坡位對陰山北麓油松人工林表層土壤理化性質(zhì)的影響

王 露，秦富倉，李龍，趙金洋，江 磊

(內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué) 沙漠治理學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010000)

1 引言

近年來，隨著人口的增長和社會的進步，黃土丘陵地區(qū)的高效開發(fā)利用已成為研究的熱點和難點。其中，山地坡面人工造林是坡地高效開發(fā)利用的具體體現(xiàn)之一，這不僅對當(dāng)?shù)厮帘３止ぷ髫暙I巨大，同時在當(dāng)?shù)厝罕娒撠氈赂恢衅鸬搅酥匾淖饔谩Ｎ浯h地形特殊，處于黃土丘陵溝壑區(qū)，土壤條件好，適合油松生長。油松(PinustabuliformisCarrière)為松科針葉常綠喬木，為陽性樹種，有深根性、喜光性、抗瘠薄性和抗風(fēng)的生態(tài)學(xué)特性，是良好的造林樹種，在中國河北省、內(nèi)蒙古自治區(qū)、吉林省、陜西省、甘肅省、遼寧省等地區(qū)皆有分布[1]。長期以來，也有許多學(xué)者對土壤特性和油松生長關(guān)系進行研究，如邱新彩等[2]在研究中證明了油松人工林的土壤性質(zhì)能夠通過樹齡的增加得到改善；邱甜甜等[3]對油松生長過程進行了研究，土壤有機碳的含量主要受枯落物和根系凋落物影響，它們可提高土壤微生物生物量碳，以及關(guān)于油松的栽培育苗及抗旱造林技術(shù)這方面的研究比較多[4～8]。由于土壤表層環(huán)境復(fù)雜多樣，如林下草本類型，枯落物的分解和人類、動物活動的影響等，易受影響。所以，對于油松人工林與表層土壤關(guān)系研究并不多，而且不同坡位上的水熱條件與地形條件的不同會對表層土壤特性造成一些梯度的變化，因此，本研究將油松人工林表層土壤與坡位相結(jié)合進行分析，闡述了不同坡位與油松人工林表層土壤理化因素的變化關(guān)系，并對土壤各指標(biāo)進行相關(guān)性分析，得出適合油松生長的最佳條件，以達到油松人工林長久的可持續(xù)經(jīng)營，為油松人工林以后的培育和可持續(xù)發(fā)展貢獻力量。

2 材料與方法

2.1 研究區(qū)概況與樣地選取

試驗地武川縣哈樂鎮(zhèn)位于內(nèi)蒙古自治區(qū)中部，呼和浩特以北，處于我國陰山北麓農(nóng)牧交錯帶，屬中溫帶大陸性季風(fēng)氣候，年平均氣溫3.0 ℃。7月最熱，無霜期大概為120 d。年平均降水為350 mm左右，主要降水集中在7～9月間。土地利用類型以旱做農(nóng)業(yè)為主。土壤類型以草甸土和栗鈣土為主[9,10]。在地形地貌以及降雨等各方面的影響下，植被分布有所不同且植被類型較豐富，主要植被類型有油松(PinustabuliformisCarrière)、山杏(Armeniacasibirica(L.) Lam)、白樺(BetulaplatyphyllaSuk)和檸條(CaraganaKorshinskiiKom)等[11]。根據(jù)武川縣林地分布特征并實地勘測調(diào)查，選取了具有代表性的人工油松林為研究對象，樣地基本信息如表1。

表1 武川縣樣地基本信息

2.2 試驗方法

在研究區(qū)內(nèi)按分布特征均勻選取植被情況、地形基本相似的油松人工林5處，均為陽坡，坡長為80 m左右，坡度平均為10°并在各坡面上，按照上、中、下設(shè)置3個坡位，每個坡位上平行選擇10 m×10 m的3個標(biāo)準(zhǔn)地，并且，在各樣地上隨機選取3個樣點，然后挖制60 cm×60 cm的土剖面，去除表層的枯落物等雜物，用環(huán)刀法取上土層(0～10 cm)和下土層(10～20 cm)的土樣，在處理好的平面層，將環(huán)刀刀口水平放置并垂直向下壓入土壤，直至土壤滿了為止，并保證取土深度一致，然后將環(huán)刀表面削平，如此重復(fù)3次，最后把同一層樣本混合，成為一個樣本，去除雜質(zhì)后裝入無菌袋帶回實驗室進行實驗分析[12]，。

