不同营林管理模式对废弃建设用地复垦后土壤理化性质的影响

吉亚飞 刘泽鑫

摘 要：土壤有机碳对土壤的质量水平有重要作用，为研究废弃建设用地复垦后不同营林管理模式对土壤固碳能力的影响，针对废弃建设用地复垦种植杨树1a后的土壤，分析了自然生长、施肥加灌溉、灌溉、施肥4种营林管理模式下土壤pH值及有机质、全氮、有效磷、速效钾等养分含量的差异，同时研究了有机质与其它养分指标之间的相关性。结果表明：相对于自然生长模式和仅灌溉模式，施肥后表层0～20cm土壤pH值明显下降，相对于自然生长和施肥模式，灌溉后深层80～100cm土壤pH值明显增加;无灌溉模式下0～60cm土层土壤的有机质、全氮、速效钾含量均小于灌溉模式，60cm以下深层土壤则相反;不同模式下土壤有机质与全氮、有效磷、速效钾表现出不同程度的线性相关性。研究结果为建设用地再开发和污损土地修复提供了借鉴。

关键词：营林管理模式;建设用地;土壤;理化性质

中图分类号：S714.2

文献标识码：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20201115024

收稿日期：2020-10-09

基金项目：陕西省土地工程建设集团有限责任公司内部科研项目（项目编号：DJNY2019～3）Symbol`@@

作者简介：吉亚飞（1988-），男，硕士，工程师。研究方向：土地整治工程。

引言

土壤有机碳的动态平衡对土壤生产力起着制约作用，其参与地球生态系统碳循环，土壤碳库的动态变化，更甚者会影响到温室气体密度和全球气候[1，2]。土壤有机碳输入和输出决定土壤有机碳含量[3]，有机质的补充量取决于土壤的腐殖化系数，因此，腐殖化过程影响着土壤有机碳库稳定[4]。土壤腐殖质大约占土壤有机质的50%以上，严重影响土壤结构、土壤水分和养分。所以，土壤腐殖质组分的品质制约着土壤有机碳形成与稳定，面对全球气候、生态等环境问题的严峻形势，土壤腐殖质组分也间接提供了有机碳解决方式[5，6]。

森林作为陆地生态系统的最重要部分之一，在改善区域气候、水分、生物生境方面有着重要作用。森林植物的光合作用吸收CO2、释放氧气改善了局部区域空气质量，其为腐殖物质提供的特殊环境影响林下土壤有机碳、氮等养分的积累，形成巨大的森林土壤碳库[7]。在一定范围内，天然林和人工林的作用相同，因此，对于污损建设用地的土壤有机碳分布特征的研究具有重要意义[8，9]。因不同地区、不同植被环境，其土壤养分水平不尽相同，另外，植被类型差异对其凋落物、根系分布以及对土壤养分的转化能力都可能存在差异[10，11]。所以土壤和植被的关系是相互作用、共同发展的[12，13]。土壤养分中的碳、氮是植物生长所需的主要养分，不仅关乎植物生长状况，还反射出植物对所处环境的适应能力强弱，因此，土壤有机碳含量的高低，不仅代表土壤的质量好坏，还揭示了不同植被土壤固碳能力的不同。

植被参与土壤有机碳库的更新过程影响着土壤有机碳含量变化[14，15]。杨树的适应能力强，根系发达，生长速度快，在拆迁土地上种植较易成活。为此，本研究以相同立地条件为基础，选取拆迁清表后不同营林管理模式下土壤为研究对象，分析不同营林管理模式土壤有机碳等养分的差异，探讨不同营林管理模式下的土壤固碳能力，为污损建设用地的土壤修复和开发提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

试验设置于陕西省西咸新区陕西省土地工程研究院渭北工作站，位于E107°38′～109°10′、N34°9′～35°34′，地势北高南低，呈阶梯状。北部属渭北黄土高原半干旱沟壑区的南缘，南部为渭河盆地，属关中平原的一部分。研究区四季分明，地处暖温带，属大陆性季风气候，四季冷热干湿分明，气候温和，光、热、水资源较丰富，有利于农、林、牧、渔各业发展。全年平均降水量为537～650mm，平均温度9.0～13.2℃。累计年光照时数平均为2017.2～2346.9h，6月、7月、8月3个月的日照时数占全年的32%左右，对夏收作物的成熟和秋收作物的生长发育很有利。北部无霜期为172～205d;南部无霜期为212～223d。

