榆林市樟子松人工林土壤养分特征

2024-02-26白晓霞崔洁周千强齐凯乐

湖北农业科学 2024年1期

白晓霞崔洁周千强齐凯乐

摘要：為进一步探明陕西省榆林市樟子松人工林的土壤养分变化特征，以5年生樟子松（Pinus sylvestris L. var. mongolica Litv.）纯林和5年生樟子松-胡枝子（Lespedeza bicolor Turcz.）混交林为研究对象，分析土壤有机质、硝态氮、有效磷、速效钾等理化指标以及土壤酶活性的变化特征。结果表明，樟子松纯林和樟子松-胡枝子混交林土壤有机质、有效磷和速效钾含量整体上均随着土层深度的增加呈下降趋势，全磷含量均随着土层深度的增加呈先升高后降低的趋势，硝态氮含量则均随着土壤深度的增加而增加，5个指标均表现为樟子松-胡枝子混交林高于樟子松纯林，且樟子松-胡枝子混交林各层土壤有效磷含量均显著高于樟子松纯林（P<0.05）；樟子松纯林和樟子松-胡枝子混交林土壤含水率各土层间差异均不显著，樟子松-胡枝子混交林5～15 cm土层土壤含水率含量显著高于樟子松纯林（P<0.05）；樟子松纯林和樟子松-胡枝子混交林土壤碱性磷酸酶活性、过氧化氢酶活性、脲酶活性均随着土层深度的增加而降低，且樟子松-胡枝子混交林过氧化氢酶活性和脲酶活性在各土层均显著高于樟子松纯林（P<0.05）。

关键词：樟子松（Pinus sylvestris L. var. mongolica Litv.）；纯林；混交林；土壤理化指标；酶活性；榆林市

中图分类号：S791.253；S151.9+5 文献标识码：A

文章编号：0439-8114（2024）01-0047-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2024.01.008 开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Soil nutrients characteristics of Pinus sylvestris L. var. mongolica Litv. plantation in Yulin City

BAI Xiao-xia， CUI Jie， ZHOU Qian-qiang， QI Kai-le

（School of Life Sciences， Yulin University， Yulin 719000， Shaanxi， China）

Abstract： In order to investigate the characteristics of soil nutrient changes of Pinus sylvestris L. var. mongolica Litv. plantation in Yulin City， Shaanxi Province， a 5-year-old pure plantation and a 5-year-old mixed plantation of P. sylvestris L. var. mongolica Litv. were selected as the research objects， and the changes of soil organic matter， nitrate nitrogen， available phosphorus， available potassium， and soil enzyme activity were analyzed. The results showed that the contents of soil organic matter， available phosphorus and available potassium in pure forest of P. sylvestris var. mongolica Litv. （abbreviated as pure forest） and mixed forest of P. sylvestris L. var. mongolica Litv. and Lespedeza bicolor Turcz. （abbreviated as mixed forest） decreased with the increase of soil depth， the content of total phosphorus increased first and then decreased with the increase of soil depth， and the content of nitrate nitrogen increased with the increase of soil depth. The five indexes showed that the mixed forest was higher than that of pure forest， and the content of available phosphorus in each layer of mixed forest was significantly higher than that of pure forest （P<0.05）. The soil moisture content between different soil layers was no significant in pure forest and mixed forest， and the soil moisture content of 5～15 cm soil layer in mixed forest was significantly higher than that in pure forest （P<0.05）. The soil alkaline phosphatase activity， catalase activity and urease activity of pure forest and mixed forest decreased with the increase of soil depth， and the catalase activity and urease activity of mixed forest were significantly higher than those of pure forest in each soil layer （P<0.05）.

Key words： Pinus sylvestris L. var. mongolica Litv.； pure forest； mixed forest； soil physical and chemical index； enzyme activity； Yulin City

收稿日期：2023-09-05

基金项目：陕西省科技厅一般项目（2021JQ-831）；陕西省科技厅计划项目（2019JQ-904）；榆林市科技局产学研合作项目（CXY-2022-90）

作者简介：白晓霞（1984-），女，陕西榆林人，讲师，硕士，主要从事园林植物应用研究，（电话）15596000177（电子信箱）baixiaoliu@126.com。

