梁瀟灑，王雪，婁義寶

(遼寧工程技術(shù)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，遼寧阜新123000)

不同樹種水土保持林對坡面土壤水肥狀況的影響

梁瀟灑，王雪，婁義寶

(遼寧工程技術(shù)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，遼寧阜新123000)

摘要通過測定不同樹種林分下土壤的肥力及物理性狀，采用改進(jìn)層次分析法( AHP)對土壤肥力水平進(jìn)行綜合評價，并結(jié)合各土壤入滲及持水特征對土壤水平進(jìn)行對比。結(jié)果表明:在中坡，山楂林分土壤肥力綜合水平、蓄持水能力都高于楊樹林分，但其穩(wěn)定入滲速率低于楊樹林分;坡頂處，核桃林土壤肥力及入滲能力均高于荒草地，但其容重較大;板栗林土壤入滲及持水狀況好于荒草地，但土壤肥力水平低于后者。

關(guān)鍵詞層次分析;土壤肥力;入滲;持水;對比分析

水土保持林能夠改善土壤內(nèi)在的理化性狀、提高土壤抗蝕性，是保持水土、防止土壤侵蝕的特有林種。不同樹種的水土保持林對林下土壤的理化性質(zhì)的影響不同［1，2］。通過了解不同樹種對林下土壤理化性質(zhì)的影響狀況，能夠幫助我們選擇、培育樹種，從而發(fā)揮更好的水土保持作用。

層次分析法(簡稱AHP方法)是一種定性與定量相結(jié)合的決策分析方法，對各種類型問題的決策分析具有較廣泛的實(shí)用性。目前，AHP法已被廣泛應(yīng)用于生態(tài)、土壤肥力等評價中。但在運(yùn)用AHP法進(jìn)行評價過程中，專家的判斷差異可能會對權(quán)重的判定產(chǎn)生一定的影響，繼而影響評價結(jié)果的準(zhǔn)確性。為避免上述缺陷，可采用樣本各指標(biāo)實(shí)測數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)差Si來反映各指標(biāo)對綜合評價的影響大小程度，并用Si構(gòu)建判斷矩陣，可對AHP法進(jìn)行改進(jìn)［2］。

本文采用改進(jìn)的AHP法通過對指標(biāo)設(shè)置不同權(quán)重，對楊樹、核桃、板栗、山楂林下土壤肥力狀況進(jìn)行綜合評價，同時結(jié)合部分土壤物理性質(zhì)對土壤水、肥條件進(jìn)行對比，探討不同坡位不同樹種對土壤性狀產(chǎn)生的影響。

1　研究區(qū)概況及研究方法

1.1研究區(qū)概況

研究區(qū)坐落于柳江盆地。介于119°30'—119° 40' E，40°02'—40°14' N之間。盆地南北長約20 km，東西寬約12 km，北、東、西三面為山，僅南面向渤海開口，地貌形態(tài)為南北向延伸、中淺切割的低山丘陵區(qū)。本區(qū)處于中緯度地帶，為暖溫帶半濕潤季風(fēng)區(qū)，屬于暖溫帶半濕潤季風(fēng)性氣候。四季分明，光照充足，水熱資源豐富。年降水量為400～1 000 mm，年平均降雨量695.5 mm，多集中于7—8月，可

達(dá)年降水量的70%。

1.2研究方法

選取楊樹、山楂、板栗、核桃林下土壤作為研究對象，每個對象設(shè)置5個取樣點(diǎn)，對其土壤理化性質(zhì)進(jìn)行分析，取各指標(biāo)的平均值用于綜合評價分析。指標(biāo)為土壤容重、土壤含水率、土壤入滲狀況(環(huán)刀法)、土壤有機(jī)質(zhì)含量(油浴法)、土壤水解性氮含量(擴(kuò)散吸收法)、全氮量(半微量開式法)、有效磷含量( NaHCO3浸提，鉬銻抗比色法)、全磷量( HClO4—H2SO4消煮，鉬銻抗比色法)、速效鉀含量(火焰光度計法)、全鉀量(火焰光度計法)［5－6］。實(shí)驗數(shù)據(jù)采用Excel及Matlab7.0進(jìn)行處理。

表1　試驗地基本概況

1.3改進(jìn)層次分析法綜合評價模型的構(gòu)建

1.3.1土壤肥力隸屬度函數(shù)的構(gòu)建當(dāng)上述所選定的各項指標(biāo)的數(shù)值超過或者低于某一數(shù)值時，與土壤肥力的相關(guān)性較低，且各指標(biāo)量綱的不同使得各指標(biāo)數(shù)值之間有很大的差異。使用各因素對土壤肥力的隸屬度作為評價指標(biāo)，可以減小上述差異。

根據(jù)所選指標(biāo)對植物影響特征，選用S型隸屬度函數(shù)，建立函數(shù)如下:

