摘要為揭示武威市涼州區(qū)南部山區(qū)國儲林不同林分土壤的抗蝕特性，以山杏、云杉、樟子松林土壤為研究對象，開展土壤抗蝕指標(biāo)的測定。結(jié)果表明：（1）山杏、樟子松、云杉林地土壤容重隨著土壤深度增加而降低。（2）山杏、樟子松和云杉林表層土壤有機(jī)質(zhì)含量分別為0.91%、1.35%和0.68%，亞層土壤有機(jī)質(zhì)含量分別為1.04%、1.11%和0.76%，第3層土壤有機(jī)質(zhì)含量分別為1.11%、1.54%和0.94%，不同林分土壤有機(jī)質(zhì)含量隨著土壤深度增加而增加，樟子松林土壤有機(jī)質(zhì)含量高于山杏林和云杉林。（3）在土壤0～30 cm深度>0.25 mm干篩團(tuán)聚體平均含量依次為樟子松林地（91.59%）>云杉林地（88.75%）>山杏林地（84.07%），>0.25 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體平均含量分別為樟子松林地（21.27%）>云杉林地（9.01%）>山杏林地（2.73%）。（4）3種林分在土壤不同層次結(jié)構(gòu)破壞率表現(xiàn)為山杏林地>云杉林地>樟子松林地，林地土壤抗蝕性表現(xiàn)為樟子松林>云杉林>山杏林。（5）通過相關(guān)分析，土壤結(jié)構(gòu)破壞率和>0.25 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量可作為評價土壤抗蝕性能的較好指標(biāo)。

關(guān)鍵詞涼州區(qū)南部山區(qū)；不同類型林分；土壤；抗蝕特性

中圖分類號：S714.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A doi：10.13601/j.issn.1005-5215.2024.05.004

Study on Soil Antierodibility of Different Stands of National Reserve Forest in Southern Mountainous Area of Liangzhou District

Zhang Tao1，Gao Wanlin2，Mu Desheng1，He Cai1，Wu Xueru3，Liu Wei1，Zhang Jun1，Jin Min1

（1. Wuwei Academy of Forestry，Wuwei 733000，China;2. Gansu Minqin Liangucheng National Nature Reserve Management and Protection Center，Wuwei 733000，China;3. Gansu Endangered Animal Protection Center，National Forestry

Administration，Wuwei 733000，China）

AbstractIn order to reveal the soil antierodibility characteristics of different stands of national reserve forest in the southern mountainous area of Liangzhou District of Wuwei City，the soils of Armeniaca sibirica，Picea asperata and Pinus sylvestris var. mongolica were taken as the research objects，and the soil antierodibility indexes were determined. The results showed as the following five aspects.（1）The soil bulk density of A. sibirica，P. sylvestris var. mongolica and P. asperata forest land decreased with the increase of soil depth.（2）The organic matter content of surface soil of A. sibirica，P. sylvestris var. mongolica and P. asperata forest were 0.91%，1.35% and 0.68%，respectively;organic matter content of the sublayer soil were 1.04%，1.11% and 0.76%，respectively;and the organic matter content of the third layer soil were 1.11%，1.54% and 0.94%，respectively. The soil organic matter content of different stands increased with the increase of soil depth，and the soil organic matter content of P. sylvestris var. mongolica forest was higher than that of A. sibirica forest and P. asperata forest.（3）The average content of > 0.25 mm dry sieve aggregates in 030 cm soil depth was P. sylvestris var. mongolica forest land（91.59%）> P. asperata forest land（88.75%）> A. sibirica forest land（84.07%），and the average content of > 0.25 mm waterstable aggregates was P. sylvestris var. mongolica forest land（21.27%）> P. asperata forest land（9.01%）> A. sibirica forest land（2.73%）.（4）The damage rate of the three stands in different soil hierarchical structures was A. sibirica > P. armeniaca forest land > P. sylvestris var. mongolica forest land，and the soil antierodibility of forest land was P. sylvestris var. mongolica forest > P. asperata forest > A. sibirica forest.（5）Through correlation analysis，the rate of soil structure damage and the content of > 0.25 mm waterstable aggregates could be used as good indicators to evaluate soil antierodibility.

