柯柯牙地區不同林齡新疆楊防護林土壤養分變化

李 萍，王 德，馬亞斌，鄧成華

(新疆理工學院，新疆 阿克蘇 843100)

植被營建與保護恢復是防風固沙、改善土壤養分狀況的根本性最有效手段[1]，在地表裸露、植被狀況極差的新疆沙漠地區更是如此。不同林齡林地改善土壤養分狀況的效果不盡相同，侍世玲[2]研究發現不同林齡沙棗防護林不同土層pH值總體波動小，沙棗林地養分元素受林齡和土層深度影響明顯，表現為隨林齡增加其養分含量顯著提高，且沿土壤剖面垂直遞減，呈現一定的表聚現象。而覃文娟[3]對桉樹人工林的研究發現土壤養分含量隨連栽代次增加逐漸降低，土壤pH值、有機質含量、速效磷、速效鉀含量均為二代林低于一代林，且隨著林齡增加，土壤pH值、有機質含量、氮素、鉀素等養分隨林齡呈先增后減變化。同樣，李鵬[4]等研究發現，林齡對土壤養分具有顯著影響，土壤pH值隨林齡增加呈先增后減趨勢，而土壤有機碳、全氮、全磷和速效鉀等養分隨林齡呈先減后增的U形變化，中林齡土壤養分狀況最佳。為最有效發揮林木改善林地土壤養分的功能，準確評估柯柯牙造林效果，給造林和林地管理提供依據，有必要對不同林齡的人工林養分及鹽堿離子含量進行研究。

新疆楊耐干旱鹽堿，對土壤要求不嚴，吸附浮塵能力強，是新疆南部各綠洲防護林的最主要造林樹種。新疆阿克蘇地區自然環境惡劣，沙塵暴、冰雹、干旱等災害性天氣頻發，為根治風沙危害，改善人居條件和生態環境，保障社會經濟健康發展，自1986年起[5-7]，在風沙策源地柯柯牙利用新疆楊持續植樹造林，至今已有30余年，共完成防護林人工造林8.02萬公頃，與經濟林一同構成了強大的綠色屏障，使塔里木河流域、阿克蘇地區生態環境條件明顯改善，有效促進了產業結構調整和農民增收增效[8]。迄今柯柯牙防護林研究主要集中在防風固沙[9]、生態服務功能[10-12]等方面，改善林地土壤效果未見研究報道，為此我們對不同林齡新疆楊防護林的土壤理化指標進行了測定研究。

1 研究區概況

研究地點位于塔克拉瑪干沙漠北緣的阿克蘇市和溫宿縣東北城郊，該地區屬暖溫帶干旱型氣候，年均蒸發量1 900～2 600 mm，年均降水量為56.7 mm，年均日照時間為2 854 h，無霜期為211 d，主要防護林類型有新疆楊、蘋果、香梨、核桃、紅棗、葡萄等，土壤類型主要是棕漠土(主要為沙土、沙壤土、黏土、重黏土、鹽堿土)。

2 研究方法

2020年10月野外采樣，樣地分別選擇定植于1987、2008、2017年的新疆楊林地，林齡分別為 33、12、3 a，對照樣地為同地段的裸露沙地。每個林齡設置3個有代表性的樣地，在每個樣地按基本等間距、株行距交叉點的方法選擇3個樣點，每個樣點按0～20、20～40、40～60 cm分層采集土樣，每個樣地的不同層土樣按基本等量混合均勻并選取約1 000 kg裝入自封袋、標記信息，帶回實驗室預處理，以備測定用。

土壤含水量、pH值、全鹽、速效磷、速效鉀、有機質、鈉離子等指標按照標準或常用方法[13]測定。其中樣地的基本特征如表1。

表1 新疆楊防護林概況

3 結果與分析

3.1 不同林齡林地的土壤pH值變化

土壤pH值是影響植物是否可生存和生長狀況的主要影響因子之一，pH值過低或過高都對植物不利。不同林齡土壤都呈堿性，總體而言，垂直結構上各林齡新疆楊土壤及對照土壤的pH值不存在顯著性差異(P>0.05)。在0～20 cm的表層土中，裸露沙土的pH值顯著高于3 a生和12 a生新疆楊土壤，但卻顯著低于33 a生新疆楊土壤。規律同時可見于20～40 cm和40～60 cm兩個土層深度，但裸露沙土與33 a生新疆楊土壤不存在顯著性差異。表明新疆楊防護林幼護期降低了土壤pH值即堿性，改善了土壤堿性環境，但隨著林齡的增加，土壤pH值逐漸升高直至與裸露沙土保持一致。

3.2 不同林齡林地的土壤全鹽含量變化

土壤全鹽含量隨林齡增長表現出增長的趨勢，33 a生新疆楊土壤全鹽含量達到最大值(2.42±0.14) g·kg-1，是裸露沙土全鹽含量的1.5倍以上，是3 a生新疆楊土壤全鹽含量的2倍以上，而3 a生和12 a生新疆楊土壤全鹽含量均低于裸露沙土。垂直方向上，表層土壤全鹽含量均表現為最高，3、12、33 a生防護林土壤表層土壤全鹽含量分別達到各自均值的1.5、1.果強烈，伴隨防護林種植年6、1.0倍，表明20 cm以上受鹽分表聚作用強烈，各林齡土壤表層的全鹽含量變化規律顯著，3 a生林地鹽分表聚效限的增加，表層鹽含量將下降至穩定水平。

