不同景观林对土壤物理性质的影响

郑占敏，张传余，陈 莹，秦乃花，舒秀阁，韩友吉，魏 娟，董玉峰，李 辉

（1.莘县国有马西林场，山东 莘县 252415；2.山东省林业科学研究院，山东 济南 250014；3.山东省林业保护和发展服务中心，山东 济南 250014；4.山东省国土空间规划院，山东 济南 250014；5.临沂大学，山东 临沂 276000）

土壤作为森林生态系统重要的生态因子，是衡量生态系统功能恢复与维持的重要因素之一[1-2]。土壤物理性质对森林植被的发育和植被恢复有重要作用，森林植被通过根系的生长及枯落物的输入等可以改善土壤物理性质[3-4]。阔叶林可改善土壤理化性质，提高树木生长量[5]。土壤持水能力与林分结构密切相关[6]；果树、草类的种植可以降低土壤容重、提高土壤孔隙度[7-9]；丘陵风沙区柠条林种植可以提高其土壤水分含量[10]。

随着人们生活水平的提高，城市绿化越来越得到人们的重视。景观林是城市林业的重要组成部分，具有改善城市生态环境和美化城市的功能[11]。那么，城市中不同景观林对土壤物理性质会产生何种影响，是一个值得深入研究的问题。银杏（Ginkgo biloba）和水杉（Metasequoia glyptostroboides）作为临沂地区主要公园观赏树种和造林树种，对其土壤物理性质产生何种影响尚不清楚，为此，本研究以临沂园博园中的银杏（Ginkgo biloba）林和水杉（Metasequoia glyptostroboides）林为研究对象，测定其土壤物理性质，揭示不同景观林对其土壤孔隙度、土壤水分状况等物理性质的影响，为城镇绿化中合理使用绿化树种及控制与改善城市林业水分状况，城市绿化树种资源的合理经营和科学管理、水土保持综合效益的分析提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

试验地位于山东省临沂市园博园（35°12′N，118°29′E），属温带季风气候。园博园内有多处景观林，其中银杏（Ginkgo biloba）林为20年生人工林，造林时间为2009-2010年，平均胸径约18 cm，水杉（Metasequoia glyptostroboides）林为17年生人工林，造林时间为2009-2010年，平均胸径约19 cm。

1.2 土壤物理性质测定

本试验以临沂市园博园中的银杏（Ginkgo biloba）和水杉（Metasequoia glyptostroboides）为研究对象（对照组为园博园内的空白样地），每个林种建立3 块20 m×20 m 的标准地，每个标准地内采用蛇形5 点取样法确定取样点，每个取样点利用环刀法[12-13]，按0—10 cm、10—20 cm、20—30 cm、30—40 cm 对土壤分层取样，测定其土壤容重、土壤毛管孔隙度、非毛管孔隙度、总孔隙度、土壤田间持水量、土壤饱和含水量等土壤物理性质。本试验于2020年11月进行土壤取样，2020年12月在临沂大学土壤实验室进行了土壤物理性质测定。

1.3 数据处理

试验数据通过SPSS18.0 统计分析软件处理，并进行单因素方差分析和多重比较。

2 结果与分析

2.1 不同景观林对土壤容重的影响

土壤容重是影响土壤通气状况、水肥供应情况及植物根系穿透阻力的重要因素之一，土壤容重越小，土壤越疏松，更有利于植物根系的伸展和生长[14]。

图1所示，从0—10cm、10—20 cm、20—30 cm、30—40 cm 各土层来看，水杉景观林的土壤容重分别为1.36 g·cm-3、1.35 g·cm-3、1.31 g·cm-3、1.23 g·cm-3，明显低于其对照组（P≤0.05），分别是对照组的87.77%、85.51%、82.97%、79.01%。说明栽植水杉林可有效改善0—40 cm土壤的物理通透性，增强土壤的透水、透气能力，使土壤疏松。银杏林各层土壤容重略高于其对照组，但和对照组相比，差异不显著（P＞0.05），这可能由于银杏生长速度慢，又因其观赏价值较高，其林下土壤经常遭到游客踩踏导致的。