式中x1和x2分別是評價指標(biāo)的下限和上限值。經(jīng)過上述公式的處理，可以得到各評價指標(biāo)的隸屬度值，并可建立土壤肥力評價指標(biāo)隸屬度矩陣Zm×n= { zij}，i = 1～m，j = 1～n; i為指標(biāo)個數(shù)，j為樣本數(shù)。

1.3.2判斷矩陣的建立從綜合評價的角度看，評價指標(biāo)內(nèi)部變化的程度越大，則其為綜合評價傳遞的信息越多，因此反映樣本內(nèi)數(shù)據(jù)變化程度的標(biāo)準(zhǔn)差Si可用來反映各評價指標(biāo)對綜合評價的影響程度，并用于構(gòu)建判斷矩陣An×n［6］。矩陣An×n內(nèi)部值aij用下式計算［7］:

式中，Smax和Smin分別為{ S( i) i =1～n}的最大值和最小值;相對重要性程度參數(shù)值bm= min{ 9，int ［Smax/Smin+0.5］}，min和int分別為取最小和取整函數(shù)。

矩陣An×n的最大特征值所對應(yīng)的特征向量即為權(quán)重。

1.3.3判斷矩陣的一致性檢驗為了使判斷矩陣在邏輯上是合理的，應(yīng)對判斷矩陣進(jìn)行一致性檢驗。當(dāng)一致性指標(biāo)CR＜0.1時，認(rèn)為判斷矩陣具有滿意的一致性。矩陣一致性的檢驗公式為:

表2　平均隨機(jī)一致性指標(biāo)RI

1.3.4土壤肥力綜合評價模型的建立由評價各指標(biāo)的隸屬度值結(jié)合其權(quán)重可以建立土壤綜合評價的模型:

式中: FI為第k個采樣點(diǎn)的土壤肥力質(zhì)量指數(shù)值，zki為第k個采樣點(diǎn)的第i個指標(biāo)的隸屬度值; wi為第i個指標(biāo)的權(quán)重值。

1.3.5土壤肥力的綜合評價結(jié)果根據(jù)上述改進(jìn)的AHP法并對評價指標(biāo)選擇合適上下限值，構(gòu)建判斷矩陣An×n及隸屬度矩陣Zm×n如下:

利用Matlab7.0求得矩陣An×n的最大特征值λmax= 7.219 3，利用方根法求得特征向量為( 0.102 3，0.039 1，0.036 3，0.045 1，0.465 4，0.046 4，0.265 4)T;將λmax代入一致性檢驗公式得CR =0.026 9＜0.1，滿足判斷矩陣的一致性檢驗，即所得到的特征向量可作為對應(yīng)評價指標(biāo)的權(quán)重值。

表3　不同林下土壤肥力評價指標(biāo)權(quán)重值

結(jié)合權(quán)重得到四種林下土壤綜合評指數(shù)FI大小排序，中坡:山楂林0.969＞楊樹林0.782;坡頂:核桃林0.484＞荒草地0.460＞板栗林0.277。

表4　不同林下土壤肥力指標(biāo)

2　結(jié)果分析

2.1土壤肥力分析

從已測數(shù)據(jù)和分析結(jié)果來看，中坡位置山楂林下土壤肥力指數(shù)高于楊樹;坡頂位置土壤肥力指數(shù)核桃＞荒草地＞板栗林。各評價指標(biāo)中，坡頂?shù)幕牟莸赜袡C(jī)質(zhì)含量過高，可能是由于荒草地常年枯死的草本植物不斷在土壤中積累造成的;核桃林下土壤肥力略好于荒草地，說明種植核桃可對土壤肥力起到改良作用，而板栗林低于荒草地水平，則可能是板栗對土壤肥力的消耗比較大。中坡的山楂林下土壤各肥力指標(biāo)水平都較高，說明其林下土壤生產(chǎn)能力、生產(chǎn)潛力都較大。

2.2土壤入滲及持水特征分析

土壤入滲及持水能力直接影響著土壤的抗蝕性及水土保持作用。入滲能力強(qiáng)的土壤，能夠?qū)⒔邓皶r入滲，延緩徑流的形成;另外，入滲到土壤中的水分除少量在深層滲漏以外，其絕大部分都直接轉(zhuǎn)化為土壤水儲存在“土壤水庫”中［9］，這就為植物生長發(fā)育提供更多的水分。土壤容重、孔隙度影響土壤的持水能力。土壤容重較小時，土粒間距較大，土體疏松，孔隙度大，土壤具有較強(qiáng)的水分蓄持能力;土壤容重大時，土壤結(jié)構(gòu)較致密，孔隙度小，土壤水分蓄持能力差［10］。土壤含水量則對土壤入滲及持水都有影響，同一土壤結(jié)構(gòu)狀態(tài)下，土壤入滲率隨土壤含水量的增加而減小，同時由于土壤含水量大，其所能繼續(xù)蓄持的水量減少。

