凉州区南部山区国储林不同林分土壤抗蚀性研究

摘要为揭示武威市凉州区南部山区国储林不同林分土壤的抗蚀特性，以山杏、云杉、樟子松林土壤为研究对象，开展土壤抗蚀指标的测定。结果表明：（1）山杏、樟子松、云杉林地土壤容重随着土壤深度增加而降低。（2）山杏、樟子松和云杉林表层土壤有机质含量分别为0.91%、1.35%和0.68%，亚层土壤有机质含量分别为1.04%、1.11%和0.76%，第3层土壤有机质含量分别为1.11%、1.54%和0.94%，不同林分土壤有机质含量随着土壤深度增加而增加，樟子松林土壤有机质含量高于山杏林和云杉林。（3）在土壤0～30 cm深度>0.25 mm干筛团聚体平均含量依次为樟子松林地（91.59%）>云杉林地（88.75%）>山杏林地（84.07%），>0.25 mm水稳性团聚体平均含量分别为樟子松林地（21.27%）>云杉林地（9.01%）>山杏林地（2.73%）。（4）3种林分在土壤不同层次结构破坏率表现为山杏林地>云杉林地>樟子松林地，林地土壤抗蚀性表现为樟子松林>云杉林>山杏林。（5）通过相关分析，土壤结构破坏率和>0.25 mm水稳性团聚体含量可作为评价土壤抗蚀性能的较好指标。

关键词凉州区南部山区；不同类型林分；土壤；抗蚀特性

中图分类号：S714.7 文献标识码：A doi：10.13601/j.issn.1005-5215.2024.05.004

Study on Soil Antierodibility of Different Stands of National Reserve Forest in Southern Mountainous Area of Liangzhou District

Zhang Tao1，Gao Wanlin2，Mu Desheng1，He Cai1，Wu Xueru3，Liu Wei1，Zhang Jun1，Jin Min1

（1. Wuwei Academy of Forestry，Wuwei 733000，China;2. Gansu Minqin Liangucheng National Nature Reserve Management and Protection Center，Wuwei 733000，China;3. Gansu Endangered Animal Protection Center，National Forestry

Administration，Wuwei 733000，China）

AbstractIn order to reveal the soil antierodibility characteristics of different stands of national reserve forest in the southern mountainous area of Liangzhou District of Wuwei City，the soils of Armeniaca sibirica，Picea asperata and Pinus sylvestris var. mongolica were taken as the research objects，and the soil antierodibility indexes were determined. The results showed as the following five aspects.（1）The soil bulk density of A. sibirica，P. sylvestris var. mongolica and P. asperata forest land decreased with the increase of soil depth.（2）The organic matter content of surface soil of A. sibirica，P. sylvestris var. mongolica and P. asperata forest were 0.91%，1.35% and 0.68%，respectively;organic matter content of the sublayer soil were 1.04%，1.11% and 0.76%，respectively;and the organic matter content of the third layer soil were 1.11%，1.54% and 0.94%，respectively. The soil organic matter content of different stands increased with the increase of soil depth，and the soil organic matter content of P. sylvestris var. mongolica forest was higher than that of A. sibirica forest and P. asperata forest.（3）The average content of > 0.25 mm dry sieve aggregates in 030 cm soil depth was P. sylvestris var. mongolica forest land（91.59%）> P. asperata forest land（88.75%）> A. sibirica forest land（84.07%），and the average content of > 0.25 mm waterstable aggregates was P. sylvestris var. mongolica forest land（21.27%）> P. asperata forest land（9.01%）> A. sibirica forest land（2.73%）.（4）The damage rate of the three stands in different soil hierarchical structures was A. sibirica > P. armeniaca forest land > P. sylvestris var. mongolica forest land，and the soil antierodibility of forest land was P. sylvestris var. mongolica forest > P. asperata forest > A. sibirica forest.（5）Through correlation analysis，the rate of soil structure damage and the content of > 0.25 mm waterstable aggregates could be used as good indicators to evaluate soil antierodibility.

