黄河三角洲不同林分类型对土壤水分物理特性的影响

李永涛 ，魏海霞 ，王振猛 ，杨庆山 ，周 健 ，王莉莉 ，陈苗苗 ，刘德玺

（1. 山东省林业科学研究院，山东 济南 250014；2. 山东黄河三角洲森林生态系统国家定位观测研究站，山东 东营 257000；3. 山东农业大学 林学院，山东 泰安 271018）

林地土壤的水分物理特性较大程度上能够反映出森林植被对土壤理化性状的改良效果，而不同林分类型或不同树种组成的森林对土壤理化性质的影响或改善是不同的，林木的生长也能有效地减少土壤侵蚀和提高土壤质量[1-3]。土壤水分物理性质通常被认为是立地质量的重要指标，其土壤容重、孔隙状况及入渗、持水性能等物理因子，对保持土壤、涵养水源都有重要的意义[4]。有研究表明，人工造林是改善土壤理化性状的重要途径，对改善环境也具有显著作用[5-7]。

黄河三角洲由于生态环境脆弱、土壤盐渍化严重等特殊的地理条件和气候因素影响，其研究在全球相关研究中具有一定的独特性、典型性和代表性[8]。研究不同林分类型对土壤水分物理特征参数的影响，有助于科学认识人工植被恢复过程中黄河三角洲盐碱地土壤水分物理性质的变化过程。目前有关森林土壤水分物理性的研究报道逐步增多，认为不同地区立地条件、林分类型及林分结构等因子均是影响土壤物理性质的重要因素，其研究结果也不尽相同。如谭学进等[9]对黄土高原延河流域不同植被恢复类型和不同恢复年限下土壤物理性质的差异进行了研究，得出柠条林和草地对土壤物理性质的改善优于刺槐林；王颖等[10]对冀北山地6 种典型林分的土壤水分物理性质的研究表明，针叶林土壤容重均值大于阔叶林地，而阔叶林持水能力强于针叶林；李永涛等[11]的研究表明，在滨海盐碱地柽柳人工林中，随着栽植年限的延长，对土壤水分物理性质的改善效果越好。但目前对黄河三角洲盐碱地不同林分类型土壤水分物理性质变化特征的了解仍较少，造成部分林分随着土壤地下水位的升高和土壤有效水分的损耗而出现衰退。本研究以森林生态系统国家定位观测研究站为依托，对比分析了典型白蜡林、柳树林、杜梨林和空地不同土层的水分物理性质变化规律，以期为黄河三角洲盐碱地植被恢复和树种选择提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

试验区位于黄河三角洲的核心区域东营市，地理位置 118°40′52″E、37°24′14″N，黄河三角洲森林生态系统国家定位观测研究站的固定样地内。该区年均气温为12.2 ℃，无霜期206 d，≥10 ℃的积温在4 200 ℃左右，年日照时数为2 520.8 h。年平均降水量550 mm 左右，其中约65%的降水集中于夏季，降水量年际变化大，年平均蒸发量1 800 mm 左右，约是降水量的3.3 倍。试验地土壤盐分以氯化钠为主，类型为盐化潮土，地下水埋藏浅，水质矿化度较高。

选取样地内3 种8 年生白蜡Fraxinus velutina、柳树Salix psammophila、杜梨Pyrus betulifolia人工林为研究对象，对照则选择距造林地100 m以外、立地条件相同的未造林空地，未造林前各林分样地立地条件基本一致（表1）。

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1.2 研究方法

土壤化学性质的测定：土壤有机质含量的测定采用重铬酸钾容量法，铵态氮采用CaCl2溶液浸提，有效磷、速效钾分别采用NaHCO3溶液、CH3COONH4浸提，最后采用AA3 全自动连续流动分析仪测定（表1）。

8 月，在白蜡（F）、柳树（S）、杜梨（P）人工林和空地（CK）内分别设置样地3 个，面积10 m×10 m，对样地内林木进行每木检尺（表1），每个样地设置3 块有代表性的样方，面积为1 m×1m，进行土壤剖面调查和取样，每个样方分0 ～ 20、20 ～ 40 和 40 ～ 60 cm 共 3 个层次取原状土样，样品采集好带回实验室用于土壤水分物理及化学性质的测定。

1.2.2 土壤样品的测定

土壤容重的测定采用环刀法（体积为100 cm3）；含盐量的测定采用电导法；土壤总孔隙度、非毛管孔隙度、毛管孔隙度及持水量的测定采用环刀浸水法；土壤渗透性的测定采用双环刀法[3,13]。土壤各物理性质指标的测定与计算参照中华人民共和国林业行业标准《森林土壤分析方法》进行[13]。其中，土壤渗透性测定中环刀外环直径为30 cm，内环直径为15 cm，内外环高为14 cm。不同林分类型的土壤渗透速率在40 min 前已基本趋于稳定，为了便于分析，渗透总量统一取前40 min内的渗透量。

