王 婷，呂 剛，王道涵，王 凱，彭 舒

（遼寧工程技術大學環(huán)境科學與工程學院，遼寧 阜新 123000）

植被重建對沙地采伐跡地土壤肥力的作用研究

王 婷，呂 剛，王道涵，王 凱，彭 舒

（遼寧工程技術大學環(huán)境科學與工程學院，遼寧 阜新 123000）

以植被重建后的科爾沁沙地為研究對象，采用野外采樣與實驗室檢測分析相結合的方法，對其南緣樟子松固沙林采伐跡地上的更新樹種林下土壤特性演變特征進行研究，運用模糊綜合評判法，選用7項評價指標對植被重建后土壤肥力特征進行綜合評價。結果表明，植被重建后，土壤肥力各指標均有所提高，其中五角楓林地有機質、全氮、速效鉀增幅最大，紅刺榆林地堿解氮、全鉀增幅最大，彰武松、樟子松林地全磷、有效磷增幅最大；4種植被重建類型對土壤肥力的綜合改良效果為五角楓（0.8735）＞彰武松（0.6494）＞紅刺榆（0.5618）＞樟子松（0.4814），該評價結果可為當地植被恢復提供一定參考。

樟子松固沙林；采伐跡地；植被重建；評價指標；土壤肥力質量

土壤肥力是土壤本質特征的反映，是植物生長必需的機械支撐與養(yǎng)分源泉［11-12］，其質量評價方法對評價結果有直接的影響［13］，因此選擇適當的評價方法至關重要。單純運用有機質、氮磷鉀等養(yǎng)分含量或作物產量作為衡量土壤肥力高低的標準［14］，忽略了影響土壤肥力的各因子間的協(xié)調作用，不能科學、準確地反應土壤肥力質量狀況。模糊綜合評價法是一種基于模糊數學的綜合評價方法，可標準化、定量化評價土壤肥力［15］，用模糊數學對受到多種因素制約的土壤肥力作出總體評價，使評價結果更客觀，符合實際情況。土壤肥力綜合評價結果對科爾沁沙地進一步進行植被重建樹種的選育有一定的參考價值，對防治該地區(qū)土地進一步沙化具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于遼寧省固沙造林研究所章古臺實驗林場萬畝林工區(qū)（42°43′N，122°22′ E），位于科爾沁沙地東南端，分為流動沙地、半流動和固定沙地。該區(qū)屬溫和半濕潤的季風大陸性氣候區(qū)，年均氣溫6.0℃，干旱多風，最大風速達25 m/s，無霜期154 d，該地區(qū)降水年際變化也很大，最大年降水量為744.8 mm，最小年降水量為262.3 mm，年均降水量500 mm左右，且多集中于6～8月份。研究區(qū)植被為蒙古植物區(qū)系、華北植物區(qū)系和長白植物區(qū)系的交替地帶，多為抗旱性較強的沙生植物，地帶性植被主要有差巴嘎蒿（Artemisia halodendron）、小黃蒿（Artemisia annua）、綠珠藜（Chenopodium acuminatum）、狗尾草（Setaria viridis）、馬唐（Digitaria sanguinalis）、細葉胡枝子（Lespedeza hedysaroides）、豬毛蒿（Artemisia scoparia）、羊草（Leymus chinensis）、中華隱子草（Cleistogenes chinessis）等，林地主要造林樹種為樟子松、彰武松、油松（Pinus tabuliformis）、山杏（Prunus sibirica）、小葉錦雞兒（Caragana microphylla）、彰武小鉆楊（Populus xiaozhuanica W.Y.Hsuet L.cv.Zhangwu）、紅刺榆、白丁香（Syringa oblata）、五角楓等。

1.2 樣方設置

在章古臺實驗林場萬畝林工區(qū)選取五角楓、樟子松、彰武松和紅刺榆4種植被重建類型（林齡均為13年生）及采伐后未進行更新的跡地（荒地）為研究對象。在每個樣地下設置面積20 m×20 m的標準樣地，每個樣地隨機確定3個取樣點，樣地基本情況見表1。

