不同土地退耕类型对土壤物理性质的影响

彭万里

摘要：为了对辽西地区不同退耕林地处理下土壤物理性质变化趋势开展评价分析，特开展了此研究，以为当地人工林的构建方面提供理论参考。选择了3种退耕还林类型以及农田对照，以土壤密度、土壤总孔隙度作为调查指标开展分析，结果表明，退耕还林地内土壤密度在前3年稍有增加，之后逐渐降低，土壤总孔隙度与之相反，经过前10-15年的改良，土壤的物理性质得到不同程度的提高，之后变化到某一范围后变化较慢，趋于稳定;各退耕还林地中，以混交林的改良效果最好，且0-20cm的改良效果好于20-40cm土层。建议后续在当地营造防护林时主要选择混交林，后续研究中继续延長年限进一步开展分析，且扩大土壤物理性质相关指标研究的范围。

关键词：退耕还林;土壤类型;物理性质

辽西地区的气候干旱、降雨资源少，加上人类对土地资源的不合理利用，导致辽西地区的植被覆盖率相对较低，存在严重的水土流失现象。土壤是自然界植被生长发育的基质，可以为其提供生长所需的各类养分及水分需求，干旱地区植被生长的质量与土壤中水分有着密切的关系，而水分在土壤中的储存场所为土壤的孔隙，由此可知土壤的孔隙状况对其供给营养元素的能力有着重要的影响[1]，对与土壤孔隙状况相关物理性质的探讨分析有助于对土壤改良的效益等实施科学的评价。

我国是人口大国，资源有限，一直以来存在较为严重的毁林开荒等行为，导致了严重的水土流失现象，辽西等干旱地区各类自然灾害频繁发生，严重影响了当地生态安全以及经济发展。自从我国实施退耕还林政策后，土壤的理化性质得到了较好的改善，在土壤的保水保肥、提高植被覆盖率等方面起到了很好的效果[2-3]。土壤的理化性质包括土壤密度、孔隙度等因素，其中最为重要的一个物理性质即为土壤的密度，可以将土壤物质性状的整体情况（包括入渗能力、持水能力等）准确地反映出来。近些年，有关退耕还林后土壤物理性质方面变化的研究[4-7]较多，主要集中在退耕还林人工林密度的影响、植被类型的影响、造林树种配置方式的影响等方面，而有关退耕类型以及退耕年限对土壤物理性质方面的影响研究较少，而土壤物理性质随着年限的变化趋势是对退耕林地在水源涵养、土壤改良方面评价的重要依据之一。基于此，本研究选择了农田作为参照，选择了不同退耕还林类型（油松人工纯林、刺槐人工纯林、油松+刺槐混交林）、不同退耕年限下土壤物理性质的变化情况，以更好地评价辽西地区退耕还林地的生态效益以及涵养水源的效果等。

1 研究区概况

研究区位于辽西建平县境内的山地丘陵区，为北温带大陆季风气候区，气候条件问半干旱半湿润易旱区域，年均温7.4℃左右，年均日照时数2865h左右，降水量年均600mm左右，其中6--9月占比约70%，春秋季风多，气候易干旱，风力一般在2～3级。当地自实施退耕还林政策以来，植被覆盖的面积有所增加，一定程度上缓解了水土流失情况，明显改善了当地的生态环境。目前辽西退耕换林后形成的自然恢复林树种主要包括山杨、辽东栎等，人工营建的纯林有侧柏、刺槐、油松等，人工混交林主要为油松+刺槐。林下的植被资源包括沙棘、连翘、铁杆蒿等。农地种植的作物主要为玉米。

2研究内容及方法

2.1 样地的选择及采集样品

从2003年开始在观测样地内选择地势、坡度、坡向等差异不大的不同年限的不同退耕类型地块作为调查对象，包括油松人工纯林、刺槐人工纯林、油松+刺槐混交林，对照选择地势、坡度、坡向等因素无明显差异的农田作为对照处理，农田处于广种薄收的状态，较少有外来人为干扰。每3年在7月中旬左右在每个样地内随机取3块区域作为重复（面积为400m2：20m×20m）。每个区域对角线上进行取样点的布设，每个点之间间隔距离控制在7m。取样时挖土壤剖面，用环刀采集土壤下0-20、20-40cm位置的土样，带回实验室进行土壤物理性质的分析，本试验选择土壤密度、土壤孔隙度2个因素作为调查指标。

