敖汉旗风沙土土壤机械组成的分析

敖汉旗风沙土土壤机械组成的分析

祁 伟1， 郭月峰2*， 姚云峰2，李 菲3，王 娟2

(1.内蒙古水利水电勘测设计院，内蒙古呼和浩特 010020；2.内蒙古农业大学，内蒙古呼和浩特 010018；3.赤峰市农业技术服务中心，内蒙古赤峰 024000)

摘要[目的] 为合理评价当地土壤结构和科学利用土地提供科学依据。[方法] 选择赤峰市敖汉旗风沙土区主要林分类型(小叶杨、沙棘、山杏、油松)为研究对象，采用Mastersizer 3000激光粒度分析仪测定不同林分类型0～100 cm土层深度的土壤机械组成(黏粒、粉粒及砂粒)。[结果] 对于同种林分类型，不同土层中黏粒、粉粒、砂砾所占比例不同，但粒径组成均表现为黏粒<粉粒<砂砾，且各粒径组成在土壤垂直剖面上的分布规律不明显。对于不同林分类型，0～100 cm土层中黏粒、粉粒、砂砾所占比例不同。小叶杨林分土壤中黏粒、粉粒所占比例最小，砂砾所占比例最大。[结论] 油松林分更有利于地力的恢复。

关键词土壤机械组成；林分类型；土层深度

中图分类号S718.51+6

基金项目内蒙古应用研究与开发计划项目 “农林牧耦合生态系统固碳关键技术”(20110732)；“京津风沙源治理工程(内蒙片)固碳速率和潜力研究”(项目编号：XDA05060602)。

作者简介祁伟(1981- )，男，内蒙古赤峰人，工程师，硕士，从事水资源节水与有效利用方面的研究。*

收稿日期2015-08-03

Soil Mechanical Composition Analysis of Aeolian Sandy Soil Types in Aohan Banner

QI Wei1, GUO Yue-feng2*, YAO Yun-feng2et al (1. Design Institute of Water Conservancy and Hydroelectric Power in Inner Mongolia, Hohhot，Inner Mongolia 010020；2.Inner Mongolia Agricultural University, Hohhot，Inner Mongolia 010018)

Abstract[Objective] The research aimed to provide a reasonable evaluation of the local soil structure and a scientific basis for scientific use of land. [Method] This paper chose the main forest types (Populus simonii, Hippophae rhamnoides, Armeniaca sibirica, and Pinus tabulaeformis Carr.) in the aeolian sandy soil area in Aohan Banner as the research object. Using Mastersizer 3000 laser particle size analyzer, the soil mechanical composition (clay, silt and sand) in 0-100 cm soil depth of different forest types was determined. [Result] The proportions of clay, silt and sand in different soil layers were different in the same forest types, but the composition of grain diameters were characterized like clay< silt < sand. The composition of grain diameters in soil vertical section presented no obvious regularities of distribution. The proportions of clay, silt and sand in 0-100 cm soil depth of different forest types were different in Populus simonii forest soil, the propotion of the stick and power was the smallest while the proportion of sand was the largest.[Conclusion] Pinus tabulaeformis Carr. can improve soil fertility of the four forest types.

Key wordSoil mechanical composition; Forest type; Soil depth

自然界中的土壤都是由多种不同大小的土粒按照不同的比例组合而成的。土壤机械组成是指土壤中各土粒粒径的组合比率关系，一般以各粒级所占的百分比来表示，是一项重要的土壤物理性质[1-3]。左小安等[4]对科尔沁沙质草地群落物种多样性、生产力与土壤特性的研究表明，对草地土壤机械组成的研究在改良土壤结构、防治土壤沙化、提高草地生产力、维持草地生态系统的稳定都具有重要的意义。对我国北方部分地区进行的黄土蓄水过程影响机制模拟试验研究表明， 土壤机械组成对土壤蓄水能力有较大影响，土壤蓄水能力随黏粒含量的增加而递增[5]。隋跃宇等[6]以海伦农田黑土为对象，研究土壤机械组成与土壤全量养分的相关性，发现在土壤机械组成中，土壤黏粒含量高是有利于土壤有机质积累的主要因素之一，土壤机械组成对土壤养分含量有着重要的影响。Royall[7]用土壤颗粒粒径来分析水土流失问题，发现土壤粒度分布与水土流失模型、侵蚀系数均有一定的关系。Egashira等[8]对布拉马普特拉河、梅格纳河和恒河冲积平原土壤颗粒分布进行分析，发现黏粒含量相对较少，粒径含量与土壤类型、土层深度有关。郝葳等[9]认为，土壤容重影响植株根系的生长与发育，孔隙度影响植物的发育和质量。这些国内外研究表明，土壤机械组成对于土壤的结构、性质、肥力以及植物的生长都有着重要的影响。笔者通过对赤峰市敖汉旗风沙土区4种主要林分类型(小叶杨、沙棘、山杏和油松)0～100 cm土层的土壤机械组成进行分析，剖析不同林分类型土壤机械组成的特征，旨在为当地科学合理利用土地资源和生态建设提供基础数据和理论参考。

