王 露，秦富倉，李龍，趙金洋，江 磊

(內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué) 沙漠治理學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010000)

1 引言

近年來，隨著人口的增長(zhǎng)和社會(huì)的進(jìn)步，黃土丘陵地區(qū)的高效開發(fā)利用已成為研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。其中，山地坡面人工造林是坡地高效開發(fā)利用的具體體現(xiàn)之一，這不僅對(duì)當(dāng)?shù)厮帘３止ぷ髫暙I(xiàn)巨大，同時(shí)在當(dāng)?shù)厝罕娒撠氈赂恢衅鸬搅酥匾淖饔?。武川縣地形特殊，處于黃土丘陵溝壑區(qū)，土壤條件好，適合油松生長(zhǎng)。油松(PinustabuliformisCarrière)為松科針葉常綠喬木，為陽性樹種，有深根性、喜光性、抗瘠薄性和抗風(fēng)的生態(tài)學(xué)特性，是良好的造林樹種，在中國(guó)河北省、內(nèi)蒙古自治區(qū)、吉林省、陜西省、甘肅省、遼寧省等地區(qū)皆有分布[1]。長(zhǎng)期以來，也有許多學(xué)者對(duì)土壤特性和油松生長(zhǎng)關(guān)系進(jìn)行研究，如邱新彩等[2]在研究中證明了油松人工林的土壤性質(zhì)能夠通過樹齡的增加得到改善；邱甜甜等[3]對(duì)油松生長(zhǎng)過程進(jìn)行了研究，土壤有機(jī)碳的含量主要受枯落物和根系凋落物影響，它們可提高土壤微生物生物量碳，以及關(guān)于油松的栽培育苗及抗旱造林技術(shù)這方面的研究比較多[4～8]。由于土壤表層環(huán)境復(fù)雜多樣，如林下草本類型，枯落物的分解和人類、動(dòng)物活動(dòng)的影響等，易受影響。所以，對(duì)于油松人工林與表層土壤關(guān)系研究并不多，而且不同坡位上的水熱條件與地形條件的不同會(huì)對(duì)表層土壤特性造成一些梯度的變化，因此，本研究將油松人工林表層土壤與坡位相結(jié)合進(jìn)行分析，闡述了不同坡位與油松人工林表層土壤理化因素的變化關(guān)系，并對(duì)土壤各指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性分析，得出適合油松生長(zhǎng)的最佳條件，以達(dá)到油松人工林長(zhǎng)久的可持續(xù)經(jīng)營(yíng)，為油松人工林以后的培育和可持續(xù)發(fā)展貢獻(xiàn)力量。

2 材料與方法

2.1 研究區(qū)概況與樣地選取

試驗(yàn)地武川縣哈樂鎮(zhèn)位于內(nèi)蒙古自治區(qū)中部，呼和浩特以北，處于我國(guó)陰山北麓農(nóng)牧交錯(cuò)帶，屬中溫帶大陸性季風(fēng)氣候，年平均氣溫3.0 ℃。7月最熱，無霜期大概為120 d。年平均降水為350 mm左右，主要降水集中在7～9月間。土地利用類型以旱做農(nóng)業(yè)為主。土壤類型以草甸土和栗鈣土為主[9,10]。在地形地貌以及降雨等各方面的影響下，植被分布有所不同且植被類型較豐富，主要植被類型有油松(PinustabuliformisCarrière)、山杏(Armeniacasibirica(L.) Lam)、白樺(BetulaplatyphyllaSuk)和檸條(CaraganaKorshinskiiKom)等[11]。根據(jù)武川縣林地分布特征并實(shí)地勘測(cè)調(diào)查，選取了具有代表性的人工油松林為研究對(duì)象，樣地基本信息如表1。

表1 武川縣樣地基本信息

2.2 試驗(yàn)方法

在研究區(qū)內(nèi)按分布特征均勻選取植被情況、地形基本相似的油松人工林5處，均為陽坡，坡長(zhǎng)為80 m左右，坡度平均為10°并在各坡面上，按照上、中、下設(shè)置3個(gè)坡位，每個(gè)坡位上平行選擇10 m×10 m的3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)地，并且，在各樣地上隨機(jī)選取3個(gè)樣點(diǎn)，然后挖制60 cm×60 cm的土剖面，去除表層的枯落物等雜物，用環(huán)刀法取上土層(0～10 cm)和下土層(10～20 cm)的土樣，在處理好的平面層，將環(huán)刀刀口水平放置并垂直向下壓入土壤，直至土壤滿了為止，并保證取土深度一致，然后將環(huán)刀表面削平，如此重復(fù)3次，最后把同一層樣本混合，成為一個(gè)樣本，去除雜質(zhì)后裝入無菌袋帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析[12]，。

