敖漢旗風沙土土壤機械組成的分析

祁 偉1， 郭月峰2*， 姚云峰2，李 菲3，王 娟2

(1.內蒙古水利水電勘測設計院，內蒙古呼和浩特 010020；2.內蒙古農業(yè)大學，內蒙古呼和浩特 010018；3.赤峰市農業(yè)技術服務中心，內蒙古赤峰 024000)

摘要[目的] 為合理評價當地土壤結構和科學利用土地提供科學依據。[方法] 選擇赤峰市敖漢旗風沙土區(qū)主要林分類型(小葉楊、沙棘、山杏、油松)為研究對象，采用Mastersizer 3000激光粒度分析儀測定不同林分類型0～100 cm土層深度的土壤機械組成(黏粒、粉粒及砂粒)。[結果] 對于同種林分類型，不同土層中黏粒、粉粒、砂礫所占比例不同，但粒徑組成均表現為黏粒<粉粒<砂礫，且各粒徑組成在土壤垂直剖面上的分布規(guī)律不明顯。對于不同林分類型，0～100 cm土層中黏粒、粉粒、砂礫所占比例不同。小葉楊林分土壤中黏粒、粉粒所占比例最小，砂礫所占比例最大。[結論] 油松林分更有利于地力的恢復。

關鍵詞土壤機械組成；林分類型；土層深度

中圖分類號S718.51+6

基金項目內蒙古應用研究與開發(fā)計劃項目 “農林牧耦合生態(tài)系統(tǒng)固碳關鍵技術”(20110732)；“京津風沙源治理工程(內蒙片)固碳速率和潛力研究”(項目編號：XDA05060602)。

作者簡介祁偉(1981- )，男，內蒙古赤峰人，工程師，碩士，從事水資源節(jié)水與有效利用方面的研究。*

收稿日期2015-08-03

Soil Mechanical Composition Analysis of Aeolian Sandy Soil Types in Aohan Banner

QI Wei1, GUO Yue-feng2*, YAO Yun-feng2et al (1. Design Institute of Water Conservancy and Hydroelectric Power in Inner Mongolia, Hohhot，Inner Mongolia 010020；2.Inner Mongolia Agricultural University, Hohhot，Inner Mongolia 010018)

Abstract[Objective] The research aimed to provide a reasonable evaluation of the local soil structure and a scientific basis for scientific use of land. [Method] This paper chose the main forest types (Populus simonii, Hippophae rhamnoides, Armeniaca sibirica, and Pinus tabulaeformis Carr.) in the aeolian sandy soil area in Aohan Banner as the research object. Using Mastersizer 3000 laser particle size analyzer, the soil mechanical composition (clay, silt and sand) in 0-100 cm soil depth of different forest types was determined. [Result] The proportions of clay, silt and sand in different soil layers were different in the same forest types, but the composition of grain diameters were characterized like clay< silt < sand. The composition of grain diameters in soil vertical section presented no obvious regularities of distribution. The proportions of clay, silt and sand in 0-100 cm soil depth of different forest types were different in Populus simonii forest soil, the propotion of the stick and power was the smallest while the proportion of sand was the largest.[Conclusion] Pinus tabulaeformis Carr. can improve soil fertility of the four forest types.

Key wordSoil mechanical composition; Forest type; Soil depth

自然界中的土壤都是由多種不同大小的土粒按照不同的比例組合而成的。土壤機械組成是指土壤中各土粒粒徑的組合比率關系，一般以各粒級所占的百分比來表示，是一項重要的土壤物理性質[1-3]。左小安等[4]對科爾沁沙質草地群落物種多樣性、生產力與土壤特性的研究表明，對草地土壤機械組成的研究在改良土壤結構、防治土壤沙化、提高草地生產力、維持草地生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定都具有重要的意義。對我國北方部分地區(qū)進行的黃土蓄水過程影響機制模擬試驗研究表明， 土壤機械組成對土壤蓄水能力有較大影響，土壤蓄水能力隨黏粒含量的增加而遞增[5]。隋躍宇等[6]以海倫農田黑土為對象，研究土壤機械組成與土壤全量養(yǎng)分的相關性，發(fā)現在土壤機械組成中，土壤黏粒含量高是有利于土壤有機質積累的主要因素之一，土壤機械組成對土壤養(yǎng)分含量有著重要的影響。Royall[7]用土壤顆粒粒徑來分析水土流失問題，發(fā)現土壤粒度分布與水土流失模型、侵蝕系數均有一定的關系。Egashira等[8]對布拉馬普特拉河、梅格納河和恒河沖積平原土壤顆粒分布進行分析，發(fā)現黏粒含量相對較少，粒徑含量與土壤類型、土層深度有關。郝葳等[9]認為，土壤容重影響植株根系的生長與發(fā)育，孔隙度影響植物的發(fā)育和質量。這些國內外研究表明，土壤機械組成對于土壤的結構、性質、肥力以及植物的生長都有著重要的影響。筆者通過對赤峰市敖漢旗風沙土區(qū)4種主要林分類型(小葉楊、沙棘、山杏和油松)0～100 cm土層的土壤機械組成進行分析，剖析不同林分類型土壤機械組成的特征，旨在為當地科學合理利用土地資源和生態(tài)建設提供基礎數據和理論參考。

