太行山陡坡阳坡不同坡位土壤水分物理性质差异分析

柳俊明 高泽威 杨新兵 王立成 李清泉

1.保定市满城区苗圃场，河北 保定 071000；2.河北农业大学林学院，河北 保定 071000

0 引言

太行山绿化工程是国家重点生态建设工程，是保障华北平原及京津地区生态安全的重要屏障。《河北省人民政府办公厅关于科学绿化的实施意见》（冀政办字〔2021〕89 号）提出，目前太行山存在大量的旱瘠山地——陡坡、阳坡、裸露山地、矿山废弃地等，是未来绿化的“硬骨头”“主战场”。水分不足、土壤养分缺乏、土层薄、岩石较多等是影响太行山陡坡阳坡造林成活率和植被恢复的主因，其中土壤水分问题尤为突出。土壤水作为降水、地表水与地下水联系的纽带，是植物生存水分的最主要来源。土壤水分物理性质决定了土壤水资源利用和水土保持效率的高低［1］。只有摸清陡坡阳坡土壤水分物理性质，才能更好地利用有限的水资源，做到适地适树，提高造林成活率［2］。

坡位作为重要的地形因子之一，直接或间接影响土壤水分物理性质［3］。李文政等［4］研究三峡山地不同坡位土壤水分特征曲线发现，坡上土壤渗透性能更强，但持水能力弱，坡中、坡下及坡底土壤持水能力高于坡上。张引等［5］研究发现，冀北山地油松林土壤总孔隙度随海拔的升高先减小后增大。总之，不同坡位的土壤水分物理性质存在一定的差异。笔者选取太行山东麓保定市满城区陡峭的干旱阳坡为试验地，分不同坡位取样测定土壤容重、孔隙度和土壤持水量等指标，分析陡坡阳坡不同坡位土壤水分物理性质差异，为相同立地条件区域的造林绿化提供理论依据。

1 研究区概况

研究区位于河北省保定市满城区，地处东经114°43′20″～115°32′00″、北纬38°43′20″～39°07′00″，地势西北高、东南低；属暖温带半湿润半干旱大陆性季风气候区，雨热同期，年平均气温12.9 ℃，年平均降水量546.5 mm；土壤类型主要为褐土、潮土、草甸土3类。

试验地位于满城区刘家台乡，石灰岩地貌的陡峭阳坡山地，地形支离破碎，沟道纵横。陡坡阳坡山坡相对海拔一般不超过200 m，坡面横宽一般不超过50 m，中上部土层一般不超过30 cm。植被类型为野皂角（Gleditsia microphyllaGordon ex Y. T. Lee）、酸 枣［Ziziphus jujubaMill. var.spinosa（Bunge）Hu ex H.F.Chow.］、荆 条［Vitex negundoL. var.Heterophylla（Franch.）Rehd.］、卵叶鼠李（Rhamnus bungeanaJ.Vass）、山杏［Armeniaca sibirica（L.）Lam］、山桃［Amygdalus davidiana（Carrière）de Vos ex Henry］等旱生灌木丛状生长，零星分布乔木侧柏［Platycladus orientalis（L.）Franco］。

2 研究方法

2.1 样地概况

试验选取干旱阳坡，在水平方向上等距设置3 条自上而下的样带，分别在样带坡上、中、下挖取土壤剖面，用体积100 cm3环刀分坡位分层取土，即从0～10 cm、10～20 cm、20～30 cm 3 层取样。取样点具体情况如表1所示。

表1 样地基本情况

2.2 试验方法

采用环刀浸泡法进行土壤物理性质测定。先称取样品（环刀+土）质量，然后将环刀有孔的一侧浸入水中，浸泡24 h 后称质量，放在干净沙面上控水2 h 称质量，继续控水至24 h称质量，最后烘干称取环刀和土的总质量。之后分别计算土壤容重、最大持水量、毛管持水量、田间持水量、毛管孔隙度、非毛管孔隙度和总孔隙度［3］。

2.3 数据处理

利用Excel 2010 统计数据，利用SPSS 23.0 进行差异显著性分析。

3 研究结果与分析

3.1 不同坡位土壤容重差异

土壤容重反映土壤疏松程度，容重越小，土壤越疏松。由图1可知，同一土层不同坡位、同一坡位不同土层之间土壤容重均无显著差异。试验地土壤容重在0.87～1.25 g/cm3，比较疏松；平均土壤容重排序为坡中（1.18 g/cm3）＞坡上（1.10 g/cm3）＞坡下（1.02 g/cm3），可能是因为水土流失，表层土在坡下聚集，所以坡下土壤容重最小、更疏松。坡上、坡中土壤容重随土壤深度增加而增加，但是坡下土壤容重随土壤深度增加而减小，是因为坡上人类活动较少，而坡下因人为踩踏、放牧等原因导致上层土壤相对紧实、容重增大。

图1 不同坡位土壤容重

就同一土层不同坡位而言，0～10 cm 层土壤容重排序为坡中＞坡下＞坡上，10～20 cm层和20～30 cm层土壤容重变化规律一致，排序均为坡中＞坡上＞坡下。总体来看，坡下容重最小，土壤更疏松。

