山西庞泉沟落叶松林土壤理化性质分析

2020-09-11李志强

山西林业科技 2020年2期

李志强

(山西省关帝山国有林管理局，山西文水 032104)

土壤，是一个复杂的自然结构体，是植物开展有效生长活动的物质基础，是农林牧业中的基本生产资料。土壤能供植物利用的矿质营养元素极其有限，若不借助增施矿质肥料等方法予以补充，土壤肥力将会日趋减弱，植物的生长量也会随之降低。在森林生态系统中，不存在施肥对土壤肥力的影响，但如果林分结构比较单一，植物长期生长也可能造成林地内土壤环境的退化。故而，了解森林与土壤之间的关系，对土壤理化性质进行分析，在自然生态环境的保护及旅游产业的合理开发中具有重要的意义。

山西庞泉沟自然保护区内森林植物类型极具代表性，是典型的华北高海拔地带植物，其植物种类主要包括寒温性针叶混交林，温性阔叶混交林以及针阔叶混交林。该自然保护区内的主要成林树种之一为华北落叶松。森林植被具有水源涵养和水土保持功能，但由于保护区内部分人工林结构单一，林下植被较为稀少，长期生长可能增加保护区内土壤理化性质退化的危险，且越来越多的人为活动也影响着土壤的物理性质，使土壤受侵蚀的可能性增加，对当地自然生态系统的保护和发展极为不利。故而，笔者通过对总碳、pH值、含水量、硝态氮、氨态氮、速效钾、速效磷等的测定来分析评价山西庞泉沟落叶松林土壤的理化性质，以期为该区林木经营以及森林保护提供理论依据。

1 研究地概况

山西庞泉沟自然保护区位于吕梁山脉中段，隶属关帝林区，为国家级自然保护区。区内最高点为主峰关帝山，海拔2 831 m；最低海拔为1 500 m.本试验取样地在吕梁山脉中段的关帝山，其地理坐标为111°21′～111°37′E，37°45′～37°59′N，海拔1 600 m～2 830 m.该地区属于暖温带大陆性山地气候区，年平均气温4.3 ℃，年平均降水量822.6 mm，降雨多发期一般在7月至9月，该时段降水量占全年降水量的83%以上。

关帝林区内优势乔木树种为华北落叶松、油松、云杉、白杄、辽东栎、桦木、红桦以及山杨等，林相较为整齐。由低海拔至高海拔，土壤类型依次为山地褐土、山地淋溶褐土、山地棕壤、亚高山草甸土。由于乔木层的林冠郁闭度不同，林下的灌草层植被明显不同。

2 试验材料与方法

2.1 样地选择

2018年6月至8月，在庞泉沟自然保护区内选取具有代表性的华北落叶松人工林，样地的选择标准为：林下生长状况良好,优势木或亚优势木株数适中,林下更新较好。随机设计100 m×100 m的样地，缓冲区为20 m.

林地土壤基本属性见表1.

2.2 土壤取样

表1 林地土壤基本属性

以左下角为原点，自下而上，自左而右，将整个样地划分为连续的10 m×10 m样方。在每10 m相交的位置都埋设水泥桩，4个角和中心桩为大水泥桩，共5个，边界设小水泥桩，中间是PVC管，用红色记号笔进行标记。

在样地中心及对角线位置共选择9个样方，分别为01,02，……，09，如图1所示。在每个样方内

图1 样地示意图

用土钻钻取30 cm的土壤，从上到下分3层依次取样。装入封口袋中，并记录编号，以01样方为例，编号为01-1，01-2,01-3.将采好的土壤样品打包，带回实验室，经过风干、研磨、过筛之后，留样待测。

2.3 土壤有效养分的测定

2.3.1 土壤物理性质测定

1) 土壤含水量。本试验中，土壤含水量的测定采用风干土样水分的方法进行。测定时，把土壤样品放入到105 ℃的烘箱中，烘烤至样品质量不再发生变化，烘烤前后土壤样品的差值即可代表土壤样品中所含水分的重量。

2) 土壤容重。本试验选用环刀法来测定土壤容重。

2.3.2 土壤化学性质测定

1) 土壤pH的测定。采用电位计法测定，水∶土=2.5∶1.0.

