章古臺沙地針葉人工林對土壤養(yǎng)分的影響

張日升

(遼寧省固沙造林研究所，遼寧 阜新 123000)

章古臺沙地針葉人工林對土壤養(yǎng)分的影響

張日升

(遼寧省固沙造林研究所，遼寧 阜新 123000)

對科爾沁沙地東南部章古臺地區(qū)草荒地、40年左右的赤松(Pinusdensiflora)、油松(Pinustabulaeformis)、樟子松(Pinussylvestrisvar.mongolica)人工林的0～10 cm、10～20 cm土層的養(yǎng)分進行測定分析。結(jié)果表明：與草荒地比較，赤松、油松和樟子松人工林0～20 cm土層中有機質(zhì)與全氮的含量增加顯著；赤松林0～20 cm土層中全磷的積累比較明顯；3種針葉人工林對速效鉀和速效磷的消耗都較大。

章古臺；針葉人工林；土壤養(yǎng)分

科爾沁沙地東南部由于自然條件的惡化和過度放牧、過度開墾、濫樵采等不合理的人類活動的影響，成為我國荒漠化比較嚴重的地區(qū)之一。在沙區(qū)營造人工固沙林，可以有效地防止土壤風(fēng)蝕、促進土壤養(yǎng)分的積累[1，2]，加快風(fēng)沙土成土過程。同時，林下土壤作為森林生態(tài)系統(tǒng)的一個重要組成部分，在維護森林的多樣性、穩(wěn)定性等方面具有獨特的功能和作用，對森林演替及長期生產(chǎn)力維護等方面具有不可忽視的作用。在養(yǎng)分瘠薄的沙地上種栽不同的樹種，對林下土壤的影響不同[3-5]，章古臺地區(qū)的沙地作為科爾沁沙地東南部的一部分，從1955年開始利用針葉樹固定沙地。本文比較了章古臺地區(qū)主要的針葉固沙樹種樟子松(Pinussylvestrisvar. mongolica)、油松、赤松林下的土壤養(yǎng)分，研究3種針葉樹種對土壤養(yǎng)分的影響，為沙地針葉人工林的營造提供參考。

1 研究區(qū)概況與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于科爾沁沙地東南緣的章古臺地區(qū)，地理位置42°43′—42°51′ N，121°53′—122°22′ E，屬暖溫帶亞濕潤干旱氣候區(qū)。主要氣候特點是干旱多風(fēng)，年降水量500 mm左右，且多集中于6—8月，年蒸發(fā)量約為降水量的3倍，空氣相對濕度60.4%。年均氣溫6.1 ℃，平均無霜期154 d[1,2]，年均風(fēng)速3.0～3.7 ms-1[2]。土壤類型以風(fēng)沙土為主，占89.4%，土壤有機質(zhì)及其他養(yǎng)分含量都比較低。該地區(qū)樟子松人工林的主要人為干擾來自于樵采和放牧[3]。

1.2 研究方法

1.2.1 試驗地的選擇 在章古臺地區(qū)選擇生境差別小，林齡同為40年的樟子松、赤松、油松人工林作為試驗地，以當?shù)氐牟莼牡貫閷φ眨囼灥氐幕厩闆r詳見表1。根據(jù)遼寧省《森林經(jīng)營規(guī)程》和樹木生長狀況赤松林試驗地開展生長撫育間伐2次，油松林開展生長撫育間伐1次，樟子松林到2002年共進行了生長撫育間伐2次，2012年進行衛(wèi)生伐1次。草荒地是指當?shù)亻L年生草的固定沙地。

表1 試驗地的基本情況

1.2.2 土壤樣品的采集和分析 2016年5月上旬，在樣地內(nèi)按“S”字形選10個點，取0～10 cm、10～20 cm土壤，四分法舍取，取土約1 kg放入已消毒的塑料袋內(nèi)，于4 ℃保存。

土壤化學(xué)性質(zhì)的測定：土壤有機質(zhì)采用水合熱重鉻酸鉀氧化-滴定法[6]；全氮測定采用H2SO4—加速劑消煮半微量凱氏定氮法；速效氮測定采用20% NaCl浸提—蒸餾法[7]；全磷測定采用NaOH熔融—鉬銻抗比色法[8]；速效磷測定采作NaHCO3—鉬銻抗比色法[7]。全鉀測定： NaOH熔融—火焰光度法；速效鉀測定：1.0 molL-1NH4OAC浸提—火焰光度法[8]。

