不同營林管理模式對廢棄建設用地復墾后土壤理化性質的影響

吉亞飛 劉澤鑫

摘 要：土壤有機碳對土壤的質量水平有重要作用，為研究廢棄建設用地復墾后不同營林管理模式對土壤固碳能力的影響，針對廢棄建設用地復墾種植楊樹1a后的土壤，分析了自然生長、施肥加灌溉、灌溉、施肥4種營林管理模式下土壤pH值及有機質、全氮、有效磷、速效鉀等養分含量的差異，同時研究了有機質與其它養分指標之間的相關性。結果表明：相對于自然生長模式和僅灌溉模式，施肥后表層0～20cm土壤pH值明顯下降，相對于自然生長和施肥模式，灌溉后深層80～100cm土壤pH值明顯增加;無灌溉模式下0～60cm土層土壤的有機質、全氮、速效鉀含量均小于灌溉模式，60cm以下深層土壤則相反;不同模式下土壤有機質與全氮、有效磷、速效鉀表現出不同程度的線性相關性。研究結果為建設用地再開發和污損土地修復提供了借鑒。

關鍵詞：營林管理模式;建設用地;土壤;理化性質

中圖分類號：S714.2

文獻標識碼：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20201115024

收稿日期：2020-10-09

基金項目：陜西省土地工程建設集團有限責任公司內部科研項目（項目編號：DJNY2019～3）Symbol`@@

作者簡介：吉亞飛（1988-），男，碩士，工程師。研究方向：土地整治工程。

引言

土壤有機碳的動態平衡對土壤生產力起著制約作用，其參與地球生態系統碳循環，土壤碳庫的動態變化，更甚者會影響到溫室氣體密度和全球氣候[1，2]。土壤有機碳輸入和輸出決定土壤有機碳含量[3]，有機質的補充量取決于土壤的腐殖化系數，因此，腐殖化過程影響著土壤有機碳庫穩定[4]。土壤腐殖質大約占土壤有機質的50%以上，嚴重影響土壤結構、土壤水分和養分。所以，土壤腐殖質組分的品質制約著土壤有機碳形成與穩定，面對全球氣候、生態等環境問題的嚴峻形勢，土壤腐殖質組分也間接提供了有機碳解決方式[5，6]。

森林作為陸地生態系統的最重要部分之一，在改善區域氣候、水分、生物生境方面有著重要作用。森林植物的光合作用吸收CO2、釋放氧氣改善了局部區域空氣質量，其為腐殖物質提供的特殊環境影響林下土壤有機碳、氮等養分的積累，形成巨大的森林土壤碳庫[7]。在一定范圍內，天然林和人工林的作用相同，因此，對于污損建設用地的土壤有機碳分布特征的研究具有重要意義[8，9]。因不同地區、不同植被環境，其土壤養分水平不盡相同，另外，植被類型差異對其凋落物、根系分布以及對土壤養分的轉化能力都可能存在差異[10，11]。所以土壤和植被的關系是相互作用、共同發展的[12，13]。土壤養分中的碳、氮是植物生長所需的主要養分，不僅關乎植物生長狀況，還反射出植物對所處環境的適應能力強弱，因此，土壤有機碳含量的高低，不僅代表土壤的質量好壞，還揭示了不同植被土壤固碳能力的不同。

植被參與土壤有機碳庫的更新過程影響著土壤有機碳含量變化[14，15]。楊樹的適應能力強，根系發達，生長速度快，在拆遷土地上種植較易成活。為此，本研究以相同立地條件為基礎，選取拆遷清表后不同營林管理模式下土壤為研究對象，分析不同營林管理模式土壤有機碳等養分的差異，探討不同營林管理模式下的土壤固碳能力，為污損建設用地的土壤修復和開發提供科學依據。

1?材料與方法

1.1?研究區概況

試驗設置于陜西省西咸新區陜西省土地工程研究院渭北工作站，位于E107°38′～109°10′、N34°9′～35°34′，地勢北高南低，呈階梯狀。北部屬渭北黃土高原半干旱溝壑區的南緣，南部為渭河盆地，屬關中平原的一部分。研究區四季分明，地處暖溫帶，屬大陸性季風氣候，四季冷熱干濕分明，氣候溫和，光、熱、水資源較豐富，有利于農、林、牧、漁各業發展。全年平均降水量為537～650mm，平均溫度9.0～13.2℃。累計年光照時數平均為2017.2～2346.9h，6月、7月、8月3個月的日照時數占全年的32%左右，對夏收作物的成熟和秋收作物的生長發育很有利。北部無霜期為172～205d;南部無霜期為212～223d。

1.2?試驗方案

試驗區域拆遷清表后種植楊樹，為研究不同營林管理模式對土壤理化性質的影響，設置自然生長、施肥加灌溉、灌溉、施肥共4種營林管理模式，種植1a后采集土樣進行分析。每種營林管理模式下的試驗區域選取3個采樣點，用土鉆分別取0～20cm、20～40cm、40～60cm、60～80cm、80～100cm的圖層剖面采集土壤樣品進行土壤理化性質分析。

