松嫩平原农田和防护林土壤物理性质差异研究

武燕 王琼 仲召亮 王文杰

摘要[目的]研究松嫩平原杨树防护林的建设对土壤质量的影响。[方法]以松嫩平原农田和杨树防护林为研究对象，在松嫩平原设置杜蒙、富裕、兰陵、明水、肇东和肇州6个采样点，选取72对农田（对照）和防护林的配对样地，测定0～20 cm土壤比重、容重和孔隙度。[结果]杨树防护林营建后，富裕、明水和肇东的土壤容重显著低于农田（P<0.05），富裕和明水的土壤孔隙度显著高于农田（P<0.05）；综合数据分析，防护林土壤容重下降了3.50%，土壤孔隙度增加了5.40%。[结论]松嫩平原农田防护林的建设可以改善土壤的物理性质，是一种局部土壤改良的可行方法。

关键词 农田；防护林；物理性质

中图分类号 S152 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2016）09-177-03

Abstract[Objective]The aim was to study effects of poplar shelterbelts plantation on soil quality at Songnen Plain.[Method]With farmland and polar shelterbelts at Songnen Plain as study objects， setting sup 6 sampling sites including Dumeng， Fuyu， Lanling， Mingshui， Zhaodong and Zhaozhou， selecting 72 paired plots of farmlands and neighboring shelterbelts， 0-20 cm soil specific gravity， bulk density and porosity were determined.[Result]Compared to farmland， soil bulk density significantly decreased at Fuyu， Mingshui and Zhaodong following shelterbelt establishment （P <0.05）， and soil porosity significantly increased in Fuyu and Mingshui （P<0.05）. Overall data analysis indicated that shelterbelt plantations had 3.50% lower soil bulk density， and 5.40% higher soil porosity than those in farmlands.[Conclusion]Shelterbelt establishment significantly improves soil physical properties at Songnen Plain. It is a feasible method for local soil improvement.

Key words Farmland； Shelterbelt； Physical properties

我國东北的黑土区主要分布在松嫩平原和三江平原，而东北地区45%以上的谷类作物产于黑土区。虽然东北黑土地含有较高的土壤有机质，较其他地区肥沃，但是1949年以来的精耕细作导致土壤有机质和肥力下降了50%[1]。1980年农业耕地导致土壤容重从 0.79 g/cm3 升高到 1.26 g/cm3，土壤孔隙度从67.90%下降至52.50%[2]。因此，改善土壤物理性质及治理日趋严重退化的土壤成为亟待解决的问题。韩松等[2]研究表明，在耕地土壤造林可以改变土壤的孔隙度和容重等物理性质；王文杰等[3]研究表明，农田转变为林地的过程中土壤容重下降，孔隙度升高；而Davis等[4]研究表明，造林后土壤容重和孔隙度并无显著变化。目前，关于松嫩平原地区大面积农田防护林的营建对土壤物理性质的影响缺乏系统的研究和报道。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，通过对比分析了杨树防护林与农田对照样地的土壤比重、容重和孔隙度，研究了防护林的建设对土壤物理性质的影响，旨在为评估防护林工程对土壤质量的改善效果提供理论支撑。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

松嫩平原位于东北地区中西部，地跨黑龙江省和吉林省，整个平原呈菱形，总面积1 828万hm2，其中耕地面积占559万hm2。属于温带季风性气候，年平均气温4 ℃左右，年降水量350～500 mm。

1.2 样品采集

确定杜蒙、富裕、兰陵、明水、肇东和肇州6个采样地点，按照配对样地法在每个采样地点选取12对杨树防护林和附近农田（CK）配对样地。

在杨树防护林及农田的配对样地分别挖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，在0～20 cm土层的中间部位用100 cm3的环刀取4份土样，混合后带回实验室，备用。野外采集的土壤样品带回实验室后，自然风干至恒重，用环刀法测定土壤容重。去除土壤中的根系，样品碾碎后过2.00 mm筛，收集筛出的石块和砂砾，并测定其重量和体积，再将土壤样品放在粉碎机中粉碎，过0.25 mm筛，保存，备用。

1.3 测定项目与方法

土壤比重采用比重瓶法测定，土壤容重=土壤干重/400 cm3，土壤孔隙度=（1-容重/比重）×100%[5]。

1.4 数据统计

采用SPSS 17.0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物理性质之间的差异显著性。

2 结果与分析

2.1 农田和防护林的土壤比重比较

從图1可以看出，6个采样地中只有富裕的杨树防护林土壤比重显著高于农田（P<0.05），杜蒙、兰陵、明水、肇东和肇州的杨树防护林和农田的土壤比重相差不大（P>0.05）。

2.2 农田和防护林的土壤容重比较

从图2可以看出，6个采样地中富裕、明水和肇东杨树防护林的土壤容重小于农田（P<0.05），分别低于农田7.90%、10.60%和4.90%，而杜蒙、兰陵和肇州杨树防护林的土壤容重和农田差异不大（P>0.05）。

2.3 农田和防护林的土壤孔隙度比较

从图3可以看出，6个采样地中富裕和明水杨树防护林的土壤孔隙度显著大于农田（P<0.05），分别高出农田40.1%和17.8%，而杜蒙、兰陵、肇东和肇州的土壤孔隙度在建设防护林后并无显著改变（P> 0.05）。

2.4 农田和杨树防护林的土壤物理性质综合比较

由表1可知，杨树防护林的土壤容重（1.37 g/cm3）比农田土壤容重（1.42 g/cm3）低3.50%，而杨树防护林的土壤孔隙度比农田高出5.40%，防护林土壤比重的变化较小，比农田高出0.40%。

3 结论与讨论

该研究结果表明，在农田营建杨树防护林使土壤容重降低了3.50%，土壤孔隙度上升了5.40%，这说明农田防护林的建设可以改善土壤的物理性状，使土壤更加疏松，空隙增多，是一种局部土壤改良的可行方法。Wang等[6]研究结果表明，在农田转变成林地的过程中土壤容重下降，孔隙度升高。王文杰等[3]研究发现，落叶松人工林能使土壤表层（0～20 cm）的容重降低5.70 mg/cm3，这与笔者的研究结果一致。

参考文献

[1]ZHANG L P，YANG Y C，ZHAO S S，et al.The impact of environmental factors on the growth of juglans mandshurica in natural forest of changbai mountains[J].Chinese agricultural science bulletin，2014，30：34-41.

[2]韩松，王平，梁贞堂.松嫩平原土壤侵蚀现状与治理措施的研究[J].黑龙江大学工程学报，2015，6（2）：47-52.

[3]王文杰，刘伟，孙伟，等.林床清理对落叶松（Larix gmelinii）人工林土壤呼吸和物理性质的影响[J].生态学报，2008，28（10）：4750-4756.

[4]DAVIS M，NORDMEYER A，HENLEY D，et al.Ecosystem carbon accretion 10 years after afforestation of depleted subhumid grassland planted with three densities of Pinus nigra[J].Global change biology，2007，13：1414-1422.

[5]鲍士旦.土壤农化分析[M].北京：中国农业出版社，2000.

[6]WANG W J，QIU L，ZU Y G，et al.Changes in soil organic carbon，nitrogen，pH and bulk density with the development of larch （Larix gmelinii）plantations in China[J].Global change biology，2011，17：2657-2676.