王華 熊靜 邢文黎

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蘇北沿海圍墾區(qū)刺槐和檉柳林地土壤養(yǎng)分研究

王華1熊靜2,3邢文黎2,3*

（1江蘇省東臺(tái)市林業(yè)中心 224200；2南京林業(yè)大學(xué) 江蘇南京 210037； 3中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院亞熱帶林業(yè)研究所 浙江杭州 311400）

以栽植的固氮樹種刺槐及土著樹種檉柳為研究對(duì)象，對(duì)蘇北東臺(tái)圍墾區(qū)檉柳、刺槐林下根區(qū)（冠幅內(nèi)）與非根區(qū)（冠幅外）土壤養(yǎng)分及含鹽量和pH值進(jìn)行了對(duì)比分析。結(jié)果表明：刺槐和檉柳根區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、水解氮和有效磷含量均顯著高于非根區(qū)土壤（檉柳有機(jī)質(zhì)和全磷含量除外），刺槐根區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)、全氮和水解氮含量顯著高于檉柳根區(qū)土壤，但兩種林地根區(qū)土壤全磷和有效磷含量沒有顯著差異。檉柳和刺槐根區(qū)土壤鹽分含量均顯著低于非根區(qū)土壤，但兩種林地土壤pH值并沒有顯著差異。由此可見，無(wú)論是自然演替植被還是人工恢復(fù)植被均有助于圍墾區(qū)土壤質(zhì)量的改善，但相對(duì)于土著樹種而言，人工栽植的刺槐更有利于土壤有機(jī)質(zhì)和氮的積累。植被恢復(fù)降低了土壤鹽分含量，同時(shí)可能促進(jìn)了土壤微生物活性，進(jìn)而有利于土壤養(yǎng)分狀況的改善，但土壤質(zhì)量變化與樹種密切相關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)，固氮樹種刺槐比土著樹種檉柳更有利于提高土壤養(yǎng)分狀況。

圍墾區(qū)；刺槐；檉柳；土壤養(yǎng)分

引言

濱海濕地作為一個(gè)水陸相互作用形成的獨(dú)特生態(tài)系統(tǒng)，具有獨(dú)特的物理、化學(xué)和生物學(xué)結(jié)構(gòu)及功能[1]，同時(shí)，濱海濕地作為潛在的土地資源，為沿海地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展及土地資源利用方式的動(dòng)態(tài)平衡做出了重要貢獻(xiàn)[2]。濕地圍墾和利用改變了土壤物質(zhì)和能量的循環(huán)過程，進(jìn)而影響了土壤中碳、氮元素含量和儲(chǔ)量，以及土壤生物學(xué)現(xiàn)狀。灘涂圍墾后，隨著圍墾年限增加及土地利用方式的改變，使得土壤含水量顯著下降和土壤含鹽量大幅降低，促進(jìn)了土壤有機(jī)沉積物的礦化分解作用，從而對(duì)土壤碳、氮儲(chǔ)量及土壤酶活性產(chǎn)生了影響[3]。由于濱海濕地土壤鹽漬化嚴(yán)重，且生態(tài)環(huán)境脆弱，生態(tài)系統(tǒng)的自我調(diào)節(jié)和恢復(fù)能力較差。因此，開展植被恢復(fù)和重建、森林的保護(hù)管理、鹽堿地造林技術(shù)和生物改良技術(shù)的研究是該區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境建設(shè)中需要解決的重點(diǎn)問題[4]。

刺槐()生長(zhǎng)速度快、對(duì)環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、耐干旱貧瘠、具有固氮能力, 是生態(tài)恢復(fù)的先鋒樹種。長(zhǎng)期以來, 由于刺槐耐旱耐鹽堿的優(yōu)良特性，在沿海圍墾區(qū)植被恢復(fù)和防護(hù)林建設(shè)中發(fā)揮了重要的作用[5]。檉柳()是檉柳科檉柳屬植物，在我國(guó)主要分布于沙荒地、干旱鹽堿地及濱海鹽堿濕地。檉柳根部潛水較深、葉呈鱗片狀、莖葉愈合、具發(fā)達(dá)的泌鹽腺，耐鹽堿，是典型的泌鹽植物，可通過種子、營(yíng)養(yǎng)兩種方式繁殖，生態(tài)位較寬，具有較高的生態(tài)價(jià)值、藥用價(jià)值。檉柳作為鹽堿地區(qū)較為重要的木本植物建群物種，是一種沃土能力較強(qiáng)的鹽生植物，現(xiàn)已成為濱海濕地生態(tài)規(guī)劃區(qū)主要的生態(tài)修復(fù)樹種[6,7]。研究選取濱海濕地圍墾后營(yíng)造的刺槐林和灘涂自然生長(zhǎng)的檉柳為研究對(duì)象，研究2個(gè)樹種對(duì)林地土壤養(yǎng)分、土壤鹽分及土壤pH等的影響，旨在揭示濱海濕地圍墾后人工造林和自然演替植物對(duì)土壤質(zhì)量的影響，為科學(xué)評(píng)價(jià)濱海濕地植被恢復(fù)和防護(hù)林建設(shè)提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于江蘇省東臺(tái)市沿海灘涂條子泥墾區(qū)，地理位置為 32°45′-32°53′N、120°54′-120°57′E，條子泥于2013年完成圍墾。該區(qū)屬亞熱帶和暖溫帶的過渡區(qū)，年平均氣溫15.0℃，無(wú)霜期220d，降水量1061.2mm，日照2130.5h。刺槐林于2014年帶狀沿海堤邊栽植，初植密度1111株/hm2，平均高2.1 m。檉柳為圍墾后灘涂自然生長(zhǎng)的植物，密度752株/hm2，平均高1.8m。

