苏北沿海围垦区刺槐和柽柳林地土壤养分研究

王华 熊静 邢文黎



苏北沿海围垦区刺槐和柽柳林地土壤养分研究

王华1熊静2,3邢文黎2,3*

（1江苏省东台市林业中心 224200；2南京林业大学 江苏南京 210037； 3中国林业科学研究院亚热带林业研究所 浙江杭州 311400）

以栽植的固氮树种刺槐及土著树种柽柳为研究对象，对苏北东台围垦区柽柳、刺槐林下根区（冠幅内）与非根区（冠幅外）土壤养分及含盐量和pH值进行了对比分析。结果表明：刺槐和柽柳根区土壤有机质、全氮、全磷、水解氮和有效磷含量均显著高于非根区土壤（柽柳有机质和全磷含量除外），刺槐根区土壤有机质、全氮和水解氮含量显著高于柽柳根区土壤，但两种林地根区土壤全磷和有效磷含量没有显著差异。柽柳和刺槐根区土壤盐分含量均显著低于非根区土壤，但两种林地土壤pH值并没有显著差异。由此可见，无论是自然演替植被还是人工恢复植被均有助于围垦区土壤质量的改善，但相对于土著树种而言，人工栽植的刺槐更有利于土壤有机质和氮的积累。植被恢复降低了土壤盐分含量，同时可能促进了土壤微生物活性，进而有利于土壤养分状况的改善，但土壤质量变化与树种密切相关。研究发现，固氮树种刺槐比土著树种柽柳更有利于提高土壤养分状况。

围垦区；刺槐；柽柳；土壤养分

引言

滨海湿地作为一个水陆相互作用形成的独特生态系统，具有独特的物理、化学和生物学结构及功能[1]，同时，滨海湿地作为潜在的土地资源，为沿海地区经济发展及土地资源利用方式的动态平衡做出了重要贡献[2]。湿地围垦和利用改变了土壤物质和能量的循环过程，进而影响了土壤中碳、氮元素含量和储量，以及土壤生物学现状。滩涂围垦后，随着围垦年限增加及土地利用方式的改变，使得土壤含水量显著下降和土壤含盐量大幅降低，促进了土壤有机沉积物的矿化分解作用，从而对土壤碳、氮储量及土壤酶活性产生了影响[3]。由于滨海湿地土壤盐渍化严重，且生态环境脆弱，生态系统的自我调节和恢复能力较差。因此，开展植被恢复和重建、森林的保护管理、盐碱地造林技术和生物改良技术的研究是该区域经济发展和生态环境建设中需要解决的重点问题[4]。

刺槐()生长速度快、对环境适应性强、耐干旱贫瘠、具有固氮能力, 是生态恢复的先锋树种。长期以来, 由于刺槐耐旱耐盐碱的优良特性，在沿海围垦区植被恢复和防护林建设中发挥了重要的作用[5]。柽柳()是柽柳科柽柳属植物，在我国主要分布于沙荒地、干旱盐碱地及滨海盐碱湿地。柽柳根部潜水较深、叶呈鳞片状、茎叶愈合、具发达的泌盐腺，耐盐碱，是典型的泌盐植物，可通过种子、营养两种方式繁殖，生态位较宽，具有较高的生态价值、药用价值。柽柳作为盐碱地区较为重要的木本植物建群物种，是一种沃土能力较强的盐生植物，现已成为滨海湿地生态规划区主要的生态修复树种[6,7]。研究选取滨海湿地围垦后营造的刺槐林和滩涂自然生长的柽柳为研究对象，研究2个树种对林地土壤养分、土壤盐分及土壤pH等的影响，旨在揭示滨海湿地围垦后人工造林和自然演替植物对土壤质量的影响，为科学评价滨海湿地植被恢复和防护林建设提供依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究区位于江苏省东台市沿海滩涂条子泥垦区，地理位置为 32°45′-32°53′N、120°54′-120°57′E，条子泥于2013年完成围垦。该区属亚热带和暖温带的过渡区，年平均气温15.0℃，无霜期220d，降水量1061.2mm，日照2130.5h。刺槐林于2014年带状沿海堤边栽植，初植密度1111株/hm2，平均高2.1 m。柽柳为围垦后滩涂自然生长的植物，密度752株/hm2，平均高1.8m。

1.2 土壤样品采集与分析

在刺槐和柽柳林地中各设置 20 m×20 m的临时样地3块，在各样地中选取生长相似的刺槐和柽柳标准木各5株，分别在冠幅范围内（根系和凋落物集中分布区域，作为根区土壤）和冠幅外（作为非根区土壤）采集土壤。同一样地的土样混合为1个样品，待土壤自然风干，研磨后过 2 mm土壤筛，用于土壤碳、氮的测定。土壤总氮（TN）含量采用凯氏定氮法测定，水解氮（AN）采用碱解扩散吸收法测定，土壤有机质（SOM）采用重铬酸钾氧化-外加热法测定，土壤总可溶性盐含量采用残渣烘干-质量法测定，土壤pH值的测定采用电位法测定，土壤全磷含量采用HClO4-H2SO4消煮法测定，土壤有效磷含量采用比色法测定[8,9]。

