黄土高原带状植被土壤理化性质空间分异特征

吕文强，党宏忠，王立，党汉瑾，何修道

(1.甘肃农业大学林学院, 甘肃 兰州 730070;2.中国林业科学研究院荒漠化研究所, 北京 100091)



黄土高原带状植被土壤理化性质空间分异特征

吕文强1，党宏忠2*，王立1，党汉瑾2，何修道1

(1.甘肃农业大学林学院, 甘肃 兰州 730070;2.中国林业科学研究院荒漠化研究所, 北京 100091)

为探究带状格局植被对土壤理化性质的影响及在空间上的差异，选取我国黄土高原柠条和山杏两种典型的带状植物篱为研究对象，并对其0～60 cm土层理化性质空间特征进行对比分析，结果表明,(1)柠条植物篱系统内各部位土壤容重、最大持水量、非毛管孔隙度、总孔隙度差异显著(P<0.05)；山杏植物篱系统与梯田土壤毛管孔隙度和非毛管孔隙度差异显著(P<0.05)；各部位间土壤水分物理性质因植物篱类型不同而分异明显。(2)两种带状植物篱系统土壤小团聚体(粒径0.25～2.00 mm)和微团聚体(粒径<0.25 mm)各部位分异显著(P<0.05)，植物篱对粒径<2.00 mm的水稳性团聚体空间分异产生明显影响。(3)两种带状植物篱土壤砂粒(粒径0.05～2 mm)、粉粒(粒径0.002～0.05 mm)、粘粒(粒径<0.002 mm)含量差异均不显著(P>0.05)，但植物篱能改变砂粒、粉粒、粘粒的相对组成。(4)柠条植物篱系统内各部位土壤有机质表现为带内(3.57%、Ⅱ级)>带后(3.09%、Ⅱ级)>带间(2.72%、Ⅲ级)>带前(2.64%、Ⅲ级)，且各部位间分异明显；山杏植物篱系统土壤有机质表现为带间(1.47%、Ⅳ级)>带内(1.41%、Ⅳ级)，分异不明显；不同植物篱类型间有机质分异不同。(5)植物篱土壤砂粒和水稳性小团聚体与有机质均呈极显著正相关关系(P<0.01)；粉粒和粘粒与有机质均呈显著负相关关系(P<0.05)；土壤容重、水稳性大团聚体、微团聚体均与土壤有机质无明显相关关系。

带状植被；土壤理化性质；水分物理性质；机械组成；空间分异

黄土高原由于独特的自然地理景观、气候条件和长期不合理的人为活动，导致土壤侵蚀强烈、养分流失严重、土地生产力低下，严重制约着社会经济的发展。改善生态环境、再造良好的生态家园尤为重要[1-3]。植被恢复重建能控制水土流失、改良土壤结构、提高土壤肥力，成为黄土高原生态环境建设的主要途径[4-7]。植物篱因其拦蓄径流和泥沙[8]、增强土壤抗蚀性[9]、改善土壤理化性质[10]、提高土壤养分含量[11]、控制农业面源污染[12]、固定土壤有机碳和氮以及增加土壤微生物数量[13-14]等作用在黄土高原被广泛应用。土壤作为植被生长的载体，其理化性质对植被的生长有着重要的影响。植物篱下良好的土壤性质是其发挥生态作用的关键。近年来，国内外展开了对植物篱与土壤性质方面的研究。有研究发现植物篱能显著增加土壤非毛管孔隙度、饱和导水率、土壤pH值，并能减小土壤容重，从而提高土地生产力、增加作物产量[15-17]。植物篱通过改善土壤渗透性，使养分流在植物篱带内蓄积，进而提高土壤养分含量，并且其枯枝落叶返还表土也能增加土壤养分[18]。此外，植物篱还通过对土壤机械组成和团聚体含量及分形特征产生影响[19]，达到控制水土流失的效果。