1.3 土樣采集及理化性質分析

野外采樣于2014年7月開展，對5個樣地的土壤在1 m×1 m范圍內采集0～20 cm土樣，樣品采集后混勻，帶回實驗室進行土壤性質的測定。有機質用重鉻酸鉀加熱法測定，全氮用重鉻酸鉀-硫酸消化、凱氏定氮法測定，全磷用NaOH熔融后鉬銻抗比色法測定，全鉀用火

焰光度計測定，堿解氮采用擴散皿中加FeS04和NaOH、水解反應后用酸滴定，速效磷采用碳酸氫鈉浸取、鉬銻抗比色法測定，速效鉀用醋酸銨浸取后火焰光度計測定［16］。

表1 不同植被恢復類型林分生長狀況

2 結果與分析

2.1 土壤養(yǎng)分含量變化

研究不同植被恢復類型林下土壤養(yǎng)分含量，可以得出植被恢復對土壤肥力的影響狀況［17］，為當地植被恢復提供可靠依據。本研究選取與土壤肥力密切關系的有機質、全氮、堿解氮、全磷、有效磷、全鉀、速效鉀等指標，分析植被重建13年后，不同植被類型林下相比采伐跡地土壤養(yǎng)分含量變化狀況。不同植被類型下土壤養(yǎng)分含量見表2。從表2可以看出，不同植被重建類型林下土壤有機質含量相較于采伐跡地增加幅度排序為五角楓（93.25%）＞彰武松（64.42%）＞紅刺榆（43.56%）＞樟子松（38.65%）。五角楓林地有機質含量最高可能是由于林地的枯落物較多，覆蓋于地面，枯落物的分解及微生物的作用使有機質含量提高，另一方面可能是林地樹木及草本植物的根系分泌物的作用。此外，植被重建后根系的固土作用以及林木及地表枯落物的攔截降水能力增強，減少了養(yǎng)分的流失。有學者提出，植被降塵及攔截風蝕顆粒物質也有利于有機質在土壤表層的積累［9］。

表2 不同植被類型土壤養(yǎng)分含量

與土壤有機質含量相同，不同植被重建類型林下土壤全氮含量增加幅度最大的為五角楓林地，相較于采伐跡地提高24.14%，已有研究表明，氮素的主要來源是有機質［18］，因此本研究中各植被類型下土壤中氮素的提高與林下有機質含量的增加有密切關系；土壤堿解氮與植物生長有密切關系，相比衡量土壤氮素基礎肥力的全氮，變化較大，彰武松林地相比采伐跡增幅最小，為77.40%。

植被重建后，采伐跡地對全磷含量的影響效果不明顯，土壤全磷含量相比采伐跡地增加不顯著，彰武松林地全磷含量增幅最大，僅為15.79%，可見植被恢復對全磷含量的影響是一個長期而緩慢的過程。紅刺榆林地有效磷含量72.00%，相較于采伐跡地增幅最小，可能是因為土樣采集時正好為果實生長成熟期，而果實的生長對養(yǎng)分有一定消耗。

鉀能增強植物對各種不良狀況如干旱、低溫、含鹽量、病蟲危害等的忍受能力，樟子松林地土壤全鉀、速效鉀含量相較于采伐跡地增幅均最小，可見樟子松林地耐受力較其他林地差。

2.2 土壤肥力特性綜合評價

2.2.1 確定土壤評價指標權重 利用有機質、全氮、全磷、全鉀、堿解氮、有效磷、速效鉀7個指標測定值，分析得出各指標相關系數矩陣，通過計算各因子與其他因子相關系數的平均值，求出該平均值占所有肥力指標相關系數平均值之和的百分率即得各項肥力指標的權重Wi，相關系數矩陣與各肥力指標權重見表3、表4。