土壤是植物生长的重要环境，不仅能够辅助根部固定植株，也可为植物根系保温、保湿并提供养分等［1］。植物生长过程所必需的养分主要来自土壤，土壤是决定植物生长发育的先决条件［2］，优质的土壤条件能促进植物根部的生长，从而促进整个植株的生长发育，而不良的土壤环境则可能限制植物的正常生长［3］。

樟子松（Pinus sylvestris L. var. mongolica Litv.）为松科松属植物，生长速度快，具备良好的耐旱性，耐寒性和耐瘠薄性以及比较强的适应性，能够防风固沙、保持水土，是中国防护林工程领域重要的造林树种［4］。1964年，榆林市林业部门从樟子松原产地内蒙古呼伦贝尔市红花尔基镇引进并栽植了200多株樟子松林［5］，开辟了榆林市引种栽植樟子松的先河。半个世纪以来，引种樟子松在三北防护林建设、水土保持领域发挥了极大的生态价值与社会价值，然而，自20世纪90年代以来，樟子松人工固沙林却开始大面积衰退乃至枯死［6］。研究表明，樟子松早衰可能与土壤有机质有关，樟子松人工纯林中，不仅土壤有机质含量低，N、P、K含量也较低，导致林木地上部分生长速度缓慢，出现枯梢甚至生命周期缩短现象。与纯林相比，樟子松人工混交林生态效益更高，混交林长势良好，早衰得到了控制和缓解［7，8］。混交林可充分利用不同树种间的相互作用，在减少林木病蟲害的发生、提高林副产品质量、快速实现造林效益方面发挥着积极的作用。胡枝子（Lespedeza bicolor Turcz.）作为豆科植物，具有固氮作用，能够与根瘤菌共生，根瘤菌能够吸收空气中的氮气并转化为氮肥，供植物使用［9］。为阐明樟子松人工纯林和混交林的土壤环境特征，以土壤理化性质为切入点，研究不同林区土壤的养分含量、酶活性等指标，通过比较分析樟子松人工纯林与樟子松-胡枝子混交林的土壤环境，揭示混交措施对人工林土壤的作用机制，为樟子松人工林的可持续发展提供理论基础。

1 研究区概况

研究区位于陕西省榆林市榆阳区榆林学院实训基地。研究区地块地形平坦，土壤为沙壤土，孔隙大。区域内夏季炎热冬季寒冷，属于半干旱大陆性季风气候，该地块年平均气温达9.1 ℃，海拔1 080 m，光照充足，热量充沛，降雨偏少，年均日照时数为 2 914 h，年蒸发量为2 502 mm，年均降水量为385.5 mm。雨量分布不均，干湿交替明显，盛行西北风。区内以非地带性沙壤土为主，地表土壤结构疏松，保水性较差，土壤肥力偏低［10］。研究植物为樟子松纯林、樟子松-胡枝子混交林。

2 研究方法

2.1 标准样地设置及概况

经过前期调研与实地考察，于2022年4月在榆林红石峡沙地森林公园苗木基地购置样本樟子松幼苗200株，移栽到试验地，移栽之前在土壤内加入适量的腐熟有机肥，配制成与原土质相近的沙壤土，植物根部使用原有土壤，移栽好后，划分为2个试验小区。2022年8月，从榆林红石峡沙地公园挖取胡枝子苗木100株，将挖取的胡枝子苗移栽至其中一个试验小区，移栽后，对胡枝子苗木进行适度遮光处理，缓苗20 d后，统一管理，并观察记录植物生长状况。

2.2 样品的采集与处理

2023年4月，选择樟子松株高相差不大、生长状况相似的樟子松纯林和樟子松-胡枝子混交林，设置标准样地，各设6块，每块样地面积为3 m×3 m。确定取样点后，用铁锹沿着取样点侧面挖深30 cm的坑，使用环刀从上至下，分别在0～5 cm、5～15 cm、15～25 cm土层取土，每个样点取土3次，将土样装入干净的塑封袋封好口并做好标记，共计18个土样带回实验室冷藏储存，以备使用。样地基本概况见表1。

2.3 测定指标与方法

2.3.1 土壤含水率测定采用烘干法测定土壤含水率。将采集的土壤放置在已编号的铝盒内，土壤充满铝盒后，测定铝盒+新鲜土壤的质量（W1），之后将充满新鲜土样的铝盒置于37 ℃烘箱内，烘干24 h再测定铝盒+土壤的质量（W2），并测定铝盒的质量（A），计算得出土壤含水率（S），公式如下。

