田寧寧,張建軍,茹豪,李玉婷,丁楊,張艷婷

(北京林業(yè)大學(xué)水土保持學(xué)院,100083,北京)

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晉西黃土區(qū)水土保持林地的土壤水分和養(yǎng)分特征

田寧寧,張建軍?,茹豪,李玉婷,丁楊,張艷婷

(北京林業(yè)大學(xué)水土保持學(xué)院,100083,北京)

摘要：為了探討水土保持林地的土壤水分和養(yǎng)分特征，以晉西黃土區(qū)油松林地、刺槐林地、次生林地3種水土保持林地為研究對(duì)象，采用EnviroSMART土壤水分定位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)各林地的土壤水分進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并對(duì)土壤養(yǎng)分和根系密度進(jìn)行調(diào)查。結(jié)果表明：1)3種林地0～150 cm土層平均含水量的由大到小排序?yàn)榇紊值?油松林地>刺槐林地；2)次生林地和刺槐林地土壤水分的月動(dòng)態(tài)變化整體趨勢(shì)一致，但次生林地土壤含水量大于刺槐林地，油松林地土壤水分的月動(dòng)態(tài)變化比其他2種林地波動(dòng)劇烈；3)3種林地0～30 cm土層根系密度的大小關(guān)系為次生林地>刺槐林地>油松林地，根系密度隨土層深度的增加而減??；4)3種林地0～30 cm土層的根系密度與土壤含水量呈顯著負(fù)相關(guān)性；5)次生林地0～30 cm土層內(nèi)有機(jī)質(zhì)、全磷、全鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)均明顯高于油松林地和刺槐林地，油松林地和刺槐林地相差不大；6)3種林地有機(jī)質(zhì)和全鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)均隨土層深度的增加而減少，全磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨土層深度的增加變化不明顯。

關(guān)鍵詞：土壤含水量； 土壤有機(jī)質(zhì)； 全磷； 全鉀； 水土保持林； 黃土區(qū)

項(xiàng)目名稱： 國(guó)家林業(yè)公益性行業(yè)科研專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)“天然林保護(hù)等林業(yè)工程生態(tài)效益評(píng)價(jià)研究”(201304308)

在晉西黃土殘塬溝壑區(qū)，由于其特殊的地理環(huán)境和人們對(duì)自然資源的不合理開發(fā)，使得該地區(qū)的自然植被遭到了破壞，水土流失較為嚴(yán)重。長(zhǎng)期的水土流失使土壤水分匱乏、養(yǎng)分貧瘠，土壤水分和養(yǎng)分已成為植被恢復(fù)的限制因子[1]。土壤是植被的載體，植物根系不斷地從土壤中吸收水分和養(yǎng)分，以維持其正常生長(zhǎng)；但在降水、蒸發(fā)等氣象因素，坡度、坡向、坡型等地形因素，土壤類型和基巖等因素共同影響下，土壤水分和養(yǎng)分的空間分布不均必然會(huì)對(duì)植物生長(zhǎng)產(chǎn)生影響，同時(shí)不同的植被類型也會(huì)影響土壤的水分和養(yǎng)分狀況。