对以上研究进行对比分析，可以看出，植物篱在一定程度上改善了土壤物理结构、增加了土壤养分含量、提高了土壤生产力。但对带状格局下植物篱土壤理化性质的空间特征并未做出说明和解释。为此，本文在已有研究基础上，以黄土高原常见的柠条(Caraganakorshinskii)和山杏(Armeniacasibirica)两种带状植物篱为研究对象，对带状植被土壤理化性质空间特征进行详实说明。旨在探讨黄土高原植被恢复与土壤相互关系及旱区植被的生态服务功能，为植被恢复所伴生的生态效益提供支撑及合理配置植被模式提供科学指导和基础数据。

1　材料与方法

1.1研究区概况

研究区位于土地利用类型全面、 植物篱长势良好的甘肃省定西市石家岔小流域(104°39′14.00″ E、35°43′17.60″ N)，属于黄土高原丘陵沟壑区第五副区，主要土壤类型为黑垆土，海拔2350 m，属于温带大陆性半干旱气候，年平均气温5.7～7.7 ℃，全年无霜期146 d，多年平均降水量为410.2 mm，多年平均蒸发量为1529.4 mm。

1.2样地选择和样方设置

样地选择在具有典型带状植物篱的石家岔小流域，以柠条(28年)带状植物篱和山杏(10年)带状植物篱为研究对象。其中，柠条植物篱为单行种植模式，平均株高为1.6 m，带宽(平均冠幅)1.0～1.5 m，株距0.2 m，带间距为4 m，篱带间为退耕荒坡，坡度为28°，带间植被覆盖度为40%，主要分布有天然草本植物长芒草(Stipabungeana)、冰草(Agropyroncristatum)、猪毛蒿(Artemisiascoparia)、阿尔泰狗娃花(Heteropappusaltaicus)和中亚白草(Pennisetumcentrasiaticum)等；山杏植物篱为单行栽植模式，采用水平阶整地方式种植，山杏平均株高2 m，株距2 m，篱带间距为4 m，带宽(平均冠幅)1.3 m，坡度为20°，篱带间种植紫花苜蓿(Medicagosativa)。

图1　带状植物篱系统单元示意Fig.1　Schematic diagram of banded hedgerow system unit单箭头方向表示坡向由上而下。The single arrow indicate the direction of slope from top to bottom.

分别在柠条和山杏带状植物篱中设置永久样方，样方大小以包含一个完整的植物篱系统单元为原则确定，并将完整的植物篱系统沿坡面由上而下依次设置为带前、带内、带后、带间4个部位(图1)。于2015年6月至7月分别在柠条植物篱系统带前、带内、带后、带间4个部位和山杏植物篱系统带内和带间2个部位以及梯田(CK)土层0～60 cm(开挖60 cm深的土壤剖面，在剖面随机取土)内用环刀(内径：50.5 mm，高：50 mm，体积：100 cm3)取原状土，同时用自封袋取相同部位土样，均重复5次，混合均匀带回实验室测定。

1.3指标测定

土壤容重(g/cm3)、土壤最大持水量(%)、毛管持水量(%)、最小持水量(%)、毛管孔隙度(%)、非毛管孔隙度(%)、总孔隙度(%)等土壤水分物理性质指标均按照中国林业科学研究院《森林土壤水分-物理性质的测定》(LY/T 1215-1999)标准[20]用环刀法测定，有机质按照中国林业科学研究院《森林土壤有机质的测定及碳氮比的计算》(LY/T 1237-1999)进行测定[21]，机械组成用英国马尔文公司生产的Malvern 2000激光粒度分析仪进行测定，土壤水稳性团聚体用TTF-100土壤团粒体分析仪测定。