1.2.3 數(shù)據(jù)分析方法 采用DPS14.0進行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 對有機質(zhì)的影響

不同針葉樹種林地的有機質(zhì)含量不同。從表2中可以看出0～10 cm土層的有機質(zhì)含量都高于10～20 cm層，其中草荒地的0～10 cm土層中有機質(zhì)含量為3.741 1 gkg-1，顯著低于針葉樹種林地同層土壤的有機質(zhì)含量；同樣，10～20 cm土層中草荒地的有機質(zhì)含量最小，僅為0.791 4 gkg-1。赤松、油松、樟子松3種針葉人工林0～10 cm土層中油松林的有機質(zhì)含量較低，為5.395 8 gkg-1，顯著低于赤松林和樟子松林；10～20 cm土層中樟子松林的有機質(zhì)含量較低，為2.158 3 gkg-1。

表2 不針葉林不同深度的土壤有機質(zhì)含量 g kg-1

表2 不針葉林不同深度的土壤有機質(zhì)含量 g kg-1

土壤深度/cm草荒地赤松林油松林樟子松林0～103.7411±0.7580c6.9786±0.3297a5.3958±0.5710b7.6981±0.3297a10～200.7914±0.2492c3.8130±0.3297a3.9570±0.1246a2.1583±0.4316b

注：表中不同字母表示同行之間5%顯著水平(下同)。

2.2 對氮素的影響

章古臺沙地的氮素含量較低，栽植針葉人工林后，0～20 cm土層的全氮含量增加顯著。赤松林、油松林和樟子松林0～10 cm土層全氮含量分別為0.474 8 gkg-1、0.402 6 gkg-1和0.469 7 gkg-1，高于草荒地的0.299 4 gkg-1，10～20 cm層的土壤全氮含量也呈視同樣規(guī)律。但速效氮含量的分布規(guī)律與全氮不同，0～10 cm土層速效氮草荒地與樟子松林較高，分別是18.494 8 mgkg-1和18.924 9 mgkg-1，赤松林與油松林較低；10～20 cm土層速效氮較高的是草荒地和油松林，分別是19.785 1 mgkg-1、18.494 8 mgkg-1，顯著高于赤松林和樟子松林。此外對不同試驗地0～10 cm與10～20 cm土層速效氮含量進行對比發(fā)現(xiàn)，草荒地這兩層的土壤速效氮含量差異不顯著，因此可以認為草荒地0～20 cm土層速效氮無差別。

表3 針葉林的土壤氮素含量

2.3 對磷素的影響

從表4中可以看出不同針葉樹種對表土中磷素含量的影響不同。赤松林的0～10 cm土層全磷含量為0.426 3 gkg-1，明顯高于同層次的草荒地、油松林和樟子松林，油松林和樟子松林0～10 cm土層全磷含量分別為0.151 5 gkg-1、0.169 9 gkg-1，明顯低于草荒地同層土壤全磷含量；赤松林10～20 cm土層全磷含量顯著高于沙草荒地，其他針葉樹林與草荒地相比不顯著，這說明沙地赤松林有利于全磷的積累。

除樟子松林0～10 cm土層速效磷含量高于10～20 cm土層外，其他實驗地0～10 cm土層的速效磷含量低于或相近于10～20 cm層。0～10 cm土層樟子松林的速效磷含量最高，為10.980 7 mgkg-1。

表4 針葉林的土壤磷素含量

注：表中不同字母表示同行之間5%顯著水平(下同)。

2.4 對鉀素的影響

章古臺沙地的鉀素含量普遍豐富，不是植物生長的限制因子[9]，但不同的針葉樹種生長過程中對鉀素的積累與消耗還是有區(qū)別的。從表5中可以看出，油松林與樟子松林0～10 cm土層的全鉀含量高于草荒地，有利于全鉀的積累；三種針葉樹10～20 cm土層的全鉀含量以赤松林最高為13.290 4 gkg-1，其次是樟子松林為12.175 1 gkg-1，油松林最低為9.805 3 gkg-1，都低于草荒地10～20 cm土層的全鉀含量14.684 4 gkg-1，這說明在這一層中針葉樹對全鉀的消耗是明顯的，其中以油松林消耗全鉀最多，其次是樟子松林。