近年來，許多學(xué)者對(duì)土壤水分和養(yǎng)分特征進(jìn)行了研究。王建國(guó)等[2]對(duì)黃土高原土壤水分進(jìn)行研究后提出：5—7月為土壤水分的消耗期，8—10月為土壤水分的補(bǔ)償期，不同土地利用方式下，土壤水分具有不同的季節(jié)波動(dòng)特征；土壤垂直剖面含水量從表層到深層表現(xiàn)為先增加后減小再增加的趨勢(shì)[2-4]。焦菊英等[5]研究了黃土丘陵溝壑區(qū)不同恢復(fù)方式下植被群落的土壤水分和養(yǎng)分特征，表明封禁條件下自然恢復(fù)植被的土壤水分、養(yǎng)分質(zhì)量分?jǐn)?shù)比人工林地高，無管理?xiàng)l件下的自然植被土壤水分和全磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，有機(jī)質(zhì)和全鉀的質(zhì)量分?jǐn)?shù)很低。根系的分布會(huì)影響到土壤水分的季節(jié)變化和養(yǎng)分的時(shí)空分布[6-7]，有根系存在的土壤表層養(yǎng)分質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于無根系存在的坡面，且有根系存在時(shí)養(yǎng)分有明顯的表聚現(xiàn)象[8-9]；不同樹種相同的土壤層養(yǎng)分質(zhì)量分?jǐn)?shù)明顯不同[10]。目前，將不同土地利用方式下根系密度與土壤水分和養(yǎng)分特征結(jié)合起來的研究并不多見。筆者采用EnviroSMART土壤水分定位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過實(shí)時(shí)觀測(cè)晉西黃土區(qū)油松(Pinustabulaeformis)林地、刺槐(Robiniapseudoacacia)林地和次生林地土壤水分，測(cè)定各林地的根系密度和養(yǎng)分質(zhì)量分?jǐn)?shù)，研究晉西黃土區(qū)水土保持林地土壤水分和養(yǎng)分特征，以期為晉西黃土區(qū)植被建設(shè)和森林合理經(jīng)營(yíng)提供參考。

1研究區(qū)概況

研究區(qū)選在位于晉西黃土區(qū)的山西省吉縣屯里鎮(zhèn)蔡家川流域，其地理位置為E110°39′45″～110°47′45″，N36°14′27″～36°18′23″，面積40.10 km2，海拔950～1 370 m，相對(duì)高差420 m，為黃土丘陵溝壑地貌，年均降水量579.1 mm，集中于7—9月，年際變化率大，年均氣溫10 ℃，年均蒸發(fā)量為1 723.9 mm，4—7月蒸發(fā)量最大，占全年蒸發(fā)量的54%，無霜期172 d，屬于半干旱大陸性季風(fēng)氣候。研究區(qū)的土壤為碳酸性褐土，抗蝕性差，水土流失嚴(yán)重。

蔡家川流域以人工林和天然次生林為主，人工林樹種主要有油松、側(cè)柏(Platycladusorientalis(L.)Franco)、刺槐等，天然林樹種主要有山楊(Populusdavidiana)、遼東櫟(Quercuswutaishansea)、白樺(BetulaplatyphyllaSuk.)等，另外還有胡枝子(LespedezabicolorTurcz)、丁香(Syringa)、虎榛子(Ostryopsisdavidiana)等天然灌叢。

2研究方法

2.1樣地選擇

選取蔡家川流域中具有代表性的油松林地、刺槐林地、次生林地3種水土保持林地為研究對(duì)象，樣地基本情況表見表1。次生林地中植被類型多樣，喬木主要以山楊、遼東櫟、白榆(UlmuspumilaL.)、杜梨(Pyrusbetulifolia)為主，灌木以丁香、胡頹子(Elaeagnus)、虎榛子、連翹(Forsythiasuspensa)、黃刺玫(Rosaxanthina)、三裂繡線菊(Spiraeatrilobata)為主，草本以褐穗莎草(CyperusfuscusL.)、皺葉酸模(RumexcrispusL.)、山蘿花(MelampyrumroseumMaxim.)、披針葉茜草(Rubialanceolata)為主，郁閉度為85%，水土保持效果良好，為具有區(qū)域代表性的水土保持林地。

2.2土壤水分監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

在3種林地0～150 cm土層內(nèi)埋設(shè)Enviro SMART土壤水分定位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。EnviroSMART土壤水分定位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由1個(gè)探測(cè)管、13個(gè)土壤水分探頭、1個(gè)CR200數(shù)據(jù)收集器和1組電瓶組成。13個(gè)土壤水分探頭在0～100 cm土層內(nèi)每隔10 cm布設(shè)一個(gè)，在110、130和150 cm處各布設(shè)一個(gè)探頭。這些土壤水分探頭安裝在軌道上后裝入事先布設(shè)在林地的探測(cè)管中，每個(gè)土壤水分探頭與CR200數(shù)據(jù)采集器連接，觀測(cè)數(shù)據(jù)保存在CR200數(shù)據(jù)采集器中。EnviroSMART土壤水分定位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)于2012年8月布設(shè)后試運(yùn)行，于2013年4月至11月間以每30 min監(jiān)測(cè)1次的頻度對(duì)油松林地、刺槐林地、次生林地的土壤水分進(jìn)行測(cè)定。