1.2.1 土壤样品的采集

表1 样地基本情况（平均值±标准误）Table 1 Basic information of the research sites (mean±SE)

利用土壤孔隙度数据计算土壤吸持贮水量、滞留贮水量和总贮水量[4]。计算公式为：

式（1）～（3）中：Wc为土壤吸持贮水量；Wn为滞留贮水量；W为总贮水量（mm）；Pc为土壤毛管孔隙度（%）；Pn为非毛管孔隙度（%）；h为土层深度（cm）。

1.2.3 数据处理

采用Excel 2010、DPS 15.10 软件进行数据处理，采用单因素方差分析和最小显著差异法（LSD）比较不同数据组间的差异，显著性水平设定为P=0.05。图表中数据均用平均值±标准差表示。

2 结果与分析

2.1 不同林分类型的土壤容重变化

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图1 不同林分类型的土壤容重Fig. 1 The soil bulk density of different forest types

2.2 不同林分类型的土壤孔隙度变化

由表2 可以看出，白蜡林土壤田间持水量随土层深度的增加波动下降，而其它林分2 种土壤田间持水量呈逐步增大趋势。3 种林分土壤平均田间持水量（0 ～60 cm）分别是空地的1.11、1.16 和1.09倍，且白蜡林、柳树林与空地差异显著（P＜0.05）。从垂直变化上看，随着土层深度的增加，白蜡林土壤田间持水量在20 ～40 cm 土层最高，其它林分则以40 ～60 cm 最高，除白蜡林外，其它林分类型土壤0 ～20 cm 与40 ～60 cm 土层差异显著（P＜ 0.05）。

图2 不同林分类型的土壤孔隙度特征Fig. 2 Soil porosity of different forest types

从土壤垂直结构来看，不同林地除土层0 ～20 cm 杜梨林和40 ～60 cm 柳树林的非毛管孔隙度小于空地外，其它林分各土层的非毛管孔隙度均大于空地。其中20 ～60 cm 土层白蜡林总孔隙度与空地差异显著（P＜0.05），柳树林40 ～60 cm土层与空地差异显著（P＜0.05），同时，白蜡林土壤非毛管孔隙度在3 个土层与空地均差异显著（P＜0.05）。而对比同一林分不同土层得出，各林分类型土壤毛管孔隙度与非毛管孔隙度0 ～20 cm 与 40 ～ 60 cm 土层均差异显著（P＜ 0.05）。

对比不同林地的同一土层深度可以看出，与未造林空地相比，白蜡、柳树和杜梨3 种林分类型在0 ～20 cm 土壤容重分别下降了5.43%、4.35%和0.23%，白蜡林与空地土壤容重差异显著（P＜0.05）；在20 ～40 cm 土壤分别下降了8.81%、6.20%和5.17%，白蜡和柳树2 种林分类型与空地差异显著（P＜0.05）；在40 ～60 cm 土壤容重分别下降了8.80%、6.17%和3.90%，3 种林分类型与空地土壤容重均差异显著（P＜0.05）。而从土壤垂直结构来看，除杜梨林外，其它林分类型土壤容重均随土层深度的增加而增大，且不同土层间各林分类型土壤容重差异性不同，其中白蜡林、柳树林0 ～20 cm 与40 ～60 cm 土层差异显著。由此可见，人工林对盐碱地土壤容重均有降低作用，且改善效果以白蜡最佳，土层以20 ～40 cm最显著。

2.3 不同林分类型的土壤持水量与贮水量变化

由图2 看出，各林分类型的土壤总孔隙度均随土层深度的增加而减少，0 ～60 cm 平均土壤总孔隙度介于40.98%～45.34%之间，其大小依次为白蜡林＞柳树林＞杜梨林＞空地，且土壤总孔隙度随土层的增加而增大的特征主要表现在土壤表层。从毛管孔隙度和非毛管孔隙度分析，除白蜡林外，其它林分类型的土壤毛管孔隙度随土层深度增加而增加，而非毛管孔隙度则呈相反趋势。在0 ～60 cm土层中，3 种林分土壤毛管孔隙度的平均值比空地相继增加了2.56%、9.50%和5.35%，而非毛管孔隙度相继增加了32.82%、-3.25%和1.09%。