图1 不同景观林对土壤容重的影响（平均值±标准差）Figure 1 Effects of different landscape forests on soil bulk density(mean value ± standard deviation)

2.2 不同景观林对土壤毛管孔隙度的影响

土壤毛管孔隙度是土壤中能够通过毛管力保持水分的孔隙，毛管孔隙所保持的水分又称有效水，能溶解养分，且能被植物根系吸收和利用，是土壤孔隙的重要组成部分之一[15]。

从图2可以看出，在0—10 cm 土层中，银杏景观林的土壤毛管孔隙度为30.9 %，明显低于对照组（P≤0.05），为对照组的92.75 %；而水杉林的土壤总孔隙度则和对照组差别不大，说明栽植银杏林可以降低该区0—10 cm 土壤有效水贮存容量，而栽植水杉则对0—10 cm 土壤吸持水量影响不大。就10—20 cm、20—30 cm、30—40 cm 土层而言，银杏和水杉林的土壤毛管孔隙度和对照相比，差异不明显（P＞0.05），说明在该试验区种植银杏和水杉林对其10—40 cm 土层的土壤有效持水能力影响不大。

图2 不同景观林对土壤毛管孔隙度的影响（平均值±标准差）Figure2 Effects of different landscape forests on soil capillary porosity(mean value ± standard deviation)

2.3 不同景观林对土壤非毛管孔隙度的影响

土壤非毛管孔隙度是土壤快速储水、土壤空气流动的场所和通道，其大小在一定程度上反映了土壤滞留水分和林地发挥涵养水源及削减洪水的能力[16-17]。

从图3可以看出，在0—10 cm、10—20 cm、20—30 cm、30—40 cm 土层中，银杏景观林的土壤非毛管孔隙度分别为3.7 %、3.6 %、1.9 %、3.3 %，和对照差异不显著（P＞0.05），说明该区栽植银杏林对其土壤储水速度及水分滞留能力影响不大。就水杉景观林而言，其土壤非毛管孔隙度由小到大的顺序为0—10 cm<10—20 cm<20—30 cm<30—40 cm，表现为随土层深度的增加而增加，且各土层非毛管孔隙度都明显高于对照组（P≤0.05），当土层深度为10—20 cm 时，其非毛管孔隙度为11.4 %，增长速率最快，为对照组的4.38 倍。这在一定程度上说明在该试验区栽植水杉林可有效增强其土壤的储水及涵养水源能力。

图3 不同景观林对非土壤毛管孔隙度的影响（平均值±标准差）Figure 3 Effects of different landscape forests on non soil capillary porosity(mean value ±standard deviation)

图4 不同景观林对土壤总孔隙度的影响（平均值±标准差）Figure 4 Effects of different landscape forests on total soil porosity(mean value ± standard deviation)

2.4 不同景观林对土壤总孔隙度的影响

土壤孔隙度对土壤的结构、松紧度、质地均有重要影响，是反应土壤通透性、持水能力和保肥性的重要指标，影响着植物的正常生长发育[18-19]。

就水杉景观林来说，在0—10 cm、10-20 cm、20—30 cm、30—40 cm 土层中，其土壤总孔隙分别为45.6 %、45.5 %、47.45 %、50.5 %，明显高于其同土层深度的对照组和银杏景观林组 （P≤0.05），分别是对照组的1.19、1.24、1.28、1.33 倍，银杏林的1.28、1.32、1.44、1.50 倍；而各土层的银杏景观林土壤总孔隙度略低于对照组，但和对照组相比差异不显著（P＞0.05）。说明水杉林可有改善该区土壤结构、降低紧实度，增强雨水下渗能力，提高植物根系生长力，银杏景观林对其土壤的持水及储水能力影响不大。

