刺榆天然林和天然草地土壤理化性質特征分析

包哈森高娃，吳志萍，鄭鐵軍，芒來，阿拉坦花，劉德森

(內蒙古通遼市林業科學研究院， 內蒙古 通遼 028000)

刺榆(Hemipteleadavidii)為蕁麻目榆科刺榆屬植物，國家三級保護植物，具有抗旱、抗寒、抗病蟲害等優良特性，是理想的固沙和防護林先鋒樹種。刺榆林是科爾沁沙地獨特的森林類型，在我國遼寧、吉林和華北各省區的山麓、林緣及路旁有少量分布，但均未構成群落，多散生為其他群落的伴生種?！吨袊脖弧泛汀秲让晒胖脖弧肪词珍浽撊郝洹５诳茽柷呱车貎刃纬扇郝?，以建群種存在，在維護區域生態平衡及保護生物多樣性等方面起著重要作用[1]。自然分布在通遼市科左后旗吉爾嘎朗鎮附近和庫倫旗南部下扣河子村、科左中旗烏斯吐林場，集中分布在通遼市科左后旗吉日嘎郎鎮。

近年來，隨著氣候干旱，地下水位下降等原因，鄉土樹種在林業生態建設中的地位和作用日趨凸顯。鄉土樹種造林及應用符合尊重自然、順應自然、保護自然的生態文明理念，對改善生態環境、增強生態系統的穩定性和總體功能都具有無可替代的作用。刺榆是科爾沁沙地珍稀鄉土樹種，但在人工造林中應用得較少，處于起始階段。特別是目前，對刺榆播種育苗和生物圍欄營建方面的研究較多，對刺榆林分土壤特性方面的研究尚無。因此，本研究通過刺榆天然林和天然草地土壤理化性質特征分析，研究刺榆林對土壤養分流動及土壤肥力的影響，為刺榆人工造林及開發利用提供理論依據。

1 試驗地點

試驗地點位于通遼市科左后旗吉爾嘎朗鎮東蘇村刺榆天然林分(43°18′ N，123°00′ E)和草地。屬溫帶大陸性季風氣候，年均溫度6.2 ℃，年均降水量439 mm，降水集中在6—8月。年均總輻射5 035.1 MJ·m-2·a-1，日照時數2 837～2 892 h，無霜期150 d，地帶性土壤類型為風沙土。刺榆是該地區地帶性森林植被。

2 試驗方法

2017年10月，采用環刀法對刺榆天然林和天然草地群落的0～80 cm土壤各項指標進行測定。測定指標包括全氮、全鉀、全磷、堿解氮、有效磷、速效鉀、有機質、pH、水分等。對0～10、10～20、20～40、40～60、60～80 cm土層進行取樣，試驗重復3次。取樣后，土壤全氮—采用凱式消煮法元素分析儀測定(VARIO ELⅢ，Elementar，Germany)；土壤全磷—采用硫酸-高氯酸消煮-鉬銻抗比色法；土壤全鉀—采用酸溶-火焰光度計法；土壤堿解氮—采用擴散法；土壤有效磷-—采用碳酸氫鈉法；土壤速效鉀—采用醋酸銨浸提-火焰光度計法；土壤有機質—采用油浴消化-重鉻酸鉀容量法；土壤pH值—采用電極法；土壤水分—采用烘干法測定；采用有機質換算法推算土壤有機碳含量；采用Excel進行數據分析。

3 結果與分析

3.1 不同土層深度土壤養分含量變化

刺榆和草地不同土層深度土壤養分含量變化比較圖(1—8)表示，在0～80 cm土層刺榆、草地土壤養分含量中除了有效磷0～20 cm含量比草地高，20 cm以下迅速下降到低于草地有效磷含量，其他養分全氮、全鉀、全磷、堿解氮、速效鉀、有機質、有機碳含量均比草地高。一是因為刺榆天然林凋落物量大，植被種類多，被土壤微生物分解形成的碳、氮、磷、鉀等營養元素進入土壤提高養分；二是刺榆有發達的根系，根系與土壤的相互作用影響土壤養分的提高，從而形成良好的土壤理化環境，刺榆對土壤有較強的改善能力。

