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        黑土區(qū)落葉松人工林土壤結(jié)構(gòu)性特征及動態(tài)變化

        2015-01-12 08:40:01史長婷
        黑龍江水利科技 2015年12期
        關鍵詞:土壤結(jié)構(gòu)次生林林齡

        史長婷

        (黑龍江省水利水電勘測設計研究院,哈爾濱 150040)

        文章編號:1007-7596(2015)12-0019-02

        黑土區(qū)落葉松人工林土壤結(jié)構(gòu)性特征及動態(tài)變化

        史長婷

        (黑龍江省水利水電勘測設計研究院,哈爾濱 150040)

        以東北典型黑土區(qū)林齡分別為8a、21a、30a、37a、52a的落葉松人工林為研究對象,通過對土壤容重、非毛管孔隙度、毛管孔隙度的測定與分析,研究了不同林齡落葉松人工林土壤結(jié)構(gòu)性特征及其動態(tài)變化。結(jié)果表明:0~30 cm土層范圍內(nèi),土壤容重平均變化范圍為1.06~1.19 g·cm-3,隨林齡的增加人工落葉松林可以顯著降低土壤容重(P<0.05);NCP/CP平均變化范圍為0.03~0.11,僅37a生人工林提高效果顯著(P<0.05)??梢哉J為,在典型黑土區(qū)通過落葉松人工林的培育能夠改善土壤結(jié)構(gòu),但這種影響并不是隨著林齡增加而無限度的增強,37a是明顯改善土壤結(jié)構(gòu)的臨界年齡。該結(jié)果為進一步研究典型黑土區(qū)水土保持林的構(gòu)建與調(diào)控提供了參考。

        落葉松人工林;黑土;土壤容重;非毛管孔隙度/毛管孔隙度

        土壤結(jié)構(gòu)是土壤質(zhì)量重要指標體系之一[1],受自然生態(tài)環(huán)境變遷和各種人為生產(chǎn)活動的影響,在表征土壤質(zhì)量演變、退化與恢復過程方面具有極為重要的意義。土壤結(jié)構(gòu)對土壤肥力因素的協(xié)調(diào)作用是無可爭議的事實[2],研究土壤結(jié)構(gòu)不僅有助于正確地評價土壤肥力性狀和土壤水分有效性,而且有助于對土壤抗蝕性的認識與評價,土壤結(jié)構(gòu)的功能最終也將通過作物產(chǎn)量和品質(zhì)反映出來[3-4]。

        東北黑土區(qū)是我國主要的糧豆生產(chǎn)基地和重要的商品糧生產(chǎn)基地。近年來,受自然和人為因素的影響,黑土土體結(jié)構(gòu)破壞、生產(chǎn)力下降,失去根系保護作用的團聚體結(jié)合能力降低,極易發(fā)生土壤孔隙的堵塞,影響水分入滲,誘發(fā)侵蝕。為此,本研究選擇典型黑土區(qū)不同林齡的落葉松人工林為研究對象,通過對不同生長發(fā)育階段林地土壤容重的定、非毛管孔隙/毛管孔隙(NCP/CP)計算與對比分析,以期為科學評價典型黑土區(qū)植被恢復對土壤質(zhì)量的影響和深入研究水土保持林構(gòu)建提供理論依據(jù)。

        1 研究區(qū)概況與研究方法

        1.1 研究區(qū)自然概況

        研究地點位于黑龍江省西北部的克山縣境內(nèi)的克山農(nóng)場(48°12′~48°23′N,125°8′~125°37′E),屬克拜漫川漫崗地帶,海拔240~340m,平均坡度3°。區(qū)域內(nèi)土壤類型以典型黑土(黏化濕潤均腐土)為主,屬典型黑土區(qū)。溫帶大陸性季風氣候特征明顯,年平均氣溫0.9℃,≥10℃有效積溫2296.2℃,年平均降水量501.7 mm,平均蒸發(fā)量1329.4 mm,無霜期115d,土壤凍結(jié)期從11月初—翌年6月中旬,最大結(jié)凍深度可達2.5m。

        1.2 研究方法

        1.2.1 樣地選擇與采樣點布設

        在克山農(nóng)場26連隊,選擇立地條件相近、林齡分別為8a、21a、30a、37a、52a的落葉松(Larix gmelini)人工純林,分別設置20×20 m的臨時樣地各1塊,同時以鄰近天然次生林為對照,各試驗地的林分特征見表1。在設置的臨時樣地內(nèi)“S”型布點,分別挖掘3個土壤剖面,按照0~10 cm,11~20 cm,21~30 cm機械分層,每層分別設置3個取樣點。

        表1 試驗地林分特征

        1.2.2 測定指標及方法

        采用環(huán)刀法(環(huán)刀規(guī)格為100cm3)測定土壤的容重、孔隙度,同時計算非毛管孔隙/毛管孔隙(NCP/CP)。采用Excle2003 和Sigmaplot 10.0 軟件對數(shù)據(jù)進行分析處理,并進行了T檢驗。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 土壤容重的變化