1.2 试验方案

试验区域拆迁清表后种植杨树，为研究不同营林管理模式对土壤理化性质的影响，设置自然生长、施肥加灌溉、灌溉、施肥共4种营林管理模式，种植1a后采集土样进行分析。每种营林管理模式下的试验区域选取3个采样点，用土钻分别取0～20cm、20～40cm、40～60cm、60～80cm、80～100cm的图层剖面采集土壤样品进行土壤理化性质分析。

1.3 测定项目与方法

土壤pH采用酸度计法测定;土壤有效磷采用碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法测定;土壤速效钾采用醋酸銨浸提火焰光度法测定;土壤全氮采用氯化钾溶液浸提凯氏定氮仪测定;土壤有机质采用重铬酸钾外加热法测定。

2 结果与分析

2.1 不同营林模式对土壤pH的影响

图1为试验区域的废弃建设用地复垦清表后，在自然生长、施肥加灌溉、仅灌溉不施肥、仅施肥灌溉共4种营林模式下种植杨树1a后不同土层土壤的pH值。4种营林模式下土壤pH值均大于8.0，对于表层0～20cm土壤，相对于自然生长模式和仅灌溉模式，施肥后土壤pH值明显下降，而对于深层80～100cm土壤，相对于自然生长和施肥模式，灌溉后pH值明显增加。表明施肥可以明显改善表层土壤过碱的现象，灌溉会使盐分随水下移，深层土壤偏碱性。

2.2 不同营林模式对土壤养分的影响

图2显示了不同营林模式下不同土层深度的土壤有机质含量。由图2可以看出，4种营林模式下，表层0～20cm土壤的有机质含量均明显大于20cm以下土壤，对于0～20cm土壤层，不同模式的有机质含量大小依次为仅施肥（23.6g·kg-1）>施肥加灌溉（22.8g·kg-1）>自然生长（14.8g·kg-1）>仅灌溉（13.8g·kg-1），仅灌溉模式的土壤有机质含量比自然生长模式的土壤有机质含量降低6.76%，灌溉加施肥模式的土壤有机质含量比仅施肥模式的土壤有机质含量降低3.39%，原因是部分溶于水的有机质随灌溉进入下层土壤。对于20～40cm和40～60cm土层，施肥加灌溉模式的土壤有机质（10.5g·kg-1、10.2g·kg-1）均大于其它模式下土壤有机质含量。对于仅施肥模式，20～40cm土层的有机质含量（7.91g·kg-1）为表层土壤（23.6g·kg-1）的33.52%，40～60cm土层的有机质含量（6.87g·kg-1）为表层土壤（23.6g·kg-1）的29.11%，而对于施肥加灌溉模式，20～40cm土层的有机质含量（10.5g·kg-1）为表层土壤（22.8g·kg-1）的46.05%，40～60cm土层的有机质含量（10.2g·kg-1）为表层土壤（22.8g·kg-1）的44.74%，同样表明灌溉有利于土壤施肥后养分向深层土壤移动。

图3至图5分别为不同营林模式下土壤全氮、有效磷、速效钾含量对比图。从图3可以看出，灌溉模式下，各层土壤的全氮含量差异相对较小，最小值40～60cm全氮含量（0.46g·kg-1）为最大值0～20cm全氮含量（0.65g·kg-1）的70.77%，其它3种模式下，表层0～20cm土壤全氮含量明显大于其它各层。对于表层0～20cm土壤，各模式下全氮含量大小依次为仅施肥模式（1.60g·kg-1）>施肥加灌溉模式（1.42g·kg-1）>自然生长模式（1.07g·kg-1）>仅灌溉模式（0.65g·kg-1）。在0～20cm、20～40cm土层和40～60cm土层，仅灌溉模式下的全氮含量均小于自然生长模式。表明土壤氮元素随灌溉后水分下移至深层土壤。

