苗木种植对土壤理化性质的影响

闫　慧， 王梦阳

(许昌学院 城乡规划与园林学院，河南 许昌 461000)



苗木种植对土壤理化性质的影响

闫慧， 王梦阳

(许昌学院 城乡规划与园林学院，河南 许昌 461000)

取许昌市园林苗木基地4年育龄苗木区的表层(0～20 cm)土壤样品和长期进行农耕活动区域表层(0～20 cm)土壤样品，分析土壤容重、土壤机械组成、有机质、pH值、铵态氮、速效磷和速效钾共7个理化指标.结果表明：(1)农耕区土壤容重值低于苗木种植区，农耕区耕作过程能更好地改善了土壤结构；(2)苗木种植区土壤有机质值含量低于农耕区，土壤肥力低于农耕区，主要原因是农耕区耕作过程中绿肥的施用频率和施用量较大；(3)苗木种植区土壤铵态氮含量高于农耕区，数值波动较大，但总体水平不高.农耕区小麦生长过程中需要大量的氮素支持，并且小麦种植密度大，对氮的吸收利用较多；而苗木种植区氮的表聚性较强，所以表层土壤样品中保留的铵态氮较多；(4)苗木种植区土壤pH值、土壤机械组成、速效磷、速效钾含量与农耕区数据并无较大差异，说明苗木种植对土壤pH值、土壤机械组成、速效磷、速效钾含量造成的影响比较小.

土壤容重；土壤机械组成；有机质；铵态氮；速效磷；速效钾

土地利用和覆盖方式的改变是全球变化的重要原因[1].随着苗木产业的发展，苗木种植成为城郊结合部的一种常见的新型土地利用方式.目前从事苗木种植的人们更多的是关注苗木种植带来的经济效益，忽略了长期进行苗木栽培对土壤可持续利用的影响[2].随着城市化的推进，土地资源日趋紧张，可持续发展成为现有各种土地利用方式下不容忽视的问题.土壤是植物生长发育的基础，其质量是农业实现可持续发展的条件，土壤理化性质是土壤质量的重要方面，影响着土壤水分、空气的供给，是土壤质量高低的反映.土壤质量是农业实现可持续发展的重要前提，对现有苗木种植条件下苗木种植区土壤理化性质进行研究，能够为土壤的有效管理和可持续利用提出科学评价依据.

国内外针对苗木种植对土壤环境的影响已有部分研究，主要集中在土壤理化性质差异、肥力衰退等方面.目前国内外研究基本一致认可，连栽单一的苗木将会导致土壤物理性质的恶化，造成土壤地力衰退.如研究发现，与幼龄杉木相比，连栽杉木土壤的化学性质明显变差，杉木连栽可能会引起土壤酶活性的降低，进而导致土壤肥力下降[3-4].谭芳林等[5]研究发现，随着苗木植株代数的增加，土壤pH值呈降低趋势，即土壤出现酸化趋势，这将导致土壤的产出能力大大下降，同时氮、磷、钾等各营养元素也随之降低，且在表层土壤中表现的更为显著.

1　材料与方法

1.1研究区概况

许昌市北临黄河，西部接伏牛山、中岳嵩山，东、南接黄淮海平原，经度范围112°42′E～114°14′E，纬度范围为34°16′N～34°58′N，是第三级阶梯上一座以平原为主的城市，属于北暖温带大陆性季风气候，年平均气温约为15.2 ℃，日照时数约为2 104.4 h，年均降水量约为727 mm，四季分明，气候温和，光照充足，雨量适中.土壤类型为潮土，母质主要为黄河、淮河的沉积物，富含碳酸钙.

研究对象为许昌市花都园林工程有限公司下设的苗木种植基地，样品采集区苗木栽种面积约为150亩，花木种植年限为4年，种植的花木类型为乔木、灌木，栽种花木之前为农耕区.对比样地选取为花木基地附近一直从事农业耕作活动的区域.

1.2样地的选取与样品的采集

在苗木种植区采用五点混合法取样，随机选取五个点，并分别取0～20 cm表层土，进行均匀混合后按“四分法”取四分之一土壤样品装入密封袋，进行编号，带回实验室进行风干、晾晒、过筛、称重等处理以供土壤各项研究指标的测定，容重所测定的土壤样品采用环刀法采集.土壤样品的采集时间为2015年1月中旬，共采集17个样品，分别按XC-01至XC-17进行编号，其中编号XC-17为长期进行农耕活动的土样，采集时种植的作物为冬小麦.