1.2 土壤樣品采集與分析

在刺槐和檉柳林地中各設(shè)置 20 m×20 m的臨時(shí)樣地3塊，在各樣地中選取生長(zhǎng)相似的刺槐和檉柳標(biāo)準(zhǔn)木各5株，分別在冠幅范圍內(nèi)（根系和凋落物集中分布區(qū)域，作為根區(qū)土壤）和冠幅外（作為非根區(qū)土壤）采集土壤。同一樣地的土樣混合為1個(gè)樣品，待土壤自然風(fēng)干，研磨后過 2 mm土壤篩，用于土壤碳、氮的測(cè)定。土壤總氮（TN）含量采用凱氏定氮法測(cè)定，水解氮（AN）采用堿解擴(kuò)散吸收法測(cè)定，土壤有機(jī)質(zhì)（SOM）采用重鉻酸鉀氧化-外加熱法測(cè)定，土壤總可溶性鹽含量采用殘?jiān)娓?質(zhì)量法測(cè)定，土壤pH值的測(cè)定采用電位法測(cè)定，土壤全磷含量采用HClO4-H2SO4消煮法測(cè)定，土壤有效磷含量采用比色法測(cè)定[8,9]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

利用Microsoft Excel 2010軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，運(yùn)用SPSS 22.0單樣本T檢驗(yàn)檢驗(yàn)不同處理之間各指標(biāo)的差異；采用Pearson 相關(guān)性分析土壤鹽分、土壤pH和土壤碳、氮、磷的關(guān)系，不同處理之間的顯著性分析在 P<0.05 水平下進(jìn)行。

2 結(jié)果分析

2.1 土壤養(yǎng)分特征

濕地土壤有機(jī)質(zhì)一般主要來自于地上的凋落物和地下的腐殖質(zhì)等有機(jī)物質(zhì)，由于濕地土壤的特殊性，為地表以下土壤營(yíng)造了一個(gè)厭氧環(huán)境，植物枯枝落葉等有機(jī)物分解和轉(zhuǎn)化的速率緩慢，從而影響土壤有機(jī)質(zhì)的積累。圖1顯示，刺槐根區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量顯著高于非根區(qū)土壤（P<0.05）；盡管檉柳根區(qū)土壤也略高于非根區(qū)土壤，但兩者之間并無(wú)顯著差異（P>0.05）。刺槐根區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量顯著高于檉柳根區(qū)土壤（P<0.05），這可能與刺槐枯落物較多以及根系較發(fā)達(dá)有關(guān)，由此導(dǎo)致了土壤中有機(jī)物的輸入也較多。

圖1 檉柳和刺槐土壤有機(jī)質(zhì)含量比較

注：不同大寫字母表示同一樹種的根區(qū)土與非根區(qū)土之間差異顯著（P<0.05）；不同小寫字母表示同一土壤類型與不同樹種之間差異顯著（P<0.05）；n=3，下同。

一直以來，土壤中的 N被認(rèn)為是最易耗竭和限制植物生長(zhǎng)的營(yíng)養(yǎng)元素之一，尤其是土壤速效氮與土壤有機(jī)質(zhì)含量及土壤熟化程度密切相關(guān)。由圖2可知，檉柳和刺槐的根區(qū)土壤全氮和水解氮含量均顯著高于非根區(qū)土壤（P<0.05）。檉柳根區(qū)土壤全氮和水解氮含量分別比非根區(qū)土壤增加了75.81%和135.99%，刺槐根區(qū)土壤全氮和水解氮含量分別比非根區(qū)土壤增加了68.07%和78.93%。總的來看，刺槐及檉柳的非根區(qū)土壤全氮及水解性氮含量接近，但刺槐根區(qū)土壤全氮及水解性氮含量均顯著高于檉柳（P<0.05）。這說明刺槐作為固氮樹種具有較強(qiáng)的固氮能力，同時(shí)表明植物根系對(duì)土壤養(yǎng)分具有一定的活化及富集作用。

