范圣庫 ，高占彪 ，何萬義 ，邢存旺 ，馬增旺 ，趙廣智

（1.宣化縣林業(yè)局，河北 宣化 075100；2.張家口市林業(yè)局種苗站，河北 張家口 075000；3.豐寧滿族自治縣林業(yè)局 河北 豐寧 068300；4.河北省林業(yè)科學(xué)研究院 河北 石家莊 050061）

宣化縣黃羊灘風(fēng)蝕沙地土壤物理性質(zhì)的研究

范圣庫1，高占彪2，何萬義3，邢存旺4，馬增旺4，趙廣智4

（1.宣化縣林業(yè)局，河北 宣化 075100；2.張家口市林業(yè)局種苗站，河北 張家口 075000；3.豐寧滿族自治縣林業(yè)局 河北 豐寧 068300；4.河北省林業(yè)科學(xué)研究院 河北 石家莊 050061）

該文依據(jù)不同植被類型與蓋度，對黃羊灘沙化土地的剖面特征和物理性質(zhì)進(jìn)行了野外調(diào)查與室內(nèi)分析，結(jié)果顯示：土壤剖面呈通體沙質(zhì)特征，結(jié)構(gòu)性差；機械組成以沙粒為主，容重與固相率遠(yuǎn)高于正常的森林土壤，總孔隙度明顯偏低；流動沙地存在穩(wěn)定的干沙層，半固定沙地能形成干沙覆蓋，固定沙地不能形成干沙覆蓋層。風(fēng)蝕沙地普遍具有耕性差的特點，固定沙地壘結(jié)緊實，流動、半流動沙地呈粗骨質(zhì)形態(tài)。

黃羊灘；風(fēng)蝕沙地；物理性質(zhì)

河北省宣化縣黃羊灘分布著相當(dāng)數(shù)量的風(fēng)蝕沙化土壤。這類土壤，一方面結(jié)構(gòu)疏散，風(fēng)蝕作用強烈，是沙塵暴的主要沙源區(qū)，是當(dāng)前各類生態(tài)工程治理的重點對象；另一方面，這類土壤又有一定的潛在肥力，只要搞好水利配套設(shè)施，經(jīng)過改良是可以逐步利用的，這類土壤是生態(tài)建設(shè)中治理和開發(fā)利用的首要對象。

土壤的動態(tài)變化既是風(fēng)蝕沙化的結(jié)果，也是采取治理技術(shù)的依據(jù)之一，因此，從研究沙化土地的土壤特征入手，摸清不同程度沙化土壤的物理化學(xué)特征，可以根據(jù)沙化土地的主導(dǎo)因子，針對性地提出適宜的治沙技術(shù)措施。

1 試驗區(qū)概況

試驗地位于宣化縣黃羊灘林場。地處河北省西北部農(nóng)牧交錯的中心地帶，為河北省五大沙灘之首，總面積0.97萬hm2。屬壩下中低山區(qū)，地勢東南高、西北低，海拔在600～1000m之間。土壤以風(fēng)蝕沙土為主。年均氣溫7.6℃，極端最高氣溫38℃，極端最低氣溫-25.8℃，無霜期130d，年均降水量365mm，年蒸發(fā)量2000mm，大風(fēng)天數(shù)37～40d，年有效積溫2368～3573℃。主要災(zāi)害性天氣有干旱、沙塵暴、凍害、干熱風(fēng)等。其原生群落為疏林草原，植被種類稀少，且蓋度較低。由于其獨特的地理位置，形成了風(fēng)多、風(fēng)大、干旱、沙打和沙壓等特殊的局部氣候特征，區(qū)內(nèi)土壤風(fēng)蝕沙化嚴(yán)重。

2 研究方法

在全面勘查的基礎(chǔ)上，將植被類型劃分為沙化林地與沙化草地，按植被綜合蓋度（0～10%，10%～30%，30%～50%，50%～70%和70%以上5個級別）分別布設(shè)監(jiān)測樣地，作為固定標(biāo)準(zhǔn)地。取樣時間為每年的7月中旬和1月中旬，取樣深度0～60cm，取樣后供室內(nèi)化驗分析。