1.3测定项目与方法

土壤机械组成的测定：采用Mastersizer 2000激光粒度分析仪进行测定.首先称取0.28～0.32 g土壤样品，放入50 mL小烧杯中，分别加入浓度为10%的盐酸和双氧水，以期除去土壤样品中的有机质和碳酸盐，放置在温度设置为100 ℃的蒸炉中加热10 min后取出，土壤样品进行静置处理24 h后，抽取烧杯中的大部分多余水分，加入浓度为5%的六偏磷酸钠进行土壤样品分散处理，放入到超声波清洗仪中进行约5 min的土壤震荡分散处理.将处理完成的样品加入到800 mL的纯净水中，进行土壤机械组成的测定.

土壤pH值采用电位法测定; 土壤有机质采用高温外热重铬酸钾一容量法进行测定；土壤铵态氮、速效磷、速效钾用豫农2000土壤速效养分速测仪进行含量测定.

将土壤样品风干，拣出草根、石块等物质，过0.25 mm的筛子，称取土壤样品2.0 g放入土壤浸堤瓶中，用吸管吸取土壤浸堤剂40 mm于土壤浸堤瓶中，取一勺北方土壤脱色剂放入土壤浸堤瓶中，保持温度在20～25 ℃之间，搅拌5 min，然后静置并将样品溶液过滤于干燥的三角瓶中.最后将所得土壤样品溶液加入相应试剂，进行土壤养分含量上机测定.

1.4数据分析

采用Excel 2013和Mastersizer 2000进行数据分析，并参照全国土壤养分含量等级标准，进行土壤肥力指标对比分析.

2　结果与讨论

2.1苗木种植对土壤容重的影响

土壤容重指的是土壤在自然结构没有受到破坏的前提下，单位容积土的重量，用g/cm3表示.它的大小与土壤紧实度、土壤质地、结构，有机质的含量及耕作方式等密切相关[6].一般含矿物质多而结构较差的土壤(如砂土)，土壤容重值都在1.4～1.7 g/cm3之间，而含有机质多而结构较好的土壤(如农业土壤)，容重值在1.1～1.4 g/cm3之间[7].

苗木种植区土壤容重平均值为1.55 g/cm3，容重数值在1.39～1.76 g/cm3之间波动，但样品方差为0.12，数值波动较小.农耕区土壤容重值为1.34 g/cm3(见图1).小麦种植区耕作过程中土地管理较苗木种植区更为精细，其中包括绿肥和化肥配合施用的次数和量更多，更多次翻耕等，所以较好地改善了土壤结构.这与林东关于梨树下养鸡减小土壤容重的研究结果相一致[8].容重值比较小的土壤，孔隙度比较大，最大持水量比较高，更利于植株生长和作物产量的提高[9].苗木种植区树种单一，会增加土壤容重[10].相比较更多次施用绿肥、翻耕等农业耕作方式对土壤结构的改善，苗木种植对土壤结构的影响有可能是消极的.

2.2苗木种植对土壤机械组成的影响

土壤机械组成是土壤较重要的物理性质，能够影响其水分、肥力、空气等因子.苗木种植区土壤以粉砂为主，占40.9%～71.5%，平均值为64.1%，其中以细粉砂所占比例最大，细粉砂和粗粉砂分别占37.0%～53.8%和3.9%～20.5%.粘粒组占20.1%～58.9%，平均值为31.8%；砂粒组占0.02%～8.8%，平均值为4.0%.农业耕作区主要以粉砂为主，约占68.1%，其中以细粉砂所占比例较大，细粉砂和粗粉砂分别占50.7%和17.4%；粘粒组占26.2%，砂粒组占5.5%.苗木种植区土壤样品机械组成与农耕区相似，都是以粉砂为主.