1材料與方法

1.1研究區(qū)概況研究區(qū)位于內蒙古自治區(qū)赤峰市東南部，地理坐標為 41°42′～43°2′N，119°30′～120°53′E。敖漢旗總的地勢為南高北低，從南向北由低山丘陵、黃土丘陵過渡到黃土漫崗，以至風沙坨沼地貌。敖漢旗處于中溫帶，屬于大陸性季風氣候。年均降雨量在310～390 mm之間，年均蒸發(fā)量在2 300～2 600 mm之間；10 ℃以上有效積溫為2 700～3 300 ℃，無霜期為130～150 d；年均風速為4～6 m/s。植被主要有天然草地、灌叢林、喬灌混交林、針闊混交林和闊葉純林等森林植被類型，而且以人工植被為主。由于巖石構成的多樣性，敖漢旗的土壤具有多樣性。土壤共分為8個土類、19個亞類、66個土屬、189個土種。8個土類分別為棕壤、褐土、栗褐土、栗鈣土、潮土、風沙土、沼澤土、粗骨土，其中以風沙土為主。

1.2樣地選取結合敖漢旗1∶5萬地形圖、主要樹種分布類型圖，2014年7月采用人為選擇典型樣地法對研究區(qū)進行采樣，兼顧代表性和均勻性原則，充分考慮研究區(qū)內的不同地貌特征等因素，盡量全面反映研究區(qū)的自然特征，共計選取有代表性的170個樣點。

1.3樣品采集確定樣區(qū)中的樣地后，使用手持GPS記錄樣地坐標信息，在具有代表性的樣點上采樣，確定土壤剖面位置。去除土壤表層的植被與枯落物，挖掘深1.0 m、長1.5 m、寬1.5 m的土壤剖面，按照0～20、20～40、40～60、60～80和80～100 cm劃分5層，由下至上分層取樣，3次重復，以降低采樣中系統(tǒng)誤差及異常樣點的干擾。將每個土壤剖面同一層次的土樣混合均勻，按四分法去除多余土樣裝入無菌袋帶回實驗室，晾曬，去除植物根系等雜質，測定其機械組成。取樣結束后，回填土壤剖面，記錄樣區(qū)內的樹種。

1.4土壤機械組成的測定用Mastersizer 3000激光粒度分析儀測定土壤機械組成。根據美國制土壤顆粒分級標準，將土壤劃分為砂礫(2.00～0.050 mm)、粉粒(0.050～0.002 mm)、黏粒(<0.002 mm)。

1.5數據分析試驗數據用EXCEL軟件進行統(tǒng)計分析。

2結果與分析

2.1同種林分類型不同土層土壤機械組成分析由圖1可知，在沙棘林分土壤中，隨著土層深度的增加，所采樣的5個土層中黏粒所占比例逐漸增加。在0～20、20～40 cm的土層中，粉粒所占比例基本相同，分別為31.68%和31.99%；在40～60 cm的土層中，粉粒所占比例有所增加，為34.15%；在60～80、80～100 cm土層中，粉粒所占比例繼續(xù)增加，且這兩個土層中粉粒所占比例基本相同，分別為40.47%和39.79%。隨著土層深度的增加，所采樣的5個土層中砂礫所占的比例逐漸減小，且在0～20、20～40 cm的土層中砂礫所占比例基本相同，分別為67.03%和66.73%；在60～80、80～100 cm土層中砂礫所占的比例也基本相同，分別為57.68%和58.36%。

圖1　沙棘不同土層中各粒徑土壤所占比例

圖2　山杏不同土層中各粒徑土壤所占比例

由圖2可知，在山杏林分土壤中，隨著土層深度的增加，所采樣的5個土層中黏粒所占的比例基本相同，都在0.99%～1.60%，其中在0～20 cm土層中所占比例最大，為1.56%，在20～40 cm土層中所占比例最小，為0.99%。在20～40 cm土層中粉粒所占的比例是27.59%，是5個土層中粉粒所占比例最小的；60～80 cm土層中粉粒所占比例最大，達到33.08%。但是，總體來說，5個土層中粉粒所占的比例差距不大，都在27%～34%之間。砂礫所占比例最大的土層為20～40 cm，砂礫所占比例為71.41%；而在0～20、40～60和80～100 cm土層中砂礫所占比例基本相同，都在66.00%～68.00%；60～80 cm土層中砂礫所占比例為65.60%，是5個土層中砂礫所占比例最低的。