土壤機械組成的測定：采用篩分法。

土壤容重：采用環(huán)刀法測定。

土壤孔隙狀況：采用環(huán)刀一次取樣，室內(nèi)連續(xù)測定。

3 黃羊灘風(fēng)蝕土壤物理性質(zhì)

3.1 典型土壤剖面特征

黃羊灘風(fēng)沙土土壤剖面總體上呈通體沙質(zhì)特征。由于營力的不同及營力過程的復(fù)雜性，流動沙丘、半固定沙地及固定沙荒地，剖面層次有所不同。流動沙丘全為單相沙層，個別較大沙丘頂部有不明顯的風(fēng)選粗化層；丘間半固定沙地表層有不連續(xù)的結(jié)皮存在，剖面有1～2個混沙粘土層，雖然粘土層有一定的保水性，但混沙必然削弱其保水性。由于生草過程與覆沙過程反復(fù)出現(xiàn)且強度不同，有機質(zhì)累積與混沙程度各不相同。固定沙地上部有一個較厚的粘土層（20～35cm），層次過渡非常明顯，但從整個土壤剖面來看，土壤結(jié)構(gòu)以單粒結(jié)構(gòu)為主，結(jié)構(gòu)性差（見表1）。固定與半固定沙地，裸眼可見根系的分布深度大于1m，這一方面與土壤性質(zhì)有關(guān)，另一方面也與發(fā)育的植被有關(guān)。地帶性植被以白榆為主，而且有稀疏的差巴嘎蒿、東北木蓼。土壤水分不足以維持現(xiàn)有植被，植物在水分虧缺的脅迫下發(fā)育了較深的根系，同時，這些植被本身具有深根性。固定撂荒沙地雖遠(yuǎn)不具有草原土類的特征，但根系上有CaCO3根套，土體中有CaCO3結(jié)核，反映了該類土壤的演變趨勢。

由于所處的地形部位不同以及受植物蒸騰影響，土壤剖面上的含水量隨深度變化也有一定差異。地勢較低部位的固定沙地，由于受地下水位的影響，土壤含水量隨深度增加而逐漸增大，最大可達(dá)15%～20%。而地勢比較高的流動風(fēng)沙土土壤含水量的變化規(guī)律是：表層0～10cm基本是隨深度增加土壤含水量增大，10cm以下土層的土壤含水量不隨深度增加而變化，在比較干的季節(jié)基本穩(wěn)定在3.5%左右。

表1 典型剖面特征

3.2 風(fēng)蝕沙土的物理性質(zhì)

土壤物理性質(zhì)是衡量林地土壤質(zhì)量的一個重要指標(biāo)，它對土壤蓄水保肥能力以及對土壤養(yǎng)分的吸收和利用有重要影響。土壤物理質(zhì)量的變化直接影響林木的生長和林地生產(chǎn)力，反之，不同樹種對土壤物理質(zhì)量作用不同。風(fēng)蝕沙地土壤理化性質(zhì)如容重、孔隙度、田間持水量以及沙土的機械組成等直接影響土壤濕度，并且對降水的再分配起著重要作用。

3.2.1 機械組成 沙地機械組成是其本身成土過程的必然結(jié)果，決定著沙地的持水與保肥能力。細(xì)粒能夠促進(jìn)水分的保持與養(yǎng)分的供給，為植物生長創(chuàng)造條件。一般來說，沙地水分與營養(yǎng)狀況取決于0.05mm以下粒級，該粒級含量越多，土壤水分與養(yǎng)分含量越高。

