人工促进植被恢复对基岩质海岸防护林土壤理化特性的影响

高智慧，高洪娣，张晓勉，陈贤田，柳方考

（1. 浙江省林业科学研究院，浙江 杭州 310023；2. 浙江省林业生态管理中心，浙江 杭州 310020；3. 浙江省三门县林业特产局，浙江 三门 317100，）

人工促进植被恢复对基岩质海岸防护林土壤理化特性的影响

高智慧1，高洪娣2，张晓勉1，陈贤田3，柳方考3

（1. 浙江省林业科学研究院，浙江 杭州 310023；2. 浙江省林业生态管理中心，浙江 杭州 310020；3. 浙江省三门县林业特产局，浙江 三门 317100，）

根据沿海基岩质海岸不同的植被类型典型地段，在三门县浬浦镇草头村选择了6个试验样地和1个无林地作对照进行人工促进植被恢复对基岩质海岸防护林的土壤生态特性影响研究，结果表明：(1)沿海岩质海岸防护林土壤含水率普遍较低，并随着土层增加相应减少。经人工促进植被恢复的化香纯林土壤含水率最高，北江荛花檵木混交林土壤比重最小，二样地总孔隙度和毛管持水量增加，其它各样地间差异不明显。(2)沿海岩质海岸防护林土壤养分含量差异较大，试验样地的土壤全氮、水解性氮、全磷、速效钾及有机质含量均明显高于对照地，其中土壤全氮、水解性氮、全磷及有机质含量均以经人工促进植被恢复的北江荛花檵木混交林最高，土壤速效钾含量以化香纯林最高。

人工促进植被恢复；土壤理化特性；基岩质海岸防护林

植被对土壤的影响表现在根系对土壤的挤压、穿插和分割，死亡根系和枯枝落叶产生的有机质及根际分泌物对土壤性质的影响，植物对土壤中营养元素的富集和再分配，植被防止和减轻水土流失引起的养分损失[1～2]。人工促进的自然恢复主要是依靠自然力来恢复受损的生态系统，但同时辅以人工措施促进植被形成，向典型自然生态系统演替的过渡。在退化生态系统恢复过程中，植被群落结构逐渐优化，生物多样性增加，土壤理化性质得到改善，系统的生产力、水土保持和水源涵养功能提高[3～6]。

1 研究地概况

研究区位于浙江省三门县浬浦镇草头村，属典型的亚热带海洋性季风气候，四季分明，雨量充沛，年平均气温16.2℃，降水量l 628.8 mm，但季节分配不均，夏秋降水量占全年的71.9%，冬季仅占9.4%，暴雨多集中于6-8月，年蒸发量1 421 mm，无霜期218.2 d。受季风影响，该岸段平均每年有台风2 ～ 3次，常给当地工农业生产和人民生活带来严重危害。

地带性土壤为红壤，土壤母岩大多为花岗岩和凝灰岩。土层厚度中等，含石量高，质地轻粘，干燥时疏松多孔，pH4.7 ～ 6.5，呈酸性或强酸性反应。典型的森林植被属中亚热带常绿阔叶林，现大多为次生群落或人工林取代。树种较为单一，主要树种有马尾松（Pinus massoniana）、黑松（P. thunbergii）、湿地松（P. elliottii）、日本扁柏（Chamaecyparis obtusa）、木荷（Schima superba）、青冈栎（Cyclobalanopsis glauca）、板栗（Castanea mollissima）、杨梅（Myrica rubra）、桃形李（Prunus salicina）等。

2 研究方法

2.1 样地的设置

根据沿海基岩质海岸不同的植被类型典型地段，在三门县浬浦镇草头村选择了6个试验样地和1个无林地作对照，分别设点进行调查，记录各试验地小地形特点、植被种类及人为干扰等情况。7个试验地的具体情况见文献7。

2.2 土壤样品的采集

在各个样地内采用典型抽样法设置标准地，标准地面积为20 m×20 m，分别在7个标准地内选择上、中、下坡，除去土壤表层的枯枝落叶和植被后，挖土壤剖面，根据国际规定及当地土壤剖面状况，剖面深度为100 cm。其中，北江荛花檵木混交林没有足够的土层深度，所以挖到岩石层。