2.5 不同景观林对土壤田间持水量的影响

土壤田间持水量是土壤所能保持的最高含水量，对植物生长发育具有重要的作用，是衡量土壤墒情和干旱程度的一个重要指标之一[20]。

图5所示，在0—10 cm 的土层中，对照组、银杏林、水杉林的土壤田间持水量分别为22.33 %、19.78 %、26.19%，其中银杏景观林的土壤田间持水量明显低于对照组（P≤0.05），水杉景观林的土壤田间持水量明显高于对照组（P≤0.05）。就10—20 cm、20—30 cm、30—40 cm 土层而言，银杏林各土层土壤田间持水量都略低于对照组，和对照组相比差异不显著（P＞0.05）；水杉林各土层土壤田间持水量则明显高于对照组和银杏林组 （P≤0.05），其中水杉林0—20 cm、20—30 cm、30—40 cm 土层的土壤田间持水量为25.13 %、25.49 %、28.37 %，分别为是对照组的1.17、1.21、1.30 倍。这在一定程度上可说明，栽植水杉可以有效提升其林下土壤的保墒持水能力。

图5 不同景观林对土壤田间持水量的影响（平均值±标准差）Figure 5 Effects of different landscape forests on soil field water capacity(mean value ± standard deviation)

2.6 不同景观林对土壤饱和含水量的影响

图6 不同景观林对土壤饱和含水量的影响（平均值±标准差）Figure 6 Effects of different landscape forests on soil saturated water content(mean value ± standard deviation)

土壤饱和含水量指土壤颗粒间所有孔隙都充满水时的含水量，是衡量土壤持水特和释水性的重要指标[21]。

在0—10 cm、10—20 cm、20—30 cm、30—40 cm 的土层中，水杉景观林的土壤饱和含水量分别为33.63%、33.54 %、36.17 %、41.17 %，明显高于其同土层深度的对照组 （P≤0.05），分别为对照组的1.35、1.45、1.54、1.67 倍。就银杏景观林来说，其土壤饱和含水量虽略低于同土层深度的对照组，但方差分析结果显示，和对照组差异不显著（P＞0.05）。总体来说，水杉林能增加土壤孔隙度，提高土壤的含水量，并对防治水土流失有重要的作用。

3 讨论与结论

土壤容重是衡量土壤结构和评价土壤质量的重要参数，不仅影响土壤通气状况、水肥供应情况，还对植物的生长发育有重要作用[22]。研究结果表明，景区内栽植水杉林能明显改善其表层土的土壤通透性，如在0—40 cm 土层中水杉林的土壤容重明显低于无林地的对照组（P≤0.05）；而栽植银杏林则对其土壤容重影响不大（P＞0.05），谭学进在研究黄土区植被恢复对土壤物理性质的影响时，发现栽植刺槐林对0—20 cm 土层的土壤容重影响不大[3]，与本研究的结果相似，但笔者认为本研究中银杏林土壤容重显著高于水杉林的主要原因，银杏林景观林在该景区的观赏价值较高，受游客踩踏频次高导致的。

土壤孔隙度是评价土壤储水性和肥力特性的重要指标之一[23]，土壤孔隙状况受土壤有机质累积量的影响，而林木栽植及生长过程增加了土壤有机质的含量，从而改善了土壤孔隙特征[24]。研究结果表明，水杉林在0—10 cm、10—20 cm、20—30 cm、30—40 cm 的土层中土壤非毛管孔隙度、总孔隙度明显高于同土层深度的对照组（P≤0.05）。徐雅洁等研究发现在0—20 cm 的土层中柠条林的土壤毛管孔隙度、非毛管孔隙度、总孔隙度明显高于油松林[25]；王晓荣等研究表明在0—10 cm 的土层中竹林的土壤总孔隙度最高[26]。这些研究和本研究水杉林能改善其土壤通透性和储水性能的研究结果相似。

森林植被对涵养水源、保持水土具有巨大作用[27]，研究结果表明，水杉可以有效提升其林下土壤的保墒持水能力，如在0—10 cm、10—20 cm、20—30 cm、30—40 cm 的土层中水杉林的田间持水量分布为对照的1.17、1.21、1.30 倍，饱和含水量分布为对照的1.35、1.45、1.54、1.67 倍，显著高于同土层深度的对照组。有学者研究认为土壤持水能力与林分类型结构密切相关[28]。那么，不同林地类型其土壤持水性、释水性差别还需要进一研究。总体而言，水杉景观林能有效改善其土壤物理通透性、保墒持水性能及涵养水源能力，而银杏景观林对其土壤物理性能影响不大。这是否因为两种景观林，因欣赏价值不同，游客踩踏程度不同造成，还需要进一步研究。