遼寧省泥質海岸防護林對土壤理化性質的影響

邢亮

(遼寧省林業調查規劃監測院， 遼寧 沈陽 110122)

在我國東北的沿海區域，存在大量的可發展農業區域，約占據中國境內農業耕地總面積的一成以上。現如今，中國境內還有將近八成的鹽堿地，沒有得到綜合治理[1]。故此，改善中國境內沿海區域的土壤理化性質，對于中國農業的發展至關重要。與此同時，要善于取長補短，發揮當地優勢，推進中國境內沿海地區鹽堿地的長遠發展，進而推進中國的全面發展。

通常情況下，泥質海岸的生態環境相對脆弱，適宜在該環境中存活的樹種并不多。與此同時，沿海區域具有惡劣的自然環境，防護林很容易受到暴雨、風沙、干熱風以及冰雹等多樣化自然災害的影響，造林與維護都很困難，海濱歷史上嚴重缺乏科學管理，導致鹽堿化不斷加劇[2，3]。林分質量低，結構不合理，防護能力差，樹種生長慢、壽命短、抗逆性差等直接威脅造林結果。

本文分析了不同林分類型的防護林對土壤速效氮、速效磷、pH值、總孔隙度、體積含水量、土壤密度的影響。依照分析結果進行適地適樹，進而解決泥質海岸的生態環境相對脆弱問題，以此為今后泥質海岸防護林建設提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

選取遼寧省葫蘆島市綏中縣泥質海岸的油松(Pinustabuliformis)純林、楊樹(Populusspp.)純林、刺槐(Robiniapseudoacacia)純林為研究對象，對其土壤的0～20 cm土層、20～40 cm土層進行試驗分析,林分情況如表1所示：

表1 林分情況

1.2 試驗及取樣方法

選擇有代表性的測點，挖掘土壤剖面，根據土壤發生層次或每隔10 cm用環刀采取土樣，用鋒利的土壤刀剖平環刀表面，蓋好，帶回測定。本試驗將土樣按照《森林土壤分析方法(LY/T-1999)》進行分析，測定土壤有機質，pH值3次重復,取其平均值。

1.2.1 速效氮的測定 在擴散皿中，用1.0 mol·L-1NaOH水解2 g土壤，使得易水解氮堿轉化為NH3，NH3擴散后為H3BO3吸收。H3BO3吸收液中的NH3再由標準酸滴定，然后計算土壤中水解氮的含量。

1.2.2 速效磷的測定 可用0.5 mol·L-1碳酸氫鈉提取到土壤溶液中，然后將待測液用鉬銻抗混合顯色劑在常溫下進行還原，使黃色的銻磷鉬雜多酸還原成為磷鉬蘭，進行比色。

1.2.3 pH的測定 土壤樣品用水浸提或用中性鹽溶液浸提。水土比為2.5∶1；鹽堿土水土比為5∶1；泥炭水土比為10∶1。經充分攪拌，平衡30 min，用酸度計或pH計測定。

1.2.4 土壤總孔隙度、土壤密度、土壤含水量的測定 先用粗天平進行濕土和環刀質量的測量，將環刀去上下底蓋放入平底盆中使其吸水達到飽和的狀態，蓋上上下底蓋一起稱量可以得到最大含水量。去掉底蓋，放在盛有干沙的平底盤中約2 h，立即稱質量，可以得到毛管持水量。去掉上下底蓋，放置于盛有干沙的平底盤中2～3 d，此時水量為毛管懸濁水，加上下底蓋稱量可得最小持水量。通過以上數據計算可得土壤體積含水量、土壤密度以及土壤總孔隙度。

