清水河县退耕还林工程建设对林下土壤物理性质修复效果分析

邢菊香 兰登明 王利清

摘要 研究内蒙古清水河县退耕还林区不同造林类型地和农田的土壤容重、土壤孔隙度、土壤水稳性团粒结构等土壤物理性质。结果显示：不同植被类型的土壤容重均比农田（1.31 g/cm3）低7%～14%，为1.13～1.25 g/cm3，差异较小；不同植被类型地各层土壤不同粒径的土壤团粒结构百分含量高于相应的农田，在所有的类型及土层中，中国沙棘不同粒径的水稳性团粒结构含量都是最高的；不同退耕还林饱和导水率均值比农田均值高2.73～11.55倍。以上分析结果表明实施退耕还林后，林地土壤物理性质得到明显改善。

关键词 清水河县；退耕还林；土壤物理性质

中图分类号 S157.6 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2014）20-06589-02

Effect of Returning Farmland to Forests Program on Restoration of Forest Soil Physical Properties in Qingshuihe County

XING Juxiang et al

（Inner Mongolia Technical College of Mechanics and Electrics， Hohhot， Inner Mongolia 010070）

Abstract The soil bulk density， soil porosity， soil crumb structure of different types of afforestation land and farmland in Qingshuihe County， Inner Mongolia were studied. The results showed that the soil bulk density of different vegetation types were lower than the farmland （1.31 g/cm3） 7%-14%， and 1.13-1.25 g/cm3， the difference is small， the layers of soil size of different soil granular structure percentage is higher than the corresponding farmland vegetation types， of all the types and soil layer， Hippophae rhamnoides crumb structure stability of different particle size of water content is the highest； Saturated hydraulic conductivity of different types vegetation planting area is higher than cropland 2.73-11.55 times. The above analysis results showed that after the implementation of returning farmland to forest， the soil physical properties were improved obviously.

Key words Qingshuihe County； Returning farmland to forest； Soil physical properties

黃土高原是世界上黄土覆盖面积最大的高原，该地区植被稀疏，水土流失严重。综合治理黄土高原是我国改造自然工程中的重点项目，其治理方针是以水土保持为中心，改土与治水相结合，治坡与治沟相结合，工程措施与生物措施相结合，实行农林牧综合发展[1]。目前，以退耕还林（草）为主的生态建设工程已见成效[2]。研究不同植被类型对改善土壤效益的差异和机理，对防治水土流失和黄土高原植被建设具有重要意义和参考价值。

土壤肥力是土壤为植物生长提供、协调营养条件和环境条件的能力，是土壤各种基本性质的综合表现。退耕还林的生态林地作为保持水土、防止水土流失的有效植被类型，对改善土壤的理化性状和提高土壤肥力具有重要作用。关于植被在减少水土流失，改良土壤性质，提高土壤肥力，增强土壤抗蚀性和抗冲性，提高土地生产潜力等方面的作用已有不少报道[3-7]。该研究分析了不同类型植被对土壤肥力改良程度的差异，探讨了黄土高原沟壑区有效的植被恢复方式，以期为加快黄土高原退耕地植被恢复提供科学依据。

1 研究区自然概况

内蒙古清水河县地处黄土高原北缘地带，地质构造属山西台背斜与内蒙古地轴相接之过渡带。岩石平缓，黄土覆盖较厚，地势由东南向西渐次低下，平均海拔1 373.6 m；境内以山地最多，滩川地较少，整个地形为山、川、沟相间，山峦起伏，大体分为低缓丘陵区、低山丘陵区、丘陵沟壑区、土石山区和冲积平原五大类型。 地处中温带，属半干旱典型的大陆性气候。由于地形复杂，境内地区气候变化差异明显，主要特点为冬长夏短，寒冷干燥，风多雨少，年平均气温7.5 ℃，1月平均气温-11.5 ℃，极端最低气温-29.0 ℃，7月平均气温22.5 ℃，极端最高气温37.1 ℃。年日均气温5 ℃以上的持续天数为198 d，年日均气温0 ℃以上的持续天数为232 d，全年平均日照2 900 h，无霜期为136 d左右。年平均降雨量410.0 mm，年蒸发量2 577.2 mm[2]。

2 研究方法

2.1 样地调查

采取典型取样法进行样地的设置，样方大小为乔木20 m×20 m，灌木10 m×10 m，草本1 m×1 m。在样地内取土样，分析各种植被类型的土壤物理性质。

2.2 土壤物理性质的测定

土壤样品的采集：在不同类型的样地中，分别在0～20，20～40，40～60，60～80 cm厚土层取土样。

土壤容重和含水量的测定在室内进行，土壤孔隙度和土壤饱和导水率测定在野外进行。采用环刀法测定土壤容重并相应地测定和计算土壤孔隙度；用环刀取原状土样，浸水后，在单位水压梯度下，根据达西定律，求得通过垂直于水流方向的单位土壤截面积的水流速度，即为土壤的饱和导水率；土壤水稳性团粒结构的测定是取原状土样室内风干后，用湿筛法测定，粒径大小分别为>2 mm、1～2 mm、0.5～1 mm、0.25～0.5 mm（沙维诺夫法）[8-9]。

3 結果与分析

3.1 不同造林地的土壤容重及孔隙度

林分枯落物的分解和植物根系的腐烂，可以增加土壤肥力，改善土壤结构和物理性质，进而提高降水的入渗和土壤的抗冲性[10]。对不同造林地0～80 cm厚的土壤基本物理性质进行对比研究，得出表1。由表1可以看出，不同退耕还林地的土壤容重均比农田（1.31 g/cm3）低7%～14%，不同退耕还林地之间土壤容重无明显的差异，表明退耕还林可有效地改善区域土壤结构。

退耕还林地的总孔隙度明显高于草地和农田。其中中国沙棘林的土壤总孔隙度最大，为55.72%，是农田总孔隙度的1.40倍。各退耕还林地均具有较强改善土壤孔隙状况的能力，其原因为随林龄的增长，林地地表覆盖大量枯枝落叶层，增加了土壤有机质，经微生物分解后，形成腐殖质，加大了土壤孔隙度。

3.2 不同造林地的土壤水稳性团粒结构变化

土壤的水稳性团聚体数量也是表征土壤抗侵蚀能力的重要指标之一。不同退耕还林模式通过改善土壤的团粒结构，以增加水分的入渗，减少地表径流，增强土壤抵抗径流对土粒分散、悬浮和运移的能力。测定不同类型林地0～20、20～40、40～60、60～80 mm厚土层水稳性团粒组成见表2～5。

3.3 不同造林地的土壤饱和导水率

土壤饱和导水率综合反映了土壤理化性质的好坏[10]。饱和导水率受土壤质地、容重、孔隙分布以及有机质含量等空间变量的影响[11-12]。由表6看出，各样地0～80 cm土层饱和导水率的最小值分别分布在20～40或40～60 cm土层中，可见土壤水分下渗速率主要由20～60 cm土层决定。天然草地的最小饱和导水率分布在20～40 cm土层中，为0.13 mm/min。中国沙棘林的最小土壤饱和导水率是0.92 mm/min。退耕还林林地中饱和导水率最小的是山杨，为0.38 mm/min，均大于天然草地和农田。不同退耕还林造林地饱和导水率均值比农田均值高2.73～11.55倍。