2.3根系密度測(cè)定

在所選樣地內(nèi)通過每木檢尺確定標(biāo)準(zhǔn)株。以標(biāo)準(zhǔn)株為中心，在距離標(biāo)準(zhǔn)株80 cm的地方選擇3個(gè)取樣點(diǎn)，取樣點(diǎn)均勻分布在標(biāo)準(zhǔn)株周圍。在每個(gè)取樣點(diǎn)上用根鉆采樣，采樣層次為0～10，10～20和20～30 cm，將根鉆采取的樣品帶回室內(nèi)，采用水洗的方法分離根系后，烘干稱量。統(tǒng)計(jì)不同林地各土層的根系密度。

2.4土壤養(yǎng)分質(zhì)量分?jǐn)?shù)測(cè)定

在采取根系樣品的同時(shí)，采取0～30 cm土層的土壤樣品，經(jīng)過室內(nèi)風(fēng)干后，根據(jù)GB 7830～7892—1987《森林土壤分析方法》[11]，測(cè)定土壤有機(jī)質(zhì)、全磷、全鉀的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

表1　樣地基本情況

3結(jié)果與分析

3.1不同林地土壤水分的垂直變化

圖1為油松林地、刺槐林地、次生林地4—11月0～150 cm土層的平均含水量圖。

可見，油松林地0～150 cm土層的平均含水量為20.31%。在油松林地土壤剖面上0～10 cm土層的含水量最低，僅有12.60%；0～30 cm土層的含水量隨土層深度的增加而增加；10～20 cm和20～30 cm土層的含水量分別為19.01%和21.94%；30～100 cm土層的含水量變化不大，在20.63%～22.44%之間波動(dòng)。其中：土層30～40、40～50、50～60、60～70、70～80、80～90和90～100 cm各層的含水量分別為21.02%、21.66%、22.00%、21.17%、20.63%、21.67%、22.44%；90～100 cm土層的含水量為整個(gè)土壤剖面中最高；100～150 cm土層的土壤含水量隨土壤深度的增加而逐層遞減；100～110、110～130、130～150 cm土層的含水量分別為20.89%、19.81%和19.16%。這可能是由于在造林時(shí)油松林地采用了水平條整地，使得這些整地措施有效攔蓄的地表徑流能夠?qū)ν寥浪诌M(jìn)行有效的補(bǔ)充。

刺槐林地0～150 cm土層的平均含水量為16.81%。刺槐林地表層0～10 cm的土壤含水量較低，僅為12.63%；0～40 cm土層的含水量隨土壤深度的增加而逐層遞增，40 cm處的土壤含水量為22.40%，是刺槐林地整個(gè)土壤剖面中土壤含水量的最高值；50～150 cm土層的含水量隨土壤深度的增加而遞減，130～150 cm土層為整個(gè)土壤剖面上含水量最低的土層，僅有11.67%。這說明刺槐林不僅僅消耗上層土壤中的水分，同時(shí)消耗深層土壤中的水分。

次生林地0～150 cm土層的平均含水量為22.77%，除20～30 cm土層以外，總體趨勢(shì)為土壤含水量隨土層深度的增加而增加。表層0～10 cm的土壤含水量最低，僅有11.99%；10～20 cm的含水量高于0～10 cm土層，為17.07%；土層20～30 cm的含水量為24.46%，明顯高于10～20 cm(17.07%)和30～40 cm土層的含水量(17.79%)。50～150 cm土層，土壤含水量隨土層深度的增加而增加，130～150 cm土層的含水量最高，為32.32%。

