平茬對毛烏素沙地飛播楊柴林土壤養分與顆粒組成的影響

李卓凡，楊海峰，白 艷，楊 芹，高孝威，

李梓豪1,2，洪光宇1,2，張 雷1,2，王曉江1,2

(1. 內蒙古自治區林業科學研究院，內蒙古 呼和浩特 010010； 2. 內蒙古大青山森林生態系統國家定位觀測研究站，內蒙古 呼和浩特 010010； 3. 內蒙古自治區林業和草原有害生物防治檢疫總站，內蒙古 呼和浩特 010010； 4. 內蒙古阿拉善左旗林業和草原病蟲害防治檢疫站，內蒙古 阿拉善左旗 750300)

楊柴(Hedysarummongolicum)具有耐旱、耐寒、耐高溫、耐瘠薄、抗風沙等特點，是沙區飛播造林的主要樹種[1]。飛播楊柴林多以純林為主，其林分密度較高，飛播多年后楊柴長勢衰退，自然枯死嚴重，生產力下降[2]。平茬撫育是灌木林經營管理中重要手段之一，針對灌木林平茬撫育已有很多相關研究，多集中于植物生長變化情況，如閆志堅等[3]研究表明，平茬植株基部新生枝條數比未平茬植株增加 1.91 倍，平茬不僅復壯植株個體，提高產量，而且提高家畜可食部分的比例；張錦春等[4]對人工梭梭(Haloxylonammodendron)進行全平茬處理后，明顯促進了梭梭枝條生長和萌發；劉偉等[5]研究表明平茬2 a不同留茬高度處理檸條錦雞兒(Caraganakorshinskii)的株高、冠幅和地徑均隨時間增加呈增長趨勢；王霞等[6]探討了檉柳(Tamarixramosissima)在全面平茬、團狀平茬、隔株平茬3種方式下生長狀況的差異性；鄭士光等[7]研究認為平茬不僅可以促進植物地上部分生長，還可以大幅度提高植物根系的生長。但針對平茬撫育后灌木林地土壤養分及顆粒組成變化特征的研究則較少，而土壤理化性質與植被恢復具有重要相關性[8]。本文以毛烏素沙地飛播楊柴林為研究對象，選取4種預留蓋度的平茬撫育林，并以未平茬楊柴林為對照，分析平茬撫育后土壤有機質、全氮、速效養分以及土壤顆粒組成的變化特征，旨在為楊柴林分結構調控和可持續經營提供科學依據。

1 研究區概況

研究區位于毛烏素沙地東南部烏審旗烏蘭陶勒蓋治沙站境內，地理坐標為38°51′57″N，109°15′34″E，海拔1 307 m 。該地區屬溫帶大陸性季風氣候，年平均氣溫6～8 ℃，全年日照時長2 000～3 000 h，年降水量350～400 mm，多集中在7—9月，年蒸發量2 200～2 800 mm，無霜期125～135 d，年平均風速 3.5 m·s-1，大風多出現在4—5月，以西北風為主。研究區主要有楊柴、北沙柳(Salixpsammophila)、油蒿(Artemisiaordosica)、花棒(Hedysarumscoparium)、檸條錦雞兒等旱生灌木[9-10]。

2 研究方法

2.1 試驗設計

選擇沙地迎風坡2002年飛播造林的楊柴林樣地，2018年5月開展不同預留蓋度的帶狀平茬試驗。試驗樣地大小均為40 m × 50 m，留茬高度均為0 cm。作業區平茬處理前灌木平均高度 67.89 cm，平均地徑 5.00 mm，平均株數 14.17 株·m-2，平均枯枝率 45.38%。根據前人研究成果[11-13]，選擇預留蓋度 10%(T1)、20%(T2)、30%(T3)、40%(T4)4種平茬強度，即保留帶寬為1 m，平茬帶寬分別為 9.0 m、4.0 m、2.5 m和 1.5 m。同時，以未平茬楊柴林作為對照(CK)。

