黃土高原帶狀植被土壤理化性質空間分異特征

呂文強，黨宏忠，王立，黨漢瑾，何修道

(1.甘肅農業大學林學院, 甘肅 蘭州 730070;2.中國林業科學研究院荒漠化研究所, 北京 100091)

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黃土高原帶狀植被土壤理化性質空間分異特征

呂文強1，黨宏忠2*，王立1，黨漢瑾2，何修道1

(1.甘肅農業大學林學院, 甘肅 蘭州 730070;2.中國林業科學研究院荒漠化研究所, 北京 100091)

為探究帶狀格局植被對土壤理化性質的影響及在空間上的差異，選取我國黃土高原檸條和山杏兩種典型的帶狀植物籬為研究對象，并對其0～60 cm土層理化性質空間特征進行對比分析，結果表明,(1)檸條植物籬系統內各部位土壤容重、最大持水量、非毛管孔隙度、總孔隙度差異顯著(P<0.05)；山杏植物籬系統與梯田土壤毛管孔隙度和非毛管孔隙度差異顯著(P<0.05)；各部位間土壤水分物理性質因植物籬類型不同而分異明顯。(2)兩種帶狀植物籬系統土壤小團聚體(粒徑0.25～2.00 mm)和微團聚體(粒徑<0.25 mm)各部位分異顯著(P<0.05)，植物籬對粒徑<2.00 mm的水穩性團聚體空間分異產生明顯影響。(3)兩種帶狀植物籬土壤砂粒(粒徑0.05～2 mm)、粉粒(粒徑0.002～0.05 mm)、粘粒(粒徑<0.002 mm)含量差異均不顯著(P>0.05)，但植物籬能改變砂粒、粉粒、粘粒的相對組成。(4)檸條植物籬系統內各部位土壤有機質表現為帶內(3.57%、Ⅱ級)>帶后(3.09%、Ⅱ級)>帶間(2.72%、Ⅲ級)>帶前(2.64%、Ⅲ級)，且各部位間分異明顯；山杏植物籬系統土壤有機質表現為帶間(1.47%、Ⅳ級)>帶內(1.41%、Ⅳ級)，分異不明顯；不同植物籬類型間有機質分異不同。(5)植物籬土壤砂粒和水穩性小團聚體與有機質均呈極顯著正相關關系(P<0.01)；粉粒和粘粒與有機質均呈顯著負相關關系(P<0.05)；土壤容重、水穩性大團聚體、微團聚體均與土壤有機質無明顯相關關系。

帶狀植被；土壤理化性質；水分物理性質；機械組成；空間分異

黃土高原由于獨特的自然地理景觀、氣候條件和長期不合理的人為活動，導致土壤侵蝕強烈、養分流失嚴重、土地生產力低下，嚴重制約著社會經濟的發展。改善生態環境、再造良好的生態家園尤為重要[1-3]。植被恢復重建能控制水土流失、改良土壤結構、提高土壤肥力，成為黃土高原生態環境建設的主要途徑[4-7]。植物籬因其攔蓄徑流和泥沙[8]、增強土壤抗蝕性[9]、改善土壤理化性質[10]、提高土壤養分含量[11]、控制農業面源污染[12]、固定土壤有機碳和氮以及增加土壤微生物數量[13-14]等作用在黃土高原被廣泛應用。土壤作為植被生長的載體，其理化性質對植被的生長有著重要的影響。植物籬下良好的土壤性質是其發揮生態作用的關鍵。近年來，國內外展開了對植物籬與土壤性質方面的研究。有研究發現植物籬能顯著增加土壤非毛管孔隙度、飽和導水率、土壤pH值，并能減小土壤容重，從而提高土地生產力、增加作物產量[15-17]。植物籬通過改善土壤滲透性，使養分流在植物籬帶內蓄積，進而提高土壤養分含量，并且其枯枝落葉返還表土也能增加土壤養分[18]。此外，植物籬還通過對土壤機械組成和團聚體含量及分形特征產生影響[19]，達到控制水土流失的效果。

