陕北毛乌素沙地不同植物群落对土壤结构的影响研究

杨毅 秦治强

摘    要：目前，对人工林土壤的研究主要关注于土壤的理化属性，而对生物属性研究非常少，且不同植物群落由各种物质构成，这就使得土壤会有各种形态结构、生理特征构成，造成各种植被类型下的土壤有着非常明显的差异。基于此，探究了陕北毛乌素沙地不同植物群落对土壤结构的影响，以此提升土壤的质量，并指导造林树种的合理选择。

关键词：陕北;毛乌素沙地;植物群落;土壤结构;影响

文章编号： 1005-2690（2020）20-0016-02       中图分类号： Q948       文献标志码： B

1   不同植物群落对土壤结构影响的背景

沙漠化防治过程中通常采用植被的保护、恢复和重建，既能实现防沙作用，同时还能提高经济效益。在种植植被的过程中，植被与土壤间的彼此影响、彼此作用，又成为另外一个思考要素[1]。当前，土壤质量研究主要集中在土壤微生物群落结构组成、土壤微生物生物量以及土壤酶活性等方面，并且已成为土壤肥力的生物指标。作为毛乌素沙地，该地生态环境非常脆弱，属于我国干旱半干旱过渡地带，在人为因素和自然环境影响下，风沙活动较为剧烈，土壤肥力十分差[2]。随着国家深入推进三北防护林、天然林保护、退耕还林还草等重点工程，陕北毛乌素沙地就成为治沙中一个非常重要的地段。

2   陕北毛乌素沙地的概况

陕北毛乌素沙地地处陕西榆林市长城一线以北，位于鄂尔多斯高原和黄土高原间的冲积平原凹地上，介于北纬37°30′～39°20′、东经107°20′～111°30′地理位置，总面积约为4.22万km2。该区域属于干旱和半干旱区向半湿润区过渡地带，中温带气候，年平均气温在6.0～8.5 ℃。涵盖天然植物772种，主要区域性植被有踏郎、花棒、柠条、沙棘、沙柳、沙蒿、沙米、五星蒿、沙拐枣等[3];乔木固沙树种主要有樟子松、油松、黑松、红皮云杉、河北杨、旱柳等。从其植被地带来看，以西部边缘的荒漠草原亚地带、中东部的干草原地带、东边缘的干草原地带——森林草原过渡地带构建成;从植被类型来看，梁地上有草原和灌木植被，半固定、固定、沙地上有沙生灌丛植被，滩地上有草甸、盐土和沼泽植被;从地带性土壤来看，因受到局部地形和母质影响，东北向西南由淡粟钙土变成棕钙土，南部为沙黄土。

3   研究方法

3.1   样地的选择

根据毛乌素沙地植被群落调查与分布情况进行分析，选择研究对象为：15年樟子松、25年踏郎、25年花棒、25年花棒×踏郎混交林、13年河北杨和15年杏树林地;研究区域：4个研究区，20个研究样地。每块样地建10 m×10 m的灌木样方。3个20 m×20 m的乔木样方，并以流沙地为对照。

3.2   样品的采集和试验

每块样地使用S形5点采样措施，得到0～5 cm、5～10 cm、10～15 cm、15～20 cm、20～25 cm、25～30 cm、30～35 cm、35～40 cm土层的土壤样品，并测定土壤的水分、容重、有机碳、全碳、全氮含量。测试方式都以1 g土壤24 h后来表示，蔗糖酶活性使用Na2S2O3滴定方式，24 h后消耗0.1 moL/L Na2S2O3，表示为：mL/（g·d）;土壤有机质测定使用重铬酸钾滴定方式，脲酶活性使用苯酚钠一次氯酸钠比色方式测试，表示为：mg/（g·d）;过氧化氢酶使用高锰酸钾滴定测试，以30 min消耗0.1 moL/L KMnO4的体积（mL），表示为：U;碱性磷酸酶活性使用磷酸苯二钠比色方式测试，表示为：mg/（g·d）。同时用牛肉膏进行细菌养殖。

在土地取样时采用四分法，取出500 g后，及时去掉植物的根须，并分成2份送到室内，一份用于测试土壤化学性质与酶活性，先进行土样暖干，再粉碎成沫，使其可通过1 mm和0.25 mm筛选机，另一份用于测试土壤微生物数量的，暖干的土样可以过孔径1 mm筛选机，并在4 ℃温度中保管。

3.3   数据分析

数据分析使用的是LSD法。该方法能够检验各种植被样地土中有机质和生物学属性的显著差异，统计分析使用SPSS12.0软件。

4   结果与分析

4.1   不同植物群落对土壤有機物含量的影响

不同植物群落下，土壤的有机质含量在0～5 cm土层中都有了显著提升，显著高于其他土层。最高的是花棒×踏郎，其次是踏郎和樟子松，流沙最低，花棒×踏郎、踏郎和樟子松分别是流沙的19.2倍、11.19倍和8.92倍。在有机质量方面，花棒×踏郎、踏郎和樟子松也比其他树种高。随着土壤层的增加，有机质含量都有所下降。但是样地在0～5 cm、5～10 cm、10～15 cm、15～20 cm、20～25 cm、25～30 cm、30～35 cm、35～40 cm土层中有机质含量都没有显著差异，流沙地的土层间有机质含量也没有显著差异。

