沿海防护林改良土壤的功能

沿海防护林改良土壤的功能_中国沿海防护林

沿海防护林不仅能起到涵养水源、调节气候等作用，而且还能提高土壤肥力，改善土壤理化性质。海岸带不同防护林群落，由于树种组成、群落结构及其树木生物学特性的差异，其对环境的改善作用和改良土壤的能力也存在明显的差异。梁珍海等对苏北泥质滩涂的研究表明，海防林能改善土壤理化性状，大于0.25mm的水稳性团粒含量，有林地是滩涂对照的1.2~65.5倍；有机质、全氮、有效磷等土壤养分，有林地分别是滩涂对照的2.2~2.4倍、2.3~2.7倍和1.7~3.4倍；还能提高土壤酶活性和微生物总量，有林地蔗糖酶等土壤酶活性是滩涂对照的2~30倍，土壤微生物总量是滩涂对照的11~289倍。土壤酶活性与土壤水稳性团粒含量、容重、孔隙率、有机质含量、盐分含量、全氮含量、速效磷含量、pH有着密切的关系，指出土壤酶活性可作为评价立地生产力的指标。

（一）沿海防护林对土壤容重的影响

高智慧等以浙江省岩质海岸的防护林为例，研究防护林在改善土壤水热性质、提高土壤肥力、改善土壤生态环境、增强土壤生物活性等方面起着显著作用。在土壤质地相近时，容重和空隙度反映了土壤的紧实程度，其大小对树木根系、土壤动物和微生物的活动有很大影响，是土壤物理性状的重要指标。研究表明，各地段的土壤容重都表现出从上到下逐渐增大的趋势，但变动值有所不同（见表7-17）。

表7-17 不同土地利用类型土壤容重及变异情况（单位：g /）

土层深度（cm）

毛竹林

刺槐林

水杉林

农地

滩地

均值

标准差

变异系数

幼

中

成

幼

中

成

0~0.5

1.15

1.10

1.06

0.89

1.12

1.22

1.24

1.14

1.34

1.14

0.138

0.11

5~20

1.34

1.17

1.42

1.32

1.20

1.43

1.4

1.44

1.45

1.35

0.11

0.08

20~40

1.53

1.43

1.61

1.38

1.57

1.52

1.46

1.52

1.47

1.50

0.07

0.05

40~60

1.52

1.55

1.53

1.59

1.59

1.54

1.53

1.60

1.50

1.55

0.04

0.02

60~100

1.53

1.57

1.54

1.59

—

—

1.43

1.55

1.51

1.53

0.05

0.03

平均值

1.41

1.36

1.43

1.35

1.37

1.43

1.41

1.45

1.46

—

—

—

标准差

0.17

0.22

0.22

0.29

0.25

0.15

0.11

0.19

0.07

—

—

—

变异系数

0.12

0.16

0.15

0.21

0.18

0.10

0.08

0.11

0.05

—

—

—

由表7-17可以看出，各土地利用类型土壤容重上、下层的变异系数变化较大，从0.046~0.213。刺槐林从幼林到成林有逐渐增大的趋势，表明随着林龄的增加，根系对深层土壤的影响较大，改土功能增强；水杉林随着林龄的增加，各层次间变异系数有逐渐减小的趋势，说明林龄的大小对土壤容重的影响不显著；竹林与农田的变异相近，但远远大于滩地。

（二）沿海防护林对土壤团粒结构的影响

土壤团粒由单粒复合而成，其大小和组成与土壤机械组成、有机质含量、交换性阳离子、土壤胶体等密切相关。表7-18为主要沿海防护林树种对土壤水稳性团粒影响情况，可见防护林能够促进土壤团粒结构的形成。在农田表层（0~20cm）>0.25mm的水稳性团粒仅为16.26%，而刺槐林和竹林却分别高达37.28%和32.64%，明显高于农田。随着林龄的增长，刺槐、水杉林呈现出大粒水稳性团聚体增加而小粒水稳性团聚体减少的现象。