1材料与方法

1.1研究区概况研究区位于内蒙古自治区赤峰市东南部，地理坐标为 41°42′～43°2′N，119°30′～120°53′E。敖汉旗总的地势为南高北低，从南向北由低山丘陵、黄土丘陵过渡到黄土漫岗，以至风沙坨沼地貌。敖汉旗处于中温带，属于大陆性季风气候。年均降雨量在310～390 mm之间，年均蒸发量在2 300～2 600 mm之间；10 ℃以上有效积温为2 700～3 300 ℃，无霜期为130～150 d；年均风速为4～6 m/s。植被主要有天然草地、灌丛林、乔灌混交林、针阔混交林和阔叶纯林等森林植被类型，而且以人工植被为主。由于岩石构成的多样性，敖汉旗的土壤具有多样性。土壤共分为8个土类、19个亚类、66个土属、189个土种。8个土类分别为棕壤、褐土、栗褐土、栗钙土、潮土、风沙土、沼泽土、粗骨土，其中以风沙土为主。

1.2样地选取结合敖汉旗1∶5万地形图、主要树种分布类型图，2014年7月采用人为选择典型样地法对研究区进行采样，兼顾代表性和均匀性原则，充分考虑研究区内的不同地貌特征等因素，尽量全面反映研究区的自然特征，共计选取有代表性的170个样点。

1.3样品采集确定样区中的样地后，使用手持GPS记录样地坐标信息，在具有代表性的样点上采样，确定土壤剖面位置。去除土壤表层的植被与枯落物，挖掘深1.0 m、长1.5 m、宽1.5 m的土壤剖面，按照0～20、20～40、40～60、60～80和80～100 cm划分5层，由下至上分层取样，3次重复，以降低采样中系统误差及异常样点的干扰。将每个土壤剖面同一层次的土样混合均匀，按四分法去除多余土样装入无菌袋带回实验室，晾晒，去除植物根系等杂质，测定其机械组成。取样结束后，回填土壤剖面，记录样区内的树种。

1.4土壤机械组成的测定用Mastersizer 3000激光粒度分析仪测定土壤机械组成。根据美国制土壤颗粒分级标准，将土壤划分为砂砾(2.00～0.050 mm)、粉粒(0.050～0.002 mm)、黏粒(<0.002 mm)。

1.5数据分析试验数据用EXCEL软件进行统计分析。

2结果与分析

2.1同种林分类型不同土层土壤机械组成分析由图1可知，在沙棘林分土壤中，随着土层深度的增加，所采样的5个土层中黏粒所占比例逐渐增加。在0～20、20～40 cm的土层中，粉粒所占比例基本相同，分别为31.68%和31.99%；在40～60 cm的土层中，粉粒所占比例有所增加，为34.15%；在60～80、80～100 cm土层中，粉粒所占比例继续增加，且这两个土层中粉粒所占比例基本相同，分别为40.47%和39.79%。随着土层深度的增加，所采样的5个土层中砂砾所占的比例逐渐减小，且在0～20、20～40 cm的土层中砂砾所占比例基本相同，分别为67.03%和66.73%；在60～80、80～100 cm土层中砂砾所占的比例也基本相同，分别为57.68%和58.36%。