1.2.5 數據的分析與處理 運用Microsoft Excel和SPSS應用程序，進行單因素方差分析，再用LSD Dunnett進行多重比較。

2 結果和分析

2.1 遼寧省泥質海岸防護林土壤速效氮含量研究

土壤中的氮素主要來自于生物有機物質的積累。對5種泥質海岸防護林土壤速效氮含量的分析如圖1所示。由圖1可知，5種林分類型0～20 cm和20～40 cm層的土壤速效氮含量均大于對照樣地，說明沿海防護林對于改良土壤速效氮起到了顯著的作用。5種不同林分類型在0～20 cm和20～40 cm土層中速效氮含量由高到低排列為刺槐純林(237.93 mg·kg-1)>遼寧楊純林(201.15 mg·kg-1)>小胡楊+紫穗槐(131.65 mg·kg-1)>刺槐+楊樹(127.70 mg·kg-1)>小胡楊純林(115.40 mg·kg-1)>空白(56.79 mg·kg-1)。

圖1 泥質海岸不同林分類型土壤速效氮含量

由于氮素的積累主要來自于有機物質的分解，刺槐0～20 cm和20～40 cm土層全氮量的含量均最高，在0～20 cm主要是由于枯枝落葉以及其他凋落物的累積，隨著植被以及微生物的分解，使養分回歸土壤。而在20～40 cm的土層中全氮含量減少是因為草本植物的根系無法延伸至土壤深層，而刺槐林在20～40 cm的土壤中含氮量最高是由于刺槐根系發達且屬于闊葉林，利用有機物質的積累。

2.2 遼寧省泥質海岸防護林pH值分析

濱海地區的土壤具有較強的堿性，嚴重影響了樹木的正常生長。與此同時，多樣化營養元素的活性也并不理想，能夠促進樹木生長的元素少之又少，直接造成樹木生長受阻。故此，若想改善濱海地區的土壤，就必須大大降低pH值，促進營養成分的吸收，才能有效改善土壤的質量。

圖2 泥質海岸不同林分類型土壤pH值

通過圖2 數據可得，防護林土層pH均值由小至大排列為小胡楊+紫穗槐(7.443 3)<小胡楊純林(7.79)<遼寧楊純林(7.87)<刺槐純林(8.00)<刺槐+楊樹(8.01)<空白(8.08)。各個防護林pH值均小于對照組，且均值也小于對照組(7.92<8.71)，說明沿海防護林對土壤pH值的改善有較為顯著的作用，而且由于雨水的淋洗作用，使得土壤中鹽分等堿性物質下滲，導致pH值隨土壤深度的增加而增加。

2.3 遼寧省泥質海岸防護林土壤速效磷研究

土壤速效磷能促進植物的光合作用和呼吸作用，還在一定程度上決定了植物抗寒冷、抗干旱的能力。土壤磷元素主要來源于含磷的黏土礦物質和原生礦物質。表層土壤的速效磷的含量，由于受到土壤灌溉等人為因素極易流失。

通過圖3數據可得，土壤速效磷含量隨土壤土層深度的增加而減少，這是由于速效磷的主要來源為枯枝落葉等枯落物，這些物質分解產生的速效磷隨雨水的淋溶作用而緩慢下滲，而土壤深度越深，淋溶作用就越發不明顯。另外植物根系的吸收作用也同樣會導致這一現象。

在樹種方面，0～20 cm、20～40 cm土層速效磷平均含量由低向高排列為遼寧楊純林(1.32 mg·kg-1)<刺槐純林(1.36 mg·kg-1)<刺槐+楊樹(2.37 mg·kg-1)<小胡楊+紫穗槐(2.74 mg·kg-1)<小胡楊純林(5.78 mg·kg-1)<空白(7.98 mg·kg-1)。

所有樹種速效磷含量均低于對照組，說明防護林植被對土壤速效磷的含量有一定的影響，植物大量吸收土壤中的磷元素用于光合作用以及生長發育。所以生長中的遼寧楊純林用氮量較大，而處于成熟期的小胡楊純林速效磷含量較多。

圖3 泥質海岸不同林分類型土壤速效磷含量

2.4 遼寧省泥質海岸防護林總孔隙度分析

通過圖4數據可得，各個林分類型的土壤孔隙度均在36.7%～45.9%波動，各個防護林土壤總孔隙度均值由小到大排列為刺槐純林(36.71%)<刺槐+楊樹(38.02%)<小胡楊+紫穗槐(38.04%)<遼寧楊純林(38.31%)<小胡楊純林(39.73%)<空白(45.90%)。