S=（W1-W2）/（W1-A）×100% （1）

2.3.2 土壤养分指标测定在实验室内对所收集的土壤样品进行养分含量的检测。主要测定指标有土壤硝态氮、有效磷、有机质、全磷、速效钾的含量。土壤硝态氮含量采用氯化钾浸提法测定；有效磷含量采用双酸浸提-钼锑抗比色法测定；有机质含量采用重铬酸钾容量法（也称外加热法）测定；全磷含量采用NaOH熔融法-钼锑抗比色法测定；速效钾含量采用NH4OAc-火焰光度计法测定［11］。

2.3.3 土壤酶活性指标测定土壤碱性磷酸酶活性采用磷酸苯二钠比色法测定；过氧化氢酶活性采用高锰酸钾滴定法测定；脲酶活性采用苯酚钠-次氯酸钠比色法测定［12，13］。

2.4 数据分析

使用Excel 2022软件进行数据统计之后，采用SPSS 18.0软件进行回归分析［14］。采用单因素方差分析法对不同类型樟子松林土壤的养分含量和酶活性进行差异显著性检验（α=0.05）。

3 结果与分析

3.1 不同类型樟子松人工林对土壤有机质含量的影响

土壤有机质泛指土壤中来源于生命的物质，它是土壤固态部分的重要组成成分，同时也是土壤中微生物生命活动的能源，不仅能改善土壤结构，而且在一定程度上可反映土壤的健康状况［15］。由图1可知，随着土层深度的增加，樟子松纯林、樟子松-胡枝子混交林土壤有机质含量均随着土层深度的增加呈降低趋势。5～15 cm、15～25 cm土层深度，樟子松-胡枝子混交林土壤有机质含量高于樟子松纯林，表明樟子松-胡枝子混交林能够在表层以下提高土壤的有机质含量。

3.2 不同类型樟子松人工林对全磷含量的影响

全磷是土壤中各种形态磷含量之和。全磷含量受土壤母质、成土作用以及施肥等因素的影响［16］。由图2可以看出，樟子松-胡枝子混交林和樟子松纯林土壤全磷含量均随着土层深度的增加呈先升高后下降的趋势，在5～15 cm土层，樟子松-胡枝子混交林土壤全磷含量达最大值，为0.45 g/kg，显著高于纯林的0.36 g/kg（P<0.05），表明5～15 cm土层有利于磷元素的形成和积累，且樟子松-胡枝子混交林土壤更有利于土壤全磷的形成和积累。

3.3 不同类型樟子松人工林對土壤硝态氮含量的影响

硝态氮是土壤全氮的重要组成部分，是指硝酸盐中所含有的氮元素，土壤中的有机物经分解之后，生成的铵盐被氧化转变为硝态氮［17］。由图3可知，樟子松-胡枝子混交林和樟子松纯林土壤硝态氮含量均随着土层深度的增加而增加，表明在地下15～25 cm深度，樟子松幼苗和胡枝子根系较发达，硝态氮含量较表层有所增加；另外，0～5 cm、15～25 cm土层，樟子松-胡枝子混交林土壤硝态氮的含量均显著高于樟子松纯林（P<0.05），表明胡枝子可有效提高土壤硝态氮含量。

3.4 不同类型樟子松人工林对土壤有效磷含量的影响

有效磷是指土壤中能被植物吸收利用的磷的总称，有效磷含量的多少可反映出土壤磷素养分供应水平的高低。由图4可知，樟子松纯林和樟子松-胡枝子混交林土壤有效磷含量整体上随着土层深度的增加而降低，且樟子松纯林各层土壤有效磷含量均显著低于樟子松-胡枝子混交林（P<0.05）。5～15 cm土层，樟子松-胡枝子混交林土壤有效磷含量达最大值，为6.48 mg/kg。

3.5 不同类型樟子松人工林对土壤速效钾含量的影响

速效钾是指土壤中易被植物吸收利用的钾素，主要包括土壤交换性钾［18］。由图5可知，总体上，土壤速效钾含量随着土层深度的增加呈下降趋势，这与土壤有机质含量的整体变化趋势一致。樟子松纯林土壤不同深度速效钾含量均低于樟子松-胡枝子混交林，表明樟子松-胡枝子混交林更有利于土壤速效钾的形成。

