柯柯牙地区不同林龄新疆杨防护林土壤养分变化

李 萍，王 德，马亚斌，邓成华

(新疆理工学院，新疆 阿克苏 843100)

植被营建与保护恢复是防风固沙、改善土壤养分状况的根本性最有效手段[1]，在地表裸露、植被状况极差的新疆沙漠地区更是如此。不同林龄林地改善土壤养分状况的效果不尽相同，侍世玲[2]研究发现不同林龄沙枣防护林不同土层pH值总体波动小，沙枣林地养分元素受林龄和土层深度影响明显，表现为随林龄增加其养分含量显著提高，且沿土壤剖面垂直递减，呈现一定的表聚现象。而覃文娟[3]对桉树人工林的研究发现土壤养分含量随连栽代次增加逐渐降低，土壤pH值、有机质含量、速效磷、速效钾含量均为二代林低于一代林，且随着林龄增加，土壤pH值、有机质含量、氮素、钾素等养分随林龄呈先增后减变化。同样，李鹏[4]等研究发现，林龄对土壤养分具有显著影响，土壤pH值随林龄增加呈先增后减趋势，而土壤有机碳、全氮、全磷和速效钾等养分随林龄呈先减后增的U形变化，中林龄土壤养分状况最佳。为最有效发挥林木改善林地土壤养分的功能，准确评估柯柯牙造林效果，给造林和林地管理提供依据，有必要对不同林龄的人工林养分及盐碱离子含量进行研究。

新疆杨耐干旱盐碱，对土壤要求不严，吸附浮尘能力强，是新疆南部各绿洲防护林的最主要造林树种。新疆阿克苏地区自然环境恶劣，沙尘暴、冰雹、干旱等灾害性天气频发，为根治风沙危害，改善人居条件和生态环境，保障社会经济健康发展，自1986年起[5-7]，在风沙策源地柯柯牙利用新疆杨持续植树造林，至今已有30余年，共完成防护林人工造林8.02万公顷，与经济林一同构成了强大的绿色屏障，使塔里木河流域、阿克苏地区生态环境条件明显改善，有效促进了产业结构调整和农民增收增效[8]。迄今柯柯牙防护林研究主要集中在防风固沙[9]、生态服务功能[10-12]等方面，改善林地土壤效果未见研究报道，为此我们对不同林龄新疆杨防护林的土壤理化指标进行了测定研究。

1 研究区概况

研究地点位于塔克拉玛干沙漠北缘的阿克苏市和温宿县东北城郊，该地区属暖温带干旱型气候，年均蒸发量1 900～2 600 mm，年均降水量为56.7 mm，年均日照时间为2 854 h，无霜期为211 d，主要防护林类型有新疆杨、苹果、香梨、核桃、红枣、葡萄等，土壤类型主要是棕漠土(主要为沙土、沙壤土、黏土、重黏土、盐碱土)。

2 研究方法

2020年10月野外采样，样地分别选择定植于1987、2008、2017年的新疆杨林地，林龄分别为 33、12、3 a，对照样地为同地段的裸露沙地。每个林龄设置3个有代表性的样地，在每个样地按基本等间距、株行距交叉点的方法选择3个样点，每个样点按0～20、20～40、40～60 cm分层采集土样，每个样地的不同层土样按基本等量混合均匀并选取约1 000 kg装入自封袋、标记信息，带回实验室预处理，以备测定用。

土壤含水量、pH值、全盐、速效磷、速效钾、有机质、钠离子等指标按照标准或常用方法[13]测定。其中样地的基本特征如表1。

表1 新疆杨防护林概况

3 结果与分析

3.1 不同林龄林地的土壤pH值变化

土壤pH值是影响植物是否可生存和生长状况的主要影响因子之一，pH值过低或过高都对植物不利。不同林龄土壤都呈碱性，总体而言，垂直结构上各林龄新疆杨土壤及对照土壤的pH值不存在显著性差异(P>0.05)。在0～20 cm的表层土中，裸露沙土的pH值显著高于3 a生和12 a生新疆杨土壤，但却显著低于33 a生新疆杨土壤。规律同时可见于20～40 cm和40～60 cm两个土层深度，但裸露沙土与33 a生新疆杨土壤不存在显著性差异。表明新疆杨防护林幼护期降低了土壤pH值即碱性，改善了土壤碱性环境，但随着林龄的增加，土壤pH值逐渐升高直至与裸露沙土保持一致。