2.2 樣品采集

2019年9月，分別在T1、T2、T3、T4樣地平茬帶內，根據楊柴生長狀況選擇具有代表性的3個位置開挖剖面，按0～5 cm、5～10 cm、10～20 cm土層，分別采集土壤樣品500 g，每土層取3個重復樣品，裝入自封袋并帶回實驗室，充分風干后，過60目土壤篩去除植物殘體等雜質，測定土壤有機質、全氮、速效氮、速效磷、速效鉀含量。各土層另采集土壤樣品500 g，供土壤顆粒組成測定。

土壤有機質采用外加熱-重鉻酸鉀容量法測定；全氮采用元素分析儀測定；速效氮采用堿解擴散法測定；速效鉀采用醋酸銨溶液浸提，原子吸收儀測定；速效磷采用碳酸氫鈉溶液浸提，分光光度計比色測定。采用CLY-2000激光粒度分析儀測定土壤機械組成，根據國際制土壤質地分級標準，將土壤顆粒組成劃分為黏粒(<0.002 mm)、粉粒(0.002～0.05 mm)和砂粒(0.05～1.0 mm)3級[14-15]。

2.3 數據處理

通過Excel 2016對數據進行整理，使用 SPSS 19.0統計分析軟件對數據進行單因素方差分析，表中數據均采用“均值 ± 標準差”的表示形式。

3 結果與分析

3.1 不同平茬強度樣地土壤養分變化特征

3.1.1土壤有機質、全氮變化特征

由表1可知，飛播楊柴林不同平茬強度0～20 cm土層土壤有機質含量差異不顯著，其中T3平茬強度最高，較CK提高了 6.29%，T1、T2和T4平茬強度土壤有機質含量低于CK。不同平茬強度與CK差異不顯著，這可能是由于平茬后，環境的改變促進了土壤微生物的活動，加速了土壤有機質的分解，當平茬為T3強度時土壤有機質的增加量高于其他平茬強度。研究發現，T1、T2和T3平茬強度0～20 cm土層土壤全氮含量顯著高于CK，其中T2平茬強度對提高土壤全氮含量效果最好，較CK提高了 137.50%。這可能是因為楊柴為豆科灌木，根系長有根瘤具有較強的固氮功能，平茬促進了楊柴根系的萌蘗生長，從而提高了固氮能力。

垂直剖面結構上，土壤有機質含量0～5 cm土層顯著高于其它土層，其中T3平茬強度最高，較CK提高了 17.64%；平茬提高了 5～10 cm土層土壤有機質含量，T1、T3和T4略優于CK，其中T4平茬強度高于CK 44.09%。土壤全氮含量T2平茬強度各土層均為最高，且顯著大于CK；T1、T2和T3平茬強度0～5 cm土層土壤全氮含量顯著高于其他土層。土壤有機質、全氮含量總體上隨土層深度的增加呈下降趨勢，土壤養分表現出一定的表聚效應，這與前人研究結果相一致[16-18]。

表1 不同平茬強度樣地土壤有機質、全氮變化特征Tab.1 Variation characteristics of soil organic matter and total nitrogen in different stubble intensity plots

3.1.2土壤速效養分變化特征

由表2可知，飛播楊柴林不同平茬強度間速效氮含量差異較小，在 8.51～9.85 mg·kg-1范圍；T1平茬強度速效磷含量為 2.25 mg·kg-1，T2、T3和T4平茬強度含量較少，均在2 mg·kg-1以下；T1和T3平茬強度速效鉀含量在40 mg·kg-1以上，T2平茬強度含量最少。垂直剖面結構上，不同平茬強度和CK在0～5 cm土層的速效氮、速效磷含量均高于其他土層，其中T1、T3和T4平茬強度0～5 cm土層速效磷含量與其他土層差異顯著。不同樣地土壤速效鉀含量主要集中在0～10 cm土層內，垂直剖面結構上沒有明顯的規律性。不同平茬強度土壤速效氮、速效磷、速效鉀的含量均低于CK，這可能是由于衰退楊柴林枝條老化，生產力下降，而平茬后灌木根系生長及土壤微生物活動較為活躍，楊柴充分吸收利用土壤養分，提高其生長量，增加了灌木林單位面積內株叢數量、活枝數量和生物量[7,11,17-18]。