2.3 項目測定

測定的土壤物理指標(biāo)主要有：容重、土壤孔隙度、土壤含水率等，均采用環(huán)刀法進行測定[13]。

測定的土壤化學(xué)指標(biāo)主要有：pH值、堿解氮、速效鉀、速效磷、有機質(zhì)等，測定方式如表2所示[14，15]。

表2 化學(xué)指標(biāo)測定方法

2.4 數(shù)據(jù)分析

采用 Excel 2010對油松人工林樣地的各個基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進行整理，并計算土壤的各理化性質(zhì)指標(biāo)。采用SPSS 26. 0 對坡位與油松人工林表層土壤的各指標(biāo)進行相關(guān)性分析與比較，由此得出相關(guān)程度。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同坡位下的油松人工林土壤物理性質(zhì)

土壤容重含量能夠反映植被對土壤結(jié)構(gòu)、通氣性和保持性的改良程度。值越小，土壤滲透性越好[16]。由圖1可知，在同一坡位，土壤層深度越深，土壤容重越大，在不同坡位，土壤容重的從大到小順序是坡上、坡中和坡下，表層土壤容重分別為1.141 g/m3、1.594 g/m3和1.608 g/m3，底層土壤容重的變化范圍在1.526～1.731 g/m3，整體趨勢為從坡下到坡上逐漸遞減。

在相同坡位，土壤層越深土壤孔隙度越小，這一表現(xiàn)也體現(xiàn)了林地土壤水源涵養(yǎng)和持水能力主要體現(xiàn)在表層土壤。在不同坡位，土壤孔隙度坡上最大，坡下最小且相差不大。在不同土壤層，土壤容重與土壤孔隙度的變化剛好成相反趨勢。

土壤含水率在不同土壤層的變化規(guī)律各不相同，土壤含水率在土壤表層表現(xiàn)出，從坡下到坡上，土壤含水率逐漸減少，坡下最多，為7.9%，坡中和坡上分別為6.96%和4.09%，土壤底層含水率與表層規(guī)律相同，隨坡位的上升，含水率逐漸減小，土壤含水率隨土層的增加呈現(xiàn)出逐漸減小的變化趨勢。

3.2 不同坡位下的油松人工林土壤化學(xué)性質(zhì)

3.2.1 土壤pH值

土壤pH值簡單易測，通常是土壤歸類、采用、管理和改善的參考依據(jù)[17]。由圖2可知，同一坡位，土壤pH值與土壤層深度成正比，土壤層越深，pH值越大，土壤均呈堿性。而在不同坡位呈現(xiàn)為：隨坡位上升，土壤pH值下降，土壤表層的pH值的大小呈現(xiàn)為：坡下(8.45 g/kg)>坡中(8.33 g/kg)>坡上(7.73 g/kg)，土壤底層的pH值與土壤表層pH值規(guī)律相同，但差異不明顯，變得范圍在8.91～8.96 g/kg之間，土壤呈堿性。

3.2.2 土壤有機質(zhì)

不同土壤層深度在不同坡位由大到小表現(xiàn)為：坡下、坡中、坡上。在10～20 cm層，坡上到坡下的有機質(zhì)含量分別為15.99 g/kg、24.06 g/kg和29.02 g/kg；在0～10 cm層，坡上、坡中和坡下的有機質(zhì)含量分別為22.48 g/kg、25.25 g/kg和27.57 g/kg，在各坡位差異不明顯。說明坡下較坡上更容易積累土壤的有機質(zhì)，充分的改善了土壤的質(zhì)量。

3.2.3 土壤堿解氮

土壤堿解氮中的氮素對于植物易于吸收與利用，包含無機態(tài)氮和有機質(zhì)中的一些簡單好分解的有機態(tài)氮[18]。各坡位隨土壤層增加而下降，不同土壤層堿解氮含量總體呈現(xiàn)出：坡下>坡中>坡上，坡下堿解氮含量范圍為35.4～49.7 g/kg，坡中范圍為21.2～27.3 g/kg，坡上范圍為10.6～22.4 g/kg。在相同坡位表現(xiàn)為表層堿解氮含量高于底層堿解氮含量。

圖1 不同坡位油松人工林土壤物理性質(zhì)

3.2.4 土壤速效磷

速效磷反映了土壤中可被植物吸收利用的磷。鉀元素是植物生長中必不可少一種營養(yǎng)元素，它可以調(diào)節(jié)植物細胞的水勢和氣孔的開閉，并能夠促進光合作用和光合產(chǎn)物的運輸[19]。在不同坡位的相同土層，土壤速效磷含量相差不大，呈現(xiàn)出坡下>坡中>坡下，表層土壤速效磷含量的變動范圍在11.04～14.7 g/kg間，底層含量變動范圍在9.09～12.02 g/kg間；在相同坡位，表層土壤速效磷含量整體大于底層土壤速效磷含量。土壤速效磷在土壤有效磷儲量中占重要組分，也能體現(xiàn)土壤磷素供應(yīng)的水平。