1.4数据处理

采用SPSS 21.0软件进行Duncan法多重比较，并用Origin 9.0软件进行绘图。

2　结果与分析

2.1两种带状植物篱土壤水分物理性质空间分异特征

用Duncan法对柠条和山杏植物篱系统各部位及梯田土壤水分物理性质各指标进行多重比较(表1)。柠条和山杏植物篱系统土壤容重均低于梯田(1.08 g/cm3)，这说明植物篱能显著降低土壤容重，这是植物根系与土壤相互作用的结果。柠条植物篱系统各部位土壤容重差异显著(P<0.05)，且表现为带前(1.10 g/cm3)>带后=带间(1.05 g/cm3)>带内(0.99 g/cm3)，空间分异明显；山杏植物篱系统土壤容重表现为带间(1.02 g/cm3)>带内(0.98 g/cm3)；两种植物篱系统内各部位土壤容重均为带内最小，且均低于1 g/cm3。这说明植物篱降低土壤容重的能力随距植被带距离的增加而减弱，植被类型对植物篱减小土壤容重在空间上的分异产生影响。柠条和山杏植物篱系统土壤最大持水量、毛管持水量、田间持水量均高于梯田(57.69%、48.61%、36.53%)，说明植物篱能明显提高土壤持水性能。柠条植物篱系统各部位土壤最大持水量差异显著(P<0.05)，并表现为带内(67.63%)>带间(61.72%)>带后(59.13%)>带前(52.94%)。而柠条和山杏植物篱系统土壤毛管持水量和田间持水量各部位差异均不显著(P>0.05)，但两种植物篱系统内各部位土壤毛管持水量均为带内最高，田间持水量均为带内最低。这说明植物篱能改善土壤持水性能，且在空间上存在分异。就土壤孔隙性来说，柠条和山杏植物篱系统土壤毛管孔隙度和总孔隙度均高于梯田(51.57%、61.50%)，而非毛管孔隙度均低于梯田(9.94%)。这是植物篱根系及微生物活动疏松了土壤结构所致。柠条和山杏植物篱系统内各部位非毛管孔隙度差异显著(P<0.05)，且均为带内显著最高。柠条植物篱系统内各部位土壤毛管孔隙度差异不显著(P>0.05)，而山杏植物篱系统内各部位毛管孔隙度差异显著(P<0.05)。对土壤总孔隙度而言，柠条植物篱系统各部位差异显著(P<0.05)，山杏植物篱系统内各部位差异不显著(P>0.05)，但均为带内最高,分别达到65.95%、69.54%。这在一定程度上说明植物篱改善土壤孔隙性的效果最明显，也最集中地体现在带内，其他3部位效果没有带内明显。对比上述分析，综合植物篱对土壤容重、持水性能、孔隙性能的影响可知，植物篱能显著减小土壤容重、提高土壤持水性和孔隙性，且在空间上存在分异，这种分异受到植被类型的一定影响。

表1　两种带状植物篱土层0～60 cm土壤水分物理性质对比

注：同列数据后不同小写字母表示P<0.05条件下的显著性，数据格式为均值±标准误。下同。

Note: Different lowercase letters behind the data within the same column represent significance at 5% level, data format is that the mean±standard error, the same below.

2.2两种带状植物篱土壤水稳性团聚体空间分异特征

土壤团聚体是土壤的主要组成部分其稳定性表征着土壤结构的稳定性。各级水稳性团聚体的数量和分布状况能很好地反映了土壤结构的稳定性和抗侵蚀的能力，对土壤水、肥、气的调节和养分循环有着重要的影响[22]。对柠条和山杏两种植物篱系统土壤水稳性大团聚体(粒径>2.00 mm)、小团聚体(粒径0.25～2.00 mm)、微团聚体(粒径<0.25 mm)、团聚体总量进行比较(表2)。柠条植物篱系统内各部位土壤微团聚体差异显著(P<0.05)，且表现为带间(31.04%)>带前(28.44%)>带内(27.10%)>带后(11.22%)，水稳性大团聚体、小团聚体、团聚体总量各部位差异均不显著(P>0.05)。山杏植物篱系统各部位与梯田土壤水稳性小团聚体差异显著(P<0.05)，并表现为带间(21.35%)>带内(15.52%)>梯田(12.33%)，而水稳性大团聚体、微团聚体、团聚体总量差异不显著(P>0.05)。这说明植物篱能显著影响土壤小团聚体和微团聚体。即植物篱能明显提高粒径<2.00 mm的团聚体含量。从整个植物篱系统单元来看，柠条和山杏植物篱系统水稳性大团聚体、小团聚体、微团聚体、团聚体总量均高于梯田，植物篱能提高土壤各级水稳性团聚体含量，改善土壤结构。就植物篱系统四个部位而言，柠条植物篱系统内各部位土壤大团聚体为带内(3.58%)最高、带后(1.33%)最低，小团聚体为带后(22.47%)最高、带前(21.47%)最低，微团聚体和团聚体总量均为带间最高、带后最低。山杏植物篱系统土壤大团聚体、小团聚体、团聚体总量均为带间最高、带内最低，而微团聚体(粒径<0.25 mm)表现恰好相反为带内(33.40%)最高、带间(28.27%)最低。由此可以看出，两种带状植物篱系统土壤大团聚体和团聚体总量各部位分异不明显，而小团聚体和微团聚体各部位分异显著。植物篱对粒径<2.00 mm水稳性团聚体空间分异产生影响。