记录土壤各分层的剖面特性，如颜色、石砾含量、根系、松紧度等。然后从下往上分两层（0 ～ 20 cm和20 ～ 40 cm）用无菌小铁铲分别混合取样，以免取上层土壤时污染、影响下层土壤。采集后一份装入聚乙烯塑料袋，并迅速带回实验室进行土壤微生物及土壤含水量测定，另一份带回风干制样，进行其它各理化性质测定。

2.3 分析方法

2.3.1 土壤物理性质观测 土壤含水率采用烘干法；土壤比重、孔隙度采用环刀法[8]。机械组成采用比重计法。。2.3.2 土壤化学性质分析 有机质含量测定用重铬酸钾氧化—外加热法；速效钾采用乙酸铵浸提法；速效磷用碳酸氢钠浸提法；用pH计测定pH；全氮用扩散吸收法；水解性氮用碱解扩散法；全磷、全钾用NaOH熔融法测定。

2.3.3 数据处理 试验数据的相关分析、聚类分析、主成分分析以及各种图表的制作使用Excel2003和SPSS13.0软件进行[9]。

3 结果与分析

3.1 土壤物理性质

3.1.1 土壤水分、容重及孔隙度状况 由于受沿海地区特殊的气候条件和岩质海岸特有地形地貌的影响，岩质海岸土壤状况较差，水土流失严重，水源涵养能力较差。其中土壤水分亏缺是较突出的问题[10]，严重制约着植物生长，从而影响造林成活率，使得林地树种单一、结构简单。

对6个试验样地和对照地之间的含水率、比重、孔隙度以及持水量（表1）进行比较分析得知，对照地土壤比重最大，上下层分别为1.44和1.53 g/cm3，1号样地北江荛花（Wikstroemia monnulavar.monnula）檵木（Loropetalum chinensis）混交林的土壤比重最小，0 ～ 20 cm土层仅为1.24 g/cm3，这与该样地土层薄，灌木植被覆盖度大，根系发达，土层较疏松等有关。其它样地间差异不显著，0 ～ 20 cm土层变幅仅为0.17 g/cm3，下层变幅也仅为0.16 g/cm3；总孔隙度为1号北江荛花檵木混交林最大，2号化香（Platycarya strobilacea）纯林次之，对照地最小；非毛管孔隙度也是1号北江荛花檵木混交林最大，0 ～ 20 cm层达31.40%，超过对照地190.74%，20 ～ 40 cm层超出对照地239.66%，毛管孔隙度2号化香纯林最大，1号北江荛花檵木混交林最小。毛管持水量也以1号北江荛花檵木混交林最大，4号枫香（Liquidambar formosana）纯林最小。。

表1 不同样地土壤容重、孔隙度及水分状况Table1 The bulk density, porosity and moisture of soil in different plots

3.1.2 土壤机械组成 土壤的机械组成可进一步作为判断土壤质地的依据。砂土骨架松散，粒间孔隙大，水分容易渗入，内部排水快，抗旱能力差，保肥性也较差。但砂质土壤通气性能好，好气微生物活动强烈，有机质分解迅速，营养物质释放较快。粘质土壤细粒含量高，骨架紧实，通气不畅，好气微生物活动受抑制，有机质分解缓慢，保肥能力强。壤质土壤兼有砂质土壤和粘质土壤的优点，是较为理想的土壤。

表2 6个样地土壤机械组成Table 2 Soil mechanical composition of six plots %

对6个样地及对照地的土壤做机械组成的测定，其中砂粒（2.00 ～ 0.05 mm），粉粒（< 0.050 ～ 0.002 mm），粘粒（< 0.002 mm），数据如表2。。

从不同样地各粒级含量可以看出，各样地机械组成中均以粉粒含量最高，41%～51%。 3、5、6号样地机械组成较相似，砂粒含量在20%左右，粘粒含量在30%左右，粉粒含量都占一半左右；粉粒含量最高的为3号湿地松纯林，它的砂粒含量也仅次于2号化香纯林，达到20%；土壤较疏松的4号枫香纯林和1号北江荛花檵木混交林砂粒含量最高，粘粒、粉粒含量最低。因此在人工促进措施下，岩质海岸地区植被恢复过程中土壤质地略有改善，砂粉粒含量适中，使得土壤通气透水性能良好。

