不同水土保持植物種類對土壤物理性質的影響

王小云

(山西省水土保持科學研究所，山西太原 030045)

土壤侵蝕作為地球表面的一種自然現象[1]，至人類社會出現后，成為自然和人類活動共同作用下的一種動態過程，已成為當今世界資源和環境問題的重點[2]。目前，常用的水土保持措施主要為林草措施、農業措施和工程措施[3-5]。林草措施一方面可以控制水土流失，增加地面植被覆蓋度，另一方面對荒山荒坡、梁峁深溝等地形復雜，自然狀況較差以及降雨較少的北方黃土丘陵溝壑區具有一定優勢。因此，在黃土丘陵溝壑區植樹造林，種草填綠增加地面植被覆蓋度是首選的水土保持治理措施。不同的水土保持林草措施對土壤的改良和土壤侵蝕的控制作用不同。基于此，筆者對幾種林草措施實施多年后，其土壤的粒徑組成和團聚體特征進行了研究。

1 材料與方法

1.1試驗地概況試驗地設在山西省水土保持科學研究所試驗場徑流場。試驗地基本概況：地形坡度5°～15°，111°11′23″E、37°32′06″N，年平均溫度8.9 ℃，年最高溫度34.4 ℃，年最低溫度-16.2 ℃，年平均降水量461.2 mm，無霜期164 d。

以側柏(有大量自然生長的堿草)、歐李(有少量蒿草和針茅)、檸條(生長少量蒿草)、苜蓿(生長少量蒿草)和油松(有少量堿草和蒿草)5種水土保持林草措施種植地為研究對象。研究區為半陽坡，坡度12°左右。側柏種植年限10年左右，歐李約8年，檸條10年左右，苜蓿6年左右，油松8年左右。作物生長的坡度、坡向相同，且通過多年的生長已形成了較穩定的土壤生態系統。

1.2試驗方法于2016年4月在試驗地進行采樣，采用“S”型布設試驗樣點，從總體上把握采樣點的代表性，使樣點具有典型代表性，能更真實地反映試驗樣地的情況。每個樣地采3份樣品并將采取的土壤樣品放入密封袋，貼上標簽帶回實驗室。在實驗室內對土壤樣品進行簡單處理，挑揀掉石子、根系等非土壤物質。同時將每個樣地的3份樣品稱取同等重量，并混勻以備測試分析所用。

1.3測定項目與方法土壤水分：采用烘干法測定，將自然風干的土壤樣品放入鋁盒中，置于烘箱調溫至10 ℃烘干2 h，進行稱重，按照差值法計算土壤水分含量。

土壤容重：采用環刀法進行測量，在取樣前首先在環刀內側均勻涂抹一層凡士林，稱重，并記錄。現場取樣時，先選好剖面，環刀朝下，用力將環刀均勻壓到土壤中，然后取出環刀，蓋上環刀蓋，帶回實驗室進行容重測定。

土壤容重、比重、孔隙度：土壤容重通過測量一定容積下自然土樣的重量獲得；土壤比重通過測量土壤固相物質的重量與同體積水的重量的比值而獲得；依據已知的土壤容重和比重，可直接根據公式計算土壤孔隙度。

土壤剪切力：在取樣現場挖取土壤坡面后，采用14.10 Pocket Vane Tester型三頭抗剪儀進行測定。在地表土壤、20和40 cm 3個深度測試剪切力，每個深度測量3次，取平均值。

1.4數據分析試驗數據采用Excel 2007進行數據整理，并采用SPSS 13.0進行方差分析和相關性分析。

2 結果與分析

2.1不同林草措施實施后土壤水分含量5種水土保持林草措施實施多年后土壤水分含量見圖1。由圖1可知，同一坡地，通過種植不同植物，經過多年的影響，土壤含水量為14.19～17.00 g/kg，均值為15.77 g/kg。其中側柏地為16.10 g/kg，歐李地為15.79 g/kg，檸條地為15.76 g/kg，苜蓿地為17.00 g/kg，油松地為14.19 g/kg。表現為苜蓿>側柏>歐李>檸條>油松。

對5種不同植被條件下的土壤含水量進行方差分析，結果表明，F為292.05，P為0.00，小于0.05，可見5種地面植被狀況下土壤含水量間存在顯著差異。即通過多年的生長，地面植被對土壤產生了影響，且不同植被類型的影響程度不同。

圖1 不同地面植被類型下土壤含水量Fig.1 Soil moisture content under different ground vegetation types

2.2不同林草措施實施后土壤孔隙度土壤孔隙度是土壤的基本物理性質，直接影響土壤蓄水能力和通氣性，并間接影響土壤肥力和植物的生長狀況[6]。對研究區5種林草措施下土壤孔隙度進行測試，結果見圖2。由圖2可知，側柏、歐李、檸條、苜蓿和油松5種植被狀況下土壤孔隙度為42.07%～57.50%，均值為50.99%。其中側柏地為57.50%，歐李地為55.91%，檸條地為42.07%，苜蓿地為54.61%，油松地為44.85%。表現為側柏>歐李>苜蓿>油松>檸條。對5種不同植被條件下的土壤孔隙度進行方差分析，結果表明，F為65.08，P為0.00，小于0.05，可見5種地面植被狀況下土壤孔隙度間存在顯著差異。即植物種類不同，其根系對土壤孔隙度影響也不同。

