防护林土壤监测

六、防护林土壤监测

森林由于其强大的根系，可以显著地改善土壤的物理结构特征；而根系产生的分泌物、各器官产生的凋落物可以影响整个生态系统的地球化学循环，进而改善土壤的化学特性。以沿海防护林和滨海试验林为研究对象，重点阐述了森林在改善土壤物理特性（温度、含水量、容重、持水量、比重）、脱盐及改善土壤肥力等方面的功能。

（一）土壤物理性状

1.土壤温度

6月、7月、8月，果桑林内土壤月平均温度（分别为23.88℃、28. 92℃、28.26℃）要低于大气温度（分别为29.21℃、28.01℃、27.75℃），而在其他月份，土壤平均温度则高于大气温度；而无林荒草对照点的土壤温度全年均高于大气平均温度。此等迹象表明，造林可以降低高温季节的土壤温度。

如图19所示，果桑林内与对照土壤温度的年动态变化均表现为S状，但经拟合发现两者之间存在一定的差异（拟合曲线）。4月至11月份，林内土壤温度明显低于对照点，而12月至次年3月份，林内土壤温度却明显高于对照点，说明森林在春夏季节能有效降低土壤温度，而在秋冬季节可以有效提高土壤温度。同时还可以看出，林内土壤温度年变化曲线的波峰和波谷明显小于对照点，表明森林可以有效地改变环境温度，使自身环境维持在一个相对稳定的状态中，不会随着外界环境的剧烈变化而发生剧烈波动，从而有益于维持森林生态系统内动物、植物和微生物的活性在较高的水平上。

图19　试验林内与对照点土壤温度的年动态

（黑线为无林荒草对照土壤温度拟合曲线，虚线为林内土壤温度拟合曲线）

图20　果桑林内与对照大气温度与土壤温度间相关性

土壤温度与大气温度之间存在密切的相关性，而有关有林地和无林地间土壤温度与大气温度间关系的差异研究还不多。由图20可以看出，无论是果桑林地还是对照荒草地的大气温度与土壤温度间均呈显著正相关（P﹤0.01），但两者间存在一定差别。首先，有林地大气温度与土壤温度之间相关性的R²=0.9624，低于对照点的R²=0.9786，说明无林荒草对照点大气温度与土壤温度间存在更密切的正相关关系，而有林地内由于树木有效地调节大气和土壤的温度，使得两者之间的相关性出现微弱的差别，进而说明了森林生态系统改善内部环境的功效。其次，对照点大气温度与土壤温度经线性拟合发现两者间回归系数为1.003，略大于1，说明土壤温度比大气温度升得更快；而有林地大气温度与土壤温度的回归系数仅为0.8740，这不仅表明森林明显改变大气温度与土壤温度间的关系，同时还表明所研究森林改变土壤温度的能力大于大气温度。

2.土壤含水量与土壤容重

由图21可以看出，防护林和芦苇对照点土壤含水量均随着深度的增加逐渐增加，其中防护林各层土壤含水量（22.12%、23. 27%和24.68%）均比对照点低，分别是对照点的74.06%、77.18%和81.40%，由此可见，植树造林对土壤水分的调节具有明显的作用，尤其是对土壤表层的影响最大。

防护林和芦苇对照点土壤容重变化趋势与土壤含水量相同，也随着土壤深度的增加而升高，防护林表层0cm-20cm土壤容重（1.34g·cm^-3）比对照（1.37g·cm^-3）小，而表层20cm-40cm、40cm-60cm的土壤容重（1.47g·cm^-3、1.48g·cm^-3）要明显大于对照（1.38g·cm^-3、1.41g·cm^-3）。

图21　防护林土壤含水量、土壤容重与芦苇对照比较

图22　防护林土壤最大持水量、毛管持水量与芦苇对照比较

3.土壤最大持水量、毛管持水量

防护林土壤最大持水量、毛管持水量均表现出随着土壤深度的增加而逐渐降低，芦苇对照土壤最大持水量与毛管持水量变化与防护林完全相同，但各层之间存在一定差异。从图22中看出，防护林土壤表层0cm-20cm、20cm-40cm最大持水量（分别为732.21g·kg^-1、705.10g·kg^-1）与毛管持水量（分别为677.10g·kg^-1、657.29g·kg^-1）明显大于对照，而40cm-60cm两项持水量（606.27g·kg^-1、574.55g·kg^-1）均明显低于对照（635.37g·kg^-1、606.33g·kg^-1）。可见，森林植被可以有效增加土壤的持水量，增强森林生态系统涵养水源、保持水土流失的强大功能。

4.土壤比重

防护林土壤比重在2.52g·cm^-3-2.66g·cm^-3，明显大于芦苇对照土壤比重（2.52g·cm^-3-2.55g·cm^-3）。由图23可以看出，防护林土壤表层0cm-20cm、20cm-40cm、40cm-60cm土壤比重（2.57g·cm^-3、2.60g·cm^-3、2.58g·cm^-3）分别是对照的1.01倍、1.02倍和1.03倍。这说明防护林植被可以明显提高土壤比重。

图23　防护林土壤比重与芦苇对照比较

（二）土壤盐分

植物可以通过物理、化学、生物等途径有效地降低土壤中盐分含量，2006年我们以十塘外滩涂和九塘、十塘之间自然芦苇群落为对照，分析了杭州湾滨海试验区内2003-2005年种植的防护林土壤改良效果，监测指标包括土壤含盐量、有机碳、总氮和总磷等。