2.2.2 確定指標隸屬度 由于各土壤肥力指標對土壤的作用效果不一致，在計算土壤肥力綜合指標時需要將各指標標準化［19］，以此得出表征各肥力質量指標的狀態(tài)值的隸屬度值。本研究中隸屬度函數屬S型，指標數值與評價對象呈正相關關系，到一定臨界值之后趨于恒定。對各項指標建立相應的隸屬函數如下，

式中，x1、x2分別為該指標的最小值和最大值。通過上式計算出各項肥力指標的隸屬度值Ni在

0.1～1.0之間，當隸屬度為最大值1.0時，表示土壤肥力指標完全適合植物生長，反之，最小值0.1則代表土壤肥力指標嚴重缺乏，隸屬度值Ni見下表5。

表3 各指標相關系數矩陣

表4 各參評土壤肥力指標的權重

2.2.3 確定土壤肥力質量綜合指標值 根據各個指標的權重和隸屬度，計算土壤肥力綜合評價指標值IFI，IFI=∑Wi×Ni，式中Ni為隸屬度值，Wi為權重系數。與隸屬度值相同，各項肥力指標綜合評價值在0.1～1.0之間，從表5可以看出，采伐跡地肥力綜合評價值為0.1，肥力指標嚴重缺乏，植被重建后四種林分下土壤肥力綜合指標均顯著大于0.1，大小排序為：五角楓（0.8735）＞彰武松（0.6494）＞紅刺榆（0.5618）＞樟子松（0.4814）?？梢娪媚：C合評判法得出科爾沁沙地樟子松固沙林采伐跡地植被更新后相比采伐跡地土壤肥力質量明顯提高。五角楓林地改良土壤肥力效果最佳，其林下土壤的有機質、全氮、速效鉀隸屬度值均達到了適合植物生長的標準，全磷（0.85）、全鉀（0.2）、有效磷（0.67）和堿解氮（0.42）的隸屬度值與其他林地相比也較大，這可能是因為五角楓林地地表枯落物較多且覆蓋地表，此外楓葉分解速度相比其他樹種快，枯落物的分解作用于土壤表層［20］有利于營養(yǎng)元素的積累。曹文生等研究表明，樟子松和彰武松在科爾沁沙地南緣的章古臺地區(qū)都具有適應性強，生長量高的特點，適宜在該地種植［21］，相比之下，彰武松林全氮（0.81）、全磷（1）、全鉀（0.21）及速效鉀（0.4）隸屬度值均優(yōu)于樟子松林，故彰武松林地改良采伐跡地土壤的能力較樟子松強。彰武松是赤松和油松的天然雜交種［22］，與樟子松相比，彰武松更具有速生性、抗旱性、抗寒性和耐鹽堿性，特別是無明顯病蟲害［23-24］，不易感染對樟子松造成嚴重危害的松枯梢病。與彰武松相同，紅刺榆具有抗旱、抗寒、耐瘠薄、防風固沙等特點，是理想的生物圍欄和固定沙丘的良好樹種［25］，紅刺榆林地全鉀和堿解氮隸屬度值均為1，達到了適合植物生長的標準，且全磷（0.7）和速效鉀（0.37）隸屬度值均高于樟子松林地，故紅刺榆林地土壤肥力綜合評價值高于樟子松林地。

表5 各項肥力指標的隸屬度值和IFI

3 結論

本研究結果表明，樟子松固沙林采伐跡地植被重建后，土壤養(yǎng)分性質相比采伐跡地明顯改善，五角楓林下有機質、全氮、速效鉀增幅最大，相比采伐跡地提高了93.25%、24.14%、48.14%；紅刺榆林地堿解氮、全鉀相比采伐跡地提高了217.40%、31.97%，相比其他林地增幅較大；各林地全磷含量提高均不顯著，彰武松林地相比采伐跡地最大提高了15.79%；樟子松林地有效磷含量3.9±2.58 mg/kg，較采伐跡地提高212.00%。

