松嫩平原农田和防护林土壤肥力差异

武 燕,王 琼,仲召亮, 裴忠雪， 王文杰*

(1.东北林业大学森林植物生态学教育部重点实验室，黑龙江哈尔滨 150040；2．大庆师范学院，黑龙江大庆 163712；3.中国科学院东北地理与农业生态研究所,吉林长春130102)

松嫩平原农田和防护林土壤肥力差异

武 燕1,2,王 琼3,仲召亮1, 裴忠雪1， 王文杰1*

(1.东北林业大学森林植物生态学教育部重点实验室，黑龙江哈尔滨 150040；2．大庆师范学院，黑龙江大庆 163712；3.中国科学院东北地理与农业生态研究所,吉林长春130102)

摘要[目的]通过分析土壤肥力的变化讨论防护林的建设对土壤肥力的改善效果。[方法]以松嫩平原农田和杨树防护林为研究对象，在松嫩平原设置6个采样点，选取72对农田和防护林的配对样地，测定0～20 cm土壤碱解氮含量、速效磷含量和速效钾含量。[结果]杨树防护林营建后，明水和肇州防护林土壤速效磷含量显著高于对照农田(P<0.05)，富裕和肇东防护林土壤速效钾含量比对照农田显著升高(P<0.05)；整体数据分析显示，防护林土壤速效钾含量升高63.1%(P<0.05)。[结论]松嫩平原农田防护林建设后，通过提高土壤速效钾的含量改善了土壤肥力。

关键词农田；防护林；土壤肥力

土壤质量的核心是土壤生产力，其基础是土壤肥力[1]。中国东北的黑土地中含有较高的土壤有机质(SOM)，通常比其他地区土地肥沃，但长期的农田耕作导致土壤有机质和肥力减少[2]。治理日趋严重退化的土壤和改善土壤肥力，是目前一个重要的课题。前人研究表明，在贫瘠的土壤上造林能改善土壤肥力，土壤肥力受树种、林分组成、林龄及林分生产力的影响[3-4]。也有研究认为人工林的快速生长对土壤肥力有负面的影响，一些树种造林过程中吸收大量的土壤养分而归还土壤的养分相对过少，导致土壤肥力降低[5]。农田上营建大面积的防护林是东北松嫩平原地区主要的土地利用方式，而这种土地利用方式的转变是否会影响土壤肥力是评价防护林生态功能过程中的关键问题。笔者选择东北松嫩平原地区6个地点共72对杨树防护林和农田配对样地，通过对比分析杨树防护林与农田对照样地土壤肥力有效态指标(碱解氮、速效磷和速效钾)的变化探讨防护林建设对土壤肥力的影响。

1材料与方法

1.1研究地自然概况松嫩平原位于东北地区中西部，由松花江和嫩江冲积而成，地跨黑龙江省和吉林省，整个平原呈菱形，海拔150～200 m，属于温带季风性气候，年平均气温4 ℃左右，年降水量350～500 mm。松嫩平原土壤肥沃，是国家重要的商品粮基地，盛产玉米、大豆、小麦等。

1.2样地设置与土壤采集该研究在松嫩平原地区设置6个采样地点(杜蒙、富裕、兰陵、明水、肇东和肇州)，在每个采样地点中按照胸径的梯度选取12对杨树防护林和附近农田配对样地。

采集土壤样品时，在杨树防护林及农田的配对样地内分别挖1个约0.8 m×1.0 m×1.0 m的土坑，清除土坑表面的枯枝落叶后，在0～20 cm土层的中间部位用100 cm3的环刀取4份土样并混合，将野外采集的土壤样品带回实验室后，自然风干至恒重。去除土壤中的根系，将样品碾碎后过2 mm的土壤筛，收集筛出的石块和砂砾，并测定其重量和体积，随后将土壤样品放在粉碎机中粉碎，过0.25 mm的土壤筛后，样品保存备用。

1.3试验方法与数据分析土壤碱解氮含量采用碱解扩散法测定；速效磷含量采用0.05 mol/L HCl-0.025 mol/L 1/2 H2SO4法测定；速效钾含量采用NH4OAc浸提-火焰光度法测定[6]。

利用SPSS17.0软件单因素方差分析的Duncan检验比较不同地点农田和防护林土壤肥力指标之间的差异显著性，所有图表均使用Excel软件完成。

2结果与分析

2.1农田和防护林土壤碱解氮含量差异由图1可知，杜蒙、富裕和明水杨树防护林土壤碱解氮含量均高于农田对照，上升百分比分别为1.7%、5.6%和17.0%，而兰陵、肇东和肇州杨树防护林土壤碱解氮含量均低于农田对照，下降百分比分别为12.4%、4.1%和4.9%，6个地点杨树防护林土壤碱解氮含量和农田比差异均不显著(P>0.05)。

注：不同小写字母表示农田和防护林之间差异显著(P<0.05)，下同。Note:Different lowercases indicated significant differences between shelterbelt plantation and farmland (P<0.05),the same as follows.图1　不同采样地点农田和防护林土壤碱解氮含量差异Fig.1 Differences of alkali-hydrolyzable nitrogen content between shelterbelt plantation and farmland in different sampling sites