對以上研究進行對比分析，可以看出，植物籬在一定程度上改善了土壤物理結構、增加了土壤養分含量、提高了土壤生產力。但對帶狀格局下植物籬土壤理化性質的空間特征并未做出說明和解釋。為此，本文在已有研究基礎上，以黃土高原常見的檸條(Caraganakorshinskii)和山杏(Armeniacasibirica)兩種帶狀植物籬為研究對象，對帶狀植被土壤理化性質空間特征進行詳實說明。旨在探討黃土高原植被恢復與土壤相互關系及旱區植被的生態服務功能，為植被恢復所伴生的生態效益提供支撐及合理配置植被模式提供科學指導和基礎數據。

1　材料與方法

1.1研究區概況

研究區位于土地利用類型全面、 植物籬長勢良好的甘肅省定西市石家岔小流域(104°39′14.00″ E、35°43′17.60″ N)，屬于黃土高原丘陵溝壑區第五副區，主要土壤類型為黑壚土，海拔2350 m，屬于溫帶大陸性半干旱氣候，年平均氣溫5.7～7.7 ℃，全年無霜期146 d，多年平均降水量為410.2 mm，多年平均蒸發量為1529.4 mm。

1.2樣地選擇和樣方設置

樣地選擇在具有典型帶狀植物籬的石家岔小流域，以檸條(28年)帶狀植物籬和山杏(10年)帶狀植物籬為研究對象。其中，檸條植物籬為單行種植模式，平均株高為1.6 m，帶寬(平均冠幅)1.0～1.5 m，株距0.2 m，帶間距為4 m，籬帶間為退耕荒坡，坡度為28°，帶間植被覆蓋度為40%，主要分布有天然草本植物長芒草(Stipabungeana)、冰草(Agropyroncristatum)、豬毛蒿(Artemisiascoparia)、阿爾泰狗娃花(Heteropappusaltaicus)和中亞白草(Pennisetumcentrasiaticum)等；山杏植物籬為單行栽植模式，采用水平階整地方式種植，山杏平均株高2 m，株距2 m，籬帶間距為4 m，帶寬(平均冠幅)1.3 m，坡度為20°，籬帶間種植紫花苜蓿(Medicagosativa)。

圖1　帶狀植物籬系統單元示意Fig.1　Schematic diagram of banded hedgerow system unit單箭頭方向表示坡向由上而下。The single arrow indicate the direction of slope from top to bottom.

分別在檸條和山杏帶狀植物籬中設置永久樣方，樣方大小以包含一個完整的植物籬系統單元為原則確定，并將完整的植物籬系統沿坡面由上而下依次設置為帶前、帶內、帶后、帶間4個部位(圖1)。于2015年6月至7月分別在檸條植物籬系統帶前、帶內、帶后、帶間4個部位和山杏植物籬系統帶內和帶間2個部位以及梯田(CK)土層0～60 cm(開挖60 cm深的土壤剖面，在剖面隨機取土)內用環刀(內徑：50.5 mm，高：50 mm，體積：100 cm3)取原狀土，同時用自封袋取相同部位土樣，均重復5次，混合均勻帶回實驗室測定。

1.3指標測定

土壤容重(g/cm3)、土壤最大持水量(%)、毛管持水量(%)、最小持水量(%)、毛管孔隙度(%)、非毛管孔隙度(%)、總孔隙度(%)等土壤水分物理性質指標均按照中國林業科學研究院《森林土壤水分-物理性質的測定》(LY/T 1215-1999)標準[20]用環刀法測定，有機質按照中國林業科學研究院《森林土壤有機質的測定及碳氮比的計算》(LY/T 1237-1999)進行測定[21]，機械組成用英國馬爾文公司生產的Malvern 2000激光粒度分析儀進行測定，土壤水穩性團聚體用TTF-100土壤團粒體分析儀測定。

