滨海盐碱地不同造林模式下土壤肥力特征评价

2022-09-14王合云杨晨辉

现代农业科技 2022年17期

王合云杨晨辉董智

（1聊城市水利勘测设计院，山东聊城 252000；2山东农业大学林学院，山东泰安 271018）

土壤是地球生物圈的重要组成部分，是农业和自然生态系统的基础。因为土壤对可持续发展有重要作用，所以土壤质量在世界范围内受到社会各界的广泛关注[1-2]。土壤质量是特定类型土壤在自然或农业生态系统范畴内保持动植物生产力、保持或改善大气和水的质量以及保持人类健康和居住的能力[3]，是在土壤不同功能间寻求平衡和综合而确定的土壤本身的内在属性，是土壤肥力大小和优劣程度的综合量度[4]。土壤质量评价是土壤质量研究的基础和重要内容之一。土壤作为生态系统的一部分，其质量评价提供了一种评价人类管理决策对环境直接和间接影响的有效方法[3]。土壤质量评价可以直接或者间接反映生态系统的变化，也可以反映人类干扰所产生的效应，是评价土壤管理方式的必要工具。

土壤质量评价根据已知的土壤外部性质对土壤内在属性进行量化表达，因而土壤质量的综合评价必须建立在不同土壤属性阈值与最适值的基础上。目前，国际上比较常用的评价方法有多变量指标克立格法（MVIT）、土壤质量动力学方法、土壤质量综合评分法以及土壤相对质量评价法等[5-6]。随着地统计学、GIS技术、模糊数学以及计量经济学等在土壤质量评价中的应用，土壤质量评价方法已呈多样化发展[7-9]，评分法、分等定级法、模糊评判法、聚类分析法以及地统计学相关方法[10-12]也经常用到，使用者可以根据评价对象、功能以及范围选择适宜的评价方法。

滨海盐碱地土壤含盐量高且土壤水分有效性差，是该地区植被分布、造林成活率及林木生长最为主要的限制因子[13]。为揭示黄河三角洲滨海盐碱地不同造林模式对土壤质量的改良状况，以沾化区下洼镇枣旺林场盐碱地的8种造林模式林地及对照空地为研究对象，研究不同造林模式下的土壤基本理化性质和盐碱化特征，对土壤肥力性质进行综合评价，为进一步研究该地区盐碱运移规律、盐碱化土壤有效改良利用和造林树种选择提供参考。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究区为山东滨海盐碱地生态造林项目区，位于山东省滨州市沾化区西部的下洼镇枣旺林场，地理坐标为北纬 37°43′92″、东经 118°02′07″。研究区属暖温带半干旱东亚季风区，多年平均温度12℃，平均降水量610.3 mm，降水多集中于6—9月，年蒸发量为2 095.1 mm，多年平均日照时数为2 699 h。多年平均大风日数为21 d，多在3—5月发生。研究区地势平坦，地貌类型为黄河冲积平原浅平洼地，海拔1.6～2.4 m。土壤类型为盐化潮土，平均含盐量在0.3%～1.0%之间，局部地块高达2.0%～3.0%，pH值>7.5。盐分阴离子以 Cl-、SO42-为主，阳离子以 Na+为主。

选取研究区内8种造林模式林地为研究对象，分别为桑树（Morus alba L.）、白蜡（Fraxinus chinensis Roxb）、紫穗槐（Amorphafruticosa Linn.）、杨树（Populus spp.）、冬枣（Zizyphus jujube Mill）、刺槐（Robinia pseucdoacacia L.）、榆树（Ulmus pumila L.）和柽柳（Tamarixchinensis Lour.）。各树种调查时苗龄为5年，每年进行除草、松土、灌溉等工作。造林前各地块均为荒地，植被盖度<10%，土壤质地为粉质壤土，土壤容重为 1.51～1.65 g/cm3，有机质、全氮、全磷、全钾质量分数分别为 0.21%、0.62‰、0.51‰、0.59‰。各树种的生长状况如表1所示。

表1 研究区不同造林模式树种生长状况

1.2 土壤采集方法

选取8种造林地及距造林地150 m外的空地为研究对象，每种林分设立3个地块，在每个地块内选择有代表性的地段设立0.1 hm2的固定标准地。根据造林树种根系生长与分布状况，每个地块内选取3个样点，按 0～20 cm、20～40 cm 和 40～60 cm 深度取土样500 g带回室内自然风干。挑去石块、根茎及各种新生体和侵入体，再将土样碾碎，过2 mm、1 mm、0.25 mm和0.149 mm的土壤筛，测定土壤理化性质。

1.3 土壤质量指标的测定

土壤容重采用环刀浸水法测定；pH值采用雷磁pH计电位计法测定；有机质采用重铬酸钾外加热氧化法测定；全氮采用凯氏定氮法测定；全磷采用硫酸-高氯酸-钼锑抗比色法测定；全钾采用NaOH碱熔-火焰光度法测定；交换性Na+采用NH4OAc-NH4OH火焰光度法测定；阳离子交换量（CEC）采用乙酸钠-火焰光度法测定；总碱度为HCO3-和CO32-的质量分数之和，HCO3-和CO32-采用双指示剂法测定；碱化度（ESP）为交换性Na+占阳离子交换量的百分率，即ESP（%）=交换性 Na+（cmol/kg）/阳离子交换量（cmol/kg）×100[14]；土壤全盐量采用残渣烘干-质量法测定（浸提液土∶水=1∶5）。