通過對(duì)油松林地、刺槐林地和次生林地土壤水分垂直變化的對(duì)比分析(圖1)可見，次生林地0～150 cm土層的平均含水量最高(22.77%)，油松林地次之(20.31%)，刺槐林地最少(16.81%)?？梢姡S土區(qū)不同植被條件下土壤的水分狀況存在顯著的差異，自然恢復(fù)的次生林地土壤含水量明顯高于油松林地和刺槐林地。3種林地0～20 cm土層的土壤含水量相差不大；而次生林地20～30 cm土層的含水量高于油松林地和刺槐林地。各林地30～60 cm土層的含水量變化不大。次生林地70～150 cm土層的含水量明顯高于油松林地和刺槐林地；因此可認(rèn)為次生林地主要消耗表層土壤的水分，而油松林地和刺槐林地不但消耗表層土壤水分，而且對(duì)深層土壤水分的消耗顯著大于次生林。刺槐林地的耗水量明顯高于其他2種林地，能更多地消耗70 cm以下土層的水分。

圖1　　油松林地、刺槐林地、次生林地土壤含水量隨　深度變化圖Fig.1　　Changes of soil moisture in different soil 　depths of three types of forest

3.2不同林地土壤水分的動(dòng)態(tài)變化

圖2為油松林地、刺槐林地、次生林地2013年4—11月0～150 cm土層含水量動(dòng)態(tài)變化圖。可以看出，4—6月為土壤水分消耗期，7—11月為土壤水分積累期。4—11月0～150 cm土層平均含水量分別為次生林地(22.77%)>油松林地(20.31%)>刺槐林地(16.81%)。4月，次生林地的含水量為18.44%，明顯高于油松林地和刺槐林地，而油松林地(11.97%)和刺槐林地(12.23%)的含水量卻相差不大；4月刺槐林地的土壤含水量為監(jiān)測(cè)期間內(nèi)的最低值。5月，次生林地、油松林地和刺槐林地的土壤含水量分別為21.34%、17.85%、13.86%，與4月相比，3種林地的土壤含水量均有所增加，這可能是5月63.6 mm的降雨量使土壤水分得到了補(bǔ)償所致。6月，次生林地、油松林地和刺槐林地的土壤含水量分別為18.39%、15.47%、12.47%，與5月相比，3種林地的土壤含水量均有所下降，可能是6月降雨量(15.3 mm)較小、氣溫高、植物蒸散耗水多所致。7—11月，次生林地土壤含水量隨時(shí)間的推移呈逐漸增加的趨勢(shì)，7月的土壤含水量為18.21%，為監(jiān)測(cè)期內(nèi)次生林地土壤含水量的最低值，11月的土壤含水量為28.84%，為監(jiān)測(cè)期內(nèi)土壤含水量最高值。刺槐林地7—11月的土壤含水量也隨時(shí)間的推移而增加，土壤含水量由7月的13.29%增加到11月的22.35%，11月為監(jiān)測(cè)期內(nèi)土壤含水量的最高值。油松林地7—11月期間，除8月土壤含水量(28.51%)較高外，土壤含水量隨時(shí)間的推移而增加，7月土壤含水量為19.48%，11月為23.24%，8月的土壤含水量為監(jiān)測(cè)期間內(nèi)的最高值。

圖2　油松林地、刺槐林地、次生林地土壤水分動(dòng)態(tài)變化圖Fig.2　　Dynamic changes of soil moisture in three types 　of forest

對(duì)3種林地監(jiān)測(cè)期內(nèi)土壤水分動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行分析得到，次生林地的土壤含水量明顯高于刺槐林地和油松林地，且次生林地和刺槐林地的土壤含水量隨時(shí)間的變化趨勢(shì)一致，波動(dòng)的幅度相差不大，說明土壤水分的季節(jié)動(dòng)態(tài)變化主要受降雨等氣象因素的影響。油松林地土壤含水量高于刺槐林地，且油松林地土壤水分的波動(dòng)要比刺槐林地劇烈，主要是由于油松林地造林時(shí)采用水平條整地，能夠有效地?cái)r截降水，使得降水過后的土壤水分大幅度增加。