2.3两种带状植物篱土壤机械组成空间分异特征

土壤机械组成即土壤各粒级的相对含量，是土壤的基本物理性质之一，决定着土壤质地。按照美国制将带状植物篱土壤粒径划为砂粒(粒径0.05～2 mm)、粉粒(粒径0.002～0.05 mm)、粘粒(粒径<0.002 mm)三级。由表3知，柠条和山杏植物篱系统内各部位土壤砂粒、粉粒、粘粒含量差异均不显著(P>0.05)，柠条和山杏植物篱系统土壤砂粒含量均高于梯田(12.12%)，而粘粒含量均低于梯田(24.88%)，粉粒含量三者相差不大。这说明植物篱能提高土壤砂粒含量，对粉粒含量影响不明显。这是因为植被虽能在一定程度上改变砂粒、粉粒、粘粒的相对含量，但由于土壤粒径的大小主要取决于成土矿物的自身性质及环境因素。就植物篱系统内各部位而言，柠条植物篱带内土壤砂粒表现为带后(24.12%)>带前(20.12%)>带间(19.12%)>带内(16.12%)，而山杏植物篱带内(17.12%)砂粒含量高于带间(15.12%)。这说明植被类型对砂粒(粒径0.05～2 mm)含量的带间分布分异有一定的影响，这是因为柠条根系特征与山杏不同，导致根系微生物的种类和数量不同，因此与土壤颗粒的作用不同。而柠条植物篱系统内各部位土壤粘粒含量表现与砂粒含量基本相反为带内(20.88%)>带间=带前(19.88%)>带后(18.88%)，而山杏植物篱系统内土壤粘粒含量表现与砂粒一致为带内(20.88%)高于带间(19.88%)，从两种植物篱系统带内和带间二相结构来说，两者相同部位(带内、带间)粘粒含量相同，这说明植被类型对粘粒含量无影响，完全取决于土壤矿物自身性质和环境。粉粒含量在柠条植物篱系统内为带内(63.00%)高于带间(61.00%)，而在山杏植物篱系统内为带内(62.00%)低于带间(65.00%)，这说明植被类型对粉粒的空间分布有一定的影响。综合上述可得，植物篱能改变砂粒、粉粒、粘粒的相对组成。植物篱类型对砂粒和粉粒的空间分布有一定影响，但对粘粒的空间分布影响不明显。

