王洪，許躍華，張金池，張瑜，楊興春

(1.攀枝花市水土保持生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)分站，617000，四川攀枝花;2.南京林業(yè)大學(xué)森林與環(huán)境學(xué)院，210037，南京)

濱海鹽堿地是在海洋和陸地的相互作用下由大量泥沙沉積而形成的連接陸地和海洋的緩沖地帶，絕大多數(shù)屬泥質(zhì)海岸帶，土壤類型主要為濱海鹽土類、潮土類和水稻土類［1］。土壤發(fā)育初期，生物循環(huán)積累養(yǎng)分作用微弱，土壤養(yǎng)分主要來(lái)自母質(zhì)中的本底養(yǎng)分，含量低，含鹽量較高。治理鹽堿地的主導(dǎo)理論為陳恩風(fēng)教授等提出的“以排水為基礎(chǔ)，培肥為根本”，在這一理論的引導(dǎo)下濱海鹽堿地的生態(tài)治理措施主要可分為農(nóng)業(yè)綜合措施和林業(yè)綜合措施［2］，林業(yè)綜合措施包括生態(tài)防護(hù)林網(wǎng)建設(shè)和濕地建設(shè)等［3-4］。蘇北泥質(zhì)海岸早期的生態(tài)防護(hù)林網(wǎng)以刺槐(Robinia pseucdoacacia)與柳杉(Cryptomeria fortunei)為主［5-6］，6大林業(yè)生態(tài)工程實(shí)施以后，楊樹(Populus tomentos)作為優(yōu)良的速生豐產(chǎn)林樹種［7-9］，成為蘇北沿海防護(hù)林體系主要的造林樹種。筆者通過對(duì)蘇北泥質(zhì)海岸主要防護(hù)林樹種楊樹改良鹽漬土效應(yīng)的研究，揭示沿海鹽堿地主要土壤質(zhì)量指標(biāo)與林齡、土層之間的變化規(guī)律，以期為選擇優(yōu)良樹種，改良沿海鹽堿地提供依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于江蘇沿海平原沙土區(qū)的大豐林場(chǎng)(E 120°45′，N 33°02′)，屬于暖溫帶和北亞熱帶的過渡帶，受海洋性氣候和大陸性氣候的雙重影響，風(fēng)速變化急劇，水分循環(huán)劇烈，臺(tái)風(fēng)、暴雨、冰雹、龍卷風(fēng)等災(zāi)害性天氣發(fā)生頻繁。年均日照時(shí)間2 255.6 h，年降水量為1 133.3 mm，年氣溫在-15～39℃之間，平均風(fēng)速4.5 m/s以上。通過對(duì)研究區(qū)土壤理化性質(zhì)的測(cè)定，其土壤平均密度為1.52 g/cm3，含水率為21% ～34%，pH值在8.07～8.79之間，屬于堿性土壤。大豐林場(chǎng)均為人工林，喬木以楊樹、水杉(Metasequoia glyptostroboides)和銀杏(Ginkgo biloba)等速生樹種為主，草本以野生的一年蓬(Erigeron annuus(Linn.)Pers)、蛇莓(Duchesnea indica)等禾本科植物為主。

2 研究方法

在林區(qū)路線踏查的基礎(chǔ)上，選擇林相比較完整且具有代表性的楊樹(楊樹品種均為72楊)純林設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)樣地，林分類型均為片林，片林樣地大小為20 m×20 m。在樣地內(nèi)進(jìn)行每木檢尺，根據(jù)平均胸徑斷面積選定標(biāo)準(zhǔn)木，其中楊樹4株，水杉1株，并對(duì)各個(gè)器官分別稱量求其生物量。并以灘涂蘆葦(Phragmites communis)地土壤樣本作為對(duì)照(CK)，共計(jì)6個(gè)土壤取樣點(diǎn)，在取樣點(diǎn)內(nèi)挖取長(zhǎng)1 m、寬1 m、深1 m的土壤剖面，分5層(0～10 cm、10～20 cm、20～40 cm、40～70 cm、70～100 cm)取樣，混勻裝入土袋，經(jīng)風(fēng)干、碾碎、過篩等處理后作為測(cè)試土壤指標(biāo)的樣品。數(shù)據(jù)處理采用OriginPro數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行多項(xiàng)式擬合曲線畫圖。標(biāo)準(zhǔn)地林分基本特征見表1。