由圖3可知，在小葉楊林分土壤中，隨著土層深度的增加，5個土層中黏粒所占比例基本相同，其中在60～80 cm土層中所占比例為1.35%，是5個土層中所占比例最大的。在60～80 cm土層中粉粒所占的比例最大，所占比例達25.46%；在0～20 cm土層中所占比例為21.36%，是5個土層中所占比例最小的，但是與其他土層中粉粒所占比例相差很小，最大相差4.10%。在這5個土層中，60～80 cm土層中砂礫所占比例最小，為73.19%；其他4個土層中砂礫所占比例基本相同，所占比例都在76.00%～78.00%之間。

圖3　小葉楊不同土層中各粒徑土壤所占比例

圖4　油松不同土層中各粒徑土壤所占比例

由圖4可知，在油松林分土壤中，從0～20 cm到80～100 cm 5個土層中黏粒所占的比例依次為1.68%、1.42%、1.58%、4.95%和2.05%，所占比例最大的為60～80 cm土層，最小的為20～40 cm土層，其他3個土層中黏粒所占比例基本相同。隨著土層深度的增加，粉粒所占的比例逐漸增大，最大達42.52%。從0～20到80～100 cm土層砂礫所占比例依次為67.18%、66.67%、63.85%、54.25、55.42%。因此，除80～100 cm土層外，砂礫所占比例隨著土層深度的增加逐漸減小。0～20 cm土層砂礫所占比例和60～80 cm土層砂礫所占比例相差12.93%。

2.2不同林分土層中土壤機械組成分析由圖5可知，4個林分土壤中黏粒所占比例從小到大順序為小葉楊<山杏<沙棘<油松。油松林分土壤中黏粒所占比例比小葉楊林分土壤中黏粒所占比例高很多，達1.23%。4個林分土壤中粉粒所占比例從小到大順序為小葉楊<山杏<油松<沙棘?？芍?，在40～60 cm土層中，沙棘和油松中粉粒所占比例大致相同，而小葉楊中粉粒所占比例遠遠小于沙棘中粉粒所占的比例。4個林分土壤中砂礫所占比例從小到大順序為油松<沙棘<山杏<小葉楊。小葉楊林分土壤中砂礫所占比例比油松林分土壤中砂礫所占比例高13.54%。

圖5　不同林分土層中各粒徑土壤所占比例

3結論

通過研究赤峰市敖漢旗4種主要林分土壤機械的組成，發(fā)現對于同種林分，不同土層中黏粒、粉粒、砂礫所占比例不同，但都是黏粒所占比例最小，粉粒居中，砂礫最多，且砂礫所占比例遠遠大于黏粒所占比例。在0～20、20～40、40～60、60～80和80～100 cm 5個土層中，各粒徑土壤所占比例沒有固定規(guī)律，不呈遞增或遞減規(guī)律變化。對于不同林分，0～100 cm土層中黏粒、粉粒、砂礫所占比例不同，但都是黏粒所占比例最小，粉粒居中，砂礫最多，且砂礫所占比例遠遠大于黏粒所占比例。小葉楊林分土壤中黏粒和粉粒所占的比例都是4個林分中最低的，而砂礫所占的比例則是4個林分中最高的。山杏林分土壤中黏粒和粉粒所占比例在4個樹種中只比小葉楊林分土壤多，而砂礫所占比例只比小葉楊林分土壤低。通過分析4種主要林分類型的土壤機械組成，可知油松林分更有利于地力的恢復。

參考文獻

[1] 劉連杰，白紅英，母國宏，等.土壤質地及環(huán)境因子對農田NO2排放的影響[J].安徽農業(yè)科學，2008,36(14):6075-6077.

[2] 劉玉，李林立，趙柯.巖溶山地石漠化地區(qū)不同土地利用方式下的土壤物理性狀分析[J].水土保持學報，2004,18(5):142-145.

[3] 曾慶猛，孫宇瑞，嚴紅賓.土壤質地分類的近紅外光譜分析方法研究[J].光譜學與光譜分析，2009,29(7):1759-1763.

[4] 左小安，趙學勇，趙哈林，等.科爾沁沙質草地群落物種多樣性、生產力與土壤特性[J].環(huán)境科學，2007,28(5):945-951.

[5] 李卓.土壤機械組成及容重對水分特征參數影響模擬試驗研究[D].楊凌:西北農林科技大學，2009.

[6] 隋躍宇，焦曉光，程守全，等.海倫市農田黑土機械組成與土壤全量養(yǎng)分相關關系研究[J].農業(yè)系統(tǒng)科學與綜合研究， 2007,23(4):456-458.

[7] ROYALL D.Particle-size and analytical considerations in the mineral-magnetic interpretation of soil loss from cultivated landscapes[J].Catena,2004,57(2):189-207.

[8] EGASHIRA K，ARAMAKI K，YASHIMASA M. Rare earth elements and clay minerals of soils of the floodplains of three major rivers in Bangla-desh [J].Geoderma,2004,120(5):7-15.

[9] 郝葳，田孝華.優(yōu)質煙區(qū)土壤物理性狀分析與研究[J].煙草科技，1996,29(5):34-35.