Key wordssouthern mountainous area of Liangzhou District;different types of stands;soil;antierodibility characteristics

土壤的抗沖性是指土壤在受到外部機(jī)械破壞作用時的抵抗能力，是評定土壤抗侵蝕能力的一個重要指標(biāo)[1]。目前，我國學(xué)者通過多方面研究發(fā)現(xiàn)，植物的根系可以增強(qiáng)土壤的抗沖能力，進(jìn)而提高土壤的穩(wěn)定性。張藝等[2]研究了典型流域不同土地利用類型的土壤抗沖性，結(jié)果顯示，刺槐（Robinia pseudoacacia）

林的土壤抗沖性最強(qiáng)，其次為草地、梯田、果園和坡耕地；張華渝等[3]對滇中尖山河流域的土地利用類型進(jìn)行了研究，結(jié)果顯示，不同土地利用類型的土壤抗蝕性綜合指數(shù)從高到低依次為園地、林地、坡耕地和裸地；王月玲等[4]研究了寧南黃土區(qū)典型林地土壤抗沖性及相關(guān)物理性質(zhì)，得出山杏（Armeniaca sibirica）+檸條（Caragana korshinskii）混交林優(yōu)于山杏林、山桃林和山杏+沙棘（Hippophae rhamnoides）混交林，能夠有效改善土壤結(jié)構(gòu)；余曉章等[5]比較了組培巨桉（Eucalyptus grandis）人工林和實(shí)生苗巨桉人工林的土壤抗蝕性，結(jié)果顯示組培巨桉人工林的土壤抗侵蝕能力更強(qiáng)，具有更好的生存和適應(yīng)環(huán)境能力。但是，關(guān)于涼州區(qū)南部山區(qū)典型林分土壤抗蝕性及其與植被、土壤和氣候等影響因素的關(guān)系方面涉及不多，特別是林地土壤抗蝕性的研究未見報道，為此，本研究選擇涼州區(qū)南部山區(qū)國儲林主要栽植樹種山杏、云杉（Picea asperata）和樟子松（Pinus sylvestris var.mongolica）人工林為研究對象，通過研究不同林分土壤容重、土壤有機(jī)質(zhì)含量、土壤抗蝕性、土壤干篩團(tuán)聚體、土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體等指標(biāo)進(jìn)行不同林分土壤抗蝕性強(qiáng)弱比較，從而為后期涼州區(qū)南部山區(qū)國儲林建設(shè)提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

1研究區(qū)概況

本試驗(yàn)布設(shè)在武威市涼州區(qū)謝河鎮(zhèn)廟山村，即涼州區(qū)南部山區(qū)國家儲備林栽植基地，地理位置為102°42′16.68″E，38°40′25.96″N，海拔1 950 m左右。謝河鎮(zhèn)位于石羊河流域，地處祁連山冷涼區(qū)，地形西南高東北低，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，屬山區(qū)川區(qū)共有，其氣候?yàn)闇貛Т箨懶詺夂?，年平均蒸發(fā)量1 996.6 mm，年平均降水量262.9 mm，年平均氣溫7.1 ℃，全年日照時間長。四季的主要特點(diǎn)可概括為“冬季寒冷雨雪欠，春暖多變常有旱，夏季雨多不均勻，前秋陰雨后秋干?！辨?zhèn)內(nèi)暴雨具有集中、量大、歷時短的特點(diǎn)，較大暴雨多出現(xiàn)在7月中下旬至8月上中旬，年平均降雨日數(shù)為77 d。

2研究方法

2.1樣地選擇

本試驗(yàn)選擇在涼州區(qū)南部山區(qū)國家儲備林栽植基地內(nèi)進(jìn)行。儲備林主要栽植樹種為山杏、云杉和樟子松，因此，選擇立地條件基本一致的3年生山杏、云杉和樟子松3種典型人工純林土壤作為研究對象。樣地基本情況見表1。