表2 不同平茬強度樣地土壤速效養分變化特征Tab.2 Variation characteristics of soil available nutrients in different stubble intensity plots

3.2 不同平茬強度樣地土壤顆粒組成變化特征

由表3可知，飛播楊柴林平茬撫育能夠提高土壤黏粒和粉粒含量，在0～20 cm土層深度內較CK分別提高了 74.43% 和 37.43%，砂粒含量降低了 2.17%。 T2、T3和T4平茬強度能夠提高土壤黏粒和粉粒含量，降低粗砂粒含量，其中T2平茬強度效果最好，黏粒和粉粒含量較CK分別提高了 205.68% 和 144.97%，砂粒含量降低了 7.65%。垂直剖面結構上，平茬撫育可提高0～10 cm土層黏粒和粉粒含量，不同強度平茬后0～5 cm土層黏粒和粉粒含量較CK分別提高了 105.87% 和 52.70%，5～10 cm土層提高了 105.63% 和 82.11%，其中T2平茬強度增加量均最大。黏粒和粉粒含量總體上隨土層深度增加而減少，砂粒含量隨土層深度增加而增加。這可能與灌木林單位面積內株叢數量和活枝數量以及冠幅等生長特征有關，CK枯枝率較高，衰退嚴重，灌叢疏透度較大，風蝕作用相對強烈，土壤細粒物質被吹蝕。楊柴林平茬后可增加單位面積株叢數量和活枝數量[11]，降低了疏透度，同風速下可以有效減弱風蝕，使大量的風積物質沉降在土壤表層，而預留蓋度10%則可能是平茬強度較大，風蝕作用較強，土壤黏粒和粉粒含量減少較多，這與已有研究結果基本一致。如卞瑩瑩等[18]研究結果表明，檸條錦雞兒人工林平茬后砂粒含量減少了 3.29%，粉粒和黏粒含量分別增加了 1.93% 和 10.53%；張小菊等[19]研究發現，各平茬處理土壤粒徑組成均以粉粒、極細砂粒、細砂粒為主，含量分別在 24.05%～39.39%、23.02%～28.32%、25.62%～38.62%，并認為保留3帶平茬3帶模式更適宜于寧夏荒漠草原飼用檸條錦雞兒林的平茬復壯，其土壤粉粒含量較未平茬林增多，黏粒含量隨土層加深而減少。

表3 不同平茬強度樣地土壤粒徑組成變化特征Tab.3 Variation characteristics of soil particle size composition in different stubble strength plots

4 結論

(1)毛烏素沙地飛播楊柴林預留蓋度10%～30% 平茬提高了0～20 cm土層土壤全氮含量，預留蓋度20% 平茬較對照提高了 137.50%；平茬對土壤有機質含量影響不顯著，預留蓋度30% 平茬較對照提高了 6.29%；4種平茬強度土壤速效養分含量均小于對照，預留蓋度30%平茬較對照降低較??；同時，平茬提高了土壤黏粒和粉粒含量，降低了砂粒含量，預留蓋度20% 平茬黏粒和粉粒含量較對照提高了 205.68% 和 144.97%，砂粒含量降低了 7.65%。

(2)垂直剖面結構上，預留蓋度20%～40% 平茬0～5 cm土層土壤全氮含量顯著高于其它土層；平茬提高了5～10 cm土層土壤有機質含量；平茬后0～10 cm土層黏粒和粉粒含量較對照分別增加了 105.90% 和 58.96%。

(3)基于改善土壤理化性質考慮，建議在毛烏素沙地飛播楊柴林平茬撫育中選擇預留蓋度為20%～30% 進行作業。