苏北泥质海岸盐碱地杨树纯林土壤的改良效应

王洪，许跃华，张金池，张瑜，杨兴春

(1.攀枝花市水土保持生态环境监测分站，617000，四川攀枝花;2.南京林业大学森林与环境学院，210037，南京)

滨海盐碱地是在海洋和陆地的相互作用下由大量泥沙沉积而形成的连接陆地和海洋的缓冲地带，绝大多数属泥质海岸带，土壤类型主要为滨海盐土类、潮土类和水稻土类［1］。土壤发育初期，生物循环积累养分作用微弱，土壤养分主要来自母质中的本底养分，含量低，含盐量较高。治理盐碱地的主导理论为陈恩风教授等提出的“以排水为基础，培肥为根本”，在这一理论的引导下滨海盐碱地的生态治理措施主要可分为农业综合措施和林业综合措施［2］，林业综合措施包括生态防护林网建设和湿地建设等［3-4］。苏北泥质海岸早期的生态防护林网以刺槐(Robinia pseucdoacacia)与柳杉(Cryptomeria fortunei)为主［5-6］，6大林业生态工程实施以后，杨树(Populus tomentos)作为优良的速生丰产林树种［7-9］，成为苏北沿海防护林体系主要的造林树种。笔者通过对苏北泥质海岸主要防护林树种杨树改良盐渍土效应的研究，揭示沿海盐碱地主要土壤质量指标与林龄、土层之间的变化规律，以期为选择优良树种，改良沿海盐碱地提供依据。

1 研究区概况

研究区位于江苏沿海平原沙土区的大丰林场(E 120°45′，N 33°02′)，属于暖温带和北亚热带的过渡带，受海洋性气候和大陆性气候的双重影响，风速变化急剧，水分循环剧烈，台风、暴雨、冰雹、龙卷风等灾害性天气发生频繁。年均日照时间2 255.6 h，年降水量为1 133.3 mm，年气温在-15～39℃之间，平均风速4.5 m/s以上。通过对研究区土壤理化性质的测定，其土壤平均密度为1.52 g/cm3，含水率为21% ～34%，pH值在8.07～8.79之间，属于碱性土壤。大丰林场均为人工林，乔木以杨树、水杉(Metasequoia glyptostroboides)和银杏(Ginkgo biloba)等速生树种为主，草本以野生的一年蓬(Erigeron annuus(Linn.)Pers)、蛇莓(Duchesnea indica)等禾本科植物为主。

2 研究方法

在林区路线踏查的基础上，选择林相比较完整且具有代表性的杨树(杨树品种均为72杨)纯林设置标准样地，林分类型均为片林，片林样地大小为20 m×20 m。在样地内进行每木检尺，根据平均胸径断面积选定标准木，其中杨树4株，水杉1株，并对各个器官分别称量求其生物量。并以滩涂芦苇(Phragmites communis)地土壤样本作为对照(CK)，共计6个土壤取样点，在取样点内挖取长1 m、宽1 m、深1 m的土壤剖面，分5层(0～10 cm、10～20 cm、20～40 cm、40～70 cm、70～100 cm)取样，混匀装入土袋，经风干、碾碎、过筛等处理后作为测试土壤指标的样品。数据处理采用OriginPro数据处理软件进行多项式拟合曲线画图。标准地林分基本特征见表1。

表1 标准地林分基本特征Tab．1 Characteristic of standard forest

3 结果与分析

3.1 土壤密度

土壤密度反映了土壤的紧实程度，由于树木年龄不同，树木根系生长发育状况、活动范围、根系数量和死亡程度的差异，导致土壤密度也有所差别。

由图1可以看出，杨树林地由上往下0～10 cm、10～20 cm、20～40 cm、40～70 cm 和70～100 cm 土壤密度呈逐层增大的趋势，土壤平均密度分别为1.36、1.47、1.54、1.60 和1.63 g/cm3;由于芦苇是一年生草本植物，根系集中在0～10 cm、10～20 cm和20～40 cm的表层土壤内，土壤密度分别为1.59、1.60和1.64 g/cm3，高于杨树林表层土壤密度。6～19 a内，土壤密度从1.60 g/cm3下降至1.46 g/cm3，呈逐年减少的趋势。