圖2 不同地面植被類型下土壤孔隙度Fig.2 Soil porosity under different ground vegetation types

2.3不同林草措施實施后土壤容重和比重容重是土壤的基本物理性質，直接影響土壤的通氣性和蓄水保水能力，并間接影響土壤的肥力狀況和物質循環。土壤容重受區域地形、植被根系、土壤含水量等影響[7]。對研究區5種不同植被狀況下土壤容重進行測定，結果見圖3。由圖3可知，側柏、歐李、檸條、苜蓿和油松5種植被狀況下土壤容重為1.08～1.23 g/cm3，均值為1.17 g/cm3。側柏地為1.08 g/cm3，歐李地為1.22 g/cm3，檸條地為1.21 g/cm3，苜蓿地為1.13 g/cm3，油松地為1.23 g/cm3。表現為油松>歐李>檸條>苜蓿>側柏。

圖3 不同地面植被類型下土壤容重Fig.3 Soil bulk density under different ground vegetation types

對5種不同植被條件下的土壤容重進行方差分析，結果表明，F為33.21，P為0.00，小于0.05，可見5種地面植被狀況下土壤容重間存在顯著差異。即植物種類不同，其根系對土壤容重影響也不同。

土壤比重是單位體積土壤固體顆粒(不包括空隙在內)的烘干重量。土壤比重決定于構成土壤顆粒的比重，因此不同土壤類型的比重不同。土壤比重受成土母質影響的同時，也受土壤植被根系狀況等因素的影響。對研究區5種植被影響下的土壤比重進行測定，結果見圖4。 由圖4可知，側柏、歐李、檸條、苜蓿和油松5種植被狀況下土壤比重為2.09～2.77 g/cm3，均值為2.42 g/cm3。其中側柏地為2.54 g/cm3，歐李地為2.77 g/cm3，檸條地為2.09 g/cm3，苜蓿地為2.48 g/cm3，油松地為2.23 g/cm3。表現為歐李>側柏>苜蓿>油松>檸條。

對5種植被條件下的土壤比重進行方差分析，結果表明，F為50.91，P為0.00，小于0.05，可見5種地面植被狀況下土壤比重間存在顯著差異。即植物種類不同，其根系對土壤比重影響也不同。

圖4 不同地面植被類型下土壤比重Fig.4 Soil specific gravity under different ground vegetation types

2.4不同林草措施實施后土壤剪切力土的抗剪強度是表征土體力學性質的一個重要指標，抗剪強度主要受土體種類、結構以及含水率的影響[8]。對5種植被表層土壤、20和40 cm處的土壤剪切力進行測試，結果見圖5。由圖5可知，5種植被土壤剪切力均表現為地表土<20 cm<40 cm，即隨著土壤深度的增加，剪切力逐漸增加，且不同植被間存在差異。從土壤深度看，不同植被地表土壤剪切力為0.53～1.43 kg/cm2，均值為0.56 kg/cm2；20 cm處剪切力為0.83～1.52 kg/cm2，均值為1.09 kg/cm2；40 cm處剪切力為1.00～1.68 kg/cm2，均值為1.37 kg/cm2。

圖5 不同地面植被類型下土壤剪切力Fig.5 Soil shear under different ground vegetation types

從地表土到40 cm處，側柏地土壤剪切力為0.70～1.33 kg/cm2，均值為1.09 kg/cm2；歐李為1.43～1.68 kg/cm2，均值為1.54 kg/cm2；檸條為0.77～1.00 kg/cm2，均值為0.87 kg/cm2；苜蓿為0.53～1.33 kg/cm2，均值為0.93 kg/cm2；油松為0.87～1.50 kg/cm2，均值為1.10 kg/cm2。表現為歐李>油松>側柏>苜蓿>檸條。

對5種植被條件下不同深度處土壤剪切力進行方差分析，結果表明，5種不同植被狀況下，地表土F為25.35，P為0.00，小于0.01，差異極顯著；20 cm處F為9.87，P為0.01，小于0.05，可見20 cm處土壤剪切力間差異顯著；40 cm處F為2.21，P為0.14，大于0.05，可見40 cm處土壤剪切力間不存在顯著差異。由此可知，坡地種植不同植被后，植被對土壤剪切力具有一定的影響，不同植被間表土差異極顯著，20 cm處差異顯著，40 cm處無顯著差異。

對同一植被種植地不同深度土壤剪切力進行方差分析，結果表明，側柏地從表土到40 cm處剪切力間F為74.30，P為0.00，小于0.01，即側柏地從表土到40 cm處剪切力間存在極顯著差異；歐李地從表土到40 cm處剪切力間F為2.13，P為0.20，大于0.05，即歐李地從表土到40 cm處剪切力間差異不顯著；檸條地從表土到40 cm處剪切力間F為4.46，P為0.06，大于0.05，即檸條地從表土到40 cm處剪切力間差異不顯著；苜蓿地從表土到40 cm處剪切力間F為11.32，P為0.01，小于0.05，即苜蓿地從表土到40 cm處剪切力間存在顯著差異；油松地從表土到40 cm處剪切力間F為22.08，P為0.00，小于0.01，即油松地從表土到40 cm處剪切力間存在極顯著差異。

3 結論與討論

坡地種植側柏、歐李、檸條、苜蓿和油松5種水土保持林草措施后，喬灌草3種植被對土壤物理性質的影響程度不同。受不同植物種類的影響，土壤水分含量、孔隙度、容重和比重以及剪切力間均存在差異，但無固定變化規律。某種植物對土壤物理性質無特殊的影響，即土壤物理性質對植物種類沒有針對性的響應。在水土保持林草措施的實際實施過程中，應根據具體目的和立地條件來布置不同的植物措施。如要提高土壤水分含量則苜蓿具有一定優勢；側重于提高土壤孔隙度則側柏、歐李、苜蓿具有優勢，而油松和檸條較差；要提高土壤剪切力，則歐李具有優勢，檸條較差。