3.2 土壤化学性质

土壤化学性质测定结果如表3。

3.2.1 土壤有机质 从有表3中可以看出，除1号北江荛花檵木混交林外，其余各样地土壤有机质含量差异不大。从各层变化来看，表土层有机质含量最高，且随着土层深度增加，有机质含量逐渐降低，可见由于植物根系在表层分布较高，改善了土壤质地，并通过分泌物促进微生物活性，对有机质含量有很大影响。1号北江荛花檵木混交林由于为灌丛状，植被覆盖密度相对较大，根系分布高，有效地促进了微生物和酶活性，使得其有机质含量最大，0 ～ 20 cm土层达到114.76 g/kg，超过了对照地表土层有机质含量的227.23%，20 ～ 40 cm土层也达到94.82 g/kg，更是超过了对照地同层的396.18%。除1号样地外的其他各样地有机质含量比对照地略有增加，其中5号湿地松木荷混交林和6号湿地松枫香混交林有机质含量略有优势，2号经人工促进措施自然恢复生长的化香林由于土壤砂粒含量小，土壤较板结，有机质含量没有优势，但差不多达到了造林样地的有机质水平，有机质含量比对照地增加了17.12%。虽然岩质海岸防护林土壤改良难度较大，但从1号样地土壤有机质含量的明显优势可以看出，在适宜的条件下，人工促进自然恢复方式有利于提高土壤有机质含量，增强土壤保肥性。

表3 不同样地土壤化学性质Table3 The chemical property of soil in different plots

3.2.2 土壤氮含量 从表3中可以看出，土壤全氮以1号北江荛花檵木混交林为最高，2号化香纯林和6号湿地松枫香混交林的0 ～ 20 cm土层全氮含量均超过2.00 g/kg。一般地，20 ～ 40 cm土层土壤全氮含量明显小于0 ～ 20 cm土层，但1号北江荛花檵木混交林0 ～ 20 cm土层和20 ～ 40 cm土层差异不明显，下层达到上层土壤全氮含量的85.64%。此外5号湿地松木荷混交林的全氮含量20 ～ 40 cm土层略高于0 ～ 20 cm土层，也稍有反常。土壤水解性氮总含量为1号北江荛花檵木混交林明显最高，5号湿地松木荷混交林和6号湿地松枫香混交林次之，2号化香纯林与3号湿地松纯林水平相当，4号枫香纯林略高于对照地。

3.2.3 土壤磷含量 土壤全磷以1号北江荛花檵木混交林为最高，有效磷含量样地间、样地内土层间差别较大（但1号北江荛花檵木混交林0 ～ 20 cm土层和20 ～ 40 cm土层含量差异很小，仅为0.03 mg/kg）。土层有效磷总含量以6号湿地松枫香混交林和4号枫香纯林为最高，1号北江荛花檵木混交林也远远高出其它样地，与4号枫香纯林水平差异不大。2号化香纯林土层有效磷总含量比对照地略有增加。

3.2.4 土壤钾含量 从表3中可以看出，土壤全钾以5号湿地松木荷混交林为最高，0 ～ 20 cm土层达到29.43 g/kg，土壤速效钾以2号化香纯林为最高，0 ～ 20 cm土层达到184.60 g/kg。全钾和速效钾含量并非随着土层的增加而减少，其中2号化香纯林和6号湿地松枫香混交林均以20 ～ 40 cm土层含量高，这可能由于样地砂粒含量较高，土壤水分淋洗所致。土层速效钾总含量以2号化香纯林最高，3号、5号和6号较接近，4号枫香纯林在6个样地中含量最小，仅为2号化香纯林速效钾含量的24.89%。

表4 样地土壤化学性质分析Table 4 Analysis of soil chemical property of all plots

3.2.5 土壤酸度 从表3可以看出，各样地各个层次的pH均在5左右，显示较强的酸性。其中1号北江荛花檵木混交林样地的土壤pH最小，上下层分别为4.60和4.63，这可能由于该样地植被覆盖度大，且为西北迎风坡有关。而4号枫香纯林和6号湿地松枫香混交林的pH则相对最大，20 ～ 40 cm土层两样地分别达到了5.53和5.49，这可能由于林地密度相对较小，枯枝落叶层薄，没有很好地改善土壤酸度。

表5 土壤各理化性质主成分分析Table 5 The principle component analysis of soil physicochemical property