圖2 檉柳和刺槐土壤全氮（上）及水解性氮（下）含量比較

磷是植物所必需的大量營(yíng)養(yǎng)元素之一，測(cè)定土壤中的全磷，可以很好地了解土壤中可被植物吸收利用的土壤磷儲(chǔ)備量，而土壤有效磷則可以較為全面地闡述土壤磷素肥力的供應(yīng)情況。由圖3可知，刺槐的根區(qū)土壤全磷含量和土壤有效磷含量均顯著高于非根區(qū)土壤（P<0.05）。檉柳根區(qū)與非根區(qū)土壤全磷含量沒有顯著差異，但根區(qū)土壤有效磷含量比非根區(qū)土壤增加了94.22%。此外，檉柳非根區(qū)土壤全磷含量顯著高于刺槐（P<0.05），檉柳和刺槐根區(qū)土壤全磷及有效磷含量均沒有顯著差異（P>0.05）。

圖3 檉柳和刺槐土壤有效磷含量（上）及土壤全磷含量（下）

2.2 土壤鹽分及pH值

從圖4可以看出，檉柳和刺槐非根區(qū)土壤鹽分含量均顯著高于根區(qū)土壤（P<0.05），檉柳根區(qū)土壤鹽分含量比非根區(qū)土壤降低65.62%，刺槐根區(qū)土壤鹽分含量比非根區(qū)土壤降低89.19%；刺槐與檉柳根區(qū)土壤鹽分含量沒有顯著差異（P>0.05），但刺槐非根區(qū)土壤鹽分含量高于檉柳（P<0.05），這可能與不同地塊土壤鹽分的空間變異有關(guān)。檉柳和刺槐的根區(qū)與非根區(qū)土壤pH值均沒有顯著差異，表明短期內(nèi)植被恢復(fù)對(duì)土壤pH值沒有顯著影響。

2.3 刺槐及檉柳根區(qū)土壤養(yǎng)分和土壤鹽分、土壤pH值的相關(guān)性分析

對(duì)刺槐及檉柳根區(qū)土壤養(yǎng)分、土壤鹽分及土壤pH進(jìn)行相關(guān)性分析后，發(fā)現(xiàn)土壤有機(jī)質(zhì)與土壤全氮和土壤水解性氮呈極顯著正相關(guān)（P<0.05），而與土壤有效磷、土壤pH及土壤含鹽量間呈負(fù)相關(guān)（P>0.05）；同時(shí)，土壤全氮與土壤水解性氮呈極顯著正相關(guān)（P<0.05），而與土壤有效磷、土壤pH及土壤鹽分呈極顯著負(fù)相關(guān)（P<0.05）。此外，土壤水解性氮與土壤pH值呈極顯著負(fù)相關(guān)（P<0.05）（表 1）。可見，土壤總氮含量對(duì)土壤有效磷含量有一定的抑制作用，這可能與林木根系對(duì)礦物元素的活化程度有關(guān)；同時(shí)表明，土壤鹽分及土壤pH值的降低對(duì)于土壤碳氮積累具有一定的協(xié)同促進(jìn)作用。

表1 檉柳及刺槐根區(qū)土壤pH、土壤鹽分 和土壤養(yǎng)分的相關(guān)性分析

注：**表示在 P<0.05水平上差異極顯著；n=3。

3 討論

研究表明，植被類型、土地利用變化都會(huì)顯著影響土壤有機(jī)質(zhì)（SOM）的變化，植被變化及其土壤有機(jī)碳庫(kù)容對(duì)碳固定具有重要的潛在影響[10]。研究中，刺槐根區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量顯著高于非根區(qū)土壤，而檉柳根區(qū)與非根區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量接近，這主要是因?yàn)榇袒钡目萋湮餁w還量較多，有機(jī)物積累豐富；而檉柳生長(zhǎng)緩慢，相應(yīng)的枯枝落葉歸還量也較小，從而使土壤有機(jī)質(zhì)含量相對(duì)較低?？傮w而言，隨著植被恢復(fù)時(shí)間的增加，林木冠幅逐漸增大、植被逐漸密集，使得地表凋落物增加，同時(shí)逐漸增加的林分郁閉度減緩了枯落物的分解速率，有利于地表生物量的積累及土壤有機(jī)物輸入量的增加，從而提高了土壤有機(jī)質(zhì)含量[11]。