1.4數據處理

采用SPSS 21.0軟件進行Duncan法多重比較，并用Origin 9.0軟件進行繪圖。

2　結果與分析

2.1兩種帶狀植物籬土壤水分物理性質空間分異特征

用Duncan法對檸條和山杏植物籬系統各部位及梯田土壤水分物理性質各指標進行多重比較(表1)。檸條和山杏植物籬系統土壤容重均低于梯田(1.08 g/cm3)，這說明植物籬能顯著降低土壤容重，這是植物根系與土壤相互作用的結果。檸條植物籬系統各部位土壤容重差異顯著(P<0.05)，且表現為帶前(1.10 g/cm3)>帶后=帶間(1.05 g/cm3)>帶內(0.99 g/cm3)，空間分異明顯；山杏植物籬系統土壤容重表現為帶間(1.02 g/cm3)>帶內(0.98 g/cm3)；兩種植物籬系統內各部位土壤容重均為帶內最小，且均低于1 g/cm3。這說明植物籬降低土壤容重的能力隨距植被帶距離的增加而減弱，植被類型對植物籬減小土壤容重在空間上的分異產生影響。檸條和山杏植物籬系統土壤最大持水量、毛管持水量、田間持水量均高于梯田(57.69%、48.61%、36.53%)，說明植物籬能明顯提高土壤持水性能。檸條植物籬系統各部位土壤最大持水量差異顯著(P<0.05)，并表現為帶內(67.63%)>帶間(61.72%)>帶后(59.13%)>帶前(52.94%)。而檸條和山杏植物籬系統土壤毛管持水量和田間持水量各部位差異均不顯著(P>0.05)，但兩種植物籬系統內各部位土壤毛管持水量均為帶內最高，田間持水量均為帶內最低。這說明植物籬能改善土壤持水性能，且在空間上存在分異。就土壤孔隙性來說，檸條和山杏植物籬系統土壤毛管孔隙度和總孔隙度均高于梯田(51.57%、61.50%)，而非毛管孔隙度均低于梯田(9.94%)。這是植物籬根系及微生物活動疏松了土壤結構所致。檸條和山杏植物籬系統內各部位非毛管孔隙度差異顯著(P<0.05)，且均為帶內顯著最高。檸條植物籬系統內各部位土壤毛管孔隙度差異不顯著(P>0.05)，而山杏植物籬系統內各部位毛管孔隙度差異顯著(P<0.05)。對土壤總孔隙度而言，檸條植物籬系統各部位差異顯著(P<0.05)，山杏植物籬系統內各部位差異不顯著(P>0.05)，但均為帶內最高,分別達到65.95%、69.54%。這在一定程度上說明植物籬改善土壤孔隙性的效果最明顯，也最集中地體現在帶內，其他3部位效果沒有帶內明顯。對比上述分析，綜合植物籬對土壤容重、持水性能、孔隙性能的影響可知，植物籬能顯著減小土壤容重、提高土壤持水性和孔隙性，且在空間上存在分異，這種分異受到植被類型的一定影響。

表1　兩種帶狀植物籬土層0～60 cm土壤水分物理性質對比

注：同列數據后不同小寫字母表示P<0.05條件下的顯著性，數據格式為均值±標準誤。下同。

Note: Different lowercase letters behind the data within the same column represent significance at 5% level, data format is that the mean±standard error, the same below.

2.2兩種帶狀植物籬土壤水穩性團聚體空間分異特征

土壤團聚體是土壤的主要組成部分其穩定性表征著土壤結構的穩定性。各級水穩性團聚體的數量和分布狀況能很好地反映了土壤結構的穩定性和抗侵蝕的能力，對土壤水、肥、氣的調節和養分循環有著重要的影響[22]。對檸條和山杏兩種植物籬系統土壤水穩性大團聚體(粒徑>2.00 mm)、小團聚體(粒徑0.25～2.00 mm)、微團聚體(粒徑<0.25 mm)、團聚體總量進行比較(表2)。檸條植物籬系統內各部位土壤微團聚體差異顯著(P<0.05)，且表現為帶間(31.04%)>帶前(28.44%)>帶內(27.10%)>帶后(11.22%)，水穩性大團聚體、小團聚體、團聚體總量各部位差異均不顯著(P>0.05)。山杏植物籬系統各部位與梯田土壤水穩性小團聚體差異顯著(P<0.05)，并表現為帶間(21.35%)>帶內(15.52%)>梯田(12.33%)，而水穩性大團聚體、微團聚體、團聚體總量差異不顯著(P>0.05)。這說明植物籬能顯著影響土壤小團聚體和微團聚體。即植物籬能明顯提高粒徑<2.00 mm的團聚體含量。從整個植物籬系統單元來看，檸條和山杏植物籬系統水穩性大團聚體、小團聚體、微團聚體、團聚體總量均高于梯田，植物籬能提高土壤各級水穩性團聚體含量，改善土壤結構。就植物籬系統四個部位而言，檸條植物籬系統內各部位土壤大團聚體為帶內(3.58%)最高、帶后(1.33%)最低，小團聚體為帶后(22.47%)最高、帶前(21.47%)最低，微團聚體和團聚體總量均為帶間最高、帶后最低。山杏植物籬系統土壤大團聚體、小團聚體、團聚體總量均為帶間最高、帶內最低，而微團聚體(粒徑<0.25 mm)表現恰好相反為帶內(33.40%)最高、帶間(28.27%)最低。由此可以看出，兩種帶狀植物籬系統土壤大團聚體和團聚體總量各部位分異不明顯，而小團聚體和微團聚體各部位分異顯著。植物籬對粒徑<2.00 mm水穩性團聚體空間分異產生影響。