2.3 項(xiàng)目測(cè)定

測(cè)定的土壤物理指標(biāo)主要有：容重、土壤孔隙度、土壤含水率等，均采用環(huán)刀法進(jìn)行測(cè)定[13]。

測(cè)定的土壤化學(xué)指標(biāo)主要有：pH值、堿解氮、速效鉀、速效磷、有機(jī)質(zhì)等，測(cè)定方式如表2所示[14，15]。

表2 化學(xué)指標(biāo)測(cè)定方法

2.4 數(shù)據(jù)分析

采用 Excel 2010對(duì)油松人工林樣地的各個(gè)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，并計(jì)算土壤的各理化性質(zhì)指標(biāo)。采用SPSS 26. 0 對(duì)坡位與油松人工林表層土壤的各指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性分析與比較，由此得出相關(guān)程度。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同坡位下的油松人工林土壤物理性質(zhì)

土壤容重含量能夠反映植被對(duì)土壤結(jié)構(gòu)、通氣性和保持性的改良程度。值越小，土壤滲透性越好[16]。由圖1可知，在同一坡位，土壤層深度越深，土壤容重越大，在不同坡位，土壤容重的從大到小順序是坡上、坡中和坡下，表層土壤容重分別為1.141 g/m3、1.594 g/m3和1.608 g/m3，底層土壤容重的變化范圍在1.526～1.731 g/m3，整體趨勢(shì)為從坡下到坡上逐漸遞減。

在相同坡位，土壤層越深土壤孔隙度越小，這一表現(xiàn)也體現(xiàn)了林地土壤水源涵養(yǎng)和持水能力主要體現(xiàn)在表層土壤。在不同坡位，土壤孔隙度坡上最大，坡下最小且相差不大。在不同土壤層，土壤容重與土壤孔隙度的變化剛好成相反趨勢(shì)。

土壤含水率在不同土壤層的變化規(guī)律各不相同，土壤含水率在土壤表層表現(xiàn)出，從坡下到坡上，土壤含水率逐漸減少，坡下最多，為7.9%，坡中和坡上分別為6.96%和4.09%，土壤底層含水率與表層規(guī)律相同，隨坡位的上升，含水率逐漸減小，土壤含水率隨土層的增加呈現(xiàn)出逐漸減小的變化趨勢(shì)。

3.2 不同坡位下的油松人工林土壤化學(xué)性質(zhì)

3.2.1 土壤pH值

土壤pH值簡(jiǎn)單易測(cè)，通常是土壤歸類、采用、管理和改善的參考依據(jù)[17]。由圖2可知，同一坡位，土壤pH值與土壤層深度成正比，土壤層越深，pH值越大，土壤均呈堿性。而在不同坡位呈現(xiàn)為：隨坡位上升，土壤pH值下降，土壤表層的pH值的大小呈現(xiàn)為：坡下(8.45 g/kg)>坡中(8.33 g/kg)>坡上(7.73 g/kg)，土壤底層的pH值與土壤表層pH值規(guī)律相同，但差異不明顯，變得范圍在8.91～8.96 g/kg之間，土壤呈堿性。

3.2.2 土壤有機(jī)質(zhì)

不同土壤層深度在不同坡位由大到小表現(xiàn)為：坡下、坡中、坡上。在10～20 cm層，坡上到坡下的有機(jī)質(zhì)含量分別為15.99 g/kg、24.06 g/kg和29.02 g/kg；在0～10 cm層，坡上、坡中和坡下的有機(jī)質(zhì)含量分別為22.48 g/kg、25.25 g/kg和27.57 g/kg，在各坡位差異不明顯。說明坡下較坡上更容易積累土壤的有機(jī)質(zhì)，充分的改善了土壤的質(zhì)量。

3.2.3 土壤堿解氮

土壤堿解氮中的氮素對(duì)于植物易于吸收與利用，包含無機(jī)態(tài)氮和有機(jī)質(zhì)中的一些簡(jiǎn)單好分解的有機(jī)態(tài)氮[18]。各坡位隨土壤層增加而下降，不同土壤層堿解氮含量總體呈現(xiàn)出：坡下>坡中>坡上，坡下堿解氮含量范圍為35.4～49.7 g/kg，坡中范圍為21.2～27.3 g/kg，坡上范圍為10.6～22.4 g/kg。在相同坡位表現(xiàn)為表層堿解氮含量高于底層堿解氮含量。

圖1 不同坡位油松人工林土壤物理性質(zhì)

3.2.4 土壤速效磷

速效磷反映了土壤中可被植物吸收利用的磷。鉀元素是植物生長(zhǎng)中必不可少一種營(yíng)養(yǎng)元素，它可以調(diào)節(jié)植物細(xì)胞的水勢(shì)和氣孔的開閉，并能夠促進(jìn)光合作用和光合產(chǎn)物的運(yùn)輸[19]。在不同坡位的相同土層，土壤速效磷含量相差不大，呈現(xiàn)出坡下>坡中>坡下，表層土壤速效磷含量的變動(dòng)范圍在11.04～14.7 g/kg間，底層含量變動(dòng)范圍在9.09～12.02 g/kg間；在相同坡位，表層土壤速效磷含量整體大于底層土壤速效磷含量。土壤速效磷在土壤有效磷儲(chǔ)量中占重要組分，也能體現(xiàn)土壤磷素供應(yīng)的水平。