图24　不同年份种植试验林与滩涂、芦苇对照土壤含盐量比较

试验林地土壤含盐量在0.09%-0.27%之间，明显小于对照芦苇土壤含量（0.19%-0.29%），更明显小于滩涂含量（0.39%-0.41%）。从图24中可以看出，0cm-20cm土壤含盐量滩涂对照最高（0. 41%），依次为芦苇对照、2005年试验林、2004年试验林，2003年试验林含量最小，仅为滩涂对照的25.65%和芦苇群落对照的39. 12%；20cm-40cm土壤含盐量仍然是滩涂含量最高，其次为2005年试验林，再次为芦苇群落对照、2004年试验林，2003年试验林仍为最小，分别是滩涂和芦苇对照的21.55%、44.13%；40cm-60cm各研究点含量大小顺序与20cm-40cm相同。由此可见，造林（尤其是3年以上林龄）可以起到明显降低土壤盐分的作用。

经过对比研究可以发现，2003、2004年试验林土壤各层含盐量均明显低于芦苇对照点（p﹤0.01），而2005年试验林除表层土壤低于芦苇群落对照点外，其余两层含量均大于芦苇对照点，一方面说明植树造林可以明显降低土壤表层的含盐量，另一方面说明植树造林短时间内对土壤盐分的降低作用可能不是很明显，但当树木长大后，对土壤盐分的降低作用会明显增强。

图25　防护林带与芦苇对照点土壤含盐量比较

同时，我们在杭州湾新区以无林芦苇群落土壤为对照，分别在防护林带东侧、中部、西侧取样分析，结果发现（图25），防护林内土壤各层含盐量在0.06%-0.21%之间，明显小于芦苇对照土壤含量（0.25%-0.38%），尤其是在0cm-20cm范围内，防护林平均含盐量（0.04%）仅为对照的12.79%，防护林20cm-40cm含盐量平均为0.11%，是对照点的0.43倍，40cm-60cm含盐量占对照（0.38%）的27.93%。由此可见，防护林极大地降低了土壤盐分含量。此外我们也可以看出，不同部位的防护林土壤含盐量也存在较大的差异，其中防护林西侧含盐量最低，东侧其次，中部最高。

（三）土壤肥力

1.土壤有机质

由图26可以看出，除2005年防护林外，其他各研究点土壤表层0-20cm有机质含量明显高于下面两层，符合一般规律；2005年防护林植树造林前进行了深翻土，而2006年测定时树木对土壤有机质的改良效果还不明显，导致其表层有机质含量较低。

图26　不同年份种植试验林与滩涂、芦苇对照点土壤有机质含量比较

与滩涂有机质含量相比，各年份防护林各层有机质含量较高，而与芦苇群落相比，除2003、2004年防护林土壤表层0cm-20cm有机质含量较高外，其他各层均明显小于芦苇对照。说明防护林在改良土壤有机质方面具有一定的效果，但由于一方面其凋落物量没有草本植物大，另一方面木本凋落物中木质素含量较高，导致凋落物分解慢，因此防护林土壤深层有机质含量较低，但从长远角度来看，防护林对土壤表层土壤有机质的改良还是非常明显的。

2.土壤氮素

氮是植物生长的必须养分，它是每个活细胞的组成部分，而植物养分的主要来源是土壤。土壤中氮的含量以及形态是影响植物生长的重要因素，由于氮在蛋白质的合成，植物的光合作用等方面起重要作用。

同土壤有机质相似，土壤表层0cm-20cm总氮含量明显大于下面两层，而且表现出随着土壤深度的增加含量逐渐降低的过程（图26）。各年份试验林土壤总氮含量差异不大，平均在0.047%-0.048%之间，分别是滩涂对照的1.39、1.43和1.43倍，是芦苇对照的1.68、1.72和1.72倍。可见防护林可明显提高系统内部土壤中总氮含量。

土壤有效氮与总氮含量相似，表现出表层含量较高。2003、2005年试验林土壤平均含量（均为30.40mg·kg^-1）均明显高于两组对照，是滩涂对照的1.56倍，是芦苇对照的1.39倍。而2004年试验林土壤平均含量低于对照，这可能由于采样不均匀导致。

图27　不同年份种植试验林与滩涂、芦苇对照土壤总氮、有效氮含量比较

3.土壤磷素

磷是植物生长的必需元素之一，磷在植物体内参与光合作用、呼吸作用、能量储备和传递等生理生化过程。2003年防护林土壤总磷平均含量最大（0.07%），其次是2004年防护林、2005年防护林、芦苇对照，滩涂平均含量最小（0.05%）（图28）。可见植被可以明显提高土壤磷含量，而木本植物较草本植物效果更明显；同时也可以看出，随着防护林年龄的增加，土壤磷增加效果越明显。

图28　不同年份种植试验林与滩涂、芦苇对照土壤总磷、有效磷含量比较

土壤有效磷是植物可以直接吸收利用的有效养分，从图28可以看出，研究区各点土壤表层0cm-20cm有效磷含量最大，随着土壤深度的增加含量逐渐降低。而在研究的各点中，2003年试验林有效磷平均含量最大（16.48mg·kg^-1），其次是2004年试验林（13.31mg·kg^-1），再次为滩涂对照（9.30mg·kg^-1）和2005年试验林（6.45mg·kg^-1），而芦苇对照含量最低，仅有5.94mg·kg^-1，可见植树造林对土壤有效磷的改良比芦苇群落效果更好，同时也可以发现土壤改良效果随着造林时间的增加而提高。