史長(zhǎng)婷

(黑龍江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，哈爾濱 150040)

文章編號(hào)：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(dòng)態(tài)變化

史長(zhǎng)婷

(黑龍江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)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(duì)象，通過對(duì)土壤容重、非毛管孔隙度、毛管孔隙度的測(cè)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(dòng)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(rèn)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(qiáng)，37a是明顯改善土壤結(jié)構(gòu)的臨界年齡。該結(jié)果為進(jìn)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(biāo)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(dòng)的影響，在表征土壤質(zhì)量演變、退化與恢復(fù)過程方面具有極為重要的意義。土壤結(jié)構(gòu)對(duì)土壤肥力因素的協(xié)調(diào)作用是無可爭(zhēng)議的事實(shí)[2]，研究土壤結(jié)構(gòu)不僅有助于正確地評(píng)價(jià)土壤肥力性狀和土壤水分有效性，而且有助于對(duì)土壤抗蝕性的認(rèn)識(shí)與評(píng)價(jià)，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(guó)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(hù)作用的團(tuán)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(duì)象，通過對(duì)不同生長(zhǎng)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(jì)算與對(duì)比分析，以期為科學(xué)評(píng)價(jià)典型黑土區(qū)植被恢復(fù)對(duì)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(diǎn)位于黑龍江省西北部的克山縣境內(nèi)的克山農(nóng)場(chǎng)(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(rùn)均腐土)為主，屬典型黑土區(qū)。溫帶大陸性季風(fēng)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(dá)2.5m。

1.2 研究方法

1.2.1 樣地選擇與采樣點(diǎn)布設(shè)

在克山農(nóng)場(chǎng)26連隊(duì)，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(shè)置20×20 m的臨時(shí)樣地各1塊，同時(shí)以鄰近天然次生林為對(duì)照，各試驗(yàn)地的林分特征見表1。在設(shè)置的臨時(shí)樣地內(nèi)“S”型布點(diǎn)，分別挖掘3個(gè)土壤剖面，按照0～10 cm，11～20 cm，21～30 cm機(jī)械分層，每層分別設(shè)置3個(gè)取樣點(diǎn)。

表1 試驗(yàn)地林分特征

1.2.2 測(cè)定指標(biāo)及方法

采用環(huán)刀法(環(huán)刀規(guī)格為100cm3)測(cè)定土壤的容重、孔隙度，同時(shí)計(jì)算非毛管孔隙/毛管孔隙(NCP/CP)。采用Excle2003 和Sigmaplot 10.0 軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，并進(jìn)行了T檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤容重的變化

測(cè)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(duì)土壤容重的影響可以達(dá)到與當(dāng)?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(shí)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(shí)間較短，林地土壤受造林前長(zhǎng)期耕作影響所致。

表2 不同林分土壤容重測(cè)定結(jié)果 g·cm-3

注：表中±標(biāo)準(zhǔn)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(dá)顯著水平，說明天然林在改善土壤容重方面影響范圍相對(duì)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(dá)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(duì)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(duì)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(qiáng)，進(jìn)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(jì)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(dá)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(dá)到甚至超過天然次生林；對(duì)8a生林分而言，由于造林前長(zhǎng)期耕作的原因，使其土壤NCP/CP值相對(duì)較高，與37a生林分的差異未達(dá)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(shì)。對(duì)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(duì)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(zhǎng)期耕作有關(guān)。

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(kuò)大影響的深度，并以37a生時(shí)影響效果最大。

2)統(tǒng)計(jì)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(dá)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(duì)比分析，可以認(rèn)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(qiáng)，37a生時(shí)改善土壤結(jié)構(gòu)較為顯著，為此建議該年齡階段應(yīng)該對(duì)落葉松人工水土保持林的結(jié)構(gòu)進(jìn)行必要的調(diào)整。

[1]周虎,呂貽忠,李保國(guó).土壤結(jié)構(gòu)定量化研究進(jìn)展[J].土壤學(xué)報(bào),2009,46(03):502-505.

[2]張希彪,上官周平.人為干擾對(duì)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(xué)報(bào), 2006, 26(11): 3685-3695.

[3]曾德超.機(jī)械土壤動(dòng)力學(xué)[M].北京:科學(xué)技術(shù)出版社,1995：108-115.

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

2015-09-28

史長(zhǎng)婷(1984-)，女，山東莒縣人，工程師，從事水土保持技術(shù)及土地生產(chǎn)力恢復(fù)技術(shù)的研究。

S714.2

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