不同景觀林對土壤物理性質的影響

鄭占敏，張傳余，陳 瑩，秦乃花，舒秀閣，韓友吉，魏 娟，董玉峰，李 輝

（1.莘縣國有馬西林場，山東 莘縣 252415；2.山東省林業科學研究院，山東 濟南 250014；3.山東省林業保護和發展服務中心，山東 濟南 250014；4.山東省國土空間規劃院，山東 濟南 250014；5.臨沂大學，山東 臨沂 276000）

土壤作為森林生態系統重要的生態因子，是衡量生態系統功能恢復與維持的重要因素之一[1-2]。土壤物理性質對森林植被的發育和植被恢復有重要作用，森林植被通過根系的生長及枯落物的輸入等可以改善土壤物理性質[3-4]。闊葉林可改善土壤理化性質，提高樹木生長量[5]。土壤持水能力與林分結構密切相關[6]；果樹、草類的種植可以降低土壤容重、提高土壤孔隙度[7-9]；丘陵風沙區檸條林種植可以提高其土壤水分含量[10]。

隨著人們生活水平的提高，城市綠化越來越得到人們的重視。景觀林是城市林業的重要組成部分，具有改善城市生態環境和美化城市的功能[11]。那么，城市中不同景觀林對土壤物理性質會產生何種影響，是一個值得深入研究的問題。銀杏（Ginkgo biloba）和水杉（Metasequoia glyptostroboides）作為臨沂地區主要公園觀賞樹種和造林樹種，對其土壤物理性質產生何種影響尚不清楚，為此，本研究以臨沂園博園中的銀杏（Ginkgo biloba）林和水杉（Metasequoia glyptostroboides）林為研究對象，測定其土壤物理性質，揭示不同景觀林對其土壤孔隙度、土壤水分狀況等物理性質的影響，為城鎮綠化中合理使用綠化樹種及控制與改善城市林業水分狀況，城市綠化樹種資源的合理經營和科學管理、水土保持綜合效益的分析提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

試驗地位于山東省臨沂市園博園（35°12′N，118°29′E），屬溫帶季風氣候。園博園內有多處景觀林，其中銀杏（Ginkgo biloba）林為20年生人工林，造林時間為2009-2010年，平均胸徑約18 cm，水杉（Metasequoia glyptostroboides）林為17年生人工林，造林時間為2009-2010年，平均胸徑約19 cm。

1.2 土壤物理性質測定

本試驗以臨沂市園博園中的銀杏（Ginkgo biloba）和水杉（Metasequoia glyptostroboides）為研究對象（對照組為園博園內的空白樣地），每個林種建立3 塊20 m×20 m 的標準地，每個標準地內采用蛇形5 點取樣法確定取樣點，每個取樣點利用環刀法[12-13]，按0—10 cm、10—20 cm、20—30 cm、30—40 cm 對土壤分層取樣，測定其土壤容重、土壤毛管孔隙度、非毛管孔隙度、總孔隙度、土壤田間持水量、土壤飽和含水量等土壤物理性質。本試驗于2020年11月進行土壤取樣，2020年12月在臨沂大學土壤實驗室進行了土壤物理性質測定。

1.3 數據處理

試驗數據通過SPSS18.0 統計分析軟件處理，并進行單因素方差分析和多重比較。

2 結果與分析

2.1 不同景觀林對土壤容重的影響

土壤容重是影響土壤通氣狀況、水肥供應情況及植物根系穿透阻力的重要因素之一，土壤容重越小，土壤越疏松，更有利于植物根系的伸展和生長[14]。

圖1所示，從0—10cm、10—20 cm、20—30 cm、30—40 cm 各土層來看，水杉景觀林的土壤容重分別為1.36 g·cm-3、1.35 g·cm-3、1.31 g·cm-3、1.23 g·cm-3，明顯低于其對照組（P≤0.05），分別是對照組的87.77%、85.51%、82.97%、79.01%。說明栽植水杉林可有效改善0—40 cm土壤的物理通透性，增強土壤的透水、透氣能力，使土壤疏松。銀杏林各層土壤容重略高于其對照組，但和對照組相比，差異不顯著（P＞0.05），這可能由于銀杏生長速度慢，又因其觀賞價值較高，其林下土壤經常遭到游客踩踏導致的。

