太行山陡坡阳坡不同坡位土壤水分物理性质差异分析

2023-07-20柳俊明高泽威杨新兵王立成李清泉

乡村科技 2023年9期

柳俊明高泽威杨新兵王立成李清泉

1.保定市满城区苗圃场，河北保定 071000；2.河北农业大学林学院，河北保定 071000

0 引言

太行山绿化工程是国家重点生态建设工程，是保障华北平原及京津地区生态安全的重要屏障。《河北省人民政府办公厅关于科学绿化的实施意见》（冀政办字〔2021〕89 号）提出，目前太行山存在大量的旱瘠山地——陡坡、阳坡、裸露山地、矿山废弃地等，是未来绿化的“硬骨头”“主战场”。水分不足、土壤养分缺乏、土层薄、岩石较多等是影响太行山陡坡阳坡造林成活率和植被恢复的主因，其中土壤水分问题尤为突出。土壤水作为降水、地表水与地下水联系的纽带，是植物生存水分的最主要来源。土壤水分物理性质决定了土壤水资源利用和水土保持效率的高低［1］。只有摸清陡坡阳坡土壤水分物理性质，才能更好地利用有限的水资源，做到适地适树，提高造林成活率［2］。

坡位作为重要的地形因子之一，直接或间接影响土壤水分物理性质［3］。李文政等［4］研究三峡山地不同坡位土壤水分特征曲线发现，坡上土壤渗透性能更强，但持水能力弱，坡中、坡下及坡底土壤持水能力高于坡上。张引等［5］研究发现，冀北山地油松林土壤总孔隙度随海拔的升高先减小后增大。总之，不同坡位的土壤水分物理性质存在一定的差异。笔者选取太行山东麓保定市满城区陡峭的干旱阳坡为试验地，分不同坡位取样测定土壤容重、孔隙度和土壤持水量等指标，分析陡坡阳坡不同坡位土壤水分物理性质差异，为相同立地条件区域的造林绿化提供理论依据。

1 研究区概况

研究区位于河北省保定市满城区，地处东经114°43′20″～115°32′00″、北纬38°43′20″～39°07′00″，地势西北高、东南低；属暖温带半湿润半干旱大陆性季风气候区，雨热同期，年平均气温12.9 ℃，年平均降水量546.5 mm；土壤类型主要为褐土、潮土、草甸土3类。

试验地位于满城区刘家台乡，石灰岩地貌的陡峭阳坡山地，地形支离破碎，沟道纵横。陡坡阳坡山坡相对海拔一般不超过200 m，坡面横宽一般不超过50 m，中上部土层一般不超过30 cm。植被类型为野皂角（Gleditsia microphyllaGordon ex Y. T. Lee）、酸枣［Ziziphus jujubaMill. var.spinosa（Bunge）Hu ex H.F.Chow.］、荆条［Vitex negundoL. var.Heterophylla（Franch.）Rehd.］、卵叶鼠李（Rhamnus bungeanaJ.Vass）、山杏［Armeniaca sibirica（L.）Lam］、山桃［Amygdalus davidiana（Carrière）de Vos ex Henry］等旱生灌木丛状生长，零星分布乔木侧柏［Platycladus orientalis（L.）Franco］。

2 研究方法

2.1 样地概况

试验选取干旱阳坡，在水平方向上等距设置3 条自上而下的样带，分别在样带坡上、中、下挖取土壤剖面，用体积100 cm3环刀分坡位分层取土，即从0～10 cm、10～20 cm、20～30 cm 3 层取样。取样点具体情况如表1所示。

表1 样地基本情况

2.2 试验方法

采用环刀浸泡法进行土壤物理性质测定。先称取样品（环刀+土）质量，然后将环刀有孔的一侧浸入水中，浸泡24 h 后称质量，放在干净沙面上控水2 h 称质量，继续控水至24 h称质量，最后烘干称取环刀和土的总质量。之后分别计算土壤容重、最大持水量、毛管持水量、田间持水量、毛管孔隙度、非毛管孔隙度和总孔隙度［3］。

2.3 数据处理

利用Excel 2010 统计数据，利用SPSS 23.0 进行差异显著性分析。

3 研究结果与分析

3.1 不同坡位土壤容重差异

土壤容重反映土壤疏松程度，容重越小，土壤越疏松。由图1可知，同一土层不同坡位、同一坡位不同土层之间土壤容重均无显著差异。试验地土壤容重在0.87～1.25 g/cm3，比较疏松；平均土壤容重排序为坡中（1.18 g/cm3）＞坡上（1.10 g/cm3）＞坡下（1.02 g/cm3），可能是因为水土流失，表层土在坡下聚集，所以坡下土壤容重最小、更疏松。坡上、坡中土壤容重随土壤深度增加而增加，但是坡下土壤容重随土壤深度增加而减小，是因为坡上人类活动较少，而坡下因人为踩踏、放牧等原因导致上层土壤相对紧实、容重增大。

图1 不同坡位土壤容重

就同一土层不同坡位而言，0～10 cm 层土壤容重排序为坡中＞坡下＞坡上，10～20 cm层和20～30 cm层土壤容重变化规律一致，排序均为坡中＞坡上＞坡下。总体来看，坡下容重最小，土壤更疏松。