2.3兩種帶狀植物籬土壤機械組成空間分異特征

土壤機械組成即土壤各粒級的相對含量，是土壤的基本物理性質之一，決定著土壤質地。按照美國制將帶狀植物籬土壤粒徑劃為砂粒(粒徑0.05～2 mm)、粉粒(粒徑0.002～0.05 mm)、粘粒(粒徑<0.002 mm)三級。由表3知，檸條和山杏植物籬系統內各部位土壤砂粒、粉粒、粘粒含量差異均不顯著(P>0.05)，檸條和山杏植物籬系統土壤砂粒含量均高于梯田(12.12%)，而粘粒含量均低于梯田(24.88%)，粉粒含量三者相差不大。這說明植物籬能提高土壤砂粒含量，對粉粒含量影響不明顯。這是因為植被雖能在一定程度上改變砂粒、粉粒、粘粒的相對含量，但由于土壤粒徑的大小主要取決于成土礦物的自身性質及環境因素。就植物籬系統內各部位而言，檸條植物籬帶內土壤砂粒表現為帶后(24.12%)>帶前(20.12%)>帶間(19.12%)>帶內(16.12%)，而山杏植物籬帶內(17.12%)砂粒含量高于帶間(15.12%)。這說明植被類型對砂粒(粒徑0.05～2 mm)含量的帶間分布分異有一定的影響，這是因為檸條根系特征與山杏不同，導致根系微生物的種類和數量不同，因此與土壤顆粒的作用不同。而檸條植物籬系統內各部位土壤粘粒含量表現與砂粒含量基本相反為帶內(20.88%)>帶間=帶前(19.88%)>帶后(18.88%)，而山杏植物籬系統內土壤粘粒含量表現與砂粒一致為帶內(20.88%)高于帶間(19.88%)，從兩種植物籬系統帶內和帶間二相結構來說，兩者相同部位(帶內、帶間)粘粒含量相同，這說明植被類型對粘粒含量無影響，完全取決于土壤礦物自身性質和環境。粉粒含量在檸條植物籬系統內為帶內(63.00%)高于帶間(61.00%)，而在山杏植物籬系統內為帶內(62.00%)低于帶間(65.00%)，這說明植被類型對粉粒的空間分布有一定的影響。綜合上述可得，植物籬能改變砂粒、粉粒、粘粒的相對組成。植物籬類型對砂粒和粉粒的空間分布有一定影響，但對粘粒的空間分布影響不明顯。