3.3不同林地土壤水分與根系密度的關(guān)系

圖3為油松林地、刺槐林地、次生林地根系密度及土層含水量圖?？梢?，次生林地的根系密度最高，達(dá)到2萬3 435.82 g/m3，刺槐林地次之，為1萬5 051.36 g/m3，油松林地的根系密度最少，為9 987.38 g/m3。其中0～10 cm土層內(nèi)的根系密度，次生林最大，為1萬2 189.9 g/m3，刺槐林地次之，為6 056.42 g/m3，油松林地最少，為5 327.98 g/m3。10～20 cm土層次生林地、刺槐林地和油松林地的根系密度相差不大，分別為4 991.74 、4 251.43和3 246.8 g/m3。在20～30 cm土層內(nèi)次生林地、刺槐林地和油松林地的根系密度相差較大，分別為6 252.14、4 347.64和1 412.6 g/m3。

圖3　　油松林地、刺槐林地、次生林地根系密度及　土壤含水量變化圖Fig.3　　Changes of soil moisture content and root density in 　three types of forest

對(duì)比3種林地0～30 cm土層根系密度和土壤含水量的變化可知，土壤含水量與根系密度的變化趨勢(shì)相反，即根系密度越大，土壤含水量越低。說明土壤水分不僅受氣象因素的影響，還受林木根系吸收土壤水分供林木蒸騰耗水的影響。

根系密度與土壤含水量的相關(guān)分析結(jié)果見表2?？梢钥闯觯退闪值?、刺槐林地和次生林地根系密度與土壤含水量呈顯著負(fù)相關(guān)性。

表2　相關(guān)性分析

注：**為0.01水平上顯著相關(guān)；*為0.05水平上顯著相關(guān)。下同。Note：** Correlation is significant at the 0.01 level；* Correlation is significant at the 0.05 level. The same as below.

3.4不同林地土壤養(yǎng)分和根系密度的關(guān)系

表3為各林地0～30 cm土層的根系密度及土壤養(yǎng)分質(zhì)量分?jǐn)?shù)。可見，3種林地有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)均隨著土層深度的增加而遞減。次生林地0～30 cm土層平均有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)(34.41 g/kg)顯著高于刺槐林地(19.14 g/kg)和油松林地(17.35 g/kg)，而刺槐林地和油松林地平均有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)相差不大。3種林地全磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)均處于較低水平，從整體來看，3種林地0～30 cm土層平均全磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)從大到小依次為次生林地(0.72 g/kg)>油松林地(0.65 g/kg)>刺槐林地(0.63 g/kg)，隨著土層深度的增加，全磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化不明顯。0～30 cm土層內(nèi)次生林地、刺槐林地、油松林地平均全鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為23.97、21.39和20.81 g/kg，從整體來看，次生林地平均全鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)略高于刺槐林地和油松林地；而刺槐林地和油松林地平均全鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)相差不大，3種林地全鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)均隨著土層深度的增加而減小。

表3　油松林地、刺槐林地、次生林地根系密度及土壤養(yǎng)分

綜上所述，次生林在0～30 cm土層內(nèi)的有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)、全磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)、全鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)均明顯高于刺槐林地和油松林地，而刺槐林地和油松林地的有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)、全磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)、全鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)相差不大。這是由于次生林地內(nèi)腐殖質(zhì)與枯落物量均高于刺槐林地和油松林地，這些枯落物和腐殖質(zhì)能夠明顯增加土壤表層的有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)。次生林內(nèi)根系密度對(duì)有機(jī)質(zhì)和全鉀的影響不大，但也表現(xiàn)出根系密度與有機(jī)質(zhì)和全鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈正相關(guān)的趨勢(shì)。說明次生林地較多的根系密度對(duì)有機(jī)質(zhì)和全鉀的增加起到一定的促進(jìn)作用。

根系密度與有機(jī)質(zhì)、全磷和全鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)的相關(guān)分析結(jié)果見表4。可見，油松林地的根系密度與有機(jī)質(zhì)、全磷和全鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)均有極顯著的相關(guān)性(P<0.01)。刺槐林的根系密度與全鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)有極顯著相關(guān)性(P<0.01)，與有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)有顯著相關(guān)性(P<0.05)，與全磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)有顯著負(fù)相關(guān)性(P<0.05)。次生林地根系密度與有機(jī)質(zhì)、全鉀的質(zhì)量分?jǐn)?shù)均有極顯著相關(guān)性(P<0.01)，與全磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)有極顯著負(fù)相關(guān)性(P<0.01)。