        測定結(jié)果表明,所研究各林分0~30cm土層范圍內(nèi)的土壤容重平均變化范圍為1.06~1.19 g·cm-3,總體上表現(xiàn)為落葉松人工林土壤容重大于次生林。37a生和52a生落葉松人工林土壤容重與次生林之間差異不顯著,說明經(jīng)過多年培育的落葉松人工林對土壤容重的影響可以達到與當?shù)靥烊淮紊窒嘟乃?見表2)。從不同年齡落葉松人工林土壤容重平均值分析,從小到大依次為37a< 52a<8a<21a<30a。其中,37a生和52a生林分土壤容重與21a生和30a生林分差異顯著(P<0.05),說明隨林齡的增加可以明顯降低林分土壤容重,并以37a生時影響效果最大。而8a生林分土壤容重較小,與21a生和30a生林分差異顯著(P<0.05)的原因主要可能是造林時間較短,林地土壤受造林前長期耕作影響所致。

        表2 不同林分土壤容重測定結(jié)果 g·cm-3

        注:表中±標準偏差,大寫字母不同表示同列內(nèi)差異顯著(P<0.05),小寫字母不同表示同行內(nèi)差異顯著(P<0.05)。

        從表2還可以看出,所研究的各林分內(nèi)土壤容重總體上呈現(xiàn)出隨著土層深度的增加而逐漸增大的一致性規(guī)律。0~30cm土層范圍內(nèi),次生林土壤容重在各層間變化幅度不大,差異未達顯著水平,說明天然林在改善土壤容重方面影響范圍相對較深;37a和52a生落葉松人工林內(nèi)表層(0~10cm)和下層土壤容重間差異顯著(P<0.05),而下層土壤之間的差異未達顯著水平,表現(xiàn)出其改善土壤容重的作用趨近天然次生林;8a、21a和30a生落葉松人工林對土壤容重的影響主要集中在表層,其中8a生林分影響的范圍相對較深,恰恰與造林前耕作的深度相吻合。

        2.2 土壤NCP/CP值的變化

        土壤中非毛管孔隙/毛管孔隙常用于表征土壤通氣性、滲透性和保水性。NCP/CP增大,一方面能反映出土壤滲透能力增強,進而減少地表徑流、削弱水土流失的潛在威脅;另一方面可以反映出土壤蒸發(fā)潛力的降低,改善土壤的氣體交換條件。本次研究發(fā)現(xiàn),0~30cm土層范圍內(nèi),各林分土壤NCP/CP平均值的變化范圍為0.03~0.11,并以37a生落葉松人工林最高,各林分之間的變化無明顯規(guī)律(見圖1)。統(tǒng)計分析結(jié)果表明,37a生落葉松人工林土壤NCP/CP與21a、30a和52a生人工林間差異均達顯著水平(P<0.05),而與天然次生林差異不顯著,再次說明37a生人工林能顯著改善土壤孔隙狀況、提高土壤的通透性和保水性,且作用程度可以達到甚至超過天然次生林;對8a生林分而言,由于造林前長期耕作的原因,使其土壤NCP/CP值相對較高,與37a生林分的差異未達顯著水平。

        從土壤NCP/CP在垂直梯度上的變化來看,所研究各林分整體上呈現(xiàn)出隨著土層深度的增加而減小的趨勢。對21a和30a生人工林而言,土壤各層NCP/CP始終維持較低的水平,且NCP/CP在垂直梯度上變化幅度不大;而對8a生林分來說,NCP/CP在垂直梯度上變化幅度較大,尤其是上層土壤(0~20cm)NCP/CP值表現(xiàn)出較高的水平,這同樣與造林前期的長期耕作有關。

        3 結(jié)論與建議

        1)研究發(fā)現(xiàn),各林分0~30cm土層范圍內(nèi)的土壤容重平均變化范圍為1.06~1.19 g·cm-3,隨林齡的增加人工落葉松林不僅可以顯著降低土壤容重(P<0.05),而且可以擴大影響的深度,并以37a生時影響效果最大。

        2)統(tǒng)計結(jié)果表明,所研究各林分0~30cm土層范圍內(nèi)土壤NCP/CP平均變化范圍為0.03~0.11,但無明顯變化規(guī)律,37a生人工林能顯著改善土壤孔隙狀況、提高土壤的通透性和保水性,且作用程度可以達到甚至超過天然次生林。

        3)綜合土壤容重、NCP/CP、GSSI以及土壤三相變化的二維三系圖等對比分析,可以認為在典型黑土區(qū)通過落葉松人工林的培育能夠改善土壤結(jié)構(gòu),但這種影響并不是隨著林齡增加而無限度的增強,37a生時改善土壤結(jié)構(gòu)較為顯著,為此建議該年齡階段應該對落葉松人工水土保持林的結(jié)構(gòu)進行必要的調(diào)整。

        [1]周虎,呂貽忠,李保國.土壤結(jié)構(gòu)定量化研究進展[J].土壤學報,2009,46(03):502-505.

        [2]張希彪,上官周平.人為干擾對黃土高原子午嶺油松人工土壤物理性質(zhì)的影響[J].生態(tài)學報, 2006, 26(11): 3685-3695.

        [3]曾德超.機械土壤動力學[M].北京:科學技術出版社,1995:108-115.

        [4]孟凱,張興義.松嫩平原黑土退化的機及其生態(tài)復原[J].土壤通報,1998,29(03):100-102.

        2015-09-28

        史長婷(1984-),女,山東莒縣人,工程師,從事水土保持技術及土地生產(chǎn)力恢復技術的研究。

        S714.2

        B

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