Key wordssouthern mountainous area of Liangzhou District;different types of stands;soil;antierodibility characteristics

土壤的抗冲性是指土壤在受到外部机械破坏作用时的抵抗能力，是评定土壤抗侵蚀能力的一个重要指标[1]。目前，我国学者通过多方面研究发现，植物的根系可以增强土壤的抗冲能力，进而提高土壤的稳定性。张艺等[2]研究了典型流域不同土地利用类型的土壤抗冲性，结果显示，刺槐（Robinia pseudoacacia）

林的土壤抗冲性最强，其次为草地、梯田、果园和坡耕地；张华渝等[3]对滇中尖山河流域的土地利用类型进行了研究，结果显示，不同土地利用类型的土壤抗蚀性综合指数从高到低依次为园地、林地、坡耕地和裸地；王月玲等[4]研究了宁南黄土区典型林地土壤抗冲性及相关物理性质，得出山杏（Armeniaca sibirica）+柠条（Caragana korshinskii）混交林优于山杏林、山桃林和山杏+沙棘（Hippophae rhamnoides）混交林，能够有效改善土壤结构；余晓章等[5]比较了组培巨桉（Eucalyptus grandis）人工林和实生苗巨桉人工林的土壤抗蚀性，结果显示组培巨桉人工林的土壤抗侵蚀能力更强，具有更好的生存和适应环境能力。但是，关于凉州区南部山区典型林分土壤抗蚀性及其与植被、土壤和气候等影响因素的关系方面涉及不多，特别是林地土壤抗蚀性的研究未见报道，为此，本研究选择凉州区南部山区国储林主要栽植树种山杏、云杉（Picea asperata）和樟子松（Pinus sylvestris var.mongolica）人工林为研究对象，通过研究不同林分土壤容重、土壤有机质含量、土壤抗蚀性、土壤干筛团聚体、土壤水稳性团聚体等指标进行不同林分土壤抗蚀性强弱比较，从而为后期凉州区南部山区国储林建设提供理论依据和技术支撑。

1研究区概况

本试验布设在武威市凉州区谢河镇庙山村，即凉州区南部山区国家储备林栽植基地，地理位置为102°42′16.68″E，38°40′25.96″N，海拔1 950 m左右。谢河镇位于石羊河流域，地处祁连山冷凉区，地形西南高东北低，地质构造复杂，属山区川区共有，其气候为温带大陆性气候，年平均蒸发量1 996.6 mm，年平均降水量262.9 mm，年平均气温7.1 ℃，全年日照时间长。四季的主要特点可概括为“冬季寒冷雨雪欠，春暖多变常有旱，夏季雨多不均匀，前秋阴雨后秋干。”镇内暴雨具有集中、量大、历时短的特点，较大暴雨多出现在7月中下旬至8月上中旬，年平均降雨日数为77 d。

2研究方法

2.1样地选择

本试验选择在凉州区南部山区国家储备林栽植基地内进行。储备林主要栽植树种为山杏、云杉和樟子松，因此，选择立地条件基本一致的3年生山杏、云杉和樟子松3种典型人工纯林土壤作为研究对象。样地基本情况见表1。

2.2土壤样品采集及分析方法

于2023年8月选取研究区内具有代表性的山杏、樟子松和云杉3种纯林，按照样地布设原则，分别3种林地内布设标准样地，规格为20 m×20 m，各设置3次重复。在样地中按照对角线设置5个采样点，在各采样点按0～10、＞10～20和＞20～30 cm挖剖面分层取样。土壤采集后进行同一层次混合后用四分法取出足够的样品，去除根系等杂物后带回实验室用于有机质、抗蚀指数、土壤团聚体等指标测定。

土壤团聚体采用干筛法和湿筛法测定；土壤有机碳采用重铬酸钾外加热法[6]测定，土壤容重通过环刀法测定。

土壤抗蚀指数的测定：通过测定土壤在水中的团聚体分散程度，来评估土壤的抗蚀性，用抗蚀指数M来表示。将直径为7～10 mm的50粒风干土粒均匀放在5 mm孔径的金属网上，再将其置于静水中进行观测。每隔1 min记录1次分散土粒的数量，连续观测10 min，然后将每次记录的数量相加得到10 min内完成分散的土粒总数，包括半分散数。抗蚀指数的计算方法是将总土粒中的崩塌土粒所占比例计算出来，再用100%减去这个比例得出。