表4　相關(guān)性分析

4結(jié)論與討論

1)晉西黃土區(qū)油松林地、刺槐林地、次生林地3種林地0～60 cm土層的土壤含水量相差不大，次生林地70～150 cm土層的含水量明顯高于油松林地和刺槐林地；因此可認(rèn)為次生林地主要消耗表層土壤的水分，且可以很好的利用天然降水補(bǔ)給土壤水分。而油松林地和刺槐林地不但消耗表層土壤水分，且對(duì)深層土壤水分的消耗顯著大于次生林。這就有可能造成人工林地深層土壤的含水量持續(xù)降低，甚至形成干層。這與牛俊杰等[12]、王志強(qiáng)等[13]、H.Schume等[14]、陳洪松等[15]的研究結(jié)果一致。油松林林地通過水平條整地可以有效地?cái)r截降水，補(bǔ)充淺層土壤水分，但不能彌補(bǔ)油松根系對(duì)于70～150 cm深層土壤水分的消耗，這導(dǎo)致油松林地深層土壤水分明顯低于次生林地；因此，可以認(rèn)為有效的整地措施能夠攔蓄降水，彌補(bǔ)植被對(duì)淺層土壤水分的消耗，但對(duì)于深層土壤水分的補(bǔ)給作用不明顯。這與張建軍等[16]的研究結(jié)果一致。而刺槐林地深層(70～150 cm)土壤含水量明顯低于次生林地和油松林地，說明刺槐林地的耗水量明顯高于其他2種林地，能更多地消耗70 cm以下土層的水分。

2)土壤水分在植被生長(zhǎng)季(4—11月)的變化分為土壤水分消耗期(4—6月)和土壤水分積累期(7—11月)，這與王建國(guó)等[2]的研究結(jié)果相似。土壤水分消耗期主要是受到氣象因素的影響而消耗水分。受到降水的影響，從7月開始， 3種水土保持林地土壤水分進(jìn)入積累期。次生林地和刺槐林地土壤含水量在植被生長(zhǎng)季變化趨勢(shì)一致，而油松林地造林時(shí)通過修建的水平條等整地措施能夠有效攔蓄地表徑流。降雨后土壤水分大幅增加，使油松林地土壤水分的波動(dòng)較其他林地更為劇烈。

3)晉西黃土區(qū)油松林地、刺槐林地、次生林地3種水土保持林地土壤有機(jī)質(zhì)、全磷和全鉀3項(xiàng)土壤養(yǎng)分質(zhì)量分?jǐn)?shù)存在一定差異性，但總體上次生林地土壤養(yǎng)分各項(xiàng)指標(biāo)質(zhì)量分?jǐn)?shù)均大于刺槐林地和油松林地相應(yīng)土壤養(yǎng)分質(zhì)量分?jǐn)?shù)。由此可見，通過自然恢復(fù)形成的次生林，可以顯著提高土壤養(yǎng)分質(zhì)量分?jǐn)?shù)，增加土壤肥力，增強(qiáng)土壤的保水保肥性能。

4)晉西黃土區(qū)油松林地、刺槐林地、次生林地3種水土保持林地0～30 cm土層內(nèi)根系密度之間存在一定的差異，次生林下灌草豐富，根系密度最大，這與李玉婷等[17]的研究結(jié)果一致。3種水土保持林地土壤水分和植物根系密度呈顯著負(fù)相關(guān)性，說明根系密度越大，吸收土壤水分供林木生長(zhǎng)和蒸騰的水分就越多，土壤含水量越低。3種水土保持林地土壤養(yǎng)分和植物根系密度密切相關(guān)：土壤有機(jī)質(zhì)和全鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)與根系密度變化趨勢(shì)一致，全磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)與根系密度變化趨勢(shì)不明顯。韓鳳朋等[8]的研究也表明根系對(duì)于土壤表層有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷的影響顯著，且土壤表層有機(jī)質(zhì)、全氮表聚現(xiàn)象明顯高于全磷。說明根系密度越大，土壤越疏松，微生物活動(dòng)越頻繁，能夠有效的提高土壤養(yǎng)分的運(yùn)移；植物通過根系吸收養(yǎng)分供其生長(zhǎng)并在體內(nèi)積累，植株死亡之后再返還土壤，能夠有效促進(jìn)土壤養(yǎng)分的積累。