黃羊灘風(fēng)蝕沙地不同立地機械組成分析表明（表2），0.1mm以上沙粒多數(shù)在50%～90%，個別地段達(dá)到97.38%；0.1～0.05mm粒級占機械組成平均值為12.82%；0.05mm以下粒級占機械組成平均值為16.82%。這種以粗沙為主體的沙土，持水當(dāng)量較低，保肥供肥性能也相當(dāng)差，不利于植物生長與植被恢復(fù)。針對該類沙地，在治沙工程中應(yīng)考慮增施有機肥料或其他途徑進(jìn)行地力調(diào)節(jié)，通過地力調(diào)節(jié)措施與生物工程措施協(xié)同進(jìn)行，才能實現(xiàn)固沙改土的治理目標(biāo)。

3.2.2 容重、三相率與孔隙狀況 容重、三相率與孔隙度是土壤物理性質(zhì)的綜合指標(biāo)。一個系統(tǒng)對土壤物理性質(zhì)的影響最終將反映到這些指標(biāo)的變化上。土壤容重與三相率的大小取決于機械組成、結(jié)構(gòu)和壘結(jié)狀況以及有機質(zhì)含量等因素，能綜合地反映土壤結(jié)構(gòu)、松緊度和土體內(nèi)生物活動，而且更重要的是影響土壤團(tuán)聚體內(nèi)營養(yǎng)元素的釋放和固定。黃羊灘風(fēng)蝕沙地，土壤容重與三相率統(tǒng)計結(jié)果見表3。

總體上講，容重均值為1.61g/cm3，遠(yuǎn)高于正常耕作土壤。同時，固相率普遍大于60%，表明土壤壘結(jié)緊實，與實地情況相符，即固定沙地板結(jié)嚴(yán)重，流動、半流動沙地呈粗骨質(zhì)形態(tài)。由表中數(shù)據(jù)可知，風(fēng)蝕沙地經(jīng)過多年不同方式的經(jīng)營，就土壤容重及三相率而言沒有發(fā)生本質(zhì)上的改變。經(jīng)統(tǒng)計假設(shè)檢驗，容重、三相率兩個指標(biāo)，林地與未造林自然草地相比沒有顯著差異。造林14～17a的林地（小葉楊），造林后雖對土壤性狀也有一定程度的改良，但過程極其緩慢，沒有促成土壤性質(zhì)的根本變化。土壤容重和三相率是風(fēng)蝕沙土的主導(dǎo)因子，這兩個指標(biāo)的變化趨勢是土壤整體性狀變化的標(biāo)志。造成上述結(jié)果的原因在于，一方面，黃羊灘風(fēng)蝕嚴(yán)重，枯枝落葉很難歸還土壤；另一方面，由于當(dāng)?shù)貝毫拥淖匀粭l件限制，植物的生長量有限；再有就是人工建立的自然生態(tài)系統(tǒng)并不完善，在樹種的選擇、配置上很可能并不符合自然規(guī)律的要求。

表2 黃羊灘風(fēng)蝕沙地典型立地機械組成

表3 土壤容重與三相率統(tǒng)計

土壤的孔隙系統(tǒng)由大小各不相同的枝節(jié)狀孔道組成，形成非常復(fù)雜的三度空間網(wǎng)。土壤孔隙的大小與多少制約著土壤的水分保持與供給，直接影響植被的生長與發(fā)育，對治沙工程的實施具有現(xiàn)實指導(dǎo)意義。黃羊灘風(fēng)蝕沙地不同植被蓋度條件的土壤孔隙狀況見表4。

表4 不同植被蓋度條件下土壤孔隙狀況

由表4中可以看出，從植被蓋度為0～10%的未治理的流動沙地到植被蓋度達(dá)到70%以上的已經(jīng)治理的固定沙地，土壤總孔隙度都在30%～40%之間，相對于一般耕作土壤或森林土壤（總孔隙度60%～70%）總孔隙度明顯偏低，說明土壤粒級對該沙地總孔隙狀況的主導(dǎo)作用，從一個側(cè)面說明了改良該沙地應(yīng)該從增加土壤粘粒這個方向著手。另一方面，隨著植被蓋度的增加，土壤毛管孔隙度占總孔隙度的比重也增加，說明了森林植被對沙地孔隙狀況的改造效果。雖然造林多年（14～17a）后土壤機械組成沒有發(fā)生實質(zhì)變化，但土壤孔隙狀況已經(jīng)發(fā)生了明顯的變化。