2.3数据处理

采用Origin2021制图，用WPS2023和SPSS 18.0统计分析软件对数据进行处理。

3结果与分析

3.1不同林地土壤容重

从图1中可看出，在土壤深度为0～10 cm、＞10～20 cm、＞20～30 cm时山杏土壤容重分别为1.36、1.37和1.24 g·cm^-3，云杉土壤容重分别为1.53、1.34和1.18 g·cm^-3，樟子松土壤容重分别为1.24、1.19和1.17 g·cm^-3。此外，从图1中可以得出，山杏、云杉和樟子松的林分土壤容重随着土壤深度的增加而减少，山杏和樟子松林地土壤容重随土壤深度增加减少较缓，而云杉林地土壤容重随土壤深度增加呈直线式下降，降幅较大。

3.2不同林地土壤抗蚀性比较

从表2可以看出，山杏、樟子松和云杉林地0～30 cm土层的土壤抗蚀指数分别为47.83%、61.33%和54.38%，抗蚀指数由大到小依次为樟子松林地>云杉林地>山杏林地，樟子松林地土壤抗蚀性高于云杉林地和山杏林地，其主要原因是樟子松林地土壤有机质含量高于云杉林地和山杏林地，土壤有机质的增加改善土壤的持水能力、透水性等指标所致。

3.3不同林地土壤有机质含量

土壤有机质既指土壤中处于不同分解阶段过程中各种动植物等生命死亡的残体，也指以多种形式存在的含碳有机化合物[7-9]。其不只是构成土壤生态系统的一部分，也是评判土壤肥力高低以及质量好坏的重要方式[10，11]。通过测定可知，山杏、云杉和樟子松林地土壤有机质含量在不同土壤层次差异显著，在土壤深度为0～10 cm时，山杏、樟子松、云杉林地土壤有机质分别为0.91%、1.35%、0.68%；在土壤深度为＞10～20 cm时，山杏、樟子松、云杉林地土壤有机质分别为1.04%、1.11%、0.76%；在土壤深度为＞20～30 cm时，山杏、樟子松、云杉林地土壤有机质分别为1.11%、1.54%、0.94%。

从图2可以得出，山杏、樟子松和云杉林地土壤有机质含量随着土壤深度增加而增加。通过分析可知，山杏、樟子松和云杉林地在土壤0～10、＞10～20和＞20～30 cm时其有机质含量差异显著。总体来看，有机质含量大小依次表现为樟子松林地>山杏林地>云杉林地。

3.4土壤团聚体

3.4.1不同林地土壤干筛团聚体

表3表明，山杏、樟子松、云杉林地不同层次土壤干筛团聚体结构组成主要以>5 mm粒级为主，土壤深度0～10 cm时，山杏、樟子松、云杉林地土壤>5 mm干筛团聚体含量分别为32.05%、46.74%和22.35%；土壤深度＞10～20 cm时，>5 mm干筛团聚体含量分别为25.93%、56.25%和32.53%；土壤深度＞20～30 cm时，>5 mm干筛团聚体含量分别为38.56%、52.81%和54.02%。

土壤深度在0～10、＞10～20、＞20～30 cm时山杏林地土壤≥0.25 mm团聚体分别为87.18%、77.78%和87.24%；樟子松林地土壤≥0.25 mm团聚体分别为92.39%、92.50%和89.89%；云杉林地土壤≥0.25 mm团聚体分别为90.59%、86.01%和89.66%。

根据团聚体测定数据，樟子松林地土壤结构优于山杏和云杉林。

3.4.2不同林地土壤水稳性团聚体组成及土壤结构破坏率

有机质胶结形成的水稳性团聚体，在水浸泡时不容易破碎，因此具有较高的稳定性，同时可以改善土壤结构[12]。由表4可知，山杏、樟子松和云杉林地在土壤深度0～10 cm时≥0.25 mm水稳性团聚体分别为4.30%、17.40%和8.50%；在土壤深度＞10～20 cm时≥0.25 mm水稳性团聚体分别为0.80%、22.90%和7.10%；在土壤深度＞20～30 cm时≥0.25 mm水稳性团聚体分别为3.10%、23.50%和11.40%。根据所测数据得出，≥0.25mm水稳性团聚体整体表现为樟子松林地>云杉林地>山杏林地。