表2　兩種帶狀植物籬土層0～60 cm各級水穩性團聚體比較

表3　兩種帶狀植物籬土層0～60 cm土壤機械組成對比

2.4兩種帶狀植物籬土壤有機質空間分異特征

土壤有機質是指存在于土壤中所有含碳的有機物質，作為土壤的重要組分，雖只占土壤質量的很小一部分，但對土壤肥力、環境保護、農業發展都具有重要作用。對兩種植物籬系統內各部位土壤有機質含量進行對比，并采用全國第二次土壤普查有機質分級標準[23]進行分級(圖2)。可知：檸條植物籬系統各部位土壤有機質含量均高于山杏植物籬和梯田(1.64%)，而山杏植物籬系統帶內(1.41%)和帶間(1.47%)土壤有機質含量略小于梯田(1.64%)。這說明檸條植物籬增加土壤有機質含量的能力高于山杏，不同植物籬類型之間土壤有機質含量差異明顯。從土壤有機質分級來看，檸條植物籬系統帶內、帶后均為Ⅱ級，帶前和帶間均為Ⅲ級，各部位間分級分異明顯。山杏植物籬帶內和帶間均為Ⅳ級，分級分異不明顯。可知，檸條植物籬系統帶內和帶后有機質較為豐富，帶前和帶間相對而言為中等，而山杏植物籬系統帶內、帶間以及梯田(CK)相對來說貧乏。這是因為檸條帶內由于其根系分布最多，有利于有機質的形成，枯枝落葉及腐爛的種子在帶內蓄積使土壤有機質含量相對較高，帶后由于植物籬植株本身創造了一個陰濕的環境有利于微生物活動，而帶間由于遠離根系，加之土壤結皮改變表層土壤結構(如阻礙入滲)，從而影響了有機質的含量。而山杏植物籬帶內和帶間基本相同，這可能是因為山杏生長過程消耗利用了部分有機質。由于人工施肥作為梯田有機質的一個重要來源，才使其有機質含量稍高于山杏植物籬。綜上可得，檸條植物籬系統土壤有機質分級高于山杏植物籬和梯田，且各部位間土壤有機質分異明顯；而山杏植物籬系統內各部位間土壤有機質分異不明顯；不同植物籬類型之間土壤有機質含量差異顯著。

圖2　兩種帶狀植物籬土層0～60 cm有機質對比Fig.2　Comparisons of soil organic matter in soil 0-60 cm of two banded hedgerows

2.5帶狀植物籬土壤因子間相關性分析

對兩種帶狀植物籬土壤容重、機械組成、各級水穩性團聚體及有機質進行相關性分析(表4)。可以看出，土壤容重與機械組成、各級水穩性團聚體、有機質均無顯著相關關系(P>0.05)，只與水穩性微團聚體呈負的弱相關(R=-0.26<0.30)。植物籬土壤砂粒與有機質呈極顯著正相關關系(P<0.01)，而粉粒與有機質呈顯著負相關關系(P<0.05)，粘粒與水穩性大團聚體、小團聚體、有機質均呈顯著負相關關系(P<0.05)。植物籬土壤水穩性大團聚體、微團聚體、總量均與土壤有機質無明顯相關性，而水穩性小團聚體與土壤有機質呈顯著正相關關系(P<0.05)。這說明種植植物籬后，土壤有機質含量增加，從而對砂粒和土壤水穩性小團聚體產生積極影響，使其含量增加。但對土壤粉粒和粘粒起了相反作用，使其相對含量減少。另一個方面也表明植物籬土壤有機質對土壤機械組成和水穩性團聚體影響顯著，對土壤容重影響不明顯。這說明有機質對土壤容重會產生部分影響，但不是決定影響。由此可以這樣認為，植物籬通過增加土壤有機質含量對土壤機械組成和水穩性小團聚體產生影響。

表4　植物籬各土壤因子相關性

*P<0.05，**P<0.01.

3　討論

土壤容重、持水性能、孔隙性能作為土壤的基本屬性對植被恢復與構建有著重要影響。在三峽庫區，植物籬作為一種坡地常見的水土保持措施能顯著減小土壤容重和田間持水量，增加土壤非毛管孔隙度，飽和導水率，飽和含水量[16]。本研究發現檸條和山杏兩種植物籬土壤容重和非毛管孔隙度均低于梯田，而土壤最大持水量、毛管持水量、田間持水量均高于梯田(表1)，與已有研究存在分歧。這可能是因為研究地域不同，土壤類型不同所致。此外，本研究發現植物籬能顯著增加土壤毛管孔隙度和總孔隙度，可以作為植物籬能顯著增加土壤持水性能的佐證，也證實了植物籬能顯著減小土壤容重。本研究還發現，檸條和山杏植物籬系統各部位間各土壤水分物理性質存在分異，并且植物籬種類是產生分異的一個重要因素。但有研究發現，植物籬土壤性質的差異主要體現在坡位(坡上、坡下)上，而不是植物籬類型之間[24]。由此可知，植物籬土壤性質在空間上的差異在坡位之間和植物籬系統內各部位(帶前、帶內、帶后、帶間)間都有體現。但不同植物籬之間由于構成植物籬植物的自身特征(如冠層結構、根系分布)不同，會對所在土壤產生不同的影響。有研究通過對喬木類、灌木類、草本類3類植物籬土壤性質進行比較發現，3類不同植物籬帶內的土壤物理性質存在顯著差異[25]。植物籬的栽植年限和所在區域的氣候條件在一定程度也會對植物籬改善土壤性質的程度產生影響。