2.3苗木种植对土壤pH值的影响

土壤pH值是影响土壤肥力大小的重要因素，能够影响土壤中养分的存在状态、转化和使用的效力[6].土壤的pH值太高或者太低，一些营养元素会比较难溶，有效性降低，而不能很好地被植物根系吸收.pH值对土壤中多种营养元素有较大的影响[11].对植物的生长发育和施肥产生的效果也有较大影响[12].

苗木种植区土壤样品的pH值介于7.2～8.6之间，平均值为8.18(见图2)，为碱性土壤，这与许昌土壤为潮土，碳酸钙含量较多，呈现中性偏碱的定论相吻合[13].土壤样品pH值数据标准差为0.42，样品pH值波动比较小，样品之间pH值的差异并不大.农耕区土壤样品pH值为8.3，苗木种植区与农业耕作区土壤样品均属于碱性土，说明进行苗木种植对土壤pH值并未产生影响.

图1　土壤容重

图2　土壤pH值

2.4苗木种植对土壤有机质的影响

土壤有机质指以各种形态和状态存在于土壤中的含碳有机化合物，包括动植物残体、微生物体及其不同分解阶段的产物，以及由分解产物合成的腐殖质等.主要来源为动植物的残体、人为施入的各种有机肥料(绿肥、堆肥、人畜排泄物、沤肥等)[14].有机质虽然在土壤总重量中所占比例较小，却有植物生长发育所必须的营养，能为土壤中多种微生物进行生命代谢活动提供能力支持[6]，对土壤物理化学以及生物学性质都具有深刻影响，是土壤肥力有效性时间长短的重要标志[12].有机质含量值越大，土壤肥力就越高，反之，土壤就越贫瘠[15].

苗木种植区土壤有机质含量范围在1.62%～4.43%之间，农业耕作区土壤有机质含量为4.98%，依据全国土壤养分含量分级表，样品有机质含量处于(a)级较高水平.苗木种植区地表虽然没有较多的草本植被覆盖，但是一年或者两年一次施用绿肥，所以相对而言有机质含量平均值依然处于(c)级中等水平.农耕区土壤受人为培肥施肥的频率、数量的影响，有机质含量高于苗木种植区，如图3所示.

2.5苗木种植对土壤养分的影响

2.5.1土壤铵态氮

氮素是植物生长所需要的重要营养元素[16-17].铵态氮是能够被植物直接所吸收利用的有效态氮[18].它的含量显著地影响着土壤氮的迁移与转化过程，也反映了土壤的养分供给状况及其可利用水平[6].通常北方土壤中铵态氮的含量范围为(1～24 mg)/100 g，河南潮土氮丰缺指标显示氮含量含量<5 mg/100 g等级为极低，(5～8.7)mg/100 g含量等级为低.

苗木种植区土壤样品铵态氮含量平均值为8.25 mg/100 g，处于低级；农业耕作区土壤铵态氮的含量为2.50 mg/100 g(见图4)，处于极低水平.参照河南潮土氮丰缺指标，土壤铵态氮含量总体水平偏低.样品在1月份采集，气温比较低.有机氮的矿化也比较弱[19-20]，因此导致铵态氮含量在此期间比较低.另外因为铵态氮为植物可以直接吸收利用的有效态氮，能够被土壤吸附而不易造成淋失，因而其受1月气温、降水的差异，植物根系吸收累积能力、有机氮的矿化作用以及土壤吸附等因素的综合影响更为明显.其含量也与采样区水文状况、土壤结构及其对铵态氮吸附强度的差异有关[19].小麦生育过程中会吸收许多的氮素维持其生长，其不同生育过程土壤中氮素含量不同[21].小麦种植密度大，氮的吸收利用更多[22]，留在土壤中的氮比较少；而苗木种植区(种植乔木、灌木)氮素的土壤表聚性比较强[23-24]，所以表层(即0～20 cm)土壤中铵态氮的含量较农耕区高.

图3　土壤有机质含量

图4　土壤铵态氮含量

2.5.2土壤速效磷

土壤速效磷是土壤中能够被植物吸收和利用的磷，包括所有水溶性的磷，部分以吸附态存在的磷和有机态的磷，有些土壤还包括部分以沉淀状态存在的磷素[25].土壤速效磷是体现土壤供应磷素水平高低的指标[26].土壤含磷量的高低能够反应土壤中磷素的量以及供应能力.土壤速效磷含量的多寡是决定磷肥效果最主要的因素之一.

