太行山陡坡陽坡不同坡位土壤水分物理性質差異分析

柳俊明 高澤威 楊新兵 王立成 李清泉

1.保定市滿城區苗圃場，河北 保定 071000；2.河北農業大學林學院，河北 保定 071000

0 引言

太行山綠化工程是國家重點生態建設工程，是保障華北平原及京津地區生態安全的重要屏障。《河北省人民政府辦公廳關于科學綠化的實施意見》（冀政辦字〔2021〕89 號）提出，目前太行山存在大量的旱瘠山地——陡坡、陽坡、裸露山地、礦山廢棄地等，是未來綠化的“硬骨頭”“主戰場”。水分不足、土壤養分缺乏、土層薄、巖石較多等是影響太行山陡坡陽坡造林成活率和植被恢復的主因，其中土壤水分問題尤為突出。土壤水作為降水、地表水與地下水聯系的紐帶，是植物生存水分的最主要來源。土壤水分物理性質決定了土壤水資源利用和水土保持效率的高低［1］。只有摸清陡坡陽坡土壤水分物理性質，才能更好地利用有限的水資源，做到適地適樹，提高造林成活率［2］。

坡位作為重要的地形因子之一，直接或間接影響土壤水分物理性質［3］。李文政等［4］研究三峽山地不同坡位土壤水分特征曲線發現，坡上土壤滲透性能更強，但持水能力弱，坡中、坡下及坡底土壤持水能力高于坡上。張引等［5］研究發現，冀北山地油松林土壤總孔隙度隨海拔的升高先減小后增大。總之，不同坡位的土壤水分物理性質存在一定的差異。筆者選取太行山東麓保定市滿城區陡峭的干旱陽坡為試驗地，分不同坡位取樣測定土壤容重、孔隙度和土壤持水量等指標，分析陡坡陽坡不同坡位土壤水分物理性質差異，為相同立地條件區域的造林綠化提供理論依據。

1 研究區概況

研究區位于河北省保定市滿城區，地處東經114°43′20″～115°32′00″、北緯38°43′20″～39°07′00″，地勢西北高、東南低；屬暖溫帶半濕潤半干旱大陸性季風氣候區，雨熱同期，年平均氣溫12.9 ℃，年平均降水量546.5 mm；土壤類型主要為褐土、潮土、草甸土3類。

試驗地位于滿城區劉家臺鄉，石灰巖地貌的陡峭陽坡山地，地形支離破碎，溝道縱橫。陡坡陽坡山坡相對海拔一般不超過200 m，坡面橫寬一般不超過50 m，中上部土層一般不超過30 cm。植被類型為野皂角（Gleditsia microphyllaGordon ex Y. T. Lee）、酸 棗［Ziziphus jujubaMill. var.spinosa（Bunge）Hu ex H.F.Chow.］、荊 條［Vitex negundoL. var.Heterophylla（Franch.）Rehd.］、卵葉鼠李（Rhamnus bungeanaJ.Vass）、山杏［Armeniaca sibirica（L.）Lam］、山桃［Amygdalus davidiana（Carrière）de Vos ex Henry］等旱生灌木叢狀生長，零星分布喬木側柏［Platycladus orientalis（L.）Franco］。

2 研究方法

2.1 樣地概況

試驗選取干旱陽坡，在水平方向上等距設置3 條自上而下的樣帶，分別在樣帶坡上、中、下挖取土壤剖面，用體積100 cm3環刀分坡位分層取土，即從0～10 cm、10～20 cm、20～30 cm 3 層取樣。取樣點具體情況如表1所示。

表1 樣地基本情況

2.2 試驗方法

采用環刀浸泡法進行土壤物理性質測定。先稱取樣品（環刀+土）質量，然后將環刀有孔的一側浸入水中，浸泡24 h 后稱質量，放在干凈沙面上控水2 h 稱質量，繼續控水至24 h稱質量，最后烘干稱取環刀和土的總質量。之后分別計算土壤容重、最大持水量、毛管持水量、田間持水量、毛管孔隙度、非毛管孔隙度和總孔隙度［3］。

2.3 數據處理

利用Excel 2010 統計數據，利用SPSS 23.0 進行差異顯著性分析。

3 研究結果與分析

3.1 不同坡位土壤容重差異

土壤容重反映土壤疏松程度，容重越小，土壤越疏松。由圖1可知，同一土層不同坡位、同一坡位不同土層之間土壤容重均無顯著差異。試驗地土壤容重在0.87～1.25 g/cm3，比較疏松；平均土壤容重排序為坡中（1.18 g/cm3）＞坡上（1.10 g/cm3）＞坡下（1.02 g/cm3），可能是因為水土流失，表層土在坡下聚集，所以坡下土壤容重最小、更疏松。坡上、坡中土壤容重隨土壤深度增加而增加，但是坡下土壤容重隨土壤深度增加而減小，是因為坡上人類活動較少，而坡下因人為踩踏、放牧等原因導致上層土壤相對緊實、容重增大。

圖1 不同坡位土壤容重

就同一土層不同坡位而言，0～10 cm 層土壤容重排序為坡中＞坡下＞坡上，10～20 cm層和20～30 cm層土壤容重變化規律一致，排序均為坡中＞坡上＞坡下。總體來看，坡下容重最小，土壤更疏松。