3.2 不同坡位土壤孔隙度差异

土壤孔隙是土壤吸收容纳降水的主要场所，同时是为植物生长提供水分和氧气的主要通道。由图2（a）可知，坡上、坡中土壤总孔隙度随土层深度加深而逐渐变小。坡上土壤总孔隙度排序为0～10 cm土层＞10～20 cm 土层＞20～30 cm 土层，各土层之间无明显差异；坡中土壤总孔隙度排序为0～10 cm 土层＞10～20 cm 土层＞20～30 cm 土层，各土层之间无明显差异；坡下土壤总孔隙度排序为10～20 cm 土层＞20～30 cm土层＞0～10 cm 土层，各土层之间无明显差异。就同一土层不同坡位而言，10～20 cm土层和20～30 cm土层土壤总孔隙度排序均为坡下＞坡上＞坡中，0～10 cm 土层排序为坡上＞坡下＞坡中，不同坡位之间均无明显差异。

图2 不同坡位土壤孔隙度

由图2（b）可知，就相同坡位不同土层土壤毛管孔隙度而言，坡上0～10 cm 土层＞20～30 cm 土层＞10～20 cm 土层，0～10 cm 土层土壤毛管孔隙度显著大于10～20 cm 土层、20～30 cm 土层土壤毛管孔隙度，10～20 cm土层、20～30 cm土层之间无明显差异；坡中土壤毛管孔隙度0～10 cm土层＞10～20 cm土层＞20～30 cm土层，差异不显著；坡下土壤毛管孔隙度20～30 cm 土层＞10～20 cm 土层＞0～10 cm 土层，差异不显著。就同一土层不同坡位土壤毛管孔隙度而言，0～10 cm 土层坡上＞坡中＞坡下，无显著差异；10～20 cm土层坡下＞坡中＞坡上，无显著差异；20～30 cm 土层坡下＞坡上＞坡中，无显著差异。

由图2（c）可知，就相同坡位不同土层土壤非毛管孔隙度而言，坡上10～20 cm 土层＞20～30 cm 土层＞0～10 cm 土层，10～20 cm 土层土壤非毛管孔隙度显著大于0～10 cm 土层、20～30 cm 土层土壤非毛管孔隙度，0～10 cm 土层、20～30 cm 土层之间无明显差异；坡中土壤非毛管孔隙度20～30 cm土层＞10～20 cm土层＞0～10 cm 土层，各土层之间无明显差异；坡下土壤非毛管孔隙度10～20 cm 土层＞0～10 cm 土层＞20～30 cm土层，各土层之间差异不显著。就同一土层不同坡位土壤非毛管孔隙度而言，0～10 cm土层坡下＞坡中＞坡上，差异不显著；10～20 cm土层坡上＞坡下＞坡中，差异不显著；20～30 cm 土层坡中＞坡上＞坡下，差异不显著。

3.3 不同坡位土壤持水能力差异

土壤持水量是土壤涵养水源能力的重要体现。由图3（a）可知，坡上和坡中土壤最大持水量随土层深度的增加而逐渐减小，0～10 cm 土层最大，10～20 cm 土层次之，20～30 cm 土层最小，各土层之间无明显差异；坡下土壤最大持水量排序为10～20 cm 土层＞20～30 cm 土层＞0～10 cm 土层，各土层之间无明显差异。就相同土层不同坡位土壤最大持水量而言，0～10 cm土层不同坡位最大持水量排序为坡上＞坡下＞坡中，10～20 cm 土层、20～30 cm 土层最大持水量排序均为坡下＞坡上＞坡中，各坡位之间均无明显差异。

图3 不同坡位土壤持水量

由图3（b）可知，坡上和坡中田间持水量随着土层深度加深而逐渐减小，坡上田间持水量排序为0～10 cm土层＞10～20 cm 土层＞20～30 cm 土层，0～10 cm 土层田间持水量显著大于其他两土层；坡中田间持水量排序为0～10 cm土层＞10～20 cm土层＞20～30 cm土层，无明显差异；坡下20～30 cm 土层田间持水量最大，10～20 cm 土层次之，0～10 cm 土层最小，无显著差异。就相同土层不同坡位田间持水量而言，0～10 cm 土层坡上＞坡中＞坡下，10～20 cm 土层坡下＞坡上＞坡中，20～30 cm土层坡下＞坡上＞坡中，均无显著差异。

由图3（c）可知，坡上和坡中土壤毛管持水量随着土层深度加深而逐渐减小，坡上0～10 cm 土层土壤毛管持水量最大（46.18 g/cm3），10～20 cm 土层次之（32.48 g/cm3），20～30 cm 土层最小（31.90 g/cm3），0～10 cm土层土壤毛管持水量显著多于其他两土壤层；坡中土壤毛管持水量0～10 cm 土层＞10～20 cm 土层＞20～30 cm 土层，无明显差异；坡下土壤毛管持水量20～30 cm土层＞10～20 cm土层＞0～10 cm土层，无显著差异。就相同土层不同坡位土壤毛管持水量而言，0～10 cm土层坡上＞坡中＞坡下，10～20 cm土层坡下＞坡上＞坡中，20～30 cm土层坡下＞坡上＞坡中，均无显著差异。