影響森林土壤孔隙狀況的自然因素主要有質地類型、結構、有機質含量以及林木的根系等。另外,營林生產過程中的人為干擾,也能顯著改變土壤的孔隙狀況。土壤總孔隙度一般是從表層到底層逐漸增大。其中刺槐純林、刺槐+楊樹混交林、遼寧楊純林可能是因為人為踩踏等因素對土壤總孔隙度產生了一定的影響。

圖4 泥質海岸不同林分類型土壤總孔隙度

2.5 遼寧省泥質海岸防護林體積含水量分析

泥質海岸沿海防護林之所以能夠調節氣候、改良土壤理化性質，一個重要的原因是樹木可以通過光合呼吸以及蒸騰作用排除泥質土壤中多余的水分，降低洪澇災害的發生概率。由于秋季降水較多，土壤含水量穩定，蒸騰作用強。因此只針對秋季的土壤體積含水率進行分析。

由圖5可見，各土層空白地土壤含水率均高于林分土壤，說明植被在調節土壤含水率這一方面發揮了較為顯著的作用。0～20 cm土壤含水量均高于20～40 cm土層土壤含水量，可能是雨水淋溶以及植物根系的共同作用所致。各個防護林土壤含水量平均值由低至高排列為刺槐+楊樹(5.23%)<遼寧純楊林(6.63%)<小胡楊純林(22.66%)<小胡楊+紫穗槐(23.26%)<刺槐純林(25.22%)<空白(44.55%)，刺槐+楊樹混交林改良土壤洪澇的效果最好。

0～20 cm土層體積含水量普遍高于20～40 cm，說明表層土壤的枯枝落葉層起到了很好地保持水分的作用。而各個防護林土壤含水率低于對照組可能原因是植物生長以及蒸騰作用的原因。

圖5 泥質海岸不同林分類型土壤體積含水率

2.6 遼寧省泥質海岸防護林土壤密度分析

在同等質量的土壤中，土壤的實際密度，是土壤緊實程度的重要表現。密度的大小，直接影響了土壤中微生物的生存以及樹種的生長。

由圖6可見，在各個土層土壤密度均低于對照組，說明植被在調節土壤密度的方面發揮了較為重要的作用，其中20～40 cm土層土壤密度普遍低于0～20 cm土層土壤密度，原因有可能是草本植物根系無法伸展至較深的土層，雨水的淋溶作用在較深的土層也無法發揮作用，另外可能也與微生物的活動有關。

樹種方面，土壤密度平均值由低至高排列為刺槐純林(1.1.40 g·cm-3)<小胡楊+紫穗槐(1.41 g·cm-3)<小胡楊純林(1.44 g·cm-3)<刺槐+楊樹(1.45 g·cm-3)<遼寧楊純林(1.49 g·cm-3)<空白(1.1.57 g·cm-3),由此可見，刺槐改良土壤密度的效果最佳。

圖6 泥質海岸不同林分類型土壤密度

3 討論與結論

3.1 討論

3.1.1 通過數據發現，對土壤理化性質影響較為顯著的幾種林分類型分別為刺槐純林、楊樹純林、刺槐+楊樹混交林，這一點與艾鵬、胡海波、魯小珍在連云港沙質海岸防護林地的土壤特性研究中得出的結論一致[4]。各個林分類型均對土壤理化性質產生極其顯著影響，說明在沿海泥質防護林的建設中，樹種的選擇尤為重要。

3.1.2 刺槐、楊樹均為闊葉樹種，速生，喜溫暖濕潤氣候，刺槐有一定的固氮能力；楊樹的光合作用和蒸騰作用比一般的闊葉樹種高。這些特性使他們成為防護林建設的優先選擇樹種。闊葉樹種可以增加枯枝落葉的比例，而枯枝落葉的分解可以增加土壤中的有機質含量，從而增加有效氮、速效磷的含量，這一點與沈文森先生在北京地區人工林土壤質量的研究結論一致[5]。