3.2 不同坡位土壤孔隙度差異

土壤孔隙是土壤吸收容納降水的主要場所，同時是為植物生長提供水分和氧氣的主要通道。由圖2（a）可知，坡上、坡中土壤總孔隙度隨土層深度加深而逐漸變小。坡上土壤總孔隙度排序為0～10 cm土層＞10～20 cm 土層＞20～30 cm 土層，各土層之間無明顯差異；坡中土壤總孔隙度排序為0～10 cm 土層＞10～20 cm 土層＞20～30 cm 土層，各土層之間無明顯差異；坡下土壤總孔隙度排序為10～20 cm 土層＞20～30 cm土層＞0～10 cm 土層，各土層之間無明顯差異。就同一土層不同坡位而言，10～20 cm土層和20～30 cm土層土壤總孔隙度排序均為坡下＞坡上＞坡中，0～10 cm 土層排序為坡上＞坡下＞坡中，不同坡位之間均無明顯差異。

圖2 不同坡位土壤孔隙度

由圖2（b）可知，就相同坡位不同土層土壤毛管孔隙度而言，坡上0～10 cm 土層＞20～30 cm 土層＞10～20 cm 土層，0～10 cm 土層土壤毛管孔隙度顯著大于10～20 cm 土層、20～30 cm 土層土壤毛管孔隙度，10～20 cm土層、20～30 cm土層之間無明顯差異；坡中土壤毛管孔隙度0～10 cm土層＞10～20 cm土層＞20～30 cm土層，差異不顯著；坡下土壤毛管孔隙度20～30 cm 土層＞10～20 cm 土層＞0～10 cm 土層，差異不顯著。就同一土層不同坡位土壤毛管孔隙度而言，0～10 cm 土層坡上＞坡中＞坡下，無顯著差異；10～20 cm土層坡下＞坡中＞坡上，無顯著差異；20～30 cm 土層坡下＞坡上＞坡中，無顯著差異。

由圖2（c）可知，就相同坡位不同土層土壤非毛管孔隙度而言，坡上10～20 cm 土層＞20～30 cm 土層＞0～10 cm 土層，10～20 cm 土層土壤非毛管孔隙度顯著大于0～10 cm 土層、20～30 cm 土層土壤非毛管孔隙度，0～10 cm 土層、20～30 cm 土層之間無明顯差異；坡中土壤非毛管孔隙度20～30 cm土層＞10～20 cm土層＞0～10 cm 土層，各土層之間無明顯差異；坡下土壤非毛管孔隙度10～20 cm 土層＞0～10 cm 土層＞20～30 cm土層，各土層之間差異不顯著。就同一土層不同坡位土壤非毛管孔隙度而言，0～10 cm土層坡下＞坡中＞坡上，差異不顯著；10～20 cm土層坡上＞坡下＞坡中，差異不顯著；20～30 cm 土層坡中＞坡上＞坡下，差異不顯著。

3.3 不同坡位土壤持水能力差異

土壤持水量是土壤涵養水源能力的重要體現。由圖3（a）可知，坡上和坡中土壤最大持水量隨土層深度的增加而逐漸減小，0～10 cm 土層最大，10～20 cm 土層次之，20～30 cm 土層最小，各土層之間無明顯差異；坡下土壤最大持水量排序為10～20 cm 土層＞20～30 cm 土層＞0～10 cm 土層，各土層之間無明顯差異。就相同土層不同坡位土壤最大持水量而言，0～10 cm土層不同坡位最大持水量排序為坡上＞坡下＞坡中，10～20 cm 土層、20～30 cm 土層最大持水量排序均為坡下＞坡上＞坡中，各坡位之間均無明顯差異。

圖3 不同坡位土壤持水量

由圖3（b）可知，坡上和坡中田間持水量隨著土層深度加深而逐漸減小，坡上田間持水量排序為0～10 cm土層＞10～20 cm 土層＞20～30 cm 土層，0～10 cm 土層田間持水量顯著大于其他兩土層；坡中田間持水量排序為0～10 cm土層＞10～20 cm土層＞20～30 cm土層，無明顯差異；坡下20～30 cm 土層田間持水量最大，10～20 cm 土層次之，0～10 cm 土層最小，無顯著差異。就相同土層不同坡位田間持水量而言，0～10 cm 土層坡上＞坡中＞坡下，10～20 cm 土層坡下＞坡上＞坡中，20～30 cm土層坡下＞坡上＞坡中，均無顯著差異。

由圖3（c）可知，坡上和坡中土壤毛管持水量隨著土層深度加深而逐漸減小，坡上0～10 cm 土層土壤毛管持水量最大（46.18 g/cm3），10～20 cm 土層次之（32.48 g/cm3），20～30 cm 土層最小（31.90 g/cm3），0～10 cm土層土壤毛管持水量顯著多于其他兩土壤層；坡中土壤毛管持水量0～10 cm 土層＞10～20 cm 土層＞20～30 cm 土層，無明顯差異；坡下土壤毛管持水量20～30 cm土層＞10～20 cm土層＞0～10 cm土層，無顯著差異。就相同土層不同坡位土壤毛管持水量而言，0～10 cm土層坡上＞坡中＞坡下，10～20 cm土層坡下＞坡上＞坡中，20～30 cm土層坡下＞坡上＞坡中，均無顯著差異。

4 結論

太行山旱瘠山地陡坡陽坡的坡上和坡中土壤容重隨土層深度的增加而減小，坡下隨土層深度的增加而增大，差異均不顯著；土壤孔隙度、土壤最大持水量與土壤容重變化規律正好相反。太行山旱瘠山地陡坡陽坡的坡下土壤容重最小，土壤透氣性好，土壤最大持水量最大，更有利于植物生長。