表1 標(biāo)準(zhǔn)地林分基本特征Tab．1 Characteristic of standard forest

3 結(jié)果與分析

3.1 土壤密度

土壤密度反映了土壤的緊實(shí)程度，由于樹木年齡不同，樹木根系生長(zhǎng)發(fā)育狀況、活動(dòng)范圍、根系數(shù)量和死亡程度的差異，導(dǎo)致土壤密度也有所差別。

由圖1可以看出，楊樹林地由上往下0～10 cm、10～20 cm、20～40 cm、40～70 cm 和70～100 cm 土壤密度呈逐層增大的趨勢(shì)，土壤平均密度分別為1.36、1.47、1.54、1.60 和1.63 g/cm3;由于蘆葦是一年生草本植物，根系集中在0～10 cm、10～20 cm和20～40 cm的表層土壤內(nèi)，土壤密度分別為1.59、1.60和1.64 g/cm3，高于楊樹林表層土壤密度。6～19 a內(nèi)，土壤密度從1.60 g/cm3下降至1.46 g/cm3，呈逐年減少的趨勢(shì)。

圖1 土壤密度多項(xiàng)式擬合曲線Fig．1 Polynomial fitting curve of soil bulk density

研究表明:土壤密度受根系影響較大，土層由上至下，根系數(shù)量遞減，根系的活動(dòng)能力和范圍遞減，其松動(dòng)土壤的能力也隨之降低，土壤密度則逐層增加;草本植物的表層土由于根系數(shù)量(特別是細(xì)根數(shù)量)比喬木的表土層豐富，其松動(dòng)表層土壤的能力比喬木強(qiáng)。

3.2 有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)

蘇北沿海泥質(zhì)土由于成土?xí)r間短，有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)相對(duì)較低，見圖2。可以看出:6～19 a內(nèi)，楊樹林地有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)從4.20 g/kg上升到5.51 g/kg，表明林齡越大，有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高;由上往下土壤有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈逐層減少的趨勢(shì)，且集中在0～40 cm的土層內(nèi)，所占比例在79% ～86%之間。楊樹林地有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)是蘆葦?shù)氐?.31～1.72倍，且隨著林齡的增加層增大的趨勢(shì);但表層土(0～10 cm)有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)依次表現(xiàn)為7 a楊樹林地＜蘆葦?shù)兀?6 a楊樹林地。表明在一定的年限內(nèi)，草本植物改良土壤表層有機(jī)質(zhì)的作用大于喬木;但一定年限后，隨著喬木枯枝落葉和表層根系的腐爛，有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)明顯高于草本。

3.3 全N和全P質(zhì)量分?jǐn)?shù)

從圖3和圖4可以看出:6～19 a內(nèi)，楊樹林全N、全P質(zhì)量分?jǐn)?shù)均高于蘆葦?shù)?，分別是蘆葦?shù)氐?.53～2.08倍和1.18～1.44倍;隨著林齡的增長(zhǎng)，楊樹林全N、全P質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別從2.38和2.15 g/kg上升至3.25和2.64 g/kg。由上往下土壤全N、全P質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈逐層減少的趨勢(shì)，且集中在0～40 cm的土層內(nèi)，所占比例分別在70% ～79%和66% ～69%之間。由此可見，全N、全P質(zhì)量分?jǐn)?shù)與根系數(shù)量及分布密切相關(guān)，樹齡越大，土層越靠近地表，其根系的數(shù)量越多，腐爛后經(jīng)礦質(zhì)化過程所釋放至土壤中的N、P等元素越多。

圖2 土壤有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)Fig．2 Graph of the soil organic matter content

圖3 土壤全N質(zhì)量分?jǐn)?shù)Fig．3 Graph of the soil total nitrogen content

圖4 土壤全質(zhì)量分?jǐn)?shù)Fig．4 Graph of the soil total phosphorus content

3.4 pH值

從表2可以看出，楊樹林能夠明顯減低土壤pH值，且隨著林齡的增加，改良土壤的作用逐漸增強(qiáng)。蘆葦?shù)赜捎诔赏習(xí)r間相對(duì)較短，含鹽量較高，pH值在8.62～8.79之間。由此可見，相對(duì)于成土?xí)r間較短，含鹽量較高的濱海鹽漬土，植被能夠明顯地降低土壤的pH值，且與根系的數(shù)量及分布密切相關(guān)。

