柯柯牙城郊防護(hù)林不同林分對(duì)土壤改良效應(yīng)研究

李萍，王德，鄧成華，何宏陽

(新疆理工學(xué)院，新疆 阿克蘇 843100)

自1986年柯柯牙城郊防護(hù)林工程啟動(dòng)以來，在阿克蘇各族人民的努力下，已完成造林面積8.02萬hm2，投資高達(dá)28.67億元。30余年持續(xù)不斷的生態(tài)工程建設(shè)，讓飽受風(fēng)沙侵害的阿克蘇地區(qū)的生態(tài)水文條件得到了極大的提升。如今，阿克蘇市森林覆蓋率從3.35%增長(zhǎng)至8.90%，增長(zhǎng)率為166%。年降雨量增長(zhǎng)1倍，由60 mm增長(zhǎng)至120 mm。人工林面積由4.94萬hm2增加到34.9萬hm2，增長(zhǎng)7.07倍；農(nóng)民人均林果收入增加高達(dá)104倍；濕地面積增長(zhǎng)率達(dá)到60%；沙塵天氣由100 d左右降至30 d左右，降低率為60%；減少水土流失86萬hm2。柯柯牙工程的實(shí)施改善了阿克蘇地區(qū)的生態(tài)環(huán)境，提高了當(dāng)?shù)鼐用竦纳瞽h(huán)境質(zhì)量，使農(nóng)民收入有了一定提高，吸引了很多學(xué)者從不同角度不同方向研究柯柯牙工程。研究者對(duì)防護(hù)林生態(tài)效應(yīng)和防風(fēng)固沙效應(yīng)進(jìn)行了大量研究[1-5]，一些研究者也對(duì)柯柯牙防護(hù)林防風(fēng)治沙效益評(píng)價(jià)和土壤改良效果進(jìn)行了研究[6-8]。但是，近些年對(duì)柯柯牙經(jīng)濟(jì)林土壤改良的研究較少。本文以新疆楊(Populusbolleana)林、蘋果(Maluspumila)林、紅棗(Ziziphusjujuba)林、核桃(Juglansregia)林、香梨(Pyrussinkiangensis)林、葡萄(Vitisvinifera)林、沙棗(Elaeagnusangustifolia)+新疆楊混交林等7種造林類型土壤為研究對(duì)象，以當(dāng)?shù)刈匀恢脖还嗖莸貫閷?duì)照，研究不同類型樹種對(duì)土壤含水量、pH、全鹽量、土壤基本養(yǎng)分含量的影響，為干旱區(qū)防護(hù)林的經(jīng)營(yíng)提供重要參考。

1 研究區(qū)自然概況

柯柯牙綠色工程位于新疆南部阿克蘇市北郊(40°11′—41°20′ N、80°15′—80°19′ E)，平均海拔為1 056～1 300 m，屬暖溫帶干旱性氣候，日照充足，空氣干燥，年平均溫度為11 ℃，年降雨量不到60 mm，年蒸發(fā)量達(dá)1 900～2 600 mm，該區(qū)浮塵天氣多，土壤鹽堿化程度高。

2 材料與方法

2.1 樣地選取

2021年10月在對(duì)柯柯牙工程實(shí)地調(diào)研的基礎(chǔ)上，選取新疆楊、蘋果、核桃、紅棗、香梨、葡萄地、沙棗+新疆楊混交林等7個(gè)不同林分的樣地為研究對(duì)象，以當(dāng)?shù)刈匀恢脖还嗖莸貫閷?duì)照，各林分樣地情況如表1所示。每個(gè)樣地設(shè)置20 m×20 m的樣方，每個(gè)樣方布設(shè)3個(gè)取樣點(diǎn)，共計(jì)24個(gè)取樣點(diǎn)。使用取土鉆，縱向按20 cm間隔采集0～60 cm的土壤樣品，共取得72個(gè)土樣。在取樣現(xiàn)場(chǎng)分別將新鮮土樣裝入已稱取質(zhì)量和編號(hào)的鋁盒內(nèi)，用電子天平稱取濕土質(zhì)量并記錄，用于后期計(jì)算土壤含水量。其他土樣在實(shí)驗(yàn)室自然風(fēng)干，揀出石子、根系等雜物，分別通過2 mm和0.25 mm土壤篩，同一樣地同一深度相同質(zhì)量的土樣進(jìn)行混合，用于理化指標(biāo)的測(cè)試。

表1 樣地基本概況

2.2 研究方法及數(shù)據(jù)處理

土壤全鹽量用殘?jiān)娓煞y(cè)定，pH用電位法測(cè)量，采用醋酸銨浸提-火焰光度法測(cè)鈉離子和速效鉀含量，采用重鉻酸鉀外加熱法測(cè)有機(jī)質(zhì)，速效磷含量用碳酸氫鈉浸提—鉬銻抗比色法測(cè)定[9]。