表2　两种带状植物篱土层0～60 cm各级水稳性团聚体比较

表3　两种带状植物篱土层0～60 cm土壤机械组成对比

2.4两种带状植物篱土壤有机质空间分异特征

土壤有机质是指存在于土壤中所有含碳的有机物质，作为土壤的重要组分，虽只占土壤质量的很小一部分，但对土壤肥力、环境保护、农业发展都具有重要作用。对两种植物篱系统内各部位土壤有机质含量进行对比，并采用全国第二次土壤普查有机质分级标准[23]进行分级(图2)。可知：柠条植物篱系统各部位土壤有机质含量均高于山杏植物篱和梯田(1.64%)，而山杏植物篱系统带内(1.41%)和带间(1.47%)土壤有机质含量略小于梯田(1.64%)。这说明柠条植物篱增加土壤有机质含量的能力高于山杏，不同植物篱类型之间土壤有机质含量差异明显。从土壤有机质分级来看，柠条植物篱系统带内、带后均为Ⅱ级，带前和带间均为Ⅲ级，各部位间分级分异明显。山杏植物篱带内和带间均为Ⅳ级，分级分异不明显。可知，柠条植物篱系统带内和带后有机质较为丰富，带前和带间相对而言为中等，而山杏植物篱系统带内、带间以及梯田(CK)相对来说贫乏。这是因为柠条带内由于其根系分布最多，有利于有机质的形成，枯枝落叶及腐烂的种子在带内蓄积使土壤有机质含量相对较高，带后由于植物篱植株本身创造了一个阴湿的环境有利于微生物活动，而带间由于远离根系，加之土壤结皮改变表层土壤结构(如阻碍入渗)，从而影响了有机质的含量。而山杏植物篱带内和带间基本相同，这可能是因为山杏生长过程消耗利用了部分有机质。由于人工施肥作为梯田有机质的一个重要来源，才使其有机质含量稍高于山杏植物篱。综上可得，柠条植物篱系统土壤有机质分级高于山杏植物篱和梯田，且各部位间土壤有机质分异明显；而山杏植物篱系统内各部位间土壤有机质分异不明显；不同植物篱类型之间土壤有机质含量差异显著。

图2　两种带状植物篱土层0～60 cm有机质对比Fig.2　Comparisons of soil organic matter in soil 0-60 cm of two banded hedgerows

2.5带状植物篱土壤因子间相关性分析

对两种带状植物篱土壤容重、机械组成、各级水稳性团聚体及有机质进行相关性分析(表4)。可以看出，土壤容重与机械组成、各级水稳性团聚体、有机质均无显著相关关系(P>0.05)，只与水稳性微团聚体呈负的弱相关(R=-0.26<0.30)。植物篱土壤砂粒与有机质呈极显著正相关关系(P<0.01)，而粉粒与有机质呈显著负相关关系(P<0.05)，粘粒与水稳性大团聚体、小团聚体、有机质均呈显著负相关关系(P<0.05)。植物篱土壤水稳性大团聚体、微团聚体、总量均与土壤有机质无明显相关性，而水稳性小团聚体与土壤有机质呈显著正相关关系(P<0.05)。这说明种植植物篱后，土壤有机质含量增加，从而对砂粒和土壤水稳性小团聚体产生积极影响，使其含量增加。但对土壤粉粒和粘粒起了相反作用，使其相对含量减少。另一个方面也表明植物篱土壤有机质对土壤机械组成和水稳性团聚体影响显著，对土壤容重影响不明显。这说明有机质对土壤容重会产生部分影响，但不是决定影响。由此可以这样认为，植物篱通过增加土壤有机质含量对土壤机械组成和水稳性小团聚体产生影响。

表4　植物篱各土壤因子相关性

*P<0.05，**P<0.01.

3　讨论

土壤容重、持水性能、孔隙性能作为土壤的基本属性对植被恢复与构建有着重要影响。在三峡库区，植物篱作为一种坡地常见的水土保持措施能显著减小土壤容重和田间持水量，增加土壤非毛管孔隙度，饱和导水率，饱和含水量[16]。本研究发现柠条和山杏两种植物篱土壤容重和非毛管孔隙度均低于梯田，而土壤最大持水量、毛管持水量、田间持水量均高于梯田(表1)，与已有研究存在分歧。这可能是因为研究地域不同，土壤类型不同所致。此外，本研究发现植物篱能显著增加土壤毛管孔隙度和总孔隙度，可以作为植物篱能显著增加土壤持水性能的佐证，也证实了植物篱能显著减小土壤容重。本研究还发现，柠条和山杏植物篱系统各部位间各土壤水分物理性质存在分异，并且植物篱种类是产生分异的一个重要因素。但有研究发现，植物篱土壤性质的差异主要体现在坡位(坡上、坡下)上，而不是植物篱类型之间[24]。由此可知，植物篱土壤性质在空间上的差异在坡位之间和植物篱系统内各部位(带前、带内、带后、带间)间都有体现。但不同植物篱之间由于构成植物篱植物的自身特征(如冠层结构、根系分布)不同，会对所在土壤产生不同的影响。有研究通过对乔木类、灌木类、草本类3类植物篱土壤性质进行比较发现，3类不同植物篱带内的土壤物理性质存在显著差异[25]。植物篱的栽植年限和所在区域的气候条件在一定程度也会对植物篱改善土壤性质的程度产生影响。