在晉西黃土區(qū)進(jìn)行植被建設(shè)時(shí)受到土壤水分和土壤養(yǎng)分的限制，因此在本區(qū)域進(jìn)行植被建設(shè)時(shí)，需要模擬次生林模式，除了選擇適地適樹的樹種以外，還需采取水平條等整地措施，合理控制造林密度，有效利用造林地土壤水分，逐步改善區(qū)域的生態(tài)壞境。

本文只是在一定程度上描述了晉西黃土區(qū)水土保持林地的土壤水分和養(yǎng)分特征，對(duì)于根系密度和土壤養(yǎng)分的研究?jī)H限于土壤表層，對(duì)于深層根系密度和土壤養(yǎng)分特征，還需進(jìn)一步研究。同時(shí)關(guān)于油松林地和刺槐林地對(duì)土壤肥力的改善程度，還需要與撂荒地進(jìn)行對(duì)比，并對(duì)根系的分泌物質(zhì)及其生理生化作用進(jìn)行更深一步的研究。

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(責(zé)任編輯：程云郭雪芳)

Soil moisture and nutrient characteristics of soil and water conservation

forests in Loess Plateau of western Shanxi Province

Tian Ningning, Zhang Jianjun, Ru Hao, Li Yuting, Ding Yang, Zhang Yanting

(College of Soil and Water Conversation,Beijing Forestry University, 100083, Beijing, China)

Abstract:In order to explore soil moisture and nutrient characteristics of soil and water conservation forests, we investigated soil moisture, soil nutrients and root density of three types of forests, i.e.,Pinus tabulaeformis plantation, Robinia pseudoacacia plantation and secondary forest in Loess Plateau of western Shanxi Province, using EnviroSMART soil moisture monitoring system.The results showed that: 1) The average moisture content of 0-150 cm soil layer in three types of forests was ranked as secondary forest>P.tabulaeformis plantation>R.pseudoacacia plantation. 2) In general, the monthly changes of soil moisture in secondary forest and R.pseudoacacia plantation were consistent, while it was more volatile in the P.tabulaeformis plantation. The soil moisture contentin secondary forest was higher than that in the R.pseudoacacia plantation.3)The total root density in 0-30 cm soil layer followed the order of secondary forest >R.pseudoacacia plantation>P.tabulaeformis plantation, and the density decreased with the increase of soil depth. 4) In all the three forest types, there was a significantly negative correlation between soil moisture content and root density in 0-30 cm soil depth. 5) In the 0-30 cm depth,the contents of soil organic matters, total phosphorus and total potassium in secondary forest were significantly higher than those in the R.pseudoacacia and P.tabulaeformis plantations, with little difference between the latter two types of plantation. 6) Contents of organic matters and total potassium decreased with the increase of soil depth, while no obvious change in total phosphorus content was found with the increase of soil depth in three types of forests.

Keywords:soil moisture content; soil organic matter; total phosphorus; total potassium; soil and water conservation forest; loess area

通信作者?簡(jiǎn)介： 張建軍(1964—)，男，教授，博士生導(dǎo)師。主要研究方向：水土保持效益與森林水文。E-mail:zhangjianjun@bjfu.edu.cn

作者簡(jiǎn)介：第一 田寧寧(1990—)，女，碩士研究生。主要研究方向：水土保持與植被恢復(fù)。E-mail:tianningning0912@126.com

收稿日期：2014-06-30修回日期： 2015-04-29

中圖分類號(hào)：S152.7； S158.3

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1672-3007(2015)06-0061-07