2) 全磷测定。采用氢氧化钠熔融-钼锑抗比色法测定。钼锑抗试剂的有效期为24 h，实验过程中应现配现用。

3) 速效钾的测定。将风干的土壤样品用孔径为2 mm的筛子过筛，然后称取5.0 g(精度要求达到0.01 g)放入浸提瓶中，加入50 mL 1 mol/L的乙酸铵溶液并塞好瓶塞，在振荡器上振荡30 min后，用干滤纸过滤，可直接用火焰光度计来测定滤液中钾的含量，记录检流计的读数。通过查工作曲线可得到待测液中钾(K)的浓度(μg/mL)。

绘制工作曲线：用钾标准系列溶液(0 μg/mL)将火焰光度计上的检流计读数调至零，然后按照浓度由稀到浓的顺序，测定钾标准系列溶液在检流计上的读数。分别以检流计读数和钾溶液浓度(μg/mL)为横纵坐标，在方格纸上绘制工作曲线。

4) 铵态氮的测定。采用2 mol/L KCl浸提-蒸馏法测定。用2 mol/L KCl浸提土壤，把吸附在土壤胶体上的NH4+及水溶性NH4+浸提出来。取出1份浸出液，加入MgO在半微量定氮蒸馏器中蒸馏。然后用H3BO3吸收蒸出的氨，并用标准酸溶液滴定，以此计算土壤的NH4+-N含量。

5) 硝态氮的测定。采用酚二磺酸比色法测定，仪器有分光光度计、瓷蒸发皿、水浴锅。

在蒸干水分的条件下，土壤浸提液中的硝态氮能和酚二磺酸试剂发生化学反应，生成硝基酚二磺酸。该反应产物在酸性介质中为无色，碱化后变成稳定的黄色，一定范围内，黄色随硝态氮含量的增加而加深，随硝态氮含量的降低而变浅，在400 nm～425 nm处(或用蓝色滤光片)可以进行比色测定。酚二磺酸法灵敏度很高，可测出溶液中0.1 mg/L硝态氮,其测定范围为0.1 mg/L～2.0 mg/L.

6) 总碳的测定。实验仪器选用ssm-5000 a有机碳固体分析仪，实验原理是基于非色散红外法。

土样用管式高温炉灼烧产生的二氧化碳，被乙醇-乙醇胺吸取液吸取，用百里酚酞作为指示剂，用乙醇钾标准溶液滴定，可以测出总碳含量。

2.4 数据处理

用Excel软件整理数据，并进行图表绘制。

3 结果分析

3.1 土壤pH的测定

土壤pH值的大小是影响土壤养分有效性的因素之一，也是影响土壤中化学物质在土壤里迁移转化的重要因素之一。样地土壤pH值见图2.

图2 土壤pH值

经过数据分析可知，落叶松人工林土壤pH值在6.4～7.3之间。由图2可以看出，山西庞泉沟落叶松林的土壤为中性偏弱酸性土壤，在适合华北落叶松健康生长的最适土壤范围之内。随土层加深，土壤的pH值增大。

3.2 土壤物理性质的测定

落叶松林土壤含水量及容重见图3.

图3 落叶松林土壤含水量及容重

土壤容重与土壤松紧程度的关系见表2.

表2 土壤容重与土壤松紧程度的关系

试验数据表明，山西庞泉沟落叶松林土壤容重<1.10 g/cm3，较为疏松。说明林地具有较强的蓄水能力，含水量较高。

3.3 土壤总碳的测定

土壤有机碳能够为植物提供生长所需养分，也是土壤微生物维持生命活动的最主要能量来源。同时，土壤有机碳还能改善土壤的理化性质，增强土壤的抗腐蚀能力。样地总碳含量见第25页图4.

图4 总碳含量

由图4可以看出，土层越深，土壤中碳储量越低。这是由于在林分结构比较完整、环境结构相对稳定、地表植物丰富的土壤中，林下枯落物也丰富，土壤的腐殖质层较厚，土壤中有机碳的积蓄也就越丰富。土层表面枯落物多，分解程度高，故而土层表面碳储量相对较高。而随着土层深度增加，由于植物根系生长吸收等方面的原因，碳储量则相对较低。