3.2 不同坡位土壤孔隙度差异

土壤孔隙是土壤吸收容纳降水的主要场所，同时是为植物生长提供水分和氧气的主要通道。由图2（a）可知，坡上、坡中土壤总孔隙度随土层深度加深而逐渐变小。坡上土壤总孔隙度排序为0～10 cm土层＞10～20 cm 土层＞20～30 cm 土层，各土层之间无明显差异；坡中土壤总孔隙度排序为0～10 cm 土层＞10～20 cm 土层＞20～30 cm 土层，各土层之间无明显差异；坡下土壤总孔隙度排序为10～20 cm 土层＞20～30 cm土层＞0～10 cm 土层，各土层之间无明显差异。就同一土层不同坡位而言，10～20 cm土层和20～30 cm土层土壤总孔隙度排序均为坡下＞坡上＞坡中，0～10 cm 土层排序为坡上＞坡下＞坡中，不同坡位之间均无明显差异。

图2 不同坡位土壤孔隙度

由图2（b）可知，就相同坡位不同土层土壤毛管孔隙度而言，坡上0～10 cm 土层＞20～30 cm 土层＞10～20 cm 土层，0～10 cm 土层土壤毛管孔隙度显著大于10～20 cm 土层、20～30 cm 土层土壤毛管孔隙度，10～20 cm土层、20～30 cm土层之间无明显差异；坡中土壤毛管孔隙度0～10 cm土层＞10～20 cm土层＞20～30 cm土层，差异不显著；坡下土壤毛管孔隙度20～30 cm 土层＞10～20 cm 土层＞0～10 cm 土层，差异不显著。就同一土层不同坡位土壤毛管孔隙度而言，0～10 cm 土层坡上＞坡中＞坡下，无显著差异；10～20 cm土层坡下＞坡中＞坡上，无显著差异；20～30 cm 土层坡下＞坡上＞坡中，无显著差异。

由图2（c）可知，就相同坡位不同土层土壤非毛管孔隙度而言，坡上10～20 cm 土层＞20～30 cm 土层＞0～10 cm 土层，10～20 cm 土层土壤非毛管孔隙度显著大于0～10 cm 土层、20～30 cm 土层土壤非毛管孔隙度，0～10 cm 土层、20～30 cm 土层之间无明显差异；坡中土壤非毛管孔隙度20～30 cm土层＞10～20 cm土层＞0～10 cm 土层，各土层之间无明显差异；坡下土壤非毛管孔隙度10～20 cm 土层＞0～10 cm 土层＞20～30 cm土层，各土层之间差异不显著。就同一土层不同坡位土壤非毛管孔隙度而言，0～10 cm土层坡下＞坡中＞坡上，差异不显著；10～20 cm土层坡上＞坡下＞坡中，差异不显著；20～30 cm 土层坡中＞坡上＞坡下，差异不显著。

3.3 不同坡位土壤持水能力差异

土壤持水量是土壤涵养水源能力的重要体现。由图3（a）可知，坡上和坡中土壤最大持水量随土层深度的增加而逐渐减小，0～10 cm 土层最大，10～20 cm 土层次之，20～30 cm 土层最小，各土层之间无明显差异；坡下土壤最大持水量排序为10～20 cm 土层＞20～30 cm 土层＞0～10 cm 土层，各土层之间无明显差异。就相同土层不同坡位土壤最大持水量而言，0～10 cm土层不同坡位最大持水量排序为坡上＞坡下＞坡中，10～20 cm 土层、20～30 cm 土层最大持水量排序均为坡下＞坡上＞坡中，各坡位之间均无明显差异。

图3 不同坡位土壤持水量

由图3（b）可知，坡上和坡中田间持水量随着土层深度加深而逐渐减小，坡上田间持水量排序为0～10 cm土层＞10～20 cm 土层＞20～30 cm 土层，0～10 cm 土层田间持水量显著大于其他两土层；坡中田间持水量排序为0～10 cm土层＞10～20 cm土层＞20～30 cm土层，无明显差异；坡下20～30 cm 土层田间持水量最大，10～20 cm 土层次之，0～10 cm 土层最小，无显著差异。就相同土层不同坡位田间持水量而言，0～10 cm 土层坡上＞坡中＞坡下，10～20 cm 土层坡下＞坡上＞坡中，20～30 cm土层坡下＞坡上＞坡中，均无显著差异。

由图3（c）可知，坡上和坡中土壤毛管持水量随着土层深度加深而逐渐减小，坡上0～10 cm 土层土壤毛管持水量最大（46.18 g/cm3），10～20 cm 土层次之（32.48 g/cm3），20～30 cm 土层最小（31.90 g/cm3），0～10 cm土层土壤毛管持水量显著多于其他两土壤层；坡中土壤毛管持水量0～10 cm 土层＞10～20 cm 土层＞20～30 cm 土层，无明显差异；坡下土壤毛管持水量20～30 cm土层＞10～20 cm土层＞0～10 cm土层，无显著差异。就相同土层不同坡位土壤毛管持水量而言，0～10 cm土层坡上＞坡中＞坡下，10～20 cm土层坡下＞坡上＞坡中，20～30 cm土层坡下＞坡上＞坡中，均无显著差异。

4 结论

太行山旱瘠山地陡坡阳坡的坡上和坡中土壤容重随土层深度的增加而减小，坡下随土层深度的增加而增大，差异均不显著；土壤孔隙度、土壤最大持水量与土壤容重变化规律正好相反。太行山旱瘠山地陡坡阳坡的坡下土壤容重最小，土壤透气性好，土壤最大持水量最大，更有利于植物生长。