3.2.5 土壤速效鉀

速效鉀常以離子態(tài)和化合態(tài)存在于土壤中，是鉀素中活性較高、植物較易吸收的一部分，含量多少不但與母質(zhì)類型有關(guān)，還受植被和土壤水分淋洗的影響[20]。各不同坡位，土壤速效鉀的含量相差較大，0～10 cm土層土壤速效鉀含量變動(dòng)范圍在4.4～40 g/kg之間，10～20 cm土層土壤速效鉀含量變動(dòng)范圍在8.36～47 g/kg之間；而在同一坡位，土壤速效鉀含量與土壤深度呈正比，土壤層越深，土壤速效鉀含量越高；相反，坡位越低，速效鉀含量也就越高。土壤速效鉀含量變動(dòng)程度大，可能與地形、環(huán)境、母質(zhì)等有關(guān)[21，22]。

圖2 不同坡位油松人工林土壤化學(xué)性質(zhì)

3.3 不同坡位上土壤物理性質(zhì)相關(guān)性分析

由表3可知，土壤含水率與坡位、容重和土壤孔隙度的相關(guān)性不大；土壤孔隙度與坡位呈極顯著性負(fù)相關(guān)(p<0.05)，相關(guān)系數(shù)為-0.948，與容重呈顯著性負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.878；坡位與容重的相關(guān)性呈極顯著的正相關(guān)(p<0.01)，相關(guān)系數(shù)為0.926。由此可見，坡位與土壤容重，土壤孔隙度間都有一定的關(guān)系，土壤容重會(huì)因坡位的不同而表現(xiàn)出來。由此可見，各指標(biāo)受坡位有一定影響，各指標(biāo)間相關(guān)性不大。

3.4 不同坡位上土壤化學(xué)性質(zhì)相關(guān)性分析

由表4可知，坡位與速效鉀呈極顯著性正相關(guān)(p<0.01)，而與pH值、堿解氮、速效磷和有機(jī)質(zhì)關(guān)系不緊密，pH值與堿解氮、速效鉀、速效磷和有機(jī)質(zhì)均相關(guān)性不明顯，堿解氮與速效磷呈極顯著性正相關(guān)(p<0.05)，相關(guān)系數(shù)為0.933，與有機(jī)質(zhì)呈顯著性負(fù)相關(guān)(p<0.01)，相關(guān)系數(shù)為0.843。

表3 不同坡位油松人工林土壤物理性質(zhì)相關(guān)性分析

表4 不同坡位油松人工林土壤化學(xué)性質(zhì)相關(guān)性分析

4 結(jié)論與討論

不同坡位，土壤層深度，都對(duì)油松人工林表層土壤的理化性質(zhì)有著不同程度的影響[23，24]。土壤容重與土壤孔隙度是評(píng)價(jià)森林土壤蓄水保土能力的重要指標(biāo)[25]。研究表明，土壤容重與土壤含水率都是坡下高于坡上，而土壤孔隙度是坡上高于坡下，這與以往大多學(xué)者的研究結(jié)果一致[26，27]，由于坡位較高，在經(jīng)歷降雨風(fēng)沙等天氣變化下，使得較高坡位處的泥沙會(huì)向下堆積，從而使坡下土壤孔隙度變小，使得土壤孔隙度與土壤容重和含水率的變化呈相反趨勢(shì)，表層土壤的容重整體低于底層土壤容重，說明表層的枯枝落葉較多，使得土壤變得疏松，增加了土壤的緊密性和通氣透水性。土壤中有各種可以提供給植物生長(zhǎng)所必需的養(yǎng)分[28，29]。研究表明，在不同坡位，表層土壤的各項(xiàng)化學(xué)性質(zhì)整體呈現(xiàn)為坡下優(yōu)于坡上，坡下處于的位置較低，坡度低，使得坡中和坡上的土壤養(yǎng)分經(jīng)過沖刷，在坡下形成匯集，使得坡下的土壤養(yǎng)分含量最高。在同一坡位，大部分化學(xué)指標(biāo)都隨土壤深度的增加而減少，這與其他學(xué)者的研究結(jié)果也相似[30，31]。

綜上所述，以武川縣油松人工林為研究對(duì)象，對(duì)比在不同坡位下，表層土壤的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)的影響。研究結(jié)果表明不同坡位對(duì)油松人工林的物理指標(biāo)和化學(xué)指標(biāo)的影響整體表現(xiàn)為，坡下>坡中>坡上，充足的土壤養(yǎng)分有利于油松的生長(zhǎng)。因此，今后油松人工林的經(jīng)營(yíng)，可以選擇水肥質(zhì)量較好的地區(qū)，對(duì)于有坡度的地段，也可增加較高坡位土壤的養(yǎng)分，確保油松人工林的正常生長(zhǎng)，提高造林質(zhì)量，使油松人工林的培育效果更佳。