土壤水稳性团聚体对保持土壤结构、肥力、增强土壤抗蚀性具有重要意义。在本研究中，柠条和山杏两种植物篱土壤水稳性大团聚体(粒径>2.00 mm)和团聚体总量各部位分异不明显，而小团聚体(粒径0.25～2.00 mm)和微团聚体(粒径<0.25 mm)各部位分异显著(P<0.05)，且各级水稳性团聚体含量均高于梯田。植物篱农作复合模式能显著增加土壤水稳性团聚体含量，可达37.80%～55.60%，且在上下坡位之间存在差异[19]。这充分说明植物篱能显著改善土壤结构，增加土壤水稳性团聚体含量。对于带状植物篱二相结构来说，柠条植物篱系统内水稳性大团聚体含量为带内(3.58%)高于带间(1.71%)，而山杏植物篱则为带内(1.48%)低于带间(4.17%)；柠条植物篱系统土壤水稳性微团聚体、小团聚体、团聚体总量均为带内低于带间；山杏植物篱土壤微团聚体为带内(33.40%)高于带间(28.27%)，土壤水稳性微团聚体、小团聚体分布与柠条植物篱一致。由此可以看出，除了局部地形对植物篱土壤水稳性团聚体分异产生影响外，植物篱类型也是其产生分异的一个重要因素。有研究还发现，土地管理方式(耕作、灌溉等)、土壤有机碳也对土壤水稳性团聚体空间分异产生影响[22,26-27]。这是因为土壤耕层是水稳性团聚体的主要分布区域，而土壤有机碳和水分之间相互作用对土壤水稳性团聚体的形成产生影响。此外，本研究还发现，植物篱对粒径<2.00 mm水稳性团聚体空间分异产生影响最为明显(表2)，也就是说与梯田相比，植物篱能显著增加粒径<2.00 mm水稳性团聚体含量。已有研究表明，植物篱能明显增加<2.00 mm粒级土壤微团粒含量[28]。本研究恰好从侧面印证了这一观点。这是因为较大土壤水稳性团聚体的形成较难，除了土壤本身性质(如土壤母质)外，还受到气候环境、人为因素(如人工施肥)等的影响。

植物篱作为水土流严重区常见的水土保持植物措施，在改善坡地土壤结构、控制水土流失方面有着显著效果。植物篱能改变土壤机械组成，主要体现在能显著减少土壤粘粒含量，且最高可达1.97%[29]。在本研究中，两种植物篱系统土壤粘粒含量均低于梯田(24.88%)，而砂粒含量均显著高于梯田(12.12%)。可知，植物篱能改变土壤黏重，使土壤逐渐向砂粒化转变。而砂粒又是土壤有机质的一个来源，可以提高土壤肥力。这是植物篱改善土壤结构、调节土壤水肥、从而控制水土流失、发挥水土保持生态效益的关键所在。就植物篱系统内部土壤粒径分布来看，柠条植物篱系统砂粒含量为带内最低、带后最高，粘粒含量为带内最高、带后最低，砂粒和粘粒在植物篱系统内部分布恰好相反。而山杏植物篱系统砂粒和粘粒含量均为带内高于带间。这说明土壤机械组成在植物篱系统内存在分异，不同植物篱类型间分异表现不同。这是因为砂粒在植物篱带前聚集，而粘粒在植物篱带内富集，并在不同坡位之间出现分异[30]。这是因为径流所携带的泥沙沿坡面由上而下，速度逐渐减弱，又遇到植物篱的拦蓄阻碍使粘粒在带内就地聚集。而砂粒由于动能较大在带后被拦蓄聚集。有研究发现，不同植物篱根系特征不同导致土壤组成不同[31]。这是因为不同根系微生物种类和数量不同，与土壤的相互作用不同所致。也有研究认为植物篱带间的风力特征对粒径在0.005～0.02 mm内土粒的分布产生影响。这是因为土粒在风速超过启动风速时被携带形成运动的二相流随风运移，从而使土粒分布发生变化。但这对砂粒(粒径0.05～2.00 mm)影响不明显。这也在一定程度上证明了植物篱的防风蚀效应所在。