1.3 数据处理

利用Microsoft Excel 2010软件进行数据统计分析，运用SPSS 22.0单样本T检验检验不同处理之间各指标的差异；采用Pearson 相关性分析土壤盐分、土壤pH和土壤碳、氮、磷的关系，不同处理之间的显著性分析在 P<0.05 水平下进行。

2 结果分析

2.1 土壤养分特征

湿地土壤有机质一般主要来自于地上的凋落物和地下的腐殖质等有机物质，由于湿地土壤的特殊性，为地表以下土壤营造了一个厌氧环境，植物枯枝落叶等有机物分解和转化的速率缓慢，从而影响土壤有机质的积累。图1显示，刺槐根区土壤有机质含量显著高于非根区土壤（P<0.05）；尽管柽柳根区土壤也略高于非根区土壤，但两者之间并无显著差异（P>0.05）。刺槐根区土壤有机质含量显著高于柽柳根区土壤（P<0.05），这可能与刺槐枯落物较多以及根系较发达有关，由此导致了土壤中有机物的输入也较多。

图1 柽柳和刺槐土壤有机质含量比较

注：不同大写字母表示同一树种的根区土与非根区土之间差异显著（P<0.05）；不同小写字母表示同一土壤类型与不同树种之间差异显著（P<0.05）；n=3，下同。

一直以来，土壤中的 N被认为是最易耗竭和限制植物生长的营养元素之一，尤其是土壤速效氮与土壤有机质含量及土壤熟化程度密切相关。由图2可知，柽柳和刺槐的根区土壤全氮和水解氮含量均显著高于非根区土壤（P<0.05）。柽柳根区土壤全氮和水解氮含量分别比非根区土壤增加了75.81%和135.99%，刺槐根区土壤全氮和水解氮含量分别比非根区土壤增加了68.07%和78.93%。总的来看，刺槐及柽柳的非根区土壤全氮及水解性氮含量接近，但刺槐根区土壤全氮及水解性氮含量均显著高于柽柳（P<0.05）。这说明刺槐作为固氮树种具有较强的固氮能力，同时表明植物根系对土壤养分具有一定的活化及富集作用。

图2 柽柳和刺槐土壤全氮（上）及水解性氮（下）含量比较

磷是植物所必需的大量营养元素之一，测定土壤中的全磷，可以很好地了解土壤中可被植物吸收利用的土壤磷储备量，而土壤有效磷则可以较为全面地阐述土壤磷素肥力的供应情况。由图3可知，刺槐的根区土壤全磷含量和土壤有效磷含量均显著高于非根区土壤（P<0.05）。柽柳根区与非根区土壤全磷含量没有显著差异，但根区土壤有效磷含量比非根区土壤增加了94.22%。此外，柽柳非根区土壤全磷含量显著高于刺槐（P<0.05），柽柳和刺槐根区土壤全磷及有效磷含量均没有显著差异（P>0.05）。

图3 柽柳和刺槐土壤有效磷含量（上）及土壤全磷含量（下）

2.2 土壤盐分及pH值

从图4可以看出，柽柳和刺槐非根区土壤盐分含量均显著高于根区土壤（P<0.05），柽柳根区土壤盐分含量比非根区土壤降低65.62%，刺槐根区土壤盐分含量比非根区土壤降低89.19%；刺槐与柽柳根区土壤盐分含量没有显著差异（P>0.05），但刺槐非根区土壤盐分含量高于柽柳（P<0.05），这可能与不同地块土壤盐分的空间变异有关。柽柳和刺槐的根区与非根区土壤pH值均没有显著差异，表明短期内植被恢复对土壤pH值没有显著影响。

2.3 刺槐及柽柳根区土壤养分和土壤盐分、土壤pH值的相关性分析

对刺槐及柽柳根区土壤养分、土壤盐分及土壤pH进行相关性分析后，发现土壤有机质与土壤全氮和土壤水解性氮呈极显著正相关（P<0.05），而与土壤有效磷、土壤pH及土壤含盐量间呈负相关（P>0.05）；同时，土壤全氮与土壤水解性氮呈极显著正相关（P<0.05），而与土壤有效磷、土壤pH及土壤盐分呈极显著负相关（P<0.05）。此外，土壤水解性氮与土壤pH值呈极显著负相关（P<0.05）（表 1）。可见，土壤总氮含量对土壤有效磷含量有一定的抑制作用，这可能与林木根系对矿物元素的活化程度有关；同时表明，土壤盐分及土壤pH值的降低对于土壤碳氮积累具有一定的协同促进作用。