图4中表层0～20cm土壤速效钾含量同样明显高于深层土壤，且施肥加灌溉模式下0～20cm土层速效钾含量（227mg·kg-1）小于仅施肥模式（374mg·kg-1），但20cm以下土层中速效钾含量均大于仅施肥模式。

图5中土壤有效磷含量在不同营林模式和不同土层厚度的含量与以上分析其它指标趋势明显不同，推测与施用肥料磷元素含量有关。

2.3 不同营林模式对土壤氮磷钾与有机碳的相关性

图6～9分别显示了自然生长模式、施肥加灌溉模式、仅灌溉模式、仅施肥模式下土壤有机质含量分别与全氮、有效磷、速效钾的线性相关性，拟合度决定系数R平方值见表1。

经分析可知，不同模式下有机质与全氮的拟合度决定系数大小依次为仅施肥模式（0.9993）>施肥加灌溉模式（0.9889）>自然生长模式（0.9112）>仅灌溉模式（0.7999），且前3种模式下决定系数均大于0.9，表现出高度线性相关性。不同模式下有机质与有效磷的拟合度决定系数大小依次为施肥加灌溉模式（0.834）>自然生长模式（0.7603）>仅施肥模式（0.73）>仅灌溉模式（0.1432），施肥加灌溉模式下有机质与有效磷有较好线性相关性，自然生长模式和仅施肥模式次之，仅灌溉模式下二者基本无线性相关性。不同模式下有机质与速效钾的拟合度决定系数大小依次为仅施肥模式（0.9807）>仅灌溉模式（0.9799）>自然生长模式（0.7123）>施肥加灌溉模式（0.5881），仅施肥模式和仅灌溉模式下土壤有机质与速效钾的拟合度决定系数均大于0.95，有较好的线性相关性。对于自然生长模式和施肥加灌溉模式，有机质与三者的拟合度决定系数大小均为全氮>有效磷>速效钾，而对于仅灌溉模式和仅施肥模式，有机质与有效磷的拟合度决定系数均为最小。

3 讨论与结论

通过研究发现，废弃建设用地复垦清表后，在不同营林模式下种植杨树1a后，土壤pH值均大于8.0;相对于自然生长模式和仅灌溉模式，施肥后表层0～20cm土壤pH值明显下降，相对于自然生长和施肥模式，灌溉后深层80～100cm土壤pH值明显增加;施肥加灌溉模式可改善表层土壤过碱的现象。4种营林模式下，表层0～20cm土壤的有机质、全氮、速效钾等养分含量明显大于20cm以下土壤，仅灌溉模式的土壤有机质含量比自然生长模式的土壤有机质含量降低6.76%，灌溉加施肥模式的土壤有机质含量比仅施肥模式的土壤有机质含量降低3.39%，原因是部分溶于水的有机质随灌溉进入下层土壤。对于20～40cm和40～60cm土层，施肥加灌溉模式的土壤有机质均大于其它模式下土壤有机质含量。对比数据表明灌溉有利于土壤施肥后养分向深层土壤移动。不同模式下有机质与全氮的拟合度决定系数除仅灌溉模式外，均大于0.9，表现出高度线性相关性;仅施肥模式和仅灌溉模式下土壤有机质与速效钾的拟合度决定系数均大于0.95，有较好的线性相关性。

研究表明，废弃建设用地复垦后，施用肥料可有效改善表层土壤偏碱的状况;灌溉条件下浅层土壤养分含量小于非灌溉条件，深层土壤养分含量大于非灌溉条件;灌溉有助于养分元素向深层土壤移动，有助于根系较深的植物生长，因此废弃建设用地复垦后需根据种植作物确定合理的营林模式。同时不同营林模式下土壤的有机质含量与其它养分含量呈现不同程度线性相关性。对于林地来说，表层腐殖质是重要的养分组成部分，因此后续研究可以将腐殖质组分作为考虑对象之一，为建设用地再开发和污损土地修复提供借鉴。

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（责任编辑 李媛媛）