草地全氮、全磷、堿解氮、有效磷、速效鉀、有機質、有機碳含量變化較小，相對穩定，其中全鉀含量在表層土0～10 cm較高(圖3)。

刺榆土壤全氮、全磷、全鉀、堿解氮、有效磷、速效鉀、有機質、有機碳含量隨著土層深度的增加均呈現遞減趨勢，這符合同一植被類型下，土壤養分垂直分配規律。其中速效鉀、有機質、有機碳在40 cm以上土層變化幅度較大。全鉀含量在表層0～10 cm時較高。全氮、堿解氮含量在60 cm以上土層變化幅度較大。

圖1 不同土層深度全氮含量的變化

圖2 不同土層深度全磷含量的變化

圖3 不同土層深度全鉀含量的變化

圖4 不同土層深度堿解氮含量的變化

圖5 不同土層深度有效磷含量的變化

圖6 不同土層深度速效鉀含量的變化

圖7 不同土層深度有機質含量的變化

圖8 不同土層深度有機碳含量的變化

3.2 不同土層深度土壤pH值變化

由圖9不同土層深度土壤pH值變化可知，在0～80 cm土層中，草地土壤pH值略高于刺榆，草地土壤pH值變化在7.02～7.18，呈明顯堿性。刺榆土壤pH值變化在6.63～7.16，變化值比草地大，0～60 cm土層均呈酸性，這是在刺榆凋落物分解過程中產生有機酸有關。因此，認為刺榆對土壤酸堿度有所調節作用。

刺榆和草地土壤pH值均隨土層深度的增加呈增大趨勢，但變化范圍較小，土壤表層變化在6.65～7.09，土壤深層變化在7.16～7.18，這是因為靠近表層的土壤中植物根系及腐殖質含量等較下層土壤要高，所以對表層土壤酸堿度調節作用相對強一些。

圖9 不同土層深度pH值變化

3.3 不同土層深度土壤水分變化

由圖10不同土層深度土壤水分變化可知，刺榆土壤水分含量比草地高，這是因為刺榆地表枯落物覆蓋較厚，草地雜草分布稀疏，地表裸露，盡管對土壤水分利用主要集中在淺層，但蒸發量相對較大，土壤保水能力差，所以土壤水分含量低；

刺榆和草地土壤水分隨著土層深度的增加呈增大趨勢，其中，刺榆在表層0～10 cm的水分比10～20 cm時的略高，主要由降雨及其露水等原因保持土壤表層濕度。

圖10 不同土層深度水分變化

4 結論與討論

4.1 林昌虎等[2]在對貴州喀斯特石漠化地區荒地土壤理化性質及環境效應的研究中發現，土壤有機質在各地類的排序結果為荒地<草地<<林地(<<表示遠遠小于)，全氮含量排序為：林地>草地>荒地；速效磷規律不明顯。與本研究結果刺榆土壤有機質高于草地一致。這是由于天然林下土壤受人為擾動程度較小，土壤養分流失相對較少，而且天然林植被蓋度大，物種多樣性相對豐富，這些因素使得天然林地上植被凋落物被微生物分解后歸還土壤的有機質較其他植被類型區要多[3]。土壤有機質表現出的總體規律為：隨土層深度加深，有機質含量減小。原因可能是受地上植被凋落物分解的影響，落葉殘體被微生物分解后由地表再慢慢進入下層土壤，因分解這些殘體凋落物的微生物含量隨土層加深而減少[4-6]。與本研究結果刺榆土壤全氮、全磷、全鉀、堿解氮、有效磷、速效鉀、有機質、有機碳含量隨著土層深度的增加均呈現遞減趨勢一致。

4.2 現有研究表明，天然草地的土壤養分較其他植被類型相對偏低，pH值相對偏高，土壤表層酸度高于下層[3-6]。與本研究結果草地土壤養分含量比刺榆低；草地土壤pH值略高于刺榆；刺榆和草地土壤pH值均隨土層深度的增加呈增大趨勢，但變化值較??；刺榆和草地pH值在土壤表層變化6.65～7.09，土壤深層變化7.16～7.18一致。

4.3 現有研究表明，不同土地利用類型的土壤平均含水量從大到小依次為：農地(18.62%)>生態林(17.47%)>經果林(16.53%)>荒草地(11.25%)[7]。本研究結果刺榆土壤含水量比草地高，與之相同。本研究表明，刺榆和草地土壤水分含量隨著土層深度的增加均呈現增大趨勢，其中，刺榆在表層0～10 cm的水分比10～20 cm時的略高，主要由降雨及其露水等原因保持土壤表層濕度。