土壤有机质对土壤肥力有着重要影响，植物篱能改善土壤团粒结构并显著增加土壤有机质含量[32]。在本研究中，土壤有机质含量表现为柠条植物篱系统>梯田>山杏植物篱系统，柠条植物篱能显著增加土壤有机质含量，但山杏植物篱系统土壤有机质含量低于梯田。这可能是因为山杏植物篱种植年限较少(10年)，而植物篱对土壤有机质含量的改变需要较长的时间累计过程，因为土壤有机质受土壤母质的影响。而柠条植物篱栽植年限为28年，较山杏植物篱较长；梯田由于人工施肥对其有机质含量产生了影响；另外，植物篱枝叶还田对有机质的含量也会产生影响。柠条植物篱枯枝落叶就地蓄积腐烂产生的腐殖酸成为有机质的主要来源，而山杏植物篱落叶较稀疏，且作为日常烧柴被当地居民收集起来。因此可以看出植物篱能显著增加土壤有机质的含量但受到栽植年限、植物篱自身特征和人为作用等因素的影响。有研究发现，土壤有机质含量在植物篱系统间出现差异并沿坡面表现为篱上高于坡下[33-34]。而在本研究中，柠条植物篱系统土壤有机质含量表现为带内(3.57%)>带后(3.09%)>带间(2.72%)>带前(2.64%)，这与前述研究有些相悖。有研究发现土壤有机质含量与三大微生物菌群数量呈正相关关系[35]。这可能是带内由于植物篱根系与微生物的活动有助于有机质的形成，加之带内植物篱枯枝落叶蓄积较多、分解还田最多所致。而带后由于植物篱改变了坡面微地形并在带后形成篱坎能机械拦蓄径流所携带的砂粒，且砂粒的矿化是形成有机质的途径，而柠条植物篱系统砂粒为带后高于带间和带前(表3)。而植物篱带前由于径流侵蚀破坏了土壤结构导致土壤肥力降低，从而有机质含量最低。但山杏植物篱系统带内和带间土壤有机质含量相差不明显，这说明植物篱类型会对有机质的空间分异产生影响。综上所述，植物篱结构、类型、地形共同作用对土壤有机质的空间分异产生影响，但植物篱自身特征是主导因素。

4　结论

柠条植物篱系统内各部位土壤容重、最大持水量、非毛管孔隙度、总孔隙度差异显著(P<0.05)，山杏植物篱系统与梯田土壤毛管孔隙度和非毛管孔隙度差异显著(P<0.05)，各部位间土壤水分物理性质分异明显，且受到植物篱类型的影响。

两种带状植物篱系统土壤水稳性大团聚体(粒径>2.00 mm)和团聚体总量各部位分异不明显，而小团聚体(粒径0.25～2.00 mm)和微团聚体(粒径<0.25 mm)各部位分异显著(P<0.05)。植物篱对粒径<2.00 mm水稳性团聚体空间分异产生明显影响。

两种带状植物篱土壤砂粒(粒径0.05～2 mm)、粉粒(粒径0.002～0.05 mm)、粘粒(粒径<0.002 mm)含量差异均不显著(P>0.05)，但植物篱能改变砂粒、粉粒、粘粒三者的相对组成。

柠条植物篱系统内各部位土壤有机质表现为带内(3.57%、Ⅱ级)>带后(3.09%、Ⅱ级)>带间(2.72%、Ⅲ级)>带前(2.64%、Ⅲ级)，且各部位间分异明显，山杏植物篱系统土壤有机质表现为带间(1.47%、Ⅳ级)>带内(1.41%、Ⅳ级)，不同植物篱间分异不同。