研究區(qū)刺槐和檉柳林地根區(qū)土壤中的土壤水解性氮及土壤有效磷等養(yǎng)分含量主要取決于土壤微生物對(duì)土壤養(yǎng)分的礦化作用和酶促反應(yīng)。與非根區(qū)土壤相比，刺槐和檉柳根區(qū)土壤的水解氮、有效磷含量均顯著提高，說明土壤養(yǎng)分在根區(qū)發(fā)生富集。雖然刺槐與檉柳的土壤氮含量與土壤有機(jī)質(zhì)的變化趨勢(shì)基本相同，但與檉柳相比，刺槐根區(qū)土壤的氮含量呈現(xiàn)更為明顯的提高，這可能由于刺槐是豆科作物， 根系具有結(jié)瘤固氮作用，能夠吸收大氣中的氮?dú)廪D(zhuǎn)變?yōu)橹参锟晌绽玫幕蠎B(tài)氮 (NH4+和NO3-) 和有機(jī)態(tài)氮，增加了土壤氮素含量。土壤中的磷主要來自于土壤母巖，而且土壤中磷礦石比較多，不同類型樣地的土壤磷含量本就不同[12]，因此檉柳和刺槐的土壤全磷含量變化并沒有明顯的規(guī)律，檉柳根區(qū)土壤及非根區(qū)土壤全磷含量介于刺槐的根區(qū)土壤和非根區(qū)土壤全磷含量之間。雖然研究區(qū)檉柳尚處于幼齡階段，其對(duì)土壤質(zhì)量的影響較為有限，但檉柳作為濱海圍墾區(qū)早期的演替樹種，對(duì)植被恢復(fù)和生態(tài)系統(tǒng)功能發(fā)揮具有重要意義。

4 結(jié)論

檉柳和刺槐作為濱海圍墾區(qū)主要的植被恢復(fù)樹種，在耐鹽堿、抗旱、耐貧瘠等方面展示了無(wú)可比擬的優(yōu)點(diǎn)，其發(fā)達(dá)的根系促進(jìn)了土壤活性成分和土壤肥力的增加，人工栽植的刺槐和自然演替的檉柳均不同程度地增加了根區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、水解氮和有效磷的含量，尤其是刺槐更有利于有機(jī)質(zhì)和氮的積累。檉柳和刺槐根區(qū)土壤鹽分含量均顯著降低，但對(duì)土壤pH值影響較小。因此，圍墾區(qū)植被恢復(fù)降低了土壤鹽分含量，有利于土壤養(yǎng)分狀況的改善，固氮樹種刺槐比土著樹種檉柳更有利于提高土壤養(yǎng)分狀況。

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Research on soil nutrients inandforests in coastal reclamation areas of northern Jiangsu province

Wang Hua1, Xiong Jing2,3, Xing Wenli2,3*

In this study, the soil nutrients, salinity and pH concentrations in the root zone (under the canopy) and non-root zone (outside the canopy) of(native species) and(introduced nitrogen fixation species) forests were studied in the reclaimed region in Dongtai, northern Jiangsu Province.The results showed that the contents of soil organic matter, total nitrogen, total phosphorus, hydrolyzed nitrogen and available phosphorus were significantly higher in the root zone ofandthan those in the non-root zone (except the contents of organic matter and total phosphorus in).Soil organic matter, total nitrogen and hydrolyzable nitrogen contents were significantly higher in the root zone ofthan those in the root zone of. There was no significant difference in total phosphorus and available phosphorus contents between the two woodlands.Soil salinity content in the root zone ofandwas significantly lower than that in the non-root zone soil, and no significant difference was observed in soil pH values between the two woodlands.Both natural succession vegetation and artificial restoration vegetation can improve the soil quality in coastal reclaimed region, compared with native tree species, plantedis more beneficial to the accumulation of organic matter and nitrogen.Vegetation restoration can reduce soil salinity and promote soil microbial activity, and then increase the soil nutrients. However, the changes of soil quality are closely related to tree species.This studyindicates that the nitrogen fixation tree species-is better improve soil nutrient status than native species-.

reclaimed region; Robinia pseudoacacia;;soil nutrient

S718.51+6

A

1004-7743（2018）04-0001-05

2018-08-08

華東沿海防護(hù)林生態(tài)系統(tǒng)定位研究站運(yùn)行經(jīng)費(fèi)。

王華，高級(jí)工程師，主要從事森林管理與經(jīng)營(yíng)；E-mail：409928019@qq.com。