苗木种植区样品土壤速效磷含量的平均值为3.63 mg/100 g，农业耕作区土壤速效磷含量为3.62 mg/100 g(见图5).苗木种植区样品土壤速效磷含量处于养分分级的(c)中级及以上水平的占95.65%.说明苗木种植中磷肥的施用效果比较好，土壤中可以利用的磷素比较多.有研究表明森林土壤的速效磷含量与温度呈正相关，与土壤pH值呈负相关[27]，据此推测，苗木种植区土壤速效磷含量有可能受到温度的影响.但从数据分析苗木种植对土壤速效磷含量的影响并不是很明显.

2.5.3土壤速效钾

土壤中有水溶性的钾，由于这部分钾能够较快地被植物所吸收利用，所以被称为速效钾.钾是土壤养分的重要部分.苗木种植区土壤样品速效钾含量的平均值为19.16 mg/100 g，农耕区样品土壤速效钾含量24.93 mg/100 g(见图6)，均处于养分分级的(a)级较高水平.苗木种植区土壤速效钾含量在(5.09～30.76)mg/100 g间波动.土壤速效钾含量处于养分分级(c)中级及以上水平的约占93.75%，说明苗木种植区土壤速效钾养分含量平均水平较高.通过数据分析对比得出，苗木种植区土壤速效钾含量较耕作区差异不明显，说明苗木种植对土壤速效钾含量影响比较小.

图5　土壤速效磷含量

图6　土壤速效钾含量

3　结论

农耕区土壤容重值低于苗木种植区，农耕区耕作过程更好地改善了土壤结构.苗木种植区土壤有机质值含量低于农耕区，土壤肥力低于农耕区，主要原因是农耕区耕作过程中绿肥的施用频率和施用量较大.苗木种植区土壤铵态氮含量高于农耕区，但总体水平不高.农耕区小麦生长过程中需要大量的氮素支持，并且小麦种植密度大，对氮的吸收利用较多；而苗木种植区氮的表聚性较强，所以表层土壤样品中保留的铵态氮较多.苗木种植对土壤pH值、土壤机械组成、速效磷、速效钾含量造成的影响较小.

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责任编辑：卫世乾

The influence of Tree Planting on Soil Physical and Chemical Properties

YAN Hui， WANG Meng-yang

(CollegeofUrban-ruralPlanningandLandscapeArchitecture，XuchangUniversity，Xuchang461000，China)

Selecting Xuchang Huadu garden nursery seedlings base area of reproductive age 4 years (0-20 cm) of surfaces oil sample, and long-term agricultural activities of the regional surface of soil sample (0-20 cm), we analyzes the soil bulk density, soil mechanical composition, organic matter, pH value, ammonium nitrogen,rapid available phosphorus and rapid available kalium seven physical and chemical properties for comparison. The results show that： (1) The soil bulk density value of the farming area is lower than the seedling growing areas, and the cultivation process of the farming area can better improve the soil structure. (2) The seedling growing areas of soil organic matter content is lower than that of the farming area, and the soil fertility is less than farming area. The main reason is that the green manure application frequency and quantity are bigger in the cultivation process of the farming areas. (3) The soil ammonium nitrogen content of the seeding growing areas is higher than that of farming area and numerical fluctuation is big, but the overall level is not high. Ammonium nitrogen content is affected by seasonal factors, The wheat of the farming area in the growing process requires a lot of nitrogen support, and wheat planting density is big, the nitrogen absorption use more.The table cohesion of seedling growing areas is stronger,sot there is the ammonium nitrogen in the surface soil sample.(4) There are little differences between the seedling growing soil pH, soil mechanical composition, available kalium, available phosphorus content and those of farming area . It shows that tree planting has a little effect on soil pH, soil mechanical composition, the effects of available kalium, available phosphorus content.

soil bulk density; soil mechanical composition; organic matter; ammonium nitrogen; rapid available phosphorus; rapid available kalium

2015-07-12

许昌学院校级科研项目

闫慧(1980—)，男，内蒙古呼伦贝尔人，副教授，博士，研究方向：土壤环境质量.

1671-9824(2016)05-0125-05

K903

A