刺榆天然林和天然草地土壤理化性质特征分析

包哈森高娃，吴志萍，郑铁军，芒来，阿拉坦花，刘德森

(内蒙古通辽市林业科学研究院， 内蒙古 通辽 028000)

刺榆(Hemipteleadavidii)为荨麻目榆科刺榆属植物，国家三级保护植物，具有抗旱、抗寒、抗病虫害等优良特性，是理想的固沙和防护林先锋树种。刺榆林是科尔沁沙地独特的森林类型，在我国辽宁、吉林和华北各省区的山麓、林缘及路旁有少量分布，但均未构成群落，多散生为其他群落的伴生种。《中国植被》和《内蒙古植被》均未收录该群落。但在科尔沁沙地内形成群落，以建群种存在，在维护区域生态平衡及保护生物多样性等方面起着重要作用[1]。自然分布在通辽市科左后旗吉尔嘎朗镇附近和库伦旗南部下扣河子村、科左中旗乌斯吐林场，集中分布在通辽市科左后旗吉日嘎郎镇。

近年来，随着气候干旱，地下水位下降等原因，乡土树种在林业生态建设中的地位和作用日趋凸显。乡土树种造林及应用符合尊重自然、顺应自然、保护自然的生态文明理念，对改善生态环境、增强生态系统的稳定性和总体功能都具有无可替代的作用。刺榆是科尔沁沙地珍稀乡土树种，但在人工造林中应用得较少，处于起始阶段。特别是目前，对刺榆播种育苗和生物围栏营建方面的研究较多，对刺榆林分土壤特性方面的研究尚无。因此，本研究通过刺榆天然林和天然草地土壤理化性质特征分析，研究刺榆林对土壤养分流动及土壤肥力的影响，为刺榆人工造林及开发利用提供理论依据。

1 试验地点

试验地点位于通辽市科左后旗吉尔嘎朗镇东苏村刺榆天然林分(43°18′ N，123°00′ E)和草地。属温带大陆性季风气候，年均温度6.2 ℃，年均降水量439 mm，降水集中在6—8月。年均总辐射5 035.1 MJ·m-2·a-1，日照时数2 837～2 892 h，无霜期150 d，地带性土壤类型为风沙土。刺榆是该地区地带性森林植被。

2 试验方法

2017年10月，采用环刀法对刺榆天然林和天然草地群落的0～80 cm土壤各项指标进行测定。测定指标包括全氮、全钾、全磷、碱解氮、有效磷、速效钾、有机质、pH、水分等。对0～10、10～20、20～40、40～60、60～80 cm土层进行取样，试验重复3次。取样后，土壤全氮—采用凯式消煮法元素分析仪测定(VARIO ELⅢ，Elementar，Germany)；土壤全磷—采用硫酸-高氯酸消煮-钼锑抗比色法；土壤全钾—采用酸溶-火焰光度计法；土壤碱解氮—采用扩散法；土壤有效磷-—采用碳酸氢钠法；土壤速效钾—采用醋酸铵浸提-火焰光度计法；土壤有机质—采用油浴消化-重铬酸钾容量法；土壤pH值—采用电极法；土壤水分—采用烘干法测定；采用有机质换算法推算土壤有机碳含量；采用Excel进行数据分析。

3 结果与分析

3.1 不同土层深度土壤养分含量变化

刺榆和草地不同土层深度土壤养分含量变化比较图(1—8)表示，在0～80 cm土层刺榆、草地土壤养分含量中除了有效磷0～20 cm含量比草地高，20 cm以下迅速下降到低于草地有效磷含量，其他养分全氮、全钾、全磷、碱解氮、速效钾、有机质、有机碳含量均比草地高。一是因为刺榆天然林凋落物量大，植被种类多，被土壤微生物分解形成的碳、氮、磷、钾等营养元素进入土壤提高养分；二是刺榆有发达的根系，根系与土壤的相互作用影响土壤养分的提高，从而形成良好的土壤理化环境，刺榆对土壤有较强的改善能力。