經(jīng)Microsoft Excel整理后的數(shù)據(jù)，用SPSS軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)處理，應(yīng)用Pearson相關(guān)系數(shù)分析各因素間的關(guān)系。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同林分土壤pH變化

土壤pH是評(píng)價(jià)土壤改良效果的重要數(shù)值，能直接對(duì)作物生長(zhǎng)產(chǎn)生影響。由表2可知，表層土壤(0～20 cm)不同林地的土壤pH為7.30±0.05～7.72±0.12，除新疆楊土壤外，其他林地土壤pH較裸露土壤有所降低。蘋果林、葡萄林、香梨林、紅棗林、核桃林和混交林pH分別比裸露地(7.57)降低了2.24%、3.57%、0.53%、1.85%、1.19%和0.26%，新疆楊較對(duì)照增加了1.98%。不同造林類型各土層pH無明顯的變化規(guī)律，同一林分不同深度之間的pH變化不大。

3.2 不同林分土壤鹽分含量變化

土壤全鹽量作為鹽堿土的指示指標(biāo)，能直接影響土壤理化性質(zhì)，限制作物生長(zhǎng)。從表2可以看出，對(duì)照土壤平均全鹽量為1.17 gkg-1，新疆楊樣地全鹽量平均為2.28 gkg-1，蘋果樣地為1.37 gkg-1，葡萄樣地為3.27 gkg-1，香梨樣地為1.27 gkg-1，紅棗樣地為0.46 gkg-1，核桃樣地為0.39 gkg-1，混交林為0.51 gkg-1。結(jié)果表明，核桃林、紅棗林和混交林土壤的全鹽量顯著降低(P<0.05)，其中，核桃林樣地土壤的全鹽量降低最大，較對(duì)照降低了66.7%?？v向來看，對(duì)于土壤的全鹽量高于對(duì)照的新疆楊林、蘋果林、葡萄林、香梨林樣地，表層土壤(0～20 cm)的土壤全鹽量最高；而對(duì)于土壤的全鹽量低于對(duì)照林的核桃林和紅棗林樣地，深層土壤(>40～60 cm)的土壤全鹽量最高。由此可見，人類活動(dòng)對(duì)土壤鹽分含量影響較大，果農(nóng)定期對(duì)經(jīng)濟(jì)林地漫灌可以很好地“壓鹽”，破壞鹽分的表聚作用。

3.3 不同林分土壤Na+含量變化

不同林分中土壤Na+含量變化差異顯著(表2)。與對(duì)照相比，新疆楊林和葡萄林的土壤Na+含量均顯著升高(P<0.05)，而蘋果林、香梨林、紅棗林、核桃林和混交林的土壤Na+含量則顯著降低(P<0.05)，這種顯著性差異不僅表現(xiàn)在不同林分之間，也同樣表現(xiàn)在不同的土層深度。

表2 各林地土壤養(yǎng)分情況

3.4 不同林分土壤有機(jī)質(zhì)及速效養(yǎng)分變化

土壤有機(jī)質(zhì)是土壤中各營(yíng)養(yǎng)元素特別是氮磷的重要來源，是土壤肥力的指示指標(biāo)。如表3所示，不同林地的土壤有機(jī)質(zhì)平均含量均顯著高于對(duì)照(裸露沙地)(P<0.05)，對(duì)照土壤有機(jī)質(zhì)平均含量?jī)H為1.51 gkg-1，0～20 cm的葡萄林樣地土壤有機(jī)質(zhì)含量達(dá)到最高值(16.51±0.87 gkg-1)，是對(duì)照同層土壤的17.20倍。就不同林地3個(gè)土層的土壤有機(jī)質(zhì)均值而言，其含量由大到小依次為：葡萄林>混交林>核桃林>新疆楊>香梨林>紅棗林>蘋果林，分別較裸露土壤提高了5.98、5.95、4.98、4.52、4.30、3.13和3.13倍。從垂直方向上看，對(duì)照(裸露沙土)的中下層土壤的有機(jī)質(zhì)含量高于表層，而其他各林地0～20 cm土層的土壤有機(jī)質(zhì)含量均高于其他土層。并且隨著土層越深，土壤有機(jī)質(zhì)含量越低，>20～40 cm土層的土壤有機(jī)質(zhì)含量均高于>40～60 cm土層。葡萄林和核桃林樣地除了凋落物返還土壤外，還有部分腐爛的果實(shí)等一并進(jìn)入土壤；同時(shí)，經(jīng)濟(jì)林樣地內(nèi)也存在農(nóng)家肥施入土壤的情況，因此導(dǎo)致0～20 cm土層的土壤有機(jī)質(zhì)含量高。有機(jī)質(zhì)含量受人為影響大，對(duì)土壤翻耕促使有機(jī)質(zhì)埋在深層土壤中，使中下層土壤的有機(jī)質(zhì)含量高于對(duì)照，但伴隨微生物的分解，有機(jī)質(zhì)含量會(huì)隨土層加深而降低。