土壤水穩性團聚體對保持土壤結構、肥力、增強土壤抗蝕性具有重要意義。在本研究中，檸條和山杏兩種植物籬土壤水穩性大團聚體(粒徑>2.00 mm)和團聚體總量各部位分異不明顯，而小團聚體(粒徑0.25～2.00 mm)和微團聚體(粒徑<0.25 mm)各部位分異顯著(P<0.05)，且各級水穩性團聚體含量均高于梯田。植物籬農作復合模式能顯著增加土壤水穩性團聚體含量，可達37.80%～55.60%，且在上下坡位之間存在差異[19]。這充分說明植物籬能顯著改善土壤結構，增加土壤水穩性團聚體含量。對于帶狀植物籬二相結構來說，檸條植物籬系統內水穩性大團聚體含量為帶內(3.58%)高于帶間(1.71%)，而山杏植物籬則為帶內(1.48%)低于帶間(4.17%)；檸條植物籬系統土壤水穩性微團聚體、小團聚體、團聚體總量均為帶內低于帶間；山杏植物籬土壤微團聚體為帶內(33.40%)高于帶間(28.27%)，土壤水穩性微團聚體、小團聚體分布與檸條植物籬一致。由此可以看出，除了局部地形對植物籬土壤水穩性團聚體分異產生影響外，植物籬類型也是其產生分異的一個重要因素。有研究還發現，土地管理方式(耕作、灌溉等)、土壤有機碳也對土壤水穩性團聚體空間分異產生影響[22,26-27]。這是因為土壤耕層是水穩性團聚體的主要分布區域，而土壤有機碳和水分之間相互作用對土壤水穩性團聚體的形成產生影響。此外，本研究還發現，植物籬對粒徑<2.00 mm水穩性團聚體空間分異產生影響最為明顯(表2)，也就是說與梯田相比，植物籬能顯著增加粒徑<2.00 mm水穩性團聚體含量。已有研究表明，植物籬能明顯增加<2.00 mm粒級土壤微團粒含量[28]。本研究恰好從側面印證了這一觀點。這是因為較大土壤水穩性團聚體的形成較難，除了土壤本身性質(如土壤母質)外，還受到氣候環境、人為因素(如人工施肥)等的影響。

植物籬作為水土流嚴重區常見的水土保持植物措施，在改善坡地土壤結構、控制水土流失方面有著顯著效果。植物籬能改變土壤機械組成，主要體現在能顯著減少土壤粘粒含量，且最高可達1.97%[29]。在本研究中，兩種植物籬系統土壤粘粒含量均低于梯田(24.88%)，而砂粒含量均顯著高于梯田(12.12%)。可知，植物籬能改變土壤黏重，使土壤逐漸向砂粒化轉變。而砂粒又是土壤有機質的一個來源，可以提高土壤肥力。這是植物籬改善土壤結構、調節土壤水肥、從而控制水土流失、發揮水土保持生態效益的關鍵所在。就植物籬系統內部土壤粒徑分布來看，檸條植物籬系統砂粒含量為帶內最低、帶后最高，粘粒含量為帶內最高、帶后最低，砂粒和粘粒在植物籬系統內部分布恰好相反。而山杏植物籬系統砂粒和粘粒含量均為帶內高于帶間。這說明土壤機械組成在植物籬系統內存在分異，不同植物籬類型間分異表現不同。這是因為砂粒在植物籬帶前聚集，而粘粒在植物籬帶內富集，并在不同坡位之間出現分異[30]。這是因為徑流所攜帶的泥沙沿坡面由上而下，速度逐漸減弱，又遇到植物籬的攔蓄阻礙使粘粒在帶內就地聚集。而砂粒由于動能較大在帶后被攔蓄聚集。有研究發現，不同植物籬根系特征不同導致土壤組成不同[31]。這是因為不同根系微生物種類和數量不同，與土壤的相互作用不同所致。也有研究認為植物籬帶間的風力特征對粒徑在0.005～0.02 mm內土粒的分布產生影響。這是因為土粒在風速超過啟動風速時被攜帶形成運動的二相流隨風運移，從而使土粒分布發生變化。但這對砂粒(粒徑0.05～2.00 mm)影響不明顯。這也在一定程度上證明了植物籬的防風蝕效應所在。