3.2.3 干沙層厚度 干沙層厚度是沙化土地重要的水分特征參數(shù)，是干旱、半干旱地區(qū)林業(yè)生產(chǎn)和治沙造林的主要生態(tài)學(xué)指標(biāo)，在對林木供水和土壤水分運動上也能表明一定的關(guān)系。對沙地土壤干沙層厚度進(jìn)行研究，可以為合理利用土壤水分，保證植物正常生長和荒漠化防治提供科學(xué)依據(jù)。

黃羊灘風(fēng)蝕沙地干沙層厚度，在流動沙地、半固定沙地及固定沙地上表現(xiàn)出了不同的變化特征。植被稀少（蓋度0～10%）或裸露的流動沙地干沙層厚度主要受降水強度影響，變化范圍為1.0～9.7cm。該區(qū)土壤以粗沙為主，毛管作用微弱，降水后以表面蒸發(fā)為主，發(fā)展到一定程度時（10cm左右）干沙形成覆蓋層，阻斷了水分進(jìn)一步蒸發(fā)，形成了穩(wěn)定的干沙層。通過2個年度生長季觀測，半固定沙地與流動沙地相比較，相同地段干沙厚度增加了15～30個百分點，但變化趨勢卻一致，干沙層厚度1.5～11.2cm。分析其原因，半固定風(fēng)沙土機械成分中粉粒與粘粒含量比流動沙地有明顯改善，增強了土壤毛管作用；同時，半固定沙地植物蒸騰消耗的水分也較流動沙地量大。與此相對應(yīng)，固定沙地不能形成干沙覆蓋層，干沙厚度主要受降水量影響，當(dāng)連續(xù)無降水持續(xù)15d時，干沙層厚度可達(dá)到50cm以上，甚至成為通體干沙。這是因為，固定沙地土壤毛管作用強烈，水分主要以懸著水形式失散，連同相對強烈的植物蒸騰作用，剖面下層水分持續(xù)散失。

4 結(jié)論

（1）黃羊灘風(fēng)蝕沙地土壤剖面呈通體沙質(zhì)特征。流動沙丘全為單相沙層；丘間半固定沙地，表層有不連續(xù)的結(jié)皮存在，剖面有1～2個混沙粘土層；固定沙地上部有較厚的粘土層（20～35cm），層次過渡非常明顯，土壤結(jié)構(gòu)性差，以單粒結(jié)構(gòu)為主。

（2）黃羊灘風(fēng)蝕沙地，其機械組成以沙粒為主，容重與固相率遠(yuǎn)高于正常的森林土壤，土壤總孔隙度相對一般土壤明顯偏低。耕性差，固定沙地壘結(jié)緊實，流動、半流動沙地呈粗骨質(zhì)形態(tài)。

（3）流動沙地存在穩(wěn)定的干沙層，半固定沙地能形成干沙覆蓋，固定沙地不能形成干沙覆蓋層。

［1］邢存旺，趙廣智，馬增旺，等.冀西北地區(qū)活沙障營建技術(shù)研究［J］.河北林業(yè)科技，2006，（6）.

［2］趙廣智，馬增旺，邢存旺，等.宣化縣黃羊灘原生植被資源調(diào)查分析評價及保護(hù)利用［J］.河北林業(yè)科技，2007，（2）.

［3］馬增旺.河北省土地沙漠化概況［J］.河北林業(yè)科技，2000，（S）.

［4］王濤，朱震達(dá)，趙哈林.我國沙漠化研究的若干問題［J］.中國沙漠，2004，24（2）.

［5］孫武，李保生.近40年壩上后山地區(qū)沙漠化因子主份量的耦合波動［J］.地理研究，2002，21（3）.

S714.2

A

1002-3356（2010）01-0001-03

2009-12-08