從測定的結(jié)果來看，在中坡，山楂林下土壤容重、含水量均小于楊樹，其所能蓄持的水量要大于楊樹。所以，在發(fā)生較大降水時，山楂林下土壤產(chǎn)流量小于楊樹。但楊樹林下土壤穩(wěn)定入滲率要高于山楂，即在降水強(qiáng)度較大時，楊樹林下

土壤產(chǎn)流的速度要慢于山楂。坡頂位置，板栗林土壤容重及穩(wěn)定入滲率都高于荒草地，且其含水量小于荒草地。說明與荒草地相比，栽植板栗后，土壤的持水及入滲能力均有所提高，土壤的水土保持效果得到提高;核桃林土壤的穩(wěn)定入滲率、含水量高于荒草地，但其容重較之荒草地有所增長，即核桃林土壤另外可蓄持水量小于荒草地，但前者在降雨強(qiáng)度較大時，前期降水能及時入滲，推遲地表徑流的產(chǎn)生。從另一方面來說，荒草地在降雨強(qiáng)度較大時，易形成地表徑流，從而導(dǎo)致水土流失的發(fā)生。

表5　各林下部分土壤物理指標(biāo)

3　總結(jié)

3.1山楂林下土壤肥力及入滲、持水狀況都較好，是良好的坡面水土保持樹種。

3.2荒草地土壤入滲能力差，要進(jìn)行水土保持治理，以防止坡面徑流造成的水土流失。

3.3板栗林對土壤入滲及持水能力有改善作用，但對土壤肥力有較大消耗，需要通過管護(hù)培肥，以保證其正常生長。

3.4核桃林下土壤孔隙度較小，可通過翻耕等降低其土壤容重，從而更有利于植物生長。

參考文獻(xiàn):

［1］沈慧，姜鳳岐，杜曉軍，等.水土保持林土壤抗蝕性能評價研究［J］.應(yīng)用生態(tài)學(xué)，2000，11( 3) : 345－348

［2］孫波，張?zhí)伊?，趙其國.我國東南丘陵山區(qū)土壤肥力的綜合評價［J］.土壤學(xué)報，1995，32( 4) : 362－368

［3］吳殿廷，李東方.層次分析法的不足及其改進(jìn)的途徑［J］.北京師范大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版，2004，40( 2) : 264－268

［4］章海波，駱永明，趙其國，等.香港土壤研究Ⅵ:基于改進(jìn)層次分析法的土壤肥力質(zhì)量綜合評價［J］.土壤學(xué)報，2006，43( 4) : 577－583

［5］蒙寬宏.土壤水分入滲測定方法及影響因素［D］.哈爾濱:東北林業(yè)大學(xué)，2006: 11－12

［6］胡慧蓉，田昆.土壤學(xué)實(shí)驗指導(dǎo)教程［M］.北京:北京林業(yè)出版社，2012: 44－85

［7］翟立林，張慶洪.應(yīng)用決策分析［M］.上海:同濟(jì)大學(xué)出版社，1994

［8］汪應(yīng)洛.系統(tǒng)工程［M］.2版.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2001

［9］呂剛，吳祥云.土壤入滲特性影響因素研究綜述［J］.中國農(nóng)學(xué)通報，2008，24( 7) : 494－499

［10］李卓，吳普特，馮浩，等.容重對土壤水分蓄持能力影響模擬試驗研究［J］.土壤學(xué)報，2010，47( 7) : 611－620

Effects of Different Tree Species for Soil Water Conservation on Soil Moisture Content and Fertility on Slope

Liang Xiaosa，Wang Xue，Lou Yibao
( Environmental Science and Engineering Institute，Liaoning Technical University，F(xiàn)uxin 123000，China)

AbstractBy measuring the physicochemical properties of soil understory with different slope positions，soil fertility was comprehensively evaluated by adopting improved analytic hierarchy process ( AHP).Soil level was compared by the characteristics of soil infiltration and water retention capacity.Result shows that at the middle of the slope，comprehensive levels of soil fertility and water holding of Crataegus pinnatifida are all higher than that of Populus simonii，but its steady infiltration rate is lower than that of Populus simonii; at the top，the soil fertility and water infiltration capacity of Juglans regia are higher than that of wild grass ground，but it have greater bulk gravity; the soil infiltration and water retention capacity of Castanea mollissima are higher than that on wild grass ground，but its fertility level is below than that of the latter.

Key wordsanalytic hierarchy process; soil fertility; infiltration; water holding; comparative analysis

作者簡介:梁瀟灑( 1993－)，男，本科在讀，從事水土保持與荒漠化防治研究.

收稿日期:2015－06－17

文章編號:1005－5215( 2015)09－0005－03

中圖分類號:S714

文獻(xiàn)標(biāo)識碼:Adoi:10.13601/j.issn.1005－5215.2015.09.002