表1 柽柳及刺槐根区土壤pH、土壤盐分 和土壤养分的相关性分析

注：**表示在 P<0.05水平上差异极显著；n=3。

3 讨论

研究表明，植被类型、土地利用变化都会显著影响土壤有机质（SOM）的变化，植被变化及其土壤有机碳库容对碳固定具有重要的潜在影响[10]。研究中，刺槐根区土壤有机质含量显著高于非根区土壤，而柽柳根区与非根区土壤有机质含量接近，这主要是因为刺槐的枯落物归还量较多，有机物积累丰富；而柽柳生长缓慢，相应的枯枝落叶归还量也较小，从而使土壤有机质含量相对较低。总体而言，随着植被恢复时间的增加，林木冠幅逐渐增大、植被逐渐密集，使得地表凋落物增加，同时逐渐增加的林分郁闭度减缓了枯落物的分解速率，有利于地表生物量的积累及土壤有机物输入量的增加，从而提高了土壤有机质含量[11]。

研究区刺槐和柽柳林地根区土壤中的土壤水解性氮及土壤有效磷等养分含量主要取决于土壤微生物对土壤养分的矿化作用和酶促反应。与非根区土壤相比，刺槐和柽柳根区土壤的水解氮、有效磷含量均显著提高，说明土壤养分在根区发生富集。虽然刺槐与柽柳的土壤氮含量与土壤有机质的变化趋势基本相同，但与柽柳相比，刺槐根区土壤的氮含量呈现更为明显的提高，这可能由于刺槐是豆科作物， 根系具有结瘤固氮作用，能够吸收大气中的氮气转变为植物可吸收利用的化合态氮 (NH4+和NO3-) 和有机态氮，增加了土壤氮素含量。土壤中的磷主要来自于土壤母岩，而且土壤中磷矿石比较多，不同类型样地的土壤磷含量本就不同[12]，因此柽柳和刺槐的土壤全磷含量变化并没有明显的规律，柽柳根区土壤及非根区土壤全磷含量介于刺槐的根区土壤和非根区土壤全磷含量之间。虽然研究区柽柳尚处于幼龄阶段，其对土壤质量的影响较为有限，但柽柳作为滨海围垦区早期的演替树种，对植被恢复和生态系统功能发挥具有重要意义。

4 结论

柽柳和刺槐作为滨海围垦区主要的植被恢复树种，在耐盐碱、抗旱、耐贫瘠等方面展示了无可比拟的优点，其发达的根系促进了土壤活性成分和土壤肥力的增加，人工栽植的刺槐和自然演替的柽柳均不同程度地增加了根区土壤有机质、全氮、全磷、水解氮和有效磷的含量，尤其是刺槐更有利于有机质和氮的积累。柽柳和刺槐根区土壤盐分含量均显著降低，但对土壤pH值影响较小。因此，围垦区植被恢复降低了土壤盐分含量，有利于土壤养分状况的改善，固氮树种刺槐比土著树种柽柳更有利于提高土壤养分状况。

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Research on soil nutrients inandforests in coastal reclamation areas of northern Jiangsu province

Wang Hua1, Xiong Jing2,3, Xing Wenli2,3*

In this study, the soil nutrients, salinity and pH concentrations in the root zone (under the canopy) and non-root zone (outside the canopy) of(native species) and(introduced nitrogen fixation species) forests were studied in the reclaimed region in Dongtai, northern Jiangsu Province.The results showed that the contents of soil organic matter, total nitrogen, total phosphorus, hydrolyzed nitrogen and available phosphorus were significantly higher in the root zone ofandthan those in the non-root zone (except the contents of organic matter and total phosphorus in).Soil organic matter, total nitrogen and hydrolyzable nitrogen contents were significantly higher in the root zone ofthan those in the root zone of. There was no significant difference in total phosphorus and available phosphorus contents between the two woodlands.Soil salinity content in the root zone ofandwas significantly lower than that in the non-root zone soil, and no significant difference was observed in soil pH values between the two woodlands.Both natural succession vegetation and artificial restoration vegetation can improve the soil quality in coastal reclaimed region, compared with native tree species, plantedis more beneficial to the accumulation of organic matter and nitrogen.Vegetation restoration can reduce soil salinity and promote soil microbial activity, and then increase the soil nutrients. However, the changes of soil quality are closely related to tree species.This studyindicates that the nitrogen fixation tree species-is better improve soil nutrient status than native species-.

reclaimed region; Robinia pseudoacacia;;soil nutrient

S718.51+6

A

1004-7743（2018）04-0001-05

2018-08-08

华东沿海防护林生态系统定位研究站运行经费。

王华，高级工程师，主要从事森林管理与经营；E-mail：409928019@qq.com。