草地全氮、全磷、碱解氮、有效磷、速效钾、有机质、有机碳含量变化较小，相对稳定，其中全钾含量在表层土0～10 cm较高(图3)。

刺榆土壤全氮、全磷、全钾、碱解氮、有效磷、速效钾、有机质、有机碳含量随着土层深度的增加均呈现递减趋势，这符合同一植被类型下，土壤养分垂直分配规律。其中速效钾、有机质、有机碳在40 cm以上土层变化幅度较大。全钾含量在表层0～10 cm时较高。全氮、碱解氮含量在60 cm以上土层变化幅度较大。

图1 不同土层深度全氮含量的变化

图2 不同土层深度全磷含量的变化

图3 不同土层深度全钾含量的变化

图4 不同土层深度碱解氮含量的变化

图5 不同土层深度有效磷含量的变化

图6 不同土层深度速效钾含量的变化

图7 不同土层深度有机质含量的变化

图8 不同土层深度有机碳含量的变化

3.2 不同土层深度土壤pH值变化

由图9不同土层深度土壤pH值变化可知，在0～80 cm土层中，草地土壤pH值略高于刺榆，草地土壤pH值变化在7.02～7.18，呈明显碱性。刺榆土壤pH值变化在6.63～7.16，变化值比草地大，0～60 cm土层均呈酸性，这是在刺榆凋落物分解过程中产生有机酸有关。因此，认为刺榆对土壤酸碱度有所调节作用。

刺榆和草地土壤pH值均随土层深度的增加呈增大趋势，但变化范围较小，土壤表层变化在6.65～7.09，土壤深层变化在7.16～7.18，这是因为靠近表层的土壤中植物根系及腐殖质含量等较下层土壤要高，所以对表层土壤酸碱度调节作用相对强一些。

图9 不同土层深度pH值变化

3.3 不同土层深度土壤水分变化

由图10不同土层深度土壤水分变化可知，刺榆土壤水分含量比草地高，这是因为刺榆地表枯落物覆盖较厚，草地杂草分布稀疏，地表裸露，尽管对土壤水分利用主要集中在浅层，但蒸发量相对较大，土壤保水能力差，所以土壤水分含量低；

刺榆和草地土壤水分随着土层深度的增加呈增大趋势，其中，刺榆在表层0～10 cm的水分比10～20 cm时的略高，主要由降雨及其露水等原因保持土壤表层湿度。

图10 不同土层深度水分变化

4 结论与讨论

4.1 林昌虎等[2]在对贵州喀斯特石漠化地区荒地土壤理化性质及环境效应的研究中发现，土壤有机质在各地类的排序结果为荒地<草地<<林地(<<表示远远小于)，全氮含量排序为：林地>草地>荒地；速效磷规律不明显。与本研究结果刺榆土壤有机质高于草地一致。这是由于天然林下土壤受人为扰动程度较小，土壤养分流失相对较少，而且天然林植被盖度大，物种多样性相对丰富，这些因素使得天然林地上植被凋落物被微生物分解后归还土壤的有机质较其他植被类型区要多[3]。土壤有机质表现出的总体规律为：随土层深度加深，有机质含量减小。原因可能是受地上植被凋落物分解的影响，落叶残体被微生物分解后由地表再慢慢进入下层土壤，因分解这些残体凋落物的微生物含量随土层加深而减少[4-6]。与本研究结果刺榆土壤全氮、全磷、全钾、碱解氮、有效磷、速效钾、有机质、有机碳含量随着土层深度的增加均呈现递减趋势一致。

4.2 现有研究表明，天然草地的土壤养分较其他植被类型相对偏低，pH值相对偏高，土壤表层酸度高于下层[3-6]。与本研究结果草地土壤养分含量比刺榆低；草地土壤pH值略高于刺榆；刺榆和草地土壤pH值均随土层深度的增加呈增大趋势，但变化值较小；刺榆和草地pH值在土壤表层变化6.65～7.09，土壤深层变化7.16～7.18一致。

4.3 现有研究表明，不同土地利用类型的土壤平均含水量从大到小依次为：农地(18.62%)>生态林(17.47%)>经果林(16.53%)>荒草地(11.25%)[7]。本研究结果刺榆土壤含水量比草地高，与之相同。本研究表明，刺榆和草地土壤水分含量随着土层深度的增加均呈现增大趋势，其中，刺榆在表层0～10 cm的水分比10～20 cm时的略高，主要由降雨及其露水等原因保持土壤表层湿度。