2.2土壤樣品采集及分析方法

于2023年8月選取研究區(qū)內(nèi)具有代表性的山杏、樟子松和云杉3種純林，按照樣地布設(shè)原則，分別3種林地內(nèi)布設(shè)標(biāo)準(zhǔn)樣地，規(guī)格為20 m×20 m，各設(shè)置3次重復(fù)。在樣地中按照對角線設(shè)置5個采樣點(diǎn)，在各采樣點(diǎn)按0～10、＞10～20和＞20～30 cm挖剖面分層取樣。土壤采集后進(jìn)行同一層次混合后用四分法取出足夠的樣品，去除根系等雜物后帶回實(shí)驗(yàn)室用于有機(jī)質(zhì)、抗蝕指數(shù)、土壤團(tuán)聚體等指標(biāo)測定。

土壤團(tuán)聚體采用干篩法和濕篩法測定；土壤有機(jī)碳采用重鉻酸鉀外加熱法[6]測定，土壤容重通過環(huán)刀法測定。

土壤抗蝕指數(shù)的測定：通過測定土壤在水中的團(tuán)聚體分散程度，來評估土壤的抗蝕性，用抗蝕指數(shù)M來表示。將直徑為7～10 mm的50粒風(fēng)干土粒均勻放在5 mm孔徑的金屬網(wǎng)上，再將其置于靜水中進(jìn)行觀測。每隔1 min記錄1次分散土粒的數(shù)量，連續(xù)觀測10 min，然后將每次記錄的數(shù)量相加得到10 min內(nèi)完成分散的土?？倲?shù)，包括半分散數(shù)?？刮g指數(shù)的計算方法是將總土粒中的崩塌土粒所占比例計算出來，再用100%減去這個比例得出。

2.3數(shù)據(jù)處理

采用Origin2021制圖，用WPS2023和SPSS 18.0統(tǒng)計分析軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

3結(jié)果與分析

3.1不同林地土壤容重

從圖1中可看出，在土壤深度為0～10 cm、＞10～20 cm、＞20～30 cm時山杏土壤容重分別為1.36、1.37和1.24 g·cm^-3，云杉土壤容重分別為1.53、1.34和1.18 g·cm^-3，樟子松土壤容重分別為1.24、1.19和1.17 g·cm^-3。此外，從圖1中可以得出，山杏、云杉和樟子松的林分土壤容重隨著土壤深度的增加而減少，山杏和樟子松林地土壤容重隨土壤深度增加減少較緩，而云杉林地土壤容重隨土壤深度增加呈直線式下降，降幅較大。

3.2不同林地土壤抗蝕性比較

從表2可以看出，山杏、樟子松和云杉林地0～30 cm土層的土壤抗蝕指數(shù)分別為47.83%、61.33%和54.38%，抗蝕指數(shù)由大到小依次為樟子松林地>云杉林地>山杏林地，樟子松林地土壤抗蝕性高于云杉林地和山杏林地，其主要原因是樟子松林地土壤有機(jī)質(zhì)含量高于云杉林地和山杏林地，土壤有機(jī)質(zhì)的增加改善土壤的持水能力、透水性等指標(biāo)所致。

3.3不同林地土壤有機(jī)質(zhì)含量

土壤有機(jī)質(zhì)既指土壤中處于不同分解階段過程中各種動植物等生命死亡的殘體，也指以多種形式存在的含碳有機(jī)化合物[7-9]。其不只是構(gòu)成土壤生態(tài)系統(tǒng)的一部分，也是評判土壤肥力高低以及質(zhì)量好壞的重要方式[10，11]。通過測定可知，山杏、云杉和樟子松林地土壤有機(jī)質(zhì)含量在不同土壤層次差異顯著，在土壤深度為0～10 cm時，山杏、樟子松、云杉林地土壤有機(jī)質(zhì)分別為0.91%、1.35%、0.68%；在土壤深度為＞10～20 cm時，山杏、樟子松、云杉林地土壤有機(jī)質(zhì)分別為1.04%、1.11%、0.76%；在土壤深度為＞20～30 cm時，山杏、樟子松、云杉林地土壤有機(jī)質(zhì)分別為1.11%、1.54%、0.94%。