通过图1 看出，不同林分类型0 ～60 cm土 层 的 平 均 土 壤 容 重 在 1.46 ～ 1.58 g·cm-3之间，具体表现为白蜡林（1.46 g·cm-3）＜柳树林（1.49 g·cm-3）＜杜梨 林（1.53 g·cm-3）＜空地（1.58 g·cm-3），除杜梨样地外，均与未造林空地差异显著。3 种林分类型的平均土壤容重与空地相比降低了5.34%，其中以白蜡样地降幅最大（7.44%），杜梨样地降幅最小（3.00%）。

本文主要利用“过程—事件”的分析方法，从“策略主义”视角对地方政府应对钉子户抗争的行动逻辑进行实证分析与理论解读。通过对江苏省A市J、X、S社区三种类型钉子户的实践考察，研究发现，在新时代社会转型发展期，地方政府更多是应用一系列“软手段”回应钉子户的抗争行为，包括：妥协让步、间接动员、参与调解。这种“软手段”本质上是一种“不问过程只求结果”的“非正式策略”，体现的是在压力型体制之下地方政府“避免出事”的治理理念，以此为准则，由此形成了一套地方政府在新时代基于“不出事”的治理术。

修正前，前6阶模态频率平均误差为8.01%，最大误差为13.83%，前6阶MAC值平均为0.89。1) 修正后，前6阶模态频率平均误差为4.24%，最大误差为7.79%，MAC值最大提升0.01。2) 修正后，前6阶模态频率平均误差为1.84%，最大误差为5.44%，MAC值最大提升0.06。3) 修正后，前6阶模态频率平均误差为1.92%，最大误差为5.54%，MAC值最大提升0.06。

不同林分土壤贮水量中吸持贮水量和饱和贮水量的变化特征与土壤持水量变化趋势相同，而滞留贮水量则随土层深度的增加逐步减小。对比同一土层不同林分得出，除白蜡0 ～20 cm 土层吸持贮水量外，其它林分类型的土壤贮水量总体上均高于空地，其中3 种林分类型的土壤平均饱和贮水量分别为空地的1.11、1.06 和1.04 倍，大小排序依次为白蜡林＞柳树林＞杜梨林＞空地。从土壤剖面上看，各林分类型0 ～20、20 ～40 cm 滞留贮水量和饱和贮水量均大于40 ～60 cm土层，且柳树林土壤平均吸持贮水量与空地差异显著（P＜0.05），白蜡林土壤平均滞留贮水量与空地差异显著（P＜0.05），而饱和贮水量中3 种林分类型均与空地差异显著（P＜0.05）。

2.4 不同林分类型的土壤渗透性变化

通过土壤水分在不同时间段的入渗曲线（图3）看出，不同林分土壤入渗速率均随入渗时间的增加而逐渐下降，在前10 min 左右下降迅速，此时其下降幅度达到61.73%～68.79%，而在20 ～35 min 左右时趋于稳定。其中，白蜡林和柳树林土壤入渗达到稳定状态较慢，大致在25 ～35 min，杜梨林次之，为20～30 min，而空地所需时间最短，为 20 ～ 25 min。

由图3 可知，不同林分土壤入渗速率与入渗时间呈现明显的幂函数关系，通过乘幂方程进行拟合得出，R2在0.921 7 ～0.982 1 之间，相关性显著（P＜0.01），表明该模型适合描述各林分土壤入渗过程。由表3 看出，有林地土壤入渗特性明显优于未造林空地，其中白蜡林、柳树林和杜梨林土壤初渗速率分别为空地的2.07、1.92 和1.45 倍，土壤平均入渗速率为空地的2.23、2.02和1.51 倍，而土壤稳渗速率为空地的3.01、2.39和2.04 倍。由此看出，白蜡林的土壤初渗速率、平均渗透速率和稳渗速率均高于其它林分，不同林分类型下各土壤渗透速率均表现为初渗速率＞平均渗透速率＞稳渗速率，且均与空地差异显著（P＜ 0.05）。

其次，健身休闲产业供给侧结构性改革的前提是壮大供给主体。健身休闲产品的供给应根据市场需求的变化而变化，作为两大主要供给主体，相关企业和政府的作用至关重要，还有一些体育社会组织也不可忽视。健身休闲产业健康发展应以“企业为主导，政府支持，全社会参与”为供给主体格局。广西健身休闲产业处在发展初期，政府应加大对供给企业的资金、政策扶持力度，在审批、税收、土地、监管政策上给与支持和优惠，培育出一批实力雄厚、经营状况良好、敢于创新的休闲健身企业。同时鼓励社会组织承办或举办一些具有影响力的健身休闲活动或赛事，营造良好的全民健身氛围。