圖1 不同景觀林對土壤容重的影響（平均值±標準差）Figure 1 Effects of different landscape forests on soil bulk density(mean value ± standard deviation)

2.2 不同景觀林對土壤毛管孔隙度的影響

土壤毛管孔隙度是土壤中能夠通過毛管力保持水分的孔隙，毛管孔隙所保持的水分又稱有效水，能溶解養分，且能被植物根系吸收和利用，是土壤孔隙的重要組成部分之一[15]。

從圖2可以看出，在0—10 cm 土層中，銀杏景觀林的土壤毛管孔隙度為30.9 %，明顯低于對照組（P≤0.05），為對照組的92.75 %；而水杉林的土壤總孔隙度則和對照組差別不大，說明栽植銀杏林可以降低該區0—10 cm 土壤有效水貯存容量，而栽植水杉則對0—10 cm 土壤吸持水量影響不大。就10—20 cm、20—30 cm、30—40 cm 土層而言，銀杏和水杉林的土壤毛管孔隙度和對照相比，差異不明顯（P＞0.05），說明在該試驗區種植銀杏和水杉林對其10—40 cm 土層的土壤有效持水能力影響不大。

圖2 不同景觀林對土壤毛管孔隙度的影響（平均值±標準差）Figure2 Effects of different landscape forests on soil capillary porosity(mean value ± standard deviation)

2.3 不同景觀林對土壤非毛管孔隙度的影響

土壤非毛管孔隙度是土壤快速儲水、土壤空氣流動的場所和通道，其大小在一定程度上反映了土壤滯留水分和林地發揮涵養水源及削減洪水的能力[16-17]。

從圖3可以看出，在0—10 cm、10—20 cm、20—30 cm、30—40 cm 土層中，銀杏景觀林的土壤非毛管孔隙度分別為3.7 %、3.6 %、1.9 %、3.3 %，和對照差異不顯著（P＞0.05），說明該區栽植銀杏林對其土壤儲水速度及水分滯留能力影響不大。就水杉景觀林而言，其土壤非毛管孔隙度由小到大的順序為0—10 cm<10—20 cm<20—30 cm<30—40 cm，表現為隨土層深度的增加而增加，且各土層非毛管孔隙度都明顯高于對照組（P≤0.05），當土層深度為10—20 cm 時，其非毛管孔隙度為11.4 %，增長速率最快，為對照組的4.38 倍。這在一定程度上說明在該試驗區栽植水杉林可有效增強其土壤的儲水及涵養水源能力。

圖3 不同景觀林對非土壤毛管孔隙度的影響（平均值±標準差）Figure 3 Effects of different landscape forests on non soil capillary porosity(mean value ±standard deviation)

圖4 不同景觀林對土壤總孔隙度的影響（平均值±標準差）Figure 4 Effects of different landscape forests on total soil porosity(mean value ± standard deviation)

2.4 不同景觀林對土壤總孔隙度的影響

土壤孔隙度對土壤的結構、松緊度、質地均有重要影響，是反應土壤通透性、持水能力和保肥性的重要指標，影響著植物的正常生長發育[18-19]。

就水杉景觀林來說，在0—10 cm、10-20 cm、20—30 cm、30—40 cm 土層中，其土壤總孔隙分別為45.6 %、45.5 %、47.45 %、50.5 %，明顯高于其同土層深度的對照組和銀杏景觀林組 （P≤0.05），分別是對照組的1.19、1.24、1.28、1.33 倍，銀杏林的1.28、1.32、1.44、1.50 倍；而各土層的銀杏景觀林土壤總孔隙度略低于對照組，但和對照組相比差異不顯著（P＞0.05）。說明水杉林可有改善該區土壤結構、降低緊實度，增強雨水下滲能力，提高植物根系生長力，銀杏景觀林對其土壤的持水及儲水能力影響不大。