1.3?測定項目與方法

土壤pH采用酸度計法測定;土壤有效磷采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法測定;土壤速效鉀采用醋酸銨浸提火焰光度法測定;土壤全氮采用氯化鉀溶液浸提凱氏定氮儀測定;土壤有機質采用重鉻酸鉀外加熱法測定。

2?結果與分析

2.1?不同營林模式對土壤pH的影響

圖1為試驗區域的廢棄建設用地復墾清表后，在自然生長、施肥加灌溉、僅灌溉不施肥、僅施肥灌溉共4種營林模式下種植楊樹1a后不同土層土壤的pH值。4種營林模式下土壤pH值均大于8.0，對于表層0～20cm土壤，相對于自然生長模式和僅灌溉模式，施肥后土壤pH值明顯下降，而對于深層80～100cm土壤，相對于自然生長和施肥模式，灌溉后pH值明顯增加。表明施肥可以明顯改善表層土壤過堿的現象，灌溉會使鹽分隨水下移，深層土壤偏堿性。

2.2?不同營林模式對土壤養分的影響

圖2顯示了不同營林模式下不同土層深度的土壤有機質含量。由圖2可以看出，4種營林模式下，表層0～20cm土壤的有機質含量均明顯大于20cm以下土壤，對于0～20cm土壤層，不同模式的有機質含量大小依次為僅施肥（23.6g·kg-1）>施肥加灌溉（22.8g·kg-1）>自然生長（14.8g·kg-1）>僅灌溉（13.8g·kg-1），僅灌溉模式的土壤有機質含量比自然生長模式的土壤有機質含量降低6.76%，灌溉加施肥模式的土壤有機質含量比僅施肥模式的土壤有機質含量降低3.39%，原因是部分溶于水的有機質隨灌溉進入下層土壤。對于20～40cm和40～60cm土層，施肥加灌溉模式的土壤有機質（10.5g·kg-1、10.2g·kg-1）均大于其它模式下土壤有機質含量。對于僅施肥模式，20～40cm土層的有機質含量（7.91g·kg-1）為表層土壤（23.6g·kg-1）的33.52%，40～60cm土層的有機質含量（6.87g·kg-1）為表層土壤（23.6g·kg-1）的29.11%，而對于施肥加灌溉模式，20～40cm土層的有機質含量（10.5g·kg-1）為表層土壤（22.8g·kg-1）的46.05%，40～60cm土層的有機質含量（10.2g·kg-1）為表層土壤（22.8g·kg-1）的44.74%，同樣表明灌溉有利于土壤施肥后養分向深層土壤移動。

圖3至圖5分別為不同營林模式下土壤全氮、有效磷、速效鉀含量對比圖。從圖3可以看出，灌溉模式下，各層土壤的全氮含量差異相對較小，最小值40～60cm全氮含量（0.46g·kg-1）為最大值0～20cm全氮含量（0.65g·kg-1）的70.77%，其它3種模式下，表層0～20cm土壤全氮含量明顯大于其它各層。對于表層0～20cm土壤，各模式下全氮含量大小依次為僅施肥模式（1.60g·kg-1）>施肥加灌溉模式（1.42g·kg-1）>自然生長模式（1.07g·kg-1）>僅灌溉模式（0.65g·kg-1）。在0～20cm、20～40cm土層和40～60cm土層，僅灌溉模式下的全氮含量均小于自然生長模式。表明土壤氮元素隨灌溉后水分下移至深層土壤。

圖4中表層0～20cm土壤速效鉀含量同樣明顯高于深層土壤，且施肥加灌溉模式下0～20cm土層速效鉀含量（227mg·kg-1）小于僅施肥模式（374mg·kg-1），但20cm以下土層中速效鉀含量均大于僅施肥模式。

圖5中土壤有效磷含量在不同營林模式和不同土層厚度的含量與以上分析其它指標趨勢明顯不同，推測與施用肥料磷元素含量有關。

2.3?不同營林模式對土壤氮磷鉀與有機碳的相關性

圖6～9分別顯示了自然生長模式、施肥加灌溉模式、僅灌溉模式、僅施肥模式下土壤有機質含量分別與全氮、有效磷、速效鉀的線性相關性，擬合度決定系數R平方值見表1。

經分析可知，不同模式下有機質與全氮的擬合度決定系數大小依次為僅施肥模式（0.9993）>施肥加灌溉模式（0.9889）>自然生長模式（0.9112）>僅灌溉模式（0.7999），且前3種模式下決定系數均大于0.9，表現出高度線性相關性。不同模式下有機質與有效磷的擬合度決定系數大小依次為施肥加灌溉模式（0.834）>自然生長模式（0.7603）>僅施肥模式（0.73）>僅灌溉模式（0.1432），施肥加灌溉模式下有機質與有效磷有較好線性相關性，自然生長模式和僅施肥模式次之，僅灌溉模式下二者基本無線性相關性。不同模式下有機質與速效鉀的擬合度決定系數大小依次為僅施肥模式（0.9807）>僅灌溉模式（0.9799）>自然生長模式（0.7123）>施肥加灌溉模式（0.5881），僅施肥模式和僅灌溉模式下土壤有機質與速效鉀的擬合度決定系數均大于0.95，有較好的線性相關性。對于自然生長模式和施肥加灌溉模式，有機質與三者的擬合度決定系數大小均為全氮>有效磷>速效鉀，而對于僅灌溉模式和僅施肥模式，有機質與有效磷的擬合度決定系數均為最小。