图1 土壤密度多项式拟合曲线Fig．1 Polynomial fitting curve of soil bulk density

研究表明:土壤密度受根系影响较大，土层由上至下，根系数量递减，根系的活动能力和范围递减，其松动土壤的能力也随之降低，土壤密度则逐层增加;草本植物的表层土由于根系数量(特别是细根数量)比乔木的表土层丰富，其松动表层土壤的能力比乔木强。

3.2 有机质质量分数

苏北沿海泥质土由于成土时间短，有机质质量分数相对较低，见图2。可以看出:6～19 a内，杨树林地有机质质量分数从4.20 g/kg上升到5.51 g/kg，表明林龄越大，有机质质量分数越高;由上往下土壤有机质质量分数呈逐层减少的趋势，且集中在0～40 cm的土层内，所占比例在79% ～86%之间。杨树林地有机质质量分数是芦苇地的1.31～1.72倍，且随着林龄的增加层增大的趋势;但表层土(0～10 cm)有机质质量分数依次表现为7 a杨树林地＜芦苇地＜16 a杨树林地。表明在一定的年限内，草本植物改良土壤表层有机质的作用大于乔木;但一定年限后，随着乔木枯枝落叶和表层根系的腐烂，有机质质量分数明显高于草本。

3.3 全N和全P质量分数

从图3和图4可以看出:6～19 a内，杨树林全N、全P质量分数均高于芦苇地，分别是芦苇地的1.53～2.08倍和1.18～1.44倍;随着林龄的增长，杨树林全N、全P质量分数分别从2.38和2.15 g/kg上升至3.25和2.64 g/kg。由上往下土壤全N、全P质量分数呈逐层减少的趋势，且集中在0～40 cm的土层内，所占比例分别在70% ～79%和66% ～69%之间。由此可见，全N、全P质量分数与根系数量及分布密切相关，树龄越大，土层越靠近地表，其根系的数量越多，腐烂后经矿质化过程所释放至土壤中的N、P等元素越多。

图2 土壤有机质质量分数Fig．2 Graph of the soil organic matter content

图3 土壤全N质量分数Fig．3 Graph of the soil total nitrogen content

图4 土壤全质量分数Fig．4 Graph of the soil total phosphorus content

3.4 pH值

从表2可以看出，杨树林能够明显减低土壤pH值，且随着林龄的增加，改良土壤的作用逐渐增强。芦苇地由于成土时间相对较短，含盐量较高，pH值在8.62～8.79之间。由此可见，相对于成土时间较短，含盐量较高的滨海盐渍土，植被能够明显地降低土壤的pH值，且与根系的数量及分布密切相关。

表2 不同林龄杨树林地土壤pH值Tab．2 Soil pH value of Poplar stands at different ages

3.5 苏北泥质海岸盐碱地主要造林树种土壤改良作用对比

从表3可以看出，16 a杨树林松动土壤、增加土壤有机质、全N、全P质量分数，降低pH值的能力略大于水杉。这是由于杨树根系生长速度大于水杉，根据对样地标准木进行生物量测定，16 a杨树根系生物量为50.93 kg，是水杉根系生物量的2.27倍。

4 结论与讨论

1)杨树林对土壤具有明显的改良作用，根系越发达，松动土壤的作用越强，土壤密度越低;根系的不断腐烂，其固定的各种元素分解到土壤中，能够显著地提高有机质、全N、全P质量分数;苏北泥质土为初期土，含盐量较高，pH值较大，根系腐烂后形成腐殖质，在土壤中可以呈游离的腐殖酸和腐殖酸盐类存在，可以降低pH值。

表3 16a杨树林与水杉林土壤改良作用比较结果Tab．3 Comparison of soil improvement between Poplar and Metasequoia of 16 years old

2)杨树林改良土壤的作用与林龄、根系分布密切相关。林龄越大，改良土壤的作用越强;土层由上至下，根系分布逐层减少，改良土壤的作用也逐层削弱。

尽管本研究从根系数量及分布角度对土壤的改良能力进行了分析，但其改良能力还与微生物、酶活性等因素有关，是个复杂而动态的过程。下一阶段，拟结合其他方面(酶活性、微生物等)进一步开展综合研究。

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