3.2.5 土壤速效鉀

速效鉀常以離子態(tài)和化合態(tài)存在于土壤中，是鉀素中活性較高、植物較易吸收的一部分，含量多少不但與母質(zhì)類型有關(guān)，還受植被和土壤水分淋洗的影響[20]。各不同坡位，土壤速效鉀的含量相差較大，0～10 cm土層土壤速效鉀含量變動范圍在4.4～40 g/kg之間，10～20 cm土層土壤速效鉀含量變動范圍在8.36～47 g/kg之間；而在同一坡位，土壤速效鉀含量與土壤深度呈正比，土壤層越深，土壤速效鉀含量越高；相反，坡位越低，速效鉀含量也就越高。土壤速效鉀含量變動程度大，可能與地形、環(huán)境、母質(zhì)等有關(guān)[21，22]。

圖2 不同坡位油松人工林土壤化學(xué)性質(zhì)

3.3 不同坡位上土壤物理性質(zhì)相關(guān)性分析

由表3可知，土壤含水率與坡位、容重和土壤孔隙度的相關(guān)性不大；土壤孔隙度與坡位呈極顯著性負相關(guān)(p<0.05)，相關(guān)系數(shù)為-0.948，與容重呈顯著性負相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.878；坡位與容重的相關(guān)性呈極顯著的正相關(guān)(p<0.01)，相關(guān)系數(shù)為0.926。由此可見，坡位與土壤容重，土壤孔隙度間都有一定的關(guān)系，土壤容重會因坡位的不同而表現(xiàn)出來。由此可見，各指標(biāo)受坡位有一定影響，各指標(biāo)間相關(guān)性不大。

3.4 不同坡位上土壤化學(xué)性質(zhì)相關(guān)性分析

由表4可知，坡位與速效鉀呈極顯著性正相關(guān)(p<0.01)，而與pH值、堿解氮、速效磷和有機質(zhì)關(guān)系不緊密，pH值與堿解氮、速效鉀、速效磷和有機質(zhì)均相關(guān)性不明顯，堿解氮與速效磷呈極顯著性正相關(guān)(p<0.05)，相關(guān)系數(shù)為0.933，與有機質(zhì)呈顯著性負相關(guān)(p<0.01)，相關(guān)系數(shù)為0.843。

表3 不同坡位油松人工林土壤物理性質(zhì)相關(guān)性分析

表4 不同坡位油松人工林土壤化學(xué)性質(zhì)相關(guān)性分析

4 結(jié)論與討論

不同坡位，土壤層深度，都對油松人工林表層土壤的理化性質(zhì)有著不同程度的影響[23，24]。土壤容重與土壤孔隙度是評價森林土壤蓄水保土能力的重要指標(biāo)[25]。研究表明，土壤容重與土壤含水率都是坡下高于坡上，而土壤孔隙度是坡上高于坡下，這與以往大多學(xué)者的研究結(jié)果一致[26，27]，由于坡位較高，在經(jīng)歷降雨風(fēng)沙等天氣變化下，使得較高坡位處的泥沙會向下堆積，從而使坡下土壤孔隙度變小，使得土壤孔隙度與土壤容重和含水率的變化呈相反趨勢，表層土壤的容重整體低于底層土壤容重，說明表層的枯枝落葉較多，使得土壤變得疏松，增加了土壤的緊密性和通氣透水性。土壤中有各種可以提供給植物生長所必需的養(yǎng)分[28，29]。研究表明，在不同坡位，表層土壤的各項化學(xué)性質(zhì)整體呈現(xiàn)為坡下優(yōu)于坡上，坡下處于的位置較低，坡度低，使得坡中和坡上的土壤養(yǎng)分經(jīng)過沖刷，在坡下形成匯集，使得坡下的土壤養(yǎng)分含量最高。在同一坡位，大部分化學(xué)指標(biāo)都隨土壤深度的增加而減少，這與其他學(xué)者的研究結(jié)果也相似[30，31]。

綜上所述，以武川縣油松人工林為研究對象，對比在不同坡位下，表層土壤的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)的影響。研究結(jié)果表明不同坡位對油松人工林的物理指標(biāo)和化學(xué)指標(biāo)的影響整體表現(xiàn)為，坡下>坡中>坡上，充足的土壤養(yǎng)分有利于油松的生長。因此，今后油松人工林的經(jīng)營，可以選擇水肥質(zhì)量較好的地區(qū)，對于有坡度的地段，也可增加較高坡位土壤的養(yǎng)分，確保油松人工林的正常生長，提高造林質(zhì)量，使油松人工林的培育效果更佳。