表2 不同林齡楊樹林地土壤pH值Tab．2 Soil pH value of Poplar stands at different ages

3.5 蘇北泥質(zhì)海岸鹽堿地主要造林樹種土壤改良作用對(duì)比

從表3可以看出，16 a楊樹林松動(dòng)土壤、增加土壤有機(jī)質(zhì)、全N、全P質(zhì)量分?jǐn)?shù)，降低pH值的能力略大于水杉。這是由于楊樹根系生長(zhǎng)速度大于水杉，根據(jù)對(duì)樣地標(biāo)準(zhǔn)木進(jìn)行生物量測(cè)定，16 a楊樹根系生物量為50.93 kg，是水杉根系生物量的2.27倍。

4 結(jié)論與討論

1)楊樹林對(duì)土壤具有明顯的改良作用，根系越發(fā)達(dá)，松動(dòng)土壤的作用越強(qiáng)，土壤密度越低;根系的不斷腐爛，其固定的各種元素分解到土壤中，能夠顯著地提高有機(jī)質(zhì)、全N、全P質(zhì)量分?jǐn)?shù);蘇北泥質(zhì)土為初期土，含鹽量較高，pH值較大，根系腐爛后形成腐殖質(zhì)，在土壤中可以呈游離的腐殖酸和腐殖酸鹽類存在，可以降低pH值。

表3 16a楊樹林與水杉林土壤改良作用比較結(jié)果Tab．3 Comparison of soil improvement between Poplar and Metasequoia of 16 years old

2)楊樹林改良土壤的作用與林齡、根系分布密切相關(guān)。林齡越大，改良土壤的作用越強(qiáng);土層由上至下，根系分布逐層減少，改良土壤的作用也逐層削弱。

盡管本研究從根系數(shù)量及分布角度對(duì)土壤的改良能力進(jìn)行了分析，但其改良能力還與微生物、酶活性等因素有關(guān)，是個(gè)復(fù)雜而動(dòng)態(tài)的過程。下一階段，擬結(jié)合其他方面(酶活性、微生物等)進(jìn)一步開展綜合研究。

［1］ Lu Hong，Li Ren′an.Soil evolution on the South of Hangzhou gulf and its exploiting and utilization［J］.Chinese Journal of Soil Science，2009，40(2):218-220

［2］ 單奇華，張建鋒，阮偉建，等.濱海鹽堿地土壤質(zhì)量指標(biāo)對(duì)生態(tài)改良的響應(yīng)［J］，生態(tài)學(xué)報(bào)，2011，31(20):6072-6079

［3］ He Guiping，Chen Yitai，Huang Yiping，et al.Dynamics of soil salinity and moisture contents on saline and alkaline land of seabearch after plantation in Hangzhou Bay［J］.Forest Research，2006，19(2):257-260

［4］ Koo B J，Je J G，Woo H J.Experimental restoration of a salt marsh with some comments on ecological restoration of coastal vegetated ecosystems in Korea［J］.Ocean Science Journal，2011，46(1):47-53

［5］ 萬(wàn)福緒，韓玉潔.蘇北沿海防護(hù)林優(yōu)化模式研究［J］.北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2004，26(2):31-36

［6］ Khan M H，Singha K B，Panda S K.Changes in antioxidant levels in Oryza sativa L.roots subjected to NaCl-salinity stress［J］.Acta Physiologiae Plantarum，2002，24(2):145-148

［7］ 萬(wàn)福緒，楊東.蘇北海堤杉木楊樹混交林林木生長(zhǎng)及土壤肥力研究［J］.南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2006，30(2):43-46

［8］ 李海玲，王麒，方升佐.兩個(gè)楊樹無(wú)性系中大量元素含量的年變化［J］.南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2006，30(1):49-52

［9］ 丁鳳梅，魯法典，侯占勇，等.楊樹速生豐產(chǎn)林經(jīng)濟(jì)成熟與經(jīng)濟(jì)效益分析［J］.山東農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2008，39(2):233-238