植物篱土壤砂粒和水稳性小团聚体与有机质呈极显著正相关关系(P<0.01)；粉粒和粘粒与有机质均呈显著负相关关系(P<0.05)；土壤容重、水稳性大团聚体、微团聚体均与土壤有机质无明显相关关系。

本文对黄土高原坡面两种典型植物篱模式下土壤理化性质的空间分异进行了详述与讨论，为该区植被恢复重建提供了一定的数据基础，但由于黄土高原独特的气候条件与地貌特征对研究也有影响，因此对黄土高原植被的生态功能应做更深、更全面的研究，如考虑气象条件等。

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The spatial differentiation of soil properties under banded vegetation systems on the Loess Plateau

LV Wen-Qiang1, DANG Hong-Zhong2*, WANG Li1, DANG Han-Jin2, HE Xiu-Dao1

1.College of Forestry, Gansu Agricultural University, Lanzhou 730070, China; 2.Institute of Desertification Studies, Chinese Academy of Forestry, Beijing 100091, China

In order to explore the effects of banded vegetation on soil properties and their spatial differentiation, an analysis was carried out on the Loess Plateau of the 0-60 cm soil layers of typical banded hedgerows made up ofCaraganakorshinskiiandArmeniacasibirica. The results showed that: (1) There were significant spatial differences in soil moisture physical properties within the hedgerow systems and these also varied across the different types of hedgerow. Soil bulk density, maximum water holding capacity, non-capillary porosity and total porosity varied significantly under theC.korshinskiihedgerow system (P<0.05), and soil capillary porosity and non-capillary porosity varied significantly under the A. sibirica system (P<0.05). (2) Under the two types of hedgerows, there were significant differences in the contents of water-stable micro-aggregates (<0.25 mm) and small aggregates (0.25-2 mm) (P<0.05). The spatial differentiation of water-stable aggregates with particle sizes less than 2 mm was obviously affected by the hedgerows. (3) There were no significant differences in the contents of soil sand (0.05-2 mm), silt (0.002-0.05 mm) and clay (<0.002 mm) under the two hedgerow systems, although hedgerows can change the relative composition of these three components. (4) There were differences in the content of soil organic matter under the two hedgerow systems. The content of soil organic matter was distributed as follows: for the C. korshinskii system, inner-band (3.57%, grade Ⅱ)>behind band (3.09%, grade Ⅱ)>inter-band (2.72%, grade Ⅲ)>in front of band (2.64%, grade Ⅲ); for theA.sibiricasystem, inter-band (1.47%, grade Ⅳ)>inner-band (1.41%, grade Ⅳ). (5) Soil sand and water-stable small aggregates showed a significant positive correlation with soil organic matter (P<0.01). Silt and clay showed a significant negative correlation with soil organic matter (P<0.05). There were no significant correlations between soil organic matter and either soil bulk density, water-stable macro-aggregates or micro-aggregates.

banded vegetation; soil properties; soil moisture physical properties; mechanical composition; spatial differentiation

10.11686/cyxb2015484

2015-10-21；改回日期：2015-11-30

十二五国家科技支撑计划课题“农田水土保持生物防护关键技术”(2011BAD31B02)资助。

吕文强(1990-)，男，甘肃会宁人，在读硕士。 E-mail：wenqlv@126.com

Corresponding author. E-mail：hzdang@caf.ac.cn

http://cyxb.lzu.edu.cn

吕文强, 党宏忠, 王立, 党汉瑾, 何修道. 黄土高原带状植被土壤理化性质空间分异特征. 草业学报, 2016, 25(10): 21-30.

LV Wen-Qiang, DANG Hong-Zhong, WANG Li, DANG Han-Jin, HE Xiu-Dao. The spatial differentiation of soil properties under banded vegetation systems on the Loess Plateau. Acta Prataculturae Sinica, 2016, 25(10): 21-30.