2.5 不同景觀林對土壤田間持水量的影響

土壤田間持水量是土壤所能保持的最高含水量，對植物生長發育具有重要的作用，是衡量土壤墑情和干旱程度的一個重要指標之一[20]。

圖5所示，在0—10 cm 的土層中，對照組、銀杏林、水杉林的土壤田間持水量分別為22.33 %、19.78 %、26.19%，其中銀杏景觀林的土壤田間持水量明顯低于對照組（P≤0.05），水杉景觀林的土壤田間持水量明顯高于對照組（P≤0.05）。就10—20 cm、20—30 cm、30—40 cm 土層而言，銀杏林各土層土壤田間持水量都略低于對照組，和對照組相比差異不顯著（P＞0.05）；水杉林各土層土壤田間持水量則明顯高于對照組和銀杏林組 （P≤0.05），其中水杉林0—20 cm、20—30 cm、30—40 cm 土層的土壤田間持水量為25.13 %、25.49 %、28.37 %，分別為是對照組的1.17、1.21、1.30 倍。這在一定程度上可說明，栽植水杉可以有效提升其林下土壤的保墑持水能力。

圖5 不同景觀林對土壤田間持水量的影響（平均值±標準差）Figure 5 Effects of different landscape forests on soil field water capacity(mean value ± standard deviation)

2.6 不同景觀林對土壤飽和含水量的影響

圖6 不同景觀林對土壤飽和含水量的影響（平均值±標準差）Figure 6 Effects of different landscape forests on soil saturated water content(mean value ± standard deviation)

土壤飽和含水量指土壤顆粒間所有孔隙都充滿水時的含水量，是衡量土壤持水特和釋水性的重要指標[21]。

在0—10 cm、10—20 cm、20—30 cm、30—40 cm 的土層中，水杉景觀林的土壤飽和含水量分別為33.63%、33.54 %、36.17 %、41.17 %，明顯高于其同土層深度的對照組 （P≤0.05），分別為對照組的1.35、1.45、1.54、1.67 倍。就銀杏景觀林來說，其土壤飽和含水量雖略低于同土層深度的對照組，但方差分析結果顯示，和對照組差異不顯著（P＞0.05）。總體來說，水杉林能增加土壤孔隙度，提高土壤的含水量，并對防治水土流失有重要的作用。

3 討論與結論

土壤容重是衡量土壤結構和評價土壤質量的重要參數，不僅影響土壤通氣狀況、水肥供應情況，還對植物的生長發育有重要作用[22]。研究結果表明，景區內栽植水杉林能明顯改善其表層土的土壤通透性，如在0—40 cm 土層中水杉林的土壤容重明顯低于無林地的對照組（P≤0.05）；而栽植銀杏林則對其土壤容重影響不大（P＞0.05），譚學進在研究黃土區植被恢復對土壤物理性質的影響時，發現栽植刺槐林對0—20 cm 土層的土壤容重影響不大[3]，與本研究的結果相似，但筆者認為本研究中銀杏林土壤容重顯著高于水杉林的主要原因，銀杏林景觀林在該景區的觀賞價值較高，受游客踩踏頻次高導致的。

土壤孔隙度是評價土壤儲水性和肥力特性的重要指標之一[23]，土壤孔隙狀況受土壤有機質累積量的影響，而林木栽植及生長過程增加了土壤有機質的含量，從而改善了土壤孔隙特征[24]。研究結果表明，水杉林在0—10 cm、10—20 cm、20—30 cm、30—40 cm 的土層中土壤非毛管孔隙度、總孔隙度明顯高于同土層深度的對照組（P≤0.05）。徐雅潔等研究發現在0—20 cm 的土層中檸條林的土壤毛管孔隙度、非毛管孔隙度、總孔隙度明顯高于油松林[25]；王曉榮等研究表明在0—10 cm 的土層中竹林的土壤總孔隙度最高[26]。這些研究和本研究水杉林能改善其土壤通透性和儲水性能的研究結果相似。

森林植被對涵養水源、保持水土具有巨大作用[27]，研究結果表明，水杉可以有效提升其林下土壤的保墑持水能力，如在0—10 cm、10—20 cm、20—30 cm、30—40 cm 的土層中水杉林的田間持水量分布為對照的1.17、1.21、1.30 倍，飽和含水量分布為對照的1.35、1.45、1.54、1.67 倍，顯著高于同土層深度的對照組。有學者研究認為土壤持水能力與林分類型結構密切相關[28]。那么，不同林地類型其土壤持水性、釋水性差別還需要進一研究。總體而言，水杉景觀林能有效改善其土壤物理通透性、保墑持水性能及涵養水源能力，而銀杏景觀林對其土壤物理性能影響不大。這是否因為兩種景觀林，因欣賞價值不同，游客踩踏程度不同造成，還需要進一步研究。