三種針葉樹林對速效鉀的消耗十分明顯，從表5中可以看出三種針葉樹林0～10 cm和10～20 cm土層的速效鉀含量都低于草荒地。與草荒地比較樟子松林對10～20 cm土層的消耗最大，僅為17.514 7 mgkg-1。

表5 針葉林的土壤鉀素含量

3 結(jié)論與討論

3.1 在章古臺地區(qū)，與草荒地比較，40年生赤松、油松和樟子松人工林顯著增加了0～20 cm土層中有機質(zhì)與全氮的含量；赤松林0～20 cm土層中全磷的積累比較明顯。油松林與樟子松林0～10 cm土層全鉀積累明顯，赤松林不明顯；三種針葉樹林10～20 cm土層全鉀消耗都較多。

3.2 在0～10 cm和10～20 cm土層，與草荒地比較，三種針葉樹林對速效鉀和速效磷的消耗都較大；在0～10 cm土層赤松林與油松林對速效氮的消耗明顯，在10～20 cm土層赤松與樟子松林消耗明顯。因此在生長季節(jié)有必要人為增加章古臺沙地針葉樹人工林土壤速效養(yǎng)分含量，最簡便的方法是通過禁止樵采保護林分的凋落物，通過凋落物的分解增加土壤的養(yǎng)分，也可以對林地進行翻耙，將地表的草本植物、凋落物與沙土混合，增加土壤的速效養(yǎng)分。

[1] 劉明國,蘇芳莉,馬殿榮,等.多年生樟子松人工純林生長衰退及地力衰退原因分析[J].沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2002(4):274-277

[2] 蘇芳莉,劉明國,韓輝.樟子松不同林型沙地土壤肥力的差異[J].東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報，2006，34(6):26-28

[3] 宋會興，蘇智先，彭遠英．山地土壤肥力與植物群落次生演替關(guān)系研究[J]．生態(tài)學(xué)雜志，2005,24(12):1531-1533

[4] 路岑,張維勇,石磊,等.梵凈山不同植物類型下土壤養(yǎng)分的差異[J].貴州農(nóng)業(yè)科學(xué)，2016,44(2):177-181

[5] 于海霞.亞熱帶幾種主要人工林對林下土壤性質(zhì)影響的研究[D].北京：北京林業(yè)大學(xué)，2007

[6] 魯如坤.土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法[M].北京：中國農(nóng)業(yè)科技出版社,1999:228-233

[7] 中國科學(xué)院南京土壤研究所.土壤理化分析[M].上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社,1980:78-81

[8] 鮑士旦.土壤農(nóng)化分析[M].北京:中國農(nóng)業(yè)出版社,1999

[9] 張日升,賈樹海,徐貴軍,等.營林措施對沙地樟子松人工林土壤養(yǎng)分、酶活性及微生物量碳的影響[J].土壤通報，2011,42(1):65-69

Effects of Coniferous Plantations in Zhanggutai Sandland on Soil Nutrients

Zhang Risheng

(Liaoning Provincial Dune-Fixation and Afforestation Institute,Fuxin 123000,China)

The soil nutrients of 0-10 cm and 10-20 cm soil layer for 40 aPinusdensiflora，PinustabulaeformisandPinussylvestrisvar.mongolica plantations in the wasteland of Zhanggutai region of southeastern Horqin Sandy Land.Result shows that compared with wasteland, coniferous plantations significantly increased the content of organic matter & total nitrogen in 0-20 cm soil layer; accumulation of total phosphorus in the 0-20 cm soil layer is obvious inPinus densifloraplantation; consumption of available potassium and available phosphorus are larger in three kinds of coniferous plantations.

Zhanggutai region ;coniferous plantations;soil nutrients

1005-5215(2016)12-0010-03

2016-10-25

國家重點研發(fā)計劃(2016YFC0500803)

張日升(1976-)，男，碩士，從事森林經(jīng)營與沙漠化治理研究.

S781.82

A

10.13601/j.issn.1005-5215.2016.12.003