表7-18 不同林地土壤水稳性团粒情况（单位：%）

样地

0~20cm

20~40cm

40~60cm

60~100cm

>2mm

2~1mm

1~0.25mm

>0.25mm

<0.25mm

>0.25mm

<0.25mm

竹林

5.10

17.28

14.90

37.28

6.72

18.04

19.70

刺槐幼林

1.26

2.02

14.32

17.60

9.64

4.06

0.36

刺槐中林

6.56

8.00

7.48

22.04

6.15

10.06

0.96

刺槐成林

15.68

11.10

5.86

32.64

9.04

11.36

2.06

水杉幼林

2.18

2.96

8.52

13.66

6.60

3.42

—

水杉中林

4.46

4.42

6.14

15.02

19.64

10.82

—

水杉成林

5.92

1.88

5.32

13.12

2.98

1.70

—

农田

2.10

4.40

9.76

16.26

3.20

3.16

0.60

滩地

0.58

0.66

1.12

2.36

0.30

0.38

0.30

为了进一步研究水稳性团粒形成的影响因素，将其与土壤物理性黏粒（>0.01mm）含量和土壤有机质含量进行回归分析。由表7-19可知，表层土壤水稳性团粒与物理性黏粒含量关系较为密切（相关系数为0.8210）。土壤团聚体的形成主要受机械组成的影响，土壤机械组成是比较稳定的物理性指标之一。同样，水稳性团粒与有机质含量的相关系数较小，表明土壤有机质仅是团粒形成诸影响因素中的一个。

表7-19 土壤团粒与机械组成和有机质含量的相关系数

水稳性团粒含量（%）

物理性黏粒（<0.01mm）含量（%）

有机质含量（%）

0~20cm

20~40cm

40~60cm

60~100cm

0~20cm

20~40cm

40~60cm

60~100cm

0.25~1mm

0.3129

0.3452

0.6531

0.7785

0.1760

0.2135

0.3849

0.4806

1~2mm

0.8733

0.2621

0.4233

0.6943

0.2437

-0.0988

0.1239

0.4172

>2mm

0.5260

0.3689

0.3128

0.6072

0.4156

0.0590

-0.0669

0.3972

总和（>0.25mm）

0.8210

0.3181

0.6840

0.7154

0.4176

-0.0178

0.2769

0.4469

（三）沿海防护林对土壤渗透性的影响

在土壤质地基本一致的情况下，土壤空隙度和容重有着密切的关系。研究表明，各样地的总空隙度变幅在39.9%~56.5%，毛管空隙度为38.6%~46.8%，非毛管空隙度为0~12.1%。其中，不同样地间，以及同一样地不同土壤层次间的非毛管空隙度变异最大，总空隙度次之，毛管空隙度最小。特征向量分析结果表明，对第一主成分贡献率较大的是土壤容重、总空隙度、非毛管空隙度、土壤有机质和水稳性团聚体含量，表明这些因子起着主导作用。对于第二主成分贡献率较大的是土壤毛管空隙度，土壤有机质也起到了一定的作用。由于第一主成分的累积贡献率大于80%，可以认为在土壤理化性质指标中，土壤容重、总空隙度、非毛管空隙度、土壤有机质和水稳性团聚体含量是影响土壤渗透性的主要因子。

为了进一步探求防护林树木根系强化土壤渗透性的实质，再将各径级细根的根量与土壤理化性状指标进行相关分析。由表7-20结果表明，林木根系，尤其是根径≤0.5mm和0.5~1mm两种径级的细根对土壤有机质、容重、总空隙度、非毛管空隙度和水稳性团聚体含量的影响较大，而对土壤毛管空隙度影响不显著。

表7-20 各径级根系的根量与土壤理化性质间的相关分析

指标\根径

≤0.5mm

0.5~1mm

1~2mm

2~5mm

>5mm

样本数

有机质（%）

0.6281**

0.6125**

0.4390*

0.3960

0.2847

24

容重（g/）

0.734**

0.6798**

0.4349*

0.3809

0.2780

24

总空隙度（%）

0.7435**

0.6758**

0.4246*

0.3720

0.2763

24

非毛管空隙率（%）

0.6739**

0.5860**

0.3415

0.2572

0.3610

24

毛管空隙率（%）

0.1840

0.2889

0.2886

0.3967

0.3966

24

水稳性团聚体含量（%）

0.6321**

0.6771**

0.5509

0.3777

0.1830

24

为了综合评价沿海防护林树木根系对土壤渗透性的强化效应，对根径≤1mm的根量（RW）与土壤渗透性强化值（I）进行单相关分析，结果表明两者间存在着显著的直线回归关系，这说明林木根系，尤其是细根量增加，土壤的渗透性增强。其回归方程为：