3.6 不同类型樟子松人工林对土壤酶活性的影响

由表2可知，樟子松-胡枝子混交林土壤碱性磷酸酶、过氧化氢酶、脲酶活性均高于樟子松纯林，且樟子松-胡枝子混交林和樟子松纯林土壤酶活性均随着土层深度的增加呈降低趋势。樟子松-胡枝子混交林不同土层碱性磷酸酶活性变化不显著，5～15 cm、15～25 cm土层脲酶活性较0～5 cm土层显著下降（P<0.05），15～25 cm土层过氧化氢酶活性较0～15 cm土层显著下降（P<0.05）。樟子松纯林15～25 cm土层碱性磷酸酶活性较樟子松-胡枝子混交林显著下降（P<0.05），各土层樟子松-胡枝子混交林过氧化氢酶和脲酶酶活性较樟子松纯林显著提高（P<0.05）。

3.7 不同类型樟子松人工林对土壤含水率的影响

影响土壤含水率的因素是多方面的，除受当地降水、蒸发条件制约外，土壤性质、植物种类、地下水埋深以及灌溉排水条件等都会影响土壤含水率［19-21］。由图6可知，樟子松纯林和樟子松-胡枝子混交林土壤含水率各土层间差异均不显著。各土层土壤含水率均表现为樟子松-胡枝子混交林大于樟子松纯林，且在5～15 cm土层差异达显著水平（P<0.05）。

4 小结

本研究结果表明，与樟子松纯林相比，樟子松-胡枝子混交林各土层的含水率更高。樟子松-胡枝子混交林和樟子松纯林土壤有机质含量均随着土层深度的增加呈降低趋势，0～5 cm土层以下，樟子松-胡枝子混交林土壤有机质含量高于樟子松纯林，但差异不显著。樟子松-胡枝子混交林土壤全磷含量均随着土层深度的增加呈先升高后降低的趋势，全磷含量在5～15 cm土层显著高于樟子松纯林（P<0.05）。樟子松-胡枝子混交林有效磷含量在各个土层均显著高于樟子松纯林（P<0.05）。樟子松-胡枝子混交林土壤硝态氮含量随着土层深度的增加而增加，且0～5 cm和15～25cm土层硝态氮含量显著高于樟子松纯林（P<0.05）。速效钾含量随着土层深度的增加呈下降趋势，与土壤有机质含量的整体变化趋势一致。樟子松纯林与樟子松-胡枝子混交林土壤酶活性均随着土层深度的增加而逐渐降低，并且在同一土层深度下，樟子松-胡枝子混交林土壤酶活性高于樟子松纯林，15～25土层樟子松纯林碱性磷酸酶活性较樟子松-胡枝子混交林显著下降（P<0.05），各土层樟子松-胡枝子混交林过氧化氢酶和脲酶活性均显著高于樟子松纯林（P<0.05）。

5 讨论

不同类型樟子松人工林土壤有机质含量随着土层深度的增加呈逐渐下降的趋势，这与一般森林土壤养分含量的变化情况相同［22，23］。地上部分凋落物的分解转化使养分聚集于土壤表层，但是随着土壤深度的增加，能被转化利用的成分减少，在2种因素的共同影响下，土壤表层有机质含量高［24］。

土壤全磷、有效磷、硝态氮、速效钾含量在不同类型樟子松人工林土壤中表现出一定的差异。本研究结果显示，速效钾含量与有机质含量变化趋势相同，在0～5 cm土层达最高值，这是因为钾元素的产生主要依赖于有机物的分解和土壤母质的风化，这与其他研究结果［11］一致；硝态氮含量随着土层深度的增加而增加，且0～5 cm和15～25 cm土层樟子松-胡枝子混交林含量显著高于樟子松纯林（P<0.05），说明胡枝子根系发挥了固氮作用，有利于深层土壤氮元素的形成和积累；全磷含量呈先升高后降低的趋势，该结果可能与土壤酶活性和含水率相关，下一步应进行土壤养分含量与酶活性及土壤含水量的相关性分析。

土壤酶种类和活性是影响土壤养分的重要因素。由于土壤内释放和分泌的酶种类、活性差异以及酶参与物质能量转化方式的差异，形成了土壤酶活性在不同土层深度的空间特性［25-27］。本研究结果显示，樟子松-胡枝子混交林土壤碱性磷酸酶活性在15～25 cm土层显著高于樟子松纯林（P<0.05），过氧化氢酶和脲酶活性在各土层均显著高于樟子松纯林（P<0.05）。

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