從圖2可以得出，山杏、樟子松和云杉林地土壤有機(jī)質(zhì)含量隨著土壤深度增加而增加。通過分析可知，山杏、樟子松和云杉林地在土壤0～10、＞10～20和＞20～30 cm時其有機(jī)質(zhì)含量差異顯著?？傮w來看，有機(jī)質(zhì)含量大小依次表現(xiàn)為樟子松林地>山杏林地>云杉林地。

3.4土壤團(tuán)聚體

3.4.1不同林地土壤干篩團(tuán)聚體

表3表明，山杏、樟子松、云杉林地不同層次土壤干篩團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)組成主要以>5 mm粒級為主，土壤深度0～10 cm時，山杏、樟子松、云杉林地土壤>5 mm干篩團(tuán)聚體含量分別為32.05%、46.74%和22.35%；土壤深度＞10～20 cm時，>5 mm干篩團(tuán)聚體含量分別為25.93%、56.25%和32.53%；土壤深度＞20～30 cm時，>5 mm干篩團(tuán)聚體含量分別為38.56%、52.81%和54.02%。

土壤深度在0～10、＞10～20、＞20～30 cm時山杏林地土壤≥0.25 mm團(tuán)聚體分別為87.18%、77.78%和87.24%；樟子松林地土壤≥0.25 mm團(tuán)聚體分別為92.39%、92.50%和89.89%；云杉林地土壤≥0.25 mm團(tuán)聚體分別為90.59%、86.01%和89.66%。

根據(jù)團(tuán)聚體測定數(shù)據(jù)，樟子松林地土壤結(jié)構(gòu)優(yōu)于山杏和云杉林。

3.4.2不同林地土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體組成及土壤結(jié)構(gòu)破壞率

有機(jī)質(zhì)膠結(jié)形成的水穩(wěn)性團(tuán)聚體，在水浸泡時不容易破碎，因此具有較高的穩(wěn)定性，同時可以改善土壤結(jié)構(gòu)[12]。由表4可知，山杏、樟子松和云杉林地在土壤深度0～10 cm時≥0.25 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體分別為4.30%、17.40%和8.50%；在土壤深度＞10～20 cm時≥0.25 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體分別為0.80%、22.90%和7.10%；在土壤深度＞20～30 cm時≥0.25 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體分別為3.10%、23.50%和11.40%。根據(jù)所測數(shù)據(jù)得出，≥0.25mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體整體表現(xiàn)為樟子松林地>云杉林地>山杏林地。

由表4看出，山杏、樟子松、云杉林在土壤深度0～10 cm結(jié)構(gòu)破壞率分別為95.07%、81.17%和90.62%；在土壤深度＞10～20 cm結(jié)構(gòu)破壞率分別為98.97%、75.24%和91.74%；在土壤深度＞20～30 cm結(jié)構(gòu)破壞率分別為96.45%、73.86%和87.28%。土壤結(jié)構(gòu)破壞率為山杏林地>云杉林地>樟子松林地，由土壤結(jié)構(gòu)破壞率可以看出，山杏林地土壤團(tuán)聚體保存率最低，而土壤團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)破壞率最高，反映出山杏林地土壤團(tuán)聚體相較云杉和樟子松林地土壤顆粒最易發(fā)生崩解和分散，說明其土壤抗蝕能力最差。