土壤有機質對土壤肥力有著重要影響，植物籬能改善土壤團粒結構并顯著增加土壤有機質含量[32]。在本研究中，土壤有機質含量表現為檸條植物籬系統>梯田>山杏植物籬系統，檸條植物籬能顯著增加土壤有機質含量，但山杏植物籬系統土壤有機質含量低于梯田。這可能是因為山杏植物籬種植年限較少(10年)，而植物籬對土壤有機質含量的改變需要較長的時間累計過程，因為土壤有機質受土壤母質的影響。而檸條植物籬栽植年限為28年，較山杏植物籬較長；梯田由于人工施肥對其有機質含量產生了影響；另外，植物籬枝葉還田對有機質的含量也會產生影響。檸條植物籬枯枝落葉就地蓄積腐爛產生的腐殖酸成為有機質的主要來源，而山杏植物籬落葉較稀疏，且作為日常燒柴被當地居民收集起來。因此可以看出植物籬能顯著增加土壤有機質的含量但受到栽植年限、植物籬自身特征和人為作用等因素的影響。有研究發現，土壤有機質含量在植物籬系統間出現差異并沿坡面表現為籬上高于坡下[33-34]。而在本研究中，檸條植物籬系統土壤有機質含量表現為帶內(3.57%)>帶后(3.09%)>帶間(2.72%)>帶前(2.64%)，這與前述研究有些相悖。有研究發現土壤有機質含量與三大微生物菌群數量呈正相關關系[35]。這可能是帶內由于植物籬根系與微生物的活動有助于有機質的形成，加之帶內植物籬枯枝落葉蓄積較多、分解還田最多所致。而帶后由于植物籬改變了坡面微地形并在帶后形成籬坎能機械攔蓄徑流所攜帶的砂粒，且砂粒的礦化是形成有機質的途徑，而檸條植物籬系統砂粒為帶后高于帶間和帶前(表3)。而植物籬帶前由于徑流侵蝕破壞了土壤結構導致土壤肥力降低，從而有機質含量最低。但山杏植物籬系統帶內和帶間土壤有機質含量相差不明顯，這說明植物籬類型會對有機質的空間分異產生影響。綜上所述，植物籬結構、類型、地形共同作用對土壤有機質的空間分異產生影響，但植物籬自身特征是主導因素。

4　結論

檸條植物籬系統內各部位土壤容重、最大持水量、非毛管孔隙度、總孔隙度差異顯著(P<0.05)，山杏植物籬系統與梯田土壤毛管孔隙度和非毛管孔隙度差異顯著(P<0.05)，各部位間土壤水分物理性質分異明顯，且受到植物籬類型的影響。

兩種帶狀植物籬系統土壤水穩性大團聚體(粒徑>2.00 mm)和團聚體總量各部位分異不明顯，而小團聚體(粒徑0.25～2.00 mm)和微團聚體(粒徑<0.25 mm)各部位分異顯著(P<0.05)。植物籬對粒徑<2.00 mm水穩性團聚體空間分異產生明顯影響。

兩種帶狀植物籬土壤砂粒(粒徑0.05～2 mm)、粉粒(粒徑0.002～0.05 mm)、粘粒(粒徑<0.002 mm)含量差異均不顯著(P>0.05)，但植物籬能改變砂粒、粉粒、粘粒三者的相對組成。