1.4 参数标准化

土壤质量指标之间不可直接加和，应进行标准化处理，消除各参数之间量纲的差别。常见的标准化方法中有除以标准差或一个丰富级标准等，这些方法存在可比性较差的缺点。本文将采用下列方式计算：

当因子的测定值属于“极差”级时，即Xi≤Ximin，Pi=Xi/Ximin（Pi＜1）；当因子的测定值属于“差”级时，即Ximin＜Xi≤Ximid，Pi=1+（Xi-Ximin）/（Ximid-Ximin）（1≤Pi＜2）；当因子的测定值属于“中等”级时，即 Ximid＜Xi≤Ximax，Pi=2+（Xi-Ximid）/（Ximax-Ximid）（2≤Pi＜3）；当因子的测定值属于“良好”级时，即 Xi＞Ximax，Pi=3。式中：Pi为单质量指数，Xi为某因子的测定值，Ximin为“差”级分级标准，Ximid为“中等”级分级标准，Ximax为“良好”级分级标准，i为因子。各因子的分级标准（表2）主要参照第二次全国土壤普查标准。

表2 土壤各属性因子分级标准

1.5 综合肥力系数计算

本文采用修正的内梅罗（Nemerow）公式计算综合肥力系数：

式中：Q为土壤综合肥力系数，Pi为土壤各属性分肥力系数平均值，Pimin为土壤各分肥力系数中的最小值，n为参评土壤属性的项数。

此公式用Pimin代替了原内梅罗公式中的Pimax，并加上修正项（n-1）/n，一方面突出了土壤属性因子中最差的一个因子对肥力的影响，反映了作物生长的最小因子定律；另一方面提高了该评价结果的可信度，参与评价的因子越多，（n-1）/n的值越大，可信度越高。将土壤各分肥力系数分别假定为3、2和1，计算得出对应的综合肥力系数分别为2.571、1.714和0.857。当某土壤肥力系数Q≥2.571时，表示土壤很肥沃；当1.714≤Q＜2.571时，表示土壤肥沃；当0.857≤Q＜1.714时，表示土壤肥力水平一般；Q＜0.857时，表示土壤贫瘠。

1.6 数据处理与分析

依据上述方法进行参数标准化，全部数据采用软件Excel 2007和SPSS 17.0处理。运用内梅罗综合指数法进行土壤肥力特征评价，以揭示不同造林树种对土壤质量的改良状况。

2 结果与分析

2.1 不同造林模式下土壤理化性质分析

由表3可以看出，不同造林地土壤容重平均为1.36 g/cm3，比空地降低10%；不同造林地及空地的土壤pH值均在7.9以上，呈碱性；有林地土壤有机质、全氮、全磷、全钾的含量均比空地高，其均值分别为6.49、1.14、1.20、7.17 g/kg，比空地分别提高了 206%、78%、122%、19%；紫穗槐、柽柳、榆树和杨树林地土壤阳离子交换量高于空地；有林地的碱化度均高于空地；紫穗槐林地的平均碱化度最大，平均交换性Na+质量摩尔浓度最高；有林地土壤全盐量比空地平均降低46%～66%。

表3 不同造林模式下土壤理化性质

2.2 不同造林模式下土壤肥力特征评价

在生产应用上，常用有机质和养分含量的多少来衡量土壤肥力的高低[15]。土壤生产质量评价应尽量考虑与土地生产力有关的土壤性状。土壤养分状况与植物生产及产量有着极密切的关系。根据该地区土壤特点，选取了对植物生长发育影响较大的几个因素，包括土壤容重、pH值、有机质、全氮、全磷、全钾及阳离子交换量，构成评价因子（表4）。

表4 不同造林模式下土壤肥力指标标准化

应用修正的内梅罗综合指数法对8种不同造林模式林地及空地土壤肥力进行综合评价，结果如表5所示。可以看出，8种不同造林模式下，有林地最小分肥力系数、平均分肥力系数以及综合肥力系数均比空地高，但是存在一定的差异。有林地最小分肥力系数在0.532～0.775之间，平均为0.621，比空地增长了1.93倍；紫穗槐林地增长最多，比空地增长了2.66倍；柽柳林地增长最少，比空地增长了1.51倍。有林地平均分肥力系数比空地提高了36%；刺槐林地增长最多，比空地提高了65%，平均分肥力系数为1.737；其次是冬枣林地，比空地提高了44%，平均分肥力系数为1.517；柽柳林地增长最少，比空地提高了10%，平均分肥力系数为1.158。有林地土壤综合肥力系数在0.772～1.151之间，平均为0.945；刺槐林地综合肥力系数最高，但是仍未超过1.714，即土壤肥力处于一般水平；榆树林地和柽柳林地土壤肥力贫瘠。不同造林地的综合肥力系数排序如下：刺槐林>冬枣林>桑树林>杨树林>紫穗槐林>白蜡林>榆树林>柽柳林>空地。不同造林模式林地土壤的最小分肥力系数均是有机质，说明该地区土壤中的有机质含量缺乏。