3?討論與結論

通過研究發現，廢棄建設用地復墾清表后，在不同營林模式下種植楊樹1a后，土壤pH值均大于8.0;相對于自然生長模式和僅灌溉模式，施肥后表層0～20cm土壤pH值明顯下降，相對于自然生長和施肥模式，灌溉后深層80～100cm土壤pH值明顯增加;施肥加灌溉模式可改善表層土壤過堿的現象。4種營林模式下，表層0～20cm土壤的有機質、全氮、速效鉀等養分含量明顯大于20cm以下土壤，僅灌溉模式的土壤有機質含量比自然生長模式的土壤有機質含量降低6.76%，灌溉加施肥模式的土壤有機質含量比僅施肥模式的土壤有機質含量降低3.39%，原因是部分溶于水的有機質隨灌溉進入下層土壤。對于20～40cm和40～60cm土層，施肥加灌溉模式的土壤有機質均大于其它模式下土壤有機質含量。對比數據表明灌溉有利于土壤施肥后養分向深層土壤移動。不同模式下有機質與全氮的擬合度決定系數除僅灌溉模式外，均大于0.9，表現出高度線性相關性;僅施肥模式和僅灌溉模式下土壤有機質與速效鉀的擬合度決定系數均大于0.95，有較好的線性相關性。

研究表明，廢棄建設用地復墾后，施用肥料可有效改善表層土壤偏堿的狀況;灌溉條件下淺層土壤養分含量小于非灌溉條件，深層土壤養分含量大于非灌溉條件;灌溉有助于養分元素向深層土壤移動，有助于根系較深的植物生長，因此廢棄建設用地復墾后需根據種植作物確定合理的營林模式。同時不同營林模式下土壤的有機質含量與其它養分含量呈現不同程度線性相關性。對于林地來說，表層腐殖質是重要的養分組成部分，因此后續研究可以將腐殖質組分作為考慮對象之一，為建設用地再開發和污損土地修復提供借鑒。

參考文獻

[1] 毛娜，邵明安，黃來明.六道溝小流域地形序列土壤碳剖面分布特征及影響因素[J].水土保持學報，2017，31（05）：222-230，239.

[2]宋依璇.油松、樟子松人工林土壤養分與生長的關系研究[D].沈陽：沈陽農業大學，2017.

[3]王迎菊，靳正忠，雷加強，王永東，付慶龍.人工防護林對風沙土有機碳動力學的影響[J].干旱區研究，2017，34（03）：495-503.

[4]孫清芳，賈立明，劉玉龍，韓麗冬，劉濱凡.中國森林植被與土壤碳儲量估算研究進展[J].環境化學，2016，35（08）：1741-1744.

[5]王春燕.中國東部森林土壤有機碳組分的緯度格局及其影響因素[D].重慶：西南大學，2016.

[6]劉世榮，代力民，溫遠光，王暉.面向生態系統服務的森林生態系統經營：現狀、挑戰與展望[J].生態學報，2015，35（01）：1-9.

[7]伍宇春，傅瓦利，程輝，陳高起，文志林.巖溶區坡耕地土壤肥力綜合評價——以重慶中梁山坡耕地樣區為例[J].中國巖溶，2014，33（02）：223-230.

[8]楊曉娟，王海燕，劉玲，李旭，任麗娜.東北過伐林區不同林分類型土壤肥力質量評價研究[J].生態環境學報，2012，21（09）：1553-1560.

[9]楊曉娟，王海燕，任麗娜，于洋，劉玲.我國森林土壤健康評價研究進展[J].土壤通報，2012，43（04）：972-978.

[10]鄢廣奎.名山河流域不同土壤有機碳分布和腐殖質性質研究[D].雅安：四川農業大學，2012.

[11]劉世榮，王暉，欒軍偉.中國森林土壤碳儲量與土壤碳過程研究進展[J].生態學報，2011，31（19）：5437-5448.

[12]王高升.哀牢山木果石櫟林林冠腐殖質養分狀況及微生物活性研究[D].北京：中國科學院研究生院（西雙版納熱帶植物園），2008.

[13]王高升，劉文耀，付昀，楊國平.哀牢山濕性常綠闊葉林林冠和林地腐殖質理化特性、微生物量及酶活性比較[J].生態學報，2008（03）：1328-1336.

[14]李雪華，韓士杰，蔣德明，李曉蘭.科爾沁沙地不同演替階段植被特征及固沙作用[J].遼寧工程技術大學學報，2006（05）：789-791.

[15]李雪華，李曉蘭，蔣德明，劉志民，于慶和.干旱半干旱荒漠地區一年生植物研究綜述[J].生態學雜志，2006（07）：851-856.

（責任編輯?李媛媛）