本研究4種植被重建類型土壤肥力質量綜合指標值依次為五角楓（0.8735）＞彰武松（0.6494）＞紅刺榆（0.5618）＞樟子松（0.4814），表明五角楓、彰武松、紅刺榆林地提高土壤肥力的能力較樟子松林地強，該地區(qū)植被恢復可優(yōu)先考慮五角楓和彰武松。

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（責任編輯 鄒移光）

Effects of vegetation restoration on soil fertility of cutting-blank sand

WANG Ting，LYU Gang，WANG Dao-han，WANG Kai，PENG Shu
（College of Environmental Science and Engineering，Liaoning Technical University，Fuxin 123000，China）

Horqin sandy land after vegetation restoration was selected as the research object，by using the field sampling investigation and laboratory testing method，the evolution characteristics of soil properties under the regeneration trees，which located in the Pinus sylvestris var. Mongolica forest of the south edge of Horqin sandy land，were studied. According to the fuzzy comprehensive evaluation，the soil organic matter，total nitrogen，total phosphor，total potassium，alkaline nitrogen，available phosphorus and available potassium were select to evaluate the soil fertility quality after vegetation restoration. The results showed that all the soil fertility indexes improved after vegetation restoration. The increment in soil organic matter，total nitrogen and available potassium of Acer mono，the increment in alkaline nitrogen and total potassium of Hemiptelea davidii and the increment in total soil phosphor，available phosphorus of P. densiflora and P. sylvestris was the maximum. The effect of comprehensive improvement of soil fertility for 4 types of vegetation restoration was in the order of A. mono （0.8735） ＞ P. densiflora （0.6494） ＞ H. davidii （0.5618） ＞ P. sylvestris （0.4814）. This result will provide scientific basis for the local ecological restoration.

Pinus sylvestris var. Mongolica；cutting-blank；vegetation restoration；evaluation index；soil fertility quality

S158.3

A

1004-874X（2016）10-0077-05

2016-07-25

國家自然科學基金（31400613）

王婷（1992-），女，在讀碩士生，E-mail：18854802729@163.com

呂剛（1979-），男，博士，副教授，E-mail：lvgang2637@126.com

王婷，呂剛，王道涵，等. 植被重建對沙地采伐跡地土壤肥力的作用研究 ［J］.廣東農業(yè)科學，2016，43（10）：77-81.

荒漠化致使土地生產力下降，土壤肥力損失，加劇整個生態(tài)環(huán)境惡化，阻礙地區(qū)經濟發(fā)展?？茖W的植被恢復重建及合理的植被恢復模式能控制土地進一步沙化［1-2］，提高不同類型沙地植被恢復潛力［3］，使荒漠化土地土壤特性經過植被-土壤兩個生態(tài)系統(tǒng)雙重的交互影響后得以改良［4-5］。科爾沁沙地跨內蒙古、遼寧、吉林等省區(qū)，總面積約13.7萬km2，其中，內蒙古

通遼市和遼寧阜新市受風沙侵害較嚴重。為防止沙地侵蝕面積進一步擴大、減少流沙危害，遼寧省固沙造林研究所在1978年“三北”防護林體系工程建設的樟子松林地采伐跡地上進行植被重建。國內已有學者針對科爾沁沙地的時空演變、土地利用格局以及植被恢復后物種多樣性改善、封育對植被恢復和土壤特性的影響及烏蘭敖都地區(qū)植被恢復對土壤的改良效應［6-10］進行了相關研究，而關于樟子松固沙林采伐跡地植被重建13年后土壤養(yǎng)分含量變化及土壤肥力質量評價的研究較少。為此，我們以樟子松固沙林采伐跡地為對照，研究了植被重建后五角楓（Acer mono）、樟子松（Pinus sylvestris）、彰武松（Pinus densiflora）和紅刺榆（Hemiptelea davidii）林地土壤養(yǎng)分含量的改變，對土壤肥力進行綜合評價。