3.1.3 在營造人工針葉林如馬尾松時，可適當地引入闊葉林進行混交，從而增加土壤的有機質，速效氮的含量。這與魏忠平，范俊崗，潘文利在泥質海岸鹽堿地刺槐-楊樹混交林改土效果中得出的結論一致[6]。

3.1.4 土壤深度對速效氮、pH值、土壤速效磷均產生顯著影響，因此在建設防護林時，樹種根系可以作為選擇防護林樹種的參數之一。

3.2 結論

3.2.1 各林分土壤中含有的速效氮遠遠高于對照組，含氮量與土壤的深度呈現負相關，防護林不同林分類型對土壤速效氮含量產生極顯著影響。對土壤速效氮含量影響較為顯著的林分依次為刺槐純林>遼寧楊純林>小胡楊+紫穗槐>刺槐+楊樹>小胡楊純林，其中只有刺槐純林和遼寧楊純林與空白對照組存在顯著差異。

3.2.2 各個林分土壤pH值 均低于對照組，pH值隨土層深度的增加而增加，防護林不同林分類型以及土壤深度對土壤pH值均產生極顯著影響。5種防護林對土壤pH值影響的程度由大至小排列為遼寧楊純林>小胡楊+紫穗槐>小胡楊純林>刺槐+楊樹>刺槐純林。5種典型防護林與對照組均存在極其顯著差異。其中遼寧楊純林、小胡楊+紫穗槐混交林、小胡楊純林對土壤pH值的影響最為顯著。

3.2.3 土壤速效磷含量均低于對照組，且土壤速效磷的含量隨土層深度的增加而減少，防護林不同林分類型以及土壤深度對土壤速效磷均產生極顯著影響。由多重比較可得，5種防護林對土壤速效磷含量影響的程度由大至小排列為遼寧楊純林>小胡楊+紫穗槐>小胡楊純林>刺槐+楊樹>刺槐純林。5種典型防護林與對照組均存在極其顯著影響。其中遼寧楊純林、小胡楊+紫穗槐混交林、小胡楊純林的影響最為顯著。

3.2.4 土壤總孔隙度隨土層深度的增加而減少，防護林不同林分類型以及土壤深度對土壤孔隙度均產生顯著影響。5種防護林對土壤孔隙度影響的程度由大至小排列為刺槐純林>遼寧楊純林>小胡楊純林>刺槐+楊樹>小胡楊+紫穗槐。刺槐純林、遼寧楊純林、小胡楊純林、刺槐+楊樹混交林均與空白對照組存在極顯著差異。而刺槐純林、遼寧楊純林、小胡楊純林對土壤空隙度的影響最為顯著。

3.2.5 土壤體積含水量隨土層深度的增加而減少，5種防護林含水量均低于對照組，防護林不同林分類型以及土壤厚度對土壤體積含水量產生極顯著影響。5種防護林對土壤pH值影響的程度由大至小排列為刺槐+楊樹>遼寧楊純林>小胡楊純林>小胡楊+紫穗槐>刺槐純林。5種防護林均與空白對照組存在極顯著差異。而刺槐+楊樹混交林，遼寧楊純林對土壤含水量的影響最為顯著。

3.2.6 土壤密度隨土層深度的增加而增加，土壤密度均低于對照組，防護林不同林分類型以及土層深度對土壤密度含均有顯著影響。5種防護林對土壤pH值影響的程度由大至小排列為刺槐純林>遼寧楊純林>小胡楊純林>刺槐+楊樹>小胡楊+紫穗槐。其中刺槐純林、遼寧楊純林、小胡楊純林、刺槐+楊樹混交林均與空白對照組存在極顯著差異。刺槐純林、遼寧楊純林、小胡楊純林的影響效果最為顯著。