I=0.264RW+1.0296R=0.7668，n=24

式中，RW代表径级≤1mm的根量（g/1000）；I代表土壤渗透率强化值（mm/Min）。

根据本次实验的24个土壤剖面的测定结果，林地中径级≤1mm的细根的平均根量为2.32 g/1000，将其代入上式计算得林木根系对土壤渗透性的强化值为1.64mm/Min。

（一）沿海防护林对土壤酶活性的影响

土壤磷酸酶包括碱性、中性和酸性磷酸酶，可反映土壤中磷素的转化能力。研究表明（结果见表7-21），在亚热带岩质海岸防护林区无论哪一土层深度，土壤磷酸酶均以酸性磷酸酶占优势，表现出土壤酸性磷酸酶活性>中性磷酸酶活性>碱性磷酸酶活性，并有着很强的规律性。

表7-21 3种土壤磷酸酶活性比较（单位：mg/g）

土层深度（cm）

碱性磷酸酶

中性磷酸酶

酸性磷酸酶

总磷酸酶

土壤pH

均值

变异系数

均值

变异系数

均值

变异系数

均值

变异系数

均值

0~5

2.16

0.33

2.88

0.24

3.16

0.06

8.12

0.05

4.85

5~20

1.27

0.44

2.10

0.26

3.01

0.19

6.38

0.16

4.86

20~40

0.54

0.45

1.15

0.29

2.40

0.28

4.08

0.23

4.95

注：显著水平ɑ=0.01。

此外，研究了土壤酶活性垂直分布规律的影响，由表7-22看出，各种土壤酶活性在土壤剖面中明显表现出随土层深度的增加而降低的趋势。这主要因为表层土壤腐殖质多、肥力水平高，故土壤酶活性也高，而底土层的酶活性则相对较低。在经济林中，由于施肥等人为活动影响，土壤酶活性有些反常，如杨梅成林、杨梅和桃形李混交林以及胡柚林等，杨梅成林第2层土壤的蔗糖酶活性反而较第1层高23.7%。值得指出的是，不同样地之间土壤酶活性差异很大，如0~5cm土层毛竹林脲酶活性为1.63mg/g，而胡柚林、桃形李和杨梅混交林、杨梅成林则分别为0.39mg/g、0.29mg/g和0.46mg/g。