檸條植物籬系統內各部位土壤有機質表現為帶內(3.57%、Ⅱ級)>帶后(3.09%、Ⅱ級)>帶間(2.72%、Ⅲ級)>帶前(2.64%、Ⅲ級)，且各部位間分異明顯，山杏植物籬系統土壤有機質表現為帶間(1.47%、Ⅳ級)>帶內(1.41%、Ⅳ級)，不同植物籬間分異不同。

植物籬土壤砂粒和水穩性小團聚體與有機質呈極顯著正相關關系(P<0.01)；粉粒和粘粒與有機質均呈顯著負相關關系(P<0.05)；土壤容重、水穩性大團聚體、微團聚體均與土壤有機質無明顯相關關系。

本文對黃土高原坡面兩種典型植物籬模式下土壤理化性質的空間分異進行了詳述與討論，為該區植被恢復重建提供了一定的數據基礎，但由于黃土高原獨特的氣候條件與地貌特征對研究也有影響，因此對黃土高原植被的生態功能應做更深、更全面的研究，如考慮氣象條件等。

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The spatial differentiation of soil properties under banded vegetation systems on the Loess Plateau

LV Wen-Qiang1, DANG Hong-Zhong2*, WANG Li1, DANG Han-Jin2, HE Xiu-Dao1

1.College of Forestry, Gansu Agricultural University, Lanzhou 730070, China; 2.Institute of Desertification Studies, Chinese Academy of Forestry, Beijing 100091, China

In order to explore the effects of banded vegetation on soil properties and their spatial differentiation, an analysis was carried out on the Loess Plateau of the 0-60 cm soil layers of typical banded hedgerows made up ofCaraganakorshinskiiandArmeniacasibirica. The results showed that: (1) There were significant spatial differences in soil moisture physical properties within the hedgerow systems and these also varied across the different types of hedgerow. Soil bulk density, maximum water holding capacity, non-capillary porosity and total porosity varied significantly under theC.korshinskiihedgerow system (P<0.05), and soil capillary porosity and non-capillary porosity varied significantly under the A. sibirica system (P<0.05). (2) Under the two types of hedgerows, there were significant differences in the contents of water-stable micro-aggregates (<0.25 mm) and small aggregates (0.25-2 mm) (P<0.05). The spatial differentiation of water-stable aggregates with particle sizes less than 2 mm was obviously affected by the hedgerows. (3) There were no significant differences in the contents of soil sand (0.05-2 mm), silt (0.002-0.05 mm) and clay (<0.002 mm) under the two hedgerow systems, although hedgerows can change the relative composition of these three components. (4) There were differences in the content of soil organic matter under the two hedgerow systems. The content of soil organic matter was distributed as follows: for the C. korshinskii system, inner-band (3.57%, grade Ⅱ)>behind band (3.09%, grade Ⅱ)>inter-band (2.72%, grade Ⅲ)>in front of band (2.64%, grade Ⅲ); for theA.sibiricasystem, inter-band (1.47%, grade Ⅳ)>inner-band (1.41%, grade Ⅳ). (5) Soil sand and water-stable small aggregates showed a significant positive correlation with soil organic matter (P<0.01). Silt and clay showed a significant negative correlation with soil organic matter (P<0.05). There were no significant correlations between soil organic matter and either soil bulk density, water-stable macro-aggregates or micro-aggregates.

banded vegetation; soil properties; soil moisture physical properties; mechanical composition; spatial differentiation

10.11686/cyxb2015484

2015-10-21；改回日期：2015-11-30

十二五國家科技支撐計劃課題“農田水土保持生物防護關鍵技術”(2011BAD31B02)資助。

呂文強(1990-)，男，甘肅會寧人，在讀碩士。 E-mail：wenqlv@126.com

Corresponding author. E-mail：hzdang@caf.ac.cn

http://cyxb.lzu.edu.cn

呂文強, 黨宏忠, 王立, 黨漢瑾, 何修道. 黃土高原帶狀植被土壤理化性質空間分異特征. 草業學報, 2016, 25(10): 21-30.

LV Wen-Qiang, DANG Hong-Zhong, WANG Li, DANG Han-Jin, HE Xiu-Dao. The spatial differentiation of soil properties under banded vegetation systems on the Loess Plateau. Acta Prataculturae Sinica, 2016, 25(10): 21-30.