3.5抗蝕性評價

由表5可知，土壤有機(jī)質(zhì)與抗蝕指數(shù)、≥0.25 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量呈極顯著正相關(guān)，而與≥0.25 mm干篩團(tuán)聚體含量呈顯著正相關(guān)，與土壤容重呈顯著負(fù)相關(guān)，與結(jié)構(gòu)破壞率呈極顯著負(fù)相關(guān)。結(jié)構(gòu)破壞率與土壤有機(jī)質(zhì)、抗蝕指數(shù)、≥0.25 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體呈極顯著負(fù)相關(guān)，與土壤容重呈極顯著正相關(guān)，與≥0.25 mm干篩團(tuán)聚體呈顯著負(fù)相關(guān)。

4討論

土壤的抗蝕性與土壤內(nèi)部的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性息息相關(guān)，≥0.25 mm水穩(wěn)性土壤團(tuán)聚體是影響土壤結(jié)構(gòu)的重要因素之一，含量越高，土壤結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定[13]。本研究中，山杏林、云杉林中>5 mm土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體顯著低于樟子松林地，這說明樟子松林地相較于山杏林地和云杉林地土壤團(tuán)聚體水穩(wěn)性最優(yōu)，結(jié)構(gòu)體破壞率低，通過總體分析，山杏林、樟子松林和云杉林的土壤結(jié)構(gòu)破壞率較高，其主要原因是在栽植當(dāng)年機(jī)械挖穴、苗木運(yùn)輸、栽植、澆水等活動對不同林地的反復(fù)碾壓和踐踏破壞了土壤原始結(jié)構(gòu)，造成≥0.25 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量整體較低，不同林分結(jié)構(gòu)破壞率整體較高。

有大量研究[14-16]表明，土壤有機(jī)質(zhì)對土壤團(tuán)聚體的形成具有一定的促進(jìn)作用。通過相關(guān)性分析結(jié)果顯示，土壤有機(jī)質(zhì)與抗蝕指數(shù)、≥0.25 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體、結(jié)構(gòu)破壞率均達(dá)到了極顯著相關(guān)，這與馬征等[17]、李江濤等[18]研究結(jié)果正相關(guān)關(guān)系相近。通過測定山杏林、樟子松林和云杉林不同層次土壤有機(jī)質(zhì)含量得出不同林地不同層次土壤有機(jī)質(zhì)含量隨著土壤深度增加而增加，這與一般森林土壤養(yǎng)分含量的變化情況不同[19，20]，這主要是由于山杏、云杉和樟子松栽植時間短，在栽植初期樹木生長需要吸收土壤中的有機(jī)質(zhì)供自身生長，其林木本身沒有達(dá)到改善土壤狀況的程度，土壤有機(jī)質(zhì)并沒有隨著植物的生長不斷形成并累積，因此，不同林分土壤有機(jī)質(zhì)含量隨著土壤深度增加而增加。此外，通過分析土壤容重和≥0.25 mm土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體之間達(dá)到了極顯著負(fù)相關(guān)，這并不代表土壤容重越小土壤團(tuán)聚體越穩(wěn)定，但土壤容重可能會因土壤有機(jī)質(zhì)累積，土壤孔隙度逐漸得以提升而容重則變小[21]。

5結(jié)論

5.1山杏、樟子松和云杉林地不同層次土壤容重與土壤有機(jī)質(zhì)含量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，且山杏、樟子松、云杉林地土壤的容重隨著土壤深度的增加而降低。5.2樟子松林地土壤的抗蝕指數(shù)、有機(jī)質(zhì)含量、≥0.25 mm干篩團(tuán)聚體含量、≥0.25 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量最高，這表明其土壤結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性良好，抗分散強(qiáng)度和保水保肥能力高，土壤抗蝕性能相較于山杏林和云杉林更好。林地土壤的抗蝕性表現(xiàn)為樟子松林最強(qiáng)，云杉林次之，山杏林最弱。5.3土壤抗蝕性能的評價指標(biāo)主要基于≥0.25 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體的含量，這一指標(biāo)能夠很好地反映土壤的抗蝕能力。水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量越高，土壤的抗蝕性能就越強(qiáng)，土壤的結(jié)構(gòu)破壞率越低，相反，如果土壤≥0.25 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量較低，則土壤的抗蝕性能就會較差。

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