表7-22 几种林分土壤酶活性的垂直分布

土壤酶

土层深度（cm）

马尾松成林

杨梅成林

毛竹林

胡柚林

杨梅桃形李混交林

对照

总磷酸酶

0~5

10.95

9.51

7.88

8.67

6.26

7.00

5~20

7.2

7.5

3.70

6.36

6.97

5.13

20~40

5.25

4.27

2.94

3.86

5.56

3.86

蔗糖酶

0~5

59.35

44.23

12.81

34.53

12.43

4.67

5~20

20.96

54.70

2.73

15.53

10.49

7.39

20~40

7.77

8.16

1.18

0.79

3.51

1.57

脲酶

0~5

2.01

0.46

1.63

0.39

0.29

0.23

5~20

0.4

0.27

0.28

0.26

0.40

0.29

20~40

0.24

0.21

0.24

0.22

0.35

0.26

蛋白酶

0~5

1.41

1.46

1.06

0.96

1.26

1.02

5~20

0.92

0.87

0.87

1.04

1.16

0.97

20~40

0.84

0.83

0.74

0.75

0.96

0.89

（二）沿海防护林对土壤微生物的影响

在不同林分中，土壤微生物在数量上差异很大（表7-23），胡柚林土壤微生物最多，细菌、放线菌和真菌数分别为265.93×105、36.68×105和7.61×105个/g土，总数可达310.22×105个/g土；而在毛竹林土壤中3种菌分别仅有85.41×105、9.89×105和3.33×105个/g土，总数98.63×105个/g土，仅为胡柚林的31.8%。马尾松、杨梅成熟林土壤微生物数较低，其总数分别为109.40×105个/g土和161.45×105个/g土，只占平均数的57.8%和85.3%。土壤微生物数量的多少可能与林分类型有关，一般认为阔叶树改土能力较针叶树强，落叶阔叶树改土能力较常绿阔叶树强，其土壤微生物的数量通常较多。另外，马尾松幼林、湿地松及其混交林土壤微生物都比较少；而胡柚、桃形李、板栗等经济林微生物数量较多。方差分析进一步证实了各林地土壤微生物数量间存在极显著差异。

表7-23 不同林分土壤微生物数量（105个/g土）（单位：105个/g土）

林分类型

细菌

 

放线菌

 

真菌

 

微生物总量（m）

 

数量

（%）

数量

（%）

数量

（%）

数量

马尾松幼林

84.10

73.4

27.17

23.7

3.25

2.9

114.52

马尾松成林

92.55

84.6

12.42

11.4

4.43

4.0

109.40

毛竹

85.41

86.6

9.89

8.6

3.33

2.9

98.63

湿地松×木荷

112.14

84.9

15.87

12.0

4.06

3.1

132.08

胡柚

265.93

85.7

36.68

11.8

7.61

2.5

310.22

湿地松

159.33

79.6

30.93

15.4

10.08

5.0

200.34

杨梅×桃形李

195.55

82.7

27.19

11.5

13.69

5.8

236.43

湿地松×板栗

190.39

90.1

10.33

4.9

10.68

5.0

211.40

桃形李

266.00

87.7

26.82

8.8

10.35

3.5

303.17

杨梅成林

266.00

87.7

26.82

8.8

10.35

3.5

303.17

日本扁柏

197.68

87.9

17.17

7.6

10.00

4.5

224.85

对照

132.75

78.9

27.44

16.3

8.04

4.8

168.23

注：表中数据为0~40cm土层内的平均值。

许景伟等在山东省龙口市龙口林场对沙质海岸不同树种类型防护林进行调查，表7-24结果显示土壤有机质、速效氮、速效磷、速效钾含量，黑松+刺槐、黑松+麻栎、黑松+紫穗槐3种混交林类型的均优于黑松纯林。其中，有机质含量分别为纯林的535.9%、523.1%和276.9%；速效N含量分别为269.3%、261.7%和118.0%；速效P含量分别为230.2%、300.0%和178.1%；速效K含量分别为196.1%、199.9%和229.0%。值得一提的是，黑松+紫穗槐、黑松+刺槐混交林的全氮含量和黑松+紫穗槐混交林的全磷含量均低于黑松纯林，需要进一步探讨。

表7-24 不同类型群落的土壤理化性状分析

群落类型

土壤深度（cm）

有机质（%）

全N（%）

全P（%）

速效N（mg/kg）

速效P（mg/kg）

速效K（mg/kg）

黑松纯林

0~20

0.122

0.0280

0.0113

10.25

1.24

19.75

20~40

0.033

0.0117

0.0066

8.79

0.68

9.38

平均

0.078

0.0149

0.0090

9.52

0.96

14.57

黑松紫穗槐混交林

0~20

0.310

0.0169

0.0122

18.06

2.64

48.10

20~40

0.122

0.0059

0.0050

4.39

0.77

18.63

平均

0.316

0.0114

0.0086

11.23

1.71

33.37

黑松刺槐混交林

0~20

0.751

0.0371

0.0210

42.48

3.27

40.25

20~40

0.085

0.0012

0.0026

8.79

1.15

16.88

平均

0.418

0.0142

0.0118

25.67

2.21

28.57

黑松麻栎混交林

0~20

0.654

0.0350

0.0220

41.02

4.22

44.50

20~40

0.162

0.0034

0.0034

8.79

1.53

13.75

平均

0.408

0.0792

0.0127

24.91

2.88

29.13