表3 各林地土壤養(yǎng)分情況

不同林分類型樣地(0～20 cm)土壤速效鉀、速效磷含量均顯著高于對(duì)照土壤(P<0.05)。其中，葡萄林土壤中速效鉀含量達(dá)到736.3±20.7 mgkg-1，是裸露土壤(129.9±4.4 mgkg-1)的5.67倍。混交林土壤速效鉀含量最低(145.6±1.2 mgkg-1)，只比對(duì)照樣地高出15.7 mgkg-1。不同林分的土壤(0～20 cm)速效鉀含量大小依次為：葡萄林>香梨林>核桃林>蘋果林>新疆楊>紅棗林>混交林。此外，各林分樣地土壤(0～20 cm)速效磷含量顯著高于裸露土壤(0.48±0.22 mgkg-1)(P<0.05)，其土壤速效磷含量大小依次為：香梨林>核桃林>紅棗林>蘋果林>葡萄林>新疆楊>混交林。結(jié)果表明，不同造林類型均可增加土壤速效養(yǎng)分的含量，但由于不同林分光合作用、生長(zhǎng)發(fā)育、蒸騰作用及凋落物等不同，加上不同強(qiáng)度的人工活動(dòng)等因素，造成了不同林分速效養(yǎng)分的差異性。

3.5 土壤各因子相關(guān)性分析

不同造林類型土壤的各指標(biāo)間存在較緊密的聯(lián)系，通過對(duì)土壤理化性質(zhì)因子之間的相關(guān)性分析可知(表4)，土壤各因子之間存在著較為密切的相關(guān)性。土壤pH與土壤速效磷含量呈極顯著性負(fù)相關(guān)性(P<0.01)，與其他因子均無顯著相關(guān)性；土壤全鹽量與土壤Na+含量呈極顯著性正相關(guān)(P<0.01)，與土壤速效鉀和土壤有機(jī)質(zhì)均呈顯著性正相關(guān)(P<0.05)，而與土壤速效磷含量呈極顯著性負(fù)相關(guān)關(guān)系(P<0.01)。結(jié)果表明，鹽堿地土壤中鹽分含量和土壤pH高，造成土壤緩沖性能差，保水保肥能力低，不利于作物生長(zhǎng)發(fā)育。而土壤有機(jī)質(zhì)含量與土壤速效磷含量不存在顯著性相關(guān)，說明在經(jīng)濟(jì)林日常管護(hù)過程中，要注意適量添加磷肥，一方面可作為土壤改良劑，另一方面提供植被磷素養(yǎng)分。

表4 土壤各指標(biāo)間相關(guān)關(guān)系

4 結(jié)論

4．1 不同林分下土壤均呈堿性，且土壤pH較對(duì)照土壤(裸露沙土)有所降低。其中葡萄林對(duì)土壤pH的改良作用最明顯，其次是蘋果林，核桃林和新疆楊對(duì)土壤pH的改良作用最弱，以致于與對(duì)照樣地土壤pH無顯著差異。從土層變化上看，土壤pH無顯著性差異，無明顯變化規(guī)律。

4．2 與對(duì)照(裸露沙土)相比，核桃林、紅棗林和混交林土壤的全鹽量顯著降低(P<0.05)，其中，核桃林樣地土壤的全鹽量降低最大，較對(duì)照降低了66.7%，核桃林對(duì)土壤全鹽改良效果最好。與對(duì)照相比，蘋果林、香梨林、紅棗林、核桃林和混交林的土壤Na+含量顯著降低(P<0.05)，這種顯著性差異不僅表現(xiàn)在不同林分之間，也同樣表現(xiàn)在不同的土層深度。

4．3 不同林分的土壤有機(jī)質(zhì)、速效鉀、速效磷含量均顯著高于對(duì)照地(裸露沙地)(P<0.05)，造林增加了土壤肥力。葡萄林樣地土壤有機(jī)質(zhì)含量和速效鉀含量均達(dá)到最高值，分別是對(duì)照樣地同層土壤的17.20倍和5.67倍。而香梨林的土壤速效磷含量最高，是對(duì)照樣地的126倍。不同林分下植被的光合作用、生長(zhǎng)發(fā)育、蒸騰作用及凋落物的差異，加上不同強(qiáng)度的人工活動(dòng)等因素，造成了不同林分土壤養(yǎng)分的差異性。

4．4 土壤理化性質(zhì)各因子之間存在著較為密切的關(guān)系。土壤速效磷與土壤鹽分及pH呈極顯著性負(fù)相關(guān)，表明鹽堿地土壤中鹽分含量和土壤pH高，造成土壤緩沖性能差，保水保肥能力低，不利于作物生長(zhǎng)發(fā)育。而土壤有機(jī)質(zhì)含量與土壤速效磷含量不存在顯著性相關(guān)，說明在經(jīng)濟(jì)林日常管護(hù)過程中，要注意適量添加磷肥，一方面可作為土壤改良劑，另一方面提供植被磷素養(yǎng)分。