2.2 样品的实验室测定

用环刀将样品取回后，当天即在实验室内进行吸水试验，土壤密度的测定选择环刀法，土壤孔隙度的测定选择吸水法[8]。

2.3 数据的处理分析

每三年每个调查样地内不同重复区域的土壤密度、土壤孔隙度密度取平均值，用Excel软件进行不同退耕林地类型、不同年限处理下土壤密度、孔隙度的指标变化情况的分析。

3 结果与分析

3.1 不同处理下土壤密度的变化分析

土壤各物理性质中，最基本的性质即为土壤密度，可以对土壤的板结程度、保蓄能力、土壤质地、孔隙等情况进行综合的反应，很大程度上影响着土壤的通透效果、保水能力、抗水土侵蚀能力等[9];土壤密度主要的影响因素包括地表植被、有机质含量、耕作条件等[10]。根据表1可知，各退耕还林地上土壤密度随着退耕年限的增加，不同土层内整体土壤密度变化趋势为逐渐降低（前3年除外，有的林间前3年土壤密度有少许增加，原因可能在于刚还林前几年生态系统稳定性较差，加上前期造林的整地及压土等操作），不同的退耕林地，此种下降趋势有不同程度的差异;随着退耕年限的增加，0-20cm土层内土壤密度累积变化率表现为油松+刺槐混交林>刺槐人工纯林>油松人工纯林>农田对照;20～40cm土层土壤密度累积变化率表现趋势为刺槐人工纯林>油松人工纯林>油松+刺槐混交林>农田对照，由此可知在试验期间，0-20cm土壤内混交林改善土壤密度的效果更好，而20～40cm土层内以刺槐人工纯林效果为最佳，分析原因可能是退耕后时间有限，人工林较浅、较深土层内土壤改善的效果存在差异，后续会继续增加退耕年限的数据调查;不同土层中，目前数据分析的结果表明0-40cm土层内土壤密度累积变化率整体大于0-20cm土层。

3.2不同处理下土壤孔隙度的变化分析

土壤孔隙度即为自然状态下土壤内单位容积下孔隙的占比，土壤物理性质的基础包括土壤孔隙度、分配等数值，直接影响土壤肥力水以及通透效果，可作为一个重要的指标对土壤结构特征进行评价[11]。根据表2可知，不同的退耕林地内不同土层在退耕年限逐渐增加的情况下呈现不同程度的波动，整体变化趋势为逐渐增加;各退耕林地处理下0-20cm土层内累积变化率均为正值，且整体趋势逐渐增加（前3年除外，累积变化率趋势为有所降低），以混交林>油松人工纯林>刺槐人工纯林，且2012年后增加趋势明显，2012年后增加趋势不明显，趋于稳定;20-40cm土层中土壤总孔隙度累积变化率除了混交林外，其余各退耕林地处理均为负值;由此可知退耕后营造混交林对土壤改良效果较好，且以0-20cm的效果更为明显，分析原因可能在于地表有枯落物分布，更利于较浅层土壤总孔隙度的改良，而随着还林地年限的逐渐增加，根系在土壤中分布更深，土壤孔隙度随着土层的变化呈现梯度变化;此外，还可以得知人工林对土壤物理性质的改良随着林分的不同有所差异，且这种改良效果有限，在前10年左右有较好的效果，之后土壤总孔隙度保持较为稳定的状态。

4 结论与讨论

通过分析，本试验3种不同的退耕还林类型处理下，2002--2018年选择土壤密度、土壤总孔隙度作为指标开展调查分析，结果表明不同林分不同土层内土壤的物理性质表现出不同程度的差异;整体来说，土壤密度变化趋势为逐渐降低（前3年稍有增加），土壤總孔隙度的变化趋势与土壤密度相反;由此可知，排除人为干扰因素后，辽西干旱地区在实施退耕还林后，不同人工林类型均在降低土壤密度、增加土壤孔隙度等方面起到了积极的作用;且不同林分在影响程度上存在不同程度的差异，油松+刺槐人工混交林对浅土层（0-20cm）的改善效果明显好于其他人工纯林处理;退耕还林的前3年，土壤物理性质未表现出改良的效果，分析原因可能是退耕后林地营建后需要一段时间形成较为稳定的群落，加上前几年栽植时人为活动频繁，影响较大;3-10年，退耕还林地对土壤物理性质改良效果相对较为明显，10年后土壤密度、土壤总孔隙度值变化整体趋势不明显，由此可知人工林在土壤物理性质的改良方面比较有限，但是退耕还林后至今年限不是很长，缺乏长期的数据监测，是否存在固定的阙值，以及人工林与自然林在改良效果方面的差异，还有待于后续进一步的调查分析。

参考文献

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