3.2.6 土壤化学养分 由表4可知，不同土层间土壤养分含量平均水平除全磷无明显差别外，其余各因子均以0 ～ 20 cm明显高于20 ～ 40 cm土层，其中以有效磷最高，0 ～ 20 cm土层的平均值超出20 ～ 40 cm土层的96.77%，水解性氮超出93.14%，有机质也达到57.85%。土壤各样地间化学养分含量差异显著，其中以pH差异最小，0 ～ 20 cm和20 ～ 40 cm土层的变异系数仅为0.05和0.06，此外，全钾含量各样地间差异也不明显，变异系数为0.19和0.13。20 ～ 40 cm土层的全氮含量和有机质含量差异最大，分别为0.80和0.79。

为了进一步明确影响沿海岩质海岸防护林土壤理化状况的主导因子，进一步了解影响该地区土壤肥力的重要因素，对6个样地及对照地的土壤数据进行主成分分析，结果表明，前面4个主成分的累积贡献率达到89.398%。从第一主成分的系数可以看出，全氮、水解性氮和pH贡献率最大；从第二主成分可以看出，砂粒、粘粒和速效钾贡献率最大；从第三主成分可以看出，毛管持水量和全钾贡献率最大；从第四主成分可以看出，有效磷、毛管孔隙度、含水率贡献率最大。由此可见，各土壤养分除全磷对该地区土壤理化性质影响较小外，其他各养分均为影响该地区土壤理化性质的主要因子，此外，砂粒、粘粒和含水量也是主要影响因子之一。但总的来说，主成分分析并不是很明显，没有得到集中的几个主成分，说明影响该地区土壤生态特性的各个理化性质均很重要，而且它们之间的关系错综复杂。

4 结论与讨论

4.1 人工促进植被恢复对土壤物理性质的影响

试验表明，沿海岩质海岸防护林土壤含水率普遍较低，并随着土层增加相应减少。除2号化香纯林土壤含水率明显高于其它样地外，其他各样地间含水率差异不明显，与2号样地同为经人工促进植被恢复的1号北江荛花檵木混交林含水率则最小，土壤比重也最小，这与该样地土层薄，灌木植被覆盖度大，根系发达，西北面向海，土层较疏松等有关。6个样地的土壤比重均低于对照地，以4号枫香纯林最大，上下层分别为1.41、1.48 g/cm3，各样地间差异不显著，0 ～ 20 cm土层变幅仅为0.17 g/cm3，下层变幅也仅为0.16 g/cm3；土壤比重在剖面上均表现从上至下逐渐增大的趋势，而土壤总孔隙度从上至下逐渐减少，可见表层土壤根系分布相对较多，对土壤的通气透水性具有促进作用。总孔隙度为1号北江荛花檵木混交林最大，2号化香纯林次之，对照地最小；非毛管孔隙度也是1号北江荛花檵木混交林最大，与其它样地有显著差异。毛管持水量也以1号北江荛花檵木混交林最大，4号枫香纯林最小。

岩质海岸防护林不同样地间土壤机械组成具有一定差异。各样地机械组成中均以粉粒（0.050 ～ 0.002 mm）含量最高，总体平均为46.57%，砂粒含量最小，总体平均为24.71%。粉粒含量在各样地间差异不大，而砂粒含量在不同样地间具有一定差异，以4号枫香纯林最高，1号北江荛花檵木混交林次之，粘粒含量以2号化香纯林为最高。

4.2 人工促进植被恢复对土壤化学性质的影响

岩质海岸防护林土壤有机质含量均较低，表土层有机质含量高，且随着土层深度增加，有机质含量逐渐降低，可见由于植物根系在表层分布较高，改善了土壤质地，并通过分泌物质促进微生物活性，大大增加了表土层土壤的有机质含量。除1号北江荛花檵木混交林土壤有机质明显高于其他样地外，其余各样地间土壤有机质含量差异不明显，均略高于对照地。由于各层土壤理化性质的不同，每个样地不同土层间存在一定差异，其中5号和6号混交林地最为明显，这可能和两样地粘粒含量相对较高，保水保肥能力强，有机质被截在表土层有关。1号北江荛花檵木混交林两土层间有机质含量差异极小，这与该样地土层薄，根系分布广泛，微生物活动强度大有关。

岩质海岸防护林土壤酸性较强，pH均在5.00左右。不同样地间pH差异不显著，上下层变异系数分别仅为0.05和0.06。其中1号北江荛花檵木混交林样地的土壤pH值最小，为灌木群落，植被覆盖度较大。不同土层间土壤pH差异也不明显，下层土壤pH比表层略高，这可能由于表土层植物根系含量丰富，枯枝落叶层较厚，一定程度上降低了土壤pH。

