cm處剪切力間F為11.32，P為0.01，小于0.05，即苜蓿地從表土到40 cm處剪切力間存在顯著差異；油松地從表土到40 cm處剪切力間F為22.08，P為0.00，小于0.01，即油松地從表土到40 cm處剪切力間存在極顯著差異。

3 結(jié)論與討論

坡地種植側(cè)柏、歐李、檸條、苜蓿和油松5種水土保持林草措施后，喬灌草3種植被對(duì)土壤物理性質(zhì)的影響程度不同。受不同植物種類的影響，土壤水分含量、孔隙度、容重和比重以及剪切力間均存在差異，但無固定變化規(guī)律。某種植物對(duì)土壤物理性質(zhì)無特殊的影響，即土壤物理性質(zhì)對(duì)植物種類沒有針對(duì)性的響應(yīng)。在水土保持林草措施的實(shí)際實(shí)施過程中，應(yīng)根據(jù)具體目的和立地條件來布置不同的植物措施。如要提高土壤水分含量則苜蓿具有一定優(yōu)勢(shì)；側(cè)重于提高土壤孔隙度則側(cè)柏、歐李、苜蓿具有優(yōu)勢(shì)，而油松和檸條較差；要提高土壤剪切力，則歐李具有優(yōu)勢(shì)，檸條較差。