4.2   不同植物群落对土壤微生物数量的影响

不同植物群落下，各树种在0～5 cm土层中土壤细菌数量均有显著增加，数量最多的是花棒×踏郎，其次为踏郎与和河北杨，流沙最少。花棒×踏郎、踏郎与和河北杨分别是流沙12.91倍、9.27倍、11.99倍。与其他样地相比，花棒×踏郎、踏郎与和河北杨都是最高的。但是样地在0～5 cm、5～10 cm、10～15 cm、15～20 cm、20～25 cm、25～30 cm、30～35 cm、35～40 cm土层中，流沙相对变化不规律，其他所有植物的样地土壤中细菌数随土层深度的增加而减小。在2O～40 cm土层中，踏郎的土壤细菌数要低于其他土层，其他植物在每个土层里面都存在显著的差异;在0～5 cm同一样地的土层中，花棒×踏郎，踏郎的土壤放线菌数显著高于5～10 cm、10～15 cm、15～20 cm土层，随着样土的加深，直到40 cm时，土壤放线菌数无明显差异，并且随着样土的加深，土壤放线菌数会逐渐减少。在土壤真菌方面，花棒×踏郎与和河北杨增加显著，其他土壤并没有显著增加，同时随着土壤深度的增加，土壤真菌数量不断下降;在0～5 cm同一样地中，只有踏郎的真菌数量高于5～10 cm、10～15 cm、15～20 cm土层的数量。河北杨、花棒和樟子松在5～10 cm、10～15 cm、15～20 cm土层中真菌的数量要高于20～25 cm、25～30 cm、30～35 cm、35～40 cm土层数量，其他在同样深度数量并不显著，杏树、流沙在各个土层中土壤真菌数量均无较大差别。

4.3   不同植物群落对土壤酶活性的影响

从土壤蔗糖酶活性看，在0～5 cm各样地中，花棒×踏郎的土壤蔗糖酶活性最高，其是流沙的79.21倍。其次是河北杨和踏郎，其是流沙的61.18倍和51.21倍，随着土层深度的增加而降低。但是杏树和流沙并没有降低，其土壤蔗糖酶活性在各个土层间差异并不明显，只有踏郎和河北杨5～10 cm、10～15 cm、15～20 cm土层土壤蔗糖酶活性大于20～25 cm、25～30 cm、30～35 cm、35～40 cm土层，其他样地的土层土壤蔗糖酶活性差异都不明显;从土层土壤脲酶活性来看，在0～5 cm各样地中，花棒×踏郎的土壤脲酶活性最高，其他都不明显，并且除花棒、杏树和流沙外，土壤脲酶活性随着土层深度的增加而降低;从土壤碱性磷酸酶活性看，在0～5 cm各样地中，花棒×踏郎的活性最高，是流沙的5.01倍。其次是樟子松、河北杨和杏树，是流沙的2.68倍、2.51倍、2.28倍。除流沙和杏树外，土壤碱性磷酸酶活性。随着土层深度的增加而降低;从土壤过氧化氢酶活性看，在0～5 cm各样地中，花棒×踏郎、踏郎和河北杨的活性最高，其是流沙的3.15倍、2.21倍、1.27倍。杏树的活性最差，花棒×踏郎活性并没有受到土壤深度增加而减小，其他都随着土层深度的增加，过氧化氢酶活性呈现递减现象。除花棒和流沙外，其他样地5～10 cm、10～15 cm、15～20 cm、20～25 cm、25～30 cm、30～35 cm、35～40 cm土壤过氧化氢酶活性都无明显差异。

4.4   土壤有机质和微生物与酶活性的关系

有机质在酶的催化下结合微生物分解，矿质养料释放出，能够供植物可吸收利用，因此有机质、微生物数量和酶活性必然有着一定的联系。从统计分析得知，有机质和土壤酶活性表现明显的正相关;土壤放线菌数与蔗糖酶、过氧化氢酶、碱性磷酸酶活性表现出正相关，还和脲酶活性呈现正相关;土壤细菌数和脲酶活性表现出正相关;土壤真菌数和过氧化氢酶活性也有着极大的相关，和蔗糖酶、碱性磷酸酶活性还表现出一定的正相关。

5   结论

首先，有机质和土壤酶活性表现出明显的正相关;土壤放线菌数与蔗糖酶、过氧化氢酶、碱性磷酸酶活性表现出正相关，还和脲酶活性呈现正相关;土壤细菌数和脲酶活性表现出正关系;土壤真菌数和过氧化氢酶活性也有着极大的相关，和蔗糖酶、碱性磷酸酶活性还表现出一定的正相關。这说明土壤有机质含量和细菌、放线菌、真菌数表现出的正相关，可用微生物数量确定土壤的肥力标准。其次，不同植物群落对土壤结构的影响，在0～5 cm各样地中，花棒×踏郎的有机质含量、细菌数、蔗糖酶、碱性磷酸酶和过氧化氢酶活性都非常高，这表明能够提高土壤养分及其生物学性质，更加适合沙区营造多样性丰富的混交林。其次是踏郎和花棒纯林，最差是樟子松，这说明樟子松并不利于对土地的改良作用，容易使得养分流失，植被覆盖下降。那么在流沙地种植植物时，可以在0～5 cm土层中增加土壤有机质含量、微生物数量和酶活性，以此来提高不同植物的生长质量。或者在营造樟子松时，应同时混交花棒、踏郎作为改良土壤的林下植物。

参考文献：

[ 1 ] 李刚，阎雄飞，刘永华，等.毛乌素沙地东南缘蝶类资源调查及区系研究[J].中国农学通报，2016（19）：102-109.

[ 2 ] 郭壮武，李玉飞.毛乌素沙地植被恢复模式及生态功能探讨[J].中国农业信息，2015（17）：99.

[ 3 ] 曹艳萍，庞营军，贾晓红.2001—2016年毛乌素沙地植被的生长状况[J].水土保持通报，2019（2）：29-37.