由表4看出，山杏、樟子松、云杉林在土壤深度0～10 cm结构破坏率分别为95.07%、81.17%和90.62%；在土壤深度＞10～20 cm结构破坏率分别为98.97%、75.24%和91.74%；在土壤深度＞20～30 cm结构破坏率分别为96.45%、73.86%和87.28%。土壤结构破坏率为山杏林地>云杉林地>樟子松林地，由土壤结构破坏率可以看出，山杏林地土壤团聚体保存率最低，而土壤团聚体结构破坏率最高，反映出山杏林地土壤团聚体相较云杉和樟子松林地土壤颗粒最易发生崩解和分散，说明其土壤抗蚀能力最差。

3.5抗蚀性评价

由表5可知，土壤有机质与抗蚀指数、≥0.25 mm水稳性团聚体含量呈极显著正相关，而与≥0.25 mm干筛团聚体含量呈显著正相关，与土壤容重呈显著负相关，与结构破坏率呈极显著负相关。结构破坏率与土壤有机质、抗蚀指数、≥0.25 mm水稳性团聚体呈极显著负相关，与土壤容重呈极显著正相关，与≥0.25 mm干筛团聚体呈显著负相关。

4讨论

土壤的抗蚀性与土壤内部的团粒结构稳定性息息相关，≥0.25 mm水稳性土壤团聚体是影响土壤结构的重要因素之一，含量越高，土壤结构越稳定[13]。本研究中，山杏林、云杉林中>5 mm土壤水稳性团聚体显著低于樟子松林地，这说明樟子松林地相较于山杏林地和云杉林地土壤团聚体水稳性最优，结构体破坏率低，通过总体分析，山杏林、樟子松林和云杉林的土壤结构破坏率较高，其主要原因是在栽植当年机械挖穴、苗木运输、栽植、浇水等活动对不同林地的反复碾压和践踏破坏了土壤原始结构，造成≥0.25 mm水稳性团聚体含量整体较低，不同林分结构破坏率整体较高。

有大量研究[14-16]表明，土壤有机质对土壤团聚体的形成具有一定的促进作用。通过相关性分析结果显示，土壤有机质与抗蚀指数、≥0.25 mm水稳性团聚体、结构破坏率均达到了极显著相关，这与马征等[17]、李江涛等[18]研究结果正相关关系相近。通过测定山杏林、樟子松林和云杉林不同层次土壤有机质含量得出不同林地不同层次土壤有机质含量随着土壤深度增加而增加，这与一般森林土壤养分含量的变化情况不同[19，20]，这主要是由于山杏、云杉和樟子松栽植时间短，在栽植初期树木生长需要吸收土壤中的有机质供自身生长，其林木本身没有达到改善土壤状况的程度，土壤有机质并没有随着植物的生长不断形成并累积，因此，不同林分土壤有机质含量随着土壤深度增加而增加。此外，通过分析土壤容重和≥0.25 mm土壤水稳性团聚体之间达到了极显著负相关，这并不代表土壤容重越小土壤团聚体越稳定，但土壤容重可能会因土壤有机质累积，土壤孔隙度逐渐得以提升而容重则变小[21]。

5结论

5.1山杏、樟子松和云杉林地不同层次土壤容重与土壤有机质含量呈负相关关系，且山杏、樟子松、云杉林地土壤的容重随着土壤深度的增加而降低。5.2樟子松林地土壤的抗蚀指数、有机质含量、≥0.25 mm干筛团聚体含量、≥0.25 mm水稳性团聚体含量最高，这表明其土壤结构和稳定性良好，抗分散强度和保水保肥能力高，土壤抗蚀性能相较于山杏林和云杉林更好。林地土壤的抗蚀性表现为樟子松林最强，云杉林次之，山杏林最弱。5.3土壤抗蚀性能的评价指标主要基于≥0.25 mm水稳性团聚体的含量，这一指标能够很好地反映土壤的抗蚀能力。水稳性团聚体含量越高，土壤的抗蚀性能就越强，土壤的结构破坏率越低，相反，如果土壤≥0.25 mm水稳性团聚体含量较低，则土壤的抗蚀性能就会较差。

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