岩质海岸防护林土壤养分含量差异较大，6个试验样地的土壤全氮、水解性氮、全磷、速效钾含量均明显高于对照地，其中土壤全氮、水解性氮、全磷含量以1号北江荛花檵木混交林最高，远远超出其它各样地。此外，同为经人工促进植被恢复的2号化香纯林土壤全氮、全磷含量也仅次于1号样地，水解性氮含量比6号湿地松枫香混交林略低，而土壤速效钾含量为2号化香纯林最高。由此可见，经人工促进植被恢复，岩质海岸防护林由于适当的人工疏伐，促进植被向稳定群落发展，可在一定程度上改善该区土壤养分状况。

土壤速效养分在各样地间差异较显著，其中以速效钾的变异系数最大，但在土壤剖面各层间差异不明显。一般随土层深度增加，速效钾含量逐渐降低，2号化香纯林和6号湿地松枫香混交林样地出现了略有增大的趋势，这可能由于两样地表土层砂粒含量高，枯枝落叶分解，部分养分被逐渐淋溶所致，可见土壤质地对速效钾含量有一定影响。

4.3 小结

分析以上研究得出，与其他样地相比，经人工促进植被恢复的1号北江荛花檵木混交林土壤表层养分富集，有机质含量、全氮、水解性氮、全磷含量均比其它样地及对照地高，土壤比重相对最小，总孔隙度和毛管持水量达到最大。同时经人工促进植被恢复的2号化香纯林的大多数土壤理化性质和土壤微生物及酶活性虽然没有1号北江荛花檵木混交林水平高，但土壤比重、总孔隙度等物理性质均高于其它试验样地，其中速效钾含量还超出1号北江荛花檵木混交林水平。说明在适当的人工促进措施下，如进行合理的疏伐，能有效改善岩质海岸防护林土壤的水、肥、气、热等条件，改良土壤的结构性，增加保水保肥能力，提高土壤肥力，有效地控制水土流失。至于这两个人工促进措施下样地土壤各因子之间的差异，可能和植被树种类型及枯落物的种类有关，同时还受到坡位、风向及人类活动等的影响。

现有的研究资料表明，由于受土壤土层薄、含水量低、含盐量较高、风力大等因素的影响，在沿海岩质海岸营林具有一定的困难[11]。所以在适当的人工促进措施下，加快沿海岩质海岸植被恢复的进度，也可改善该地区的土壤条件，基本达到营林地的土壤水平，对沿海岩质海岸水土保持及防护工程具有较高的可行性，对沿海防护林体系建设具有一定的现实意义。

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Effects of Artificial Promotion of Vegetation Rehabilitation on Soil Physicochemical Properties of Rocky Coastal Protective Forest

GAO Zhi-hui1，GAO Hong-di2，ZHANG Xiao-mian1，CHEN Xian-tian3，LIU Fang-kao3
（1. Zhejiang Forestry Academe, Hangzhou 310023, China; 2. Zhejiang Forestry Ecological Engineering Center, Hangzhou 310020, China; 3. Sanmen Forestry Speciality Bureau of Zhejiang, Sanmen 317100, China）

Effects of artificial promotion of vegetation rehabilitation on soil ecological properties of rocky coastal protective forest were studied. The results showed that: Available soil water content of rocky coastal protective forest were lower，and decreased with soil layers.Soil water content of Platycarya strobilacea plantation effected by artificial promotion of vegetation rehabilitation was the highest.Soil bulk density of the forest mixed Pinus elliotti with Schima superba was the lowest. Full porosity and capillary porosity of the two vegetation types increased, but the differences between the others were indistinctive. Considerable differences of soil nutrient contents were found in different vegetation types. Total-N、hydrolyzable nitrogen、total-p、available potassium and soil organic matter of the 6 test vegetation types were all higher than that of control sites. Total-N、hydrolyzable nitrogen、total-p and soil organic matter of the forest mixed Pinus elliotti with Schima superba was the highest. Available potassium of the Platycarya strobilacea plantation was the highest.

Artificial promotion of vegetation rehabilitation; soil physicochemical properties; rocky coastal protective fores

S714.2

A

1001-3776（2011）06-0001-06

2011-05-09；

2011-09-10

“十一五”国家科技支撑计划（2009BADB2B0603）、（2006BAD03A1406）

高智慧（1960-），男，浙江绍兴人，研究员，从事森林生态研究。