2.2农田和防护林土壤速效磷含量差异由图2可知，明水和肇州防护林土壤速效磷含量比对照农田均有显著升高(P<0.05)，升高的百分比分别为68.7%和43.2%，杜蒙和富裕杨树防护林土壤速效磷含量比对照农田分别升高2.2%和24.0%(P>0.05)，而兰陵和肇东杨树防护林土壤速效磷含量比对照农田分别下降34.7%和21.4%(P>0.05)。

图2　不同采样地点农田和防护林土壤速效磷含量差异Fig.2　Differences of soil rapidly available phosphorus content between shelterbelt plantation and farmland in different sampling sites

2.3农田和防护林土壤速效钾含量差异由图3可知，6个采样地点防护林土壤速效钾含量和对照农田比均有升高的趋势，上升的百分比范围为17.4%(肇州)～135.6%(肇东)，其中富裕和肇东防护林土壤速效钾含量和对照农田比差异显著(P<0.05)。

图3　不同采样地点农田和防护林土壤速效钾含量差异Fig.3　Differences of soil rapidly available potassium content between shelterbelt plantation and farmland in different sampling sites

2.4农田和防护林土壤有效态肥力参数差异由表1可知，6个采样地点防护林土壤速效钾含量(135.2 mg/kg)较对照农田土壤速效钾含量(82.9 mg/kg)增加63.1%，统计学分析显示，二者之间差异显著(P<0.05)；6个采样地点防护林土壤速效磷含量比农田对照降低9.3%(P>0.05)；6个采样地点防护林土壤碱解氮含量的变化较微弱，比对照农田仅上升0.6%(P>0.05)。

表1　农田和防护林土壤有效态肥力参数对比

3结论与讨论

该研究结果表明，在农田上营建杨树防护林显著地增加了土壤速效钾的含量(升高63.1%，P<0.05)，这说明农田防护林营建后，通过提高土壤速效钾的含量使土壤肥力得以改善。Jiao等[7]研究表明，在中国黄土高原网带人工林内的速效钾含量与退化农田相比显著增加，这与笔者的研究结果一致。在农田建造人工林的过程中，世界不同地区使用不同的树种均得出了恢复土壤钾素肥力的结论[8-9]，造林引起的土壤速效钾肥力改善的原因可能是农作物和杨树的养分吸收差异造成的。建议在农田施肥的情况下，应将更多的钾肥与氮肥一起施用，以确保土壤养分供应，从而保证作物产量。

参考文献

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[6] 鲍士旦.土壤农化分析[M].北京:中国农业出版社，2000.

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[8] ROMANOWICZ R B,DRISCOLL C T,JOHNSON C E,et al.Changes in the biogeochemistry of potassium following a whole-tree harvest[J].Soil science society of america journal,1996,60:1664-1674.

[9] LIKENS G E,DRISCOLL C T,BUSO D C,et al.The biogeochemistry of potassium at Hubbard Brook[J].Biogeochemistry,1994,25:61-125.

Soil Fertility Differences between Shelterbelt and Farmland at Songnen Plain

WU Yan1,2,WANG Qiong3,ZHONG Zhao-liang1,WANG Wen-jie1*et al

(1.Key Laboratory of Forest Plant Ecology Ministry of Education,Northeast Forestry University,Harbin,Heilongjiang 150040; 2.Daqing Normal University,Daqing,Heilongjiang 163712; 3.Northeast Institute of Geography and Agroecology,Chinese Academy of Sciences,Changchun,Jilin 130102)

Abstract[Objective] To discuss the effects of shelterbelt construction on the soil improvement by analyzing the changes of soil fertility.[Method] With shelterbelt plantation and farmland as the research objects,six sampling sites were designed in Songnen Plain.A total of 72 pairs of sample fields of shelterbelt plantation and farmland were selected to detect the alkali-hydrolyzable nitrogen content,rapidly available phosphorus content,and rapidly available potassium content in 0-20 cm soil.[Result] After the construction of poplar sheltbelts,soil rapidly available phosphorus contents in Mingshui and Zhaozhou shelterbelts were significantly higher than that of farmland (P<0.05).Soil rapidly available potassium contents in Fuyu and Zhaodong shelterbelts were significantly higher than that of farmland (P<0.05).Overall data analysis indicated that the rapidly available potassium content enhanced by 63.1% (P<0.05) in soil of shelterbelt plantations.[Conclusion] Shelterbelt establishment in Songnen Plain improves soil fertility by increasing the content of rapidly available potassium.

Key wordsFarmland; Shelterbelt; Soil fertility

基金项目黑龙江省杰出青年基金项目(JS201401)；中央高校基本科研业务费专项资金项目(2572014EA01)。

作者简介武燕( 1975- )，女，黑龙江肇州人，讲师，硕士，从事植物生态学研究。*通讯作者，教授，从事植物生态学研究。

收稿日期2016-03-27

中图分类号S 714.8

文献标识码A

文章编号0517-6611(2016)12-189-03