表2 不同林齡新疆楊林地土壤pH值、全鹽和鈉離子含量

3.3 不同林齡下土壤鈉離子濃度變化

鈉離子含量伴隨種植年限增加而增加，33 a生新疆楊林地土壤鈉離子含量達到(317.4±7.4) mg·kg-1，達到對照土壤的1.83倍，3 a生和12 a生新疆楊林地土壤鈉離子含量分別為(78.3±1.1)、(80.6±0.6) mg·kg-1，比裸露土壤分別降低了54.9%、53.6%，表明在新疆楊防護林種植初期，土壤鈉離子濃度顯著下降，土壤含鹽量降低，一方面，由于人工管護諸如人工灌溉等措施引起土壤含鹽量稀釋；另一方面新疆楊防護林幼齡期處于生理生長需求，造成鈉離子的吸收利用較多，在一定程度上降低了土壤鈉離子含量。但隨著林齡增加，新疆楊對水分需求更大，對鈉離子的利用減弱，反而加劇了鈉離子的集聚。

3.4 不同林齡下土壤有機質含量的變化

土壤有機質是土壤中各種營養元素特別是氮、磷的重要來源。土壤有機質含量是土壤肥力高低的重要指標[14]。由表3知，隨著新疆楊林齡的增長有機質含量均顯著增加(P>0.05)，各林齡土壤中有機質含量均高于對照土壤，含量依次為：33 a[(10.67±0.3) g·kg-1]>12 a生[(2.74±0.32) g·kg-1]>3 a生[(2.22±0.29) g·kg-1]。隨著新疆楊防護林林齡的增加，每年秋冬季節大量落葉、枯枝等進入土壤，在微生物及水熱條件的作用下分解腐熟，使得土壤中的有機質含量增加。

3.5 不同林齡下土壤速效磷、速效鉀含量的變化

土壤速效養分是土壤供給植物的前肥力[15]，是土壤肥力評價的重要指標。由表3看出，定植新疆楊的土壤速效磷、速效鉀養分含量均高于對照土壤。33 a生新疆楊防護林土壤速效磷、速效鉀的含量達到最大，分別為(2.67±0.38)mg·kg-1和(438.8±2.0)mg·kg-1，分別是裸露土壤的5.56和3.38倍；12 a生新疆楊的土壤速效磷和速效鉀含量次之，分別是裸露土壤含量的3.19和1.23倍；而3 a生新疆楊土壤速效磷和速效鉀含量分別是裸露土壤含量的2.98和1.19倍。土壤速效磷和速效鉀的含量均隨著林齡的增大呈現增加趨勢，這與不同林齡新疆楊對土壤養分的吸收有關。

3.6 土壤養分因素的相關性分析

土壤養分各因素之間的相關性關系見表4。土壤全鹽與土壤速效鉀、有機質、鈉離子、土壤含水量和土壤pH值均成顯著性正相關。土壤速效磷與土壤速效鉀、有機質及土壤含水量呈顯著性正相關，與土壤鈉離子及土壤pH值無顯著性相關。

表3 不同林齡新疆楊防護林土壤養分特征

表4 土壤養因素之間的Pearson相關分析

由相關性關系可知，土壤速效磷、速效鉀含量和土壤有機質均呈現顯著性極相關(P<0.01)，而這兩種養分均隨林齡的增大而顯著增加，這表明隨著林齡增大，新疆楊的土壤中有機質含量增多，進而促進并保持土壤中的速效養分，也表明在荒漠造林過程中，切實增強了土壤養分。土壤有機質與其它養分之間均存在顯著正相關，說明隨著新疆楊的生長，土壤有機質的累積，促進了土壤養分的積累。

4 結論

(1)新疆楊人工防護林水土保持措施對土壤改良效益顯著，隨著種植年限的延長其效果越來越明顯。

與裸露沙土相比, 新疆楊防護林土壤速效磷、土壤速效鉀和土壤有機質含量均顯著增加，且其含量隨著林齡增大而顯著增加，土壤養分明顯提高。其次，土壤鈉離子、土壤全鹽含量和土壤pH值與對照相比，其濃度隨林齡增大而呈現先降低后增大，直至趨于動態平衡的關系，這與人工前期管護、新疆楊的生長特性和當地干旱氣候因素相適應。

(2)相關分析結果表明，土壤速效磷、土壤速效鉀、土壤有機質及土壤含水量之間均呈顯著性正相關，即相互影響，在土壤含水量充裕情況下，能有效促進微生物對凋落物的分解，共同促進了土壤養分的集聚。土壤鈉離子、土壤全鹽和土壤含水量之間也呈顯著性正相關，說明土壤的鹽堿性受土壤含水量影響較大，這在前期受人工管護影響大，而后期新疆楊防護林的培育，穩定了土壤中無機鹽的含量，集聚了土壤養分的形成，對土壤保護起到了良性循環作用。

(3)隨著新疆楊植被恢復時間的延長，土壤養分、土壤理化性質也在不斷地的變化，土壤的改良為其他植被提供了更好的生境條件，尤其是林地中繁育的短年生天然野草繁多，物種的多樣性導致凋落物增多，改善土壤微生物環境，反過來促進土壤有機質的累積，達到良性循環。此外，實驗中存在土壤養分元素測定不充分，比如土壤氮素的基本變化等以及土壤微生物量及相關酶活的動態變化，今后將補充并深入這方面的研究，可通過與土壤微生物量及其酶活代謝的相關聯系，能夠更全面、更客觀地評價土壤理化性質的變化程度。