表2 不同林分类型的土壤持水量与贮水量特征†Table 2 Characteristics of soil moisture and water storage under different forest types

图3 不同林分土壤入渗过程Fig. 3 The process of soil permeability under different artificial stands

3 讨论与结论

3.1 不同林分类型对土壤容重及孔隙度的影响

黄河三角洲土壤盐渍化问题突出，人工造林已成为该区域土壤改善的主要途径[13-14]。人工造林对土壤物理性质的影响明显，可有效降低土壤含盐量、减小容重以及提高孔隙度[15-16]。本研究中，白蜡、柳树和杜梨3 种林分类型0 ～60 cm 土层的平均土壤含盐量、土壤容重较未造林空地分别降低了57.72%、5.34%，而平均总孔隙度和毛管孔隙度比空地分别提高了6.98%和5.80%，且中上层土壤的物理性状明显优于下层，说明未造林空地土壤结构紧实、通透性较差，而3 种林分类型林地通过林木根系的穿插以及凋落物的长期分解，使得林地土壤容重逐渐降低，通透性增强，从而对盐碱地的土壤物理性质均起到了一定改善作用，这与柽柳[11]，榆树[17]等树种对盐碱地土壤物理性质的影响结果相一致。此外，3 种林分类型对土壤容重和孔隙度的影响程度并不相同，其中以白蜡林改善效果最佳，这主要与林分植被的根系生物量大小、分布特征及以植被覆盖度等因素有关[18]。

表3 不同林分类型土壤渗透速率及入渗方程Table 3 Soil percolation rate and infiltration equation of different forest types

3.2 不同林分类型对土壤持水与贮水能力的影响

土壤持水性是反映土壤保水、供水能力的重要指标，而土壤的贮水能力则多用来反映植被调节水分和涵养水源的能力[19-20]，它们与土壤的孔隙状况密切相关。本研究区原有土壤为盐化潮土，土壤通透性较差，持水贮水能力较弱。采取不同林分类型造林措施后，土壤孔隙度等特性逐步改善，各人工林持水和贮水能力明显优于未造林空地，并与未造林空地差异显著（P＜0.05）。可以看出，各人工林通过根系可改善土壤透气性，促进土壤团粒结构的形成，增加土壤孔隙度，从而使土壤贮水能力增强。同时，3 种人工林地土壤田间持水量随土层深度的增加而减小，上层土明显高于深层土，这表明各林分用于维持自身生长发育的水分主要依靠土壤上层的吸持贮存功能。此外，本研究中3 种林分类型的土壤持水和贮水指标均低于许景伟等[21]有关黄河三角洲滩地白蜡、刺槐、杨树的研究结果，这主要与研究区的土壤质地、林分类型和林龄有关。

3.3 不同林分类型对土壤入渗性能的影响

土壤渗透性是森林生态系统涵养水源和保持水土的重要指标，它和其它土壤物理性状密切相关[22]。研究得出，土壤渗透性主要是通过林木对土壤物理性质的影响来实现的，尤其是对土壤容重和孔隙度的影响。从表征土壤渗透性能的初渗速率、稳渗速率和平均渗透速率看出，3 种林分土壤渗透性与未造林空地差异显著（P＜0.05），说明通过林木根系对土壤的穿插作用和林内凋落物的积累、分解使3 种林分类型的土壤渗透性明显增加[23]，而未造林空地则由于地表裸露、盐碱较重、地上植被少，在雨水的冲刷下导致土壤板结、结构较差，其渗透能力明显减弱。同时，本研究中3种林分的土壤初渗速率和稳渗速率，略高于许景伟等[21]和略低于夏江宝等[24]有关黄河三角洲地区的土壤渗透性指标，这可能与研究区立地条件、植被类型均有重要关系。其次，研究的测定时间、降水条件及土壤墒情程度也是重要的影响因素。

3.4 不足之处与展望

通过人工造林来改善土壤水分物理性质的作用是一个由浅及深的长期过程，而在黄河三角洲地区，部分乔木在造林前期生长良好，但后期随着土壤盐分的增加和土壤有效水分的损耗，相当一部分林分出现了枯梢、死亡，形成了林相残败，生长衰退的低质、低效林[25]。而本研究中，3 种林分正处于中、幼龄阶段，对土壤水分物理性质的影响也尚处于初期阶段，其结果在时间上具有一定的局限性，今后有必要对各林分的土壤水分物理性质进行持续研究，以便为该区域盐碱地改良以及造林、营林技术提供更翔实的数据。