图1　沙棘不同土层中各粒径土壤所占比例

图2　山杏不同土层中各粒径土壤所占比例

由图2可知，在山杏林分土壤中，随着土层深度的增加，所采样的5个土层中黏粒所占的比例基本相同，都在0.99%～1.60%，其中在0～20 cm土层中所占比例最大，为1.56%，在20～40 cm土层中所占比例最小，为0.99%。在20～40 cm土层中粉粒所占的比例是27.59%，是5个土层中粉粒所占比例最小的；60～80 cm土层中粉粒所占比例最大，达到33.08%。但是，总体来说，5个土层中粉粒所占的比例差距不大，都在27%～34%之间。砂砾所占比例最大的土层为20～40 cm，砂砾所占比例为71.41%；而在0～20、40～60和80～100 cm土层中砂砾所占比例基本相同，都在66.00%～68.00%；60～80 cm土层中砂砾所占比例为65.60%，是5个土层中砂砾所占比例最低的。

由图3可知，在小叶杨林分土壤中，随着土层深度的增加，5个土层中黏粒所占比例基本相同，其中在60～80 cm土层中所占比例为1.35%，是5个土层中所占比例最大的。在60～80 cm土层中粉粒所占的比例最大，所占比例达25.46%；在0～20 cm土层中所占比例为21.36%，是5个土层中所占比例最小的，但是与其他土层中粉粒所占比例相差很小，最大相差4.10%。在这5个土层中，60～80 cm土层中砂砾所占比例最小，为73.19%；其他4个土层中砂砾所占比例基本相同，所占比例都在76.00%～78.00%之间。

图3　小叶杨不同土层中各粒径土壤所占比例

图4　油松不同土层中各粒径土壤所占比例

由图4可知，在油松林分土壤中，从0～20 cm到80～100 cm 5个土层中黏粒所占的比例依次为1.68%、1.42%、1.58%、4.95%和2.05%，所占比例最大的为60～80 cm土层，最小的为20～40 cm土层，其他3个土层中黏粒所占比例基本相同。随着土层深度的增加，粉粒所占的比例逐渐增大，最大达42.52%。从0～20到80～100 cm土层砂砾所占比例依次为67.18%、66.67%、63.85%、54.25、55.42%。因此，除80～100 cm土层外，砂砾所占比例随着土层深度的增加逐渐减小。0～20 cm土层砂砾所占比例和60～80 cm土层砂砾所占比例相差12.93%。

2.2不同林分土层中土壤机械组成分析由图5可知，4个林分土壤中黏粒所占比例从小到大顺序为小叶杨<山杏<沙棘<油松。油松林分土壤中黏粒所占比例比小叶杨林分土壤中黏粒所占比例高很多，达1.23%。4个林分土壤中粉粒所占比例从小到大顺序为小叶杨<山杏<油松<沙棘。可知，在40～60 cm土层中，沙棘和油松中粉粒所占比例大致相同，而小叶杨中粉粒所占比例远远小于沙棘中粉粒所占的比例。4个林分土壤中砂砾所占比例从小到大顺序为油松<沙棘<山杏<小叶杨。小叶杨林分土壤中砂砾所占比例比油松林分土壤中砂砾所占比例高13.54%。

图5　不同林分土层中各粒径土壤所占比例

3结论

通过研究赤峰市敖汉旗4种主要林分土壤机械的组成，发现对于同种林分，不同土层中黏粒、粉粒、砂砾所占比例不同，但都是黏粒所占比例最小，粉粒居中，砂砾最多，且砂砾所占比例远远大于黏粒所占比例。在0～20、20～40、40～60、60～80和80～100 cm 5个土层中，各粒径土壤所占比例没有固定规律，不呈递增或递减规律变化。对于不同林分，0～100 cm土层中黏粒、粉粒、砂砾所占比例不同，但都是黏粒所占比例最小，粉粒居中，砂砾最多，且砂砾所占比例远远大于黏粒所占比例。小叶杨林分土壤中黏粒和粉粒所占的比例都是4个林分中最低的，而砂砾所占的比例则是4个林分中最高的。山杏林分土壤中黏粒和粉粒所占比例在4个树种中只比小叶杨林分土壤多，而砂砾所占比例只比小叶杨林分土壤低。通过分析4种主要林分类型的土壤机械组成，可知油松林分更有利于地力的恢复。

参考文献

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