3.2 不同林龄林地的土壤全盐含量变化

土壤全盐含量随林龄增长表现出增长的趋势，33 a生新疆杨土壤全盐含量达到最大值(2.42±0.14) g·kg-1，是裸露沙土全盐含量的1.5倍以上，是3 a生新疆杨土壤全盐含量的2倍以上，而3 a生和12 a生新疆杨土壤全盐含量均低于裸露沙土。垂直方向上，表层土壤全盐含量均表现为最高，3、12、33 a生防护林土壤表层土壤全盐含量分别达到各自均值的1.5、1.果强烈，伴随防护林种植年6、1.0倍，表明20 cm以上受盐分表聚作用强烈，各林龄土壤表层的全盐含量变化规律显著，3 a生林地盐分表聚效限的增加，表层盐含量将下降至稳定水平。

表2 不同林龄新疆杨林地土壤pH值、全盐和钠离子含量

3.3 不同林龄下土壤钠离子浓度变化

钠离子含量伴随种植年限增加而增加，33 a生新疆杨林地土壤钠离子含量达到(317.4±7.4) mg·kg-1，达到对照土壤的1.83倍，3 a生和12 a生新疆杨林地土壤钠离子含量分别为(78.3±1.1)、(80.6±0.6) mg·kg-1，比裸露土壤分别降低了54.9%、53.6%，表明在新疆杨防护林种植初期，土壤钠离子浓度显著下降，土壤含盐量降低，一方面，由于人工管护诸如人工灌溉等措施引起土壤含盐量稀释；另一方面新疆杨防护林幼龄期处于生理生长需求，造成钠离子的吸收利用较多，在一定程度上降低了土壤钠离子含量。但随着林龄增加，新疆杨对水分需求更大，对钠离子的利用减弱，反而加剧了钠离子的集聚。

3.4 不同林龄下土壤有机质含量的变化

土壤有机质是土壤中各种营养元素特别是氮、磷的重要来源。土壤有机质含量是土壤肥力高低的重要指标[14]。由表3知，随着新疆杨林龄的增长有机质含量均显著增加(P>0.05)，各林龄土壤中有机质含量均高于对照土壤，含量依次为：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]。随着新疆杨防护林林龄的增加，每年秋冬季节大量落叶、枯枝等进入土壤，在微生物及水热条件的作用下分解腐熟，使得土壤中的有机质含量增加。

3.5 不同林龄下土壤速效磷、速效钾含量的变化

土壤速效养分是土壤供给植物的前肥力[15]，是土壤肥力评价的重要指标。由表3看出，定植新疆杨的土壤速效磷、速效钾养分含量均高于对照土壤。33 a生新疆杨防护林土壤速效磷、速效钾的含量达到最大，分别为(2.67±0.38)mg·kg-1和(438.8±2.0)mg·kg-1，分别是裸露土壤的5.56和3.38倍；12 a生新疆杨的土壤速效磷和速效钾含量次之，分别是裸露土壤含量的3.19和1.23倍；而3 a生新疆杨土壤速效磷和速效钾含量分别是裸露土壤含量的2.98和1.19倍。土壤速效磷和速效钾的含量均随着林龄的增大呈现增加趋势，这与不同林龄新疆杨对土壤养分的吸收有关。

3.6 土壤养分因素的相关性分析

土壤养分各因素之间的相关性关系见表4。土壤全盐与土壤速效钾、有机质、钠离子、土壤含水量和土壤pH值均成显著性正相关。土壤速效磷与土壤速效钾、有机质及土壤含水量呈显著性正相关，与土壤钠离子及土壤pH值无显著性相关。

表3 不同林龄新疆杨防护林土壤养分特征

表4 土壤养因素之间的Pearson相关分析

由相关性关系可知，土壤速效磷、速效钾含量和土壤有机质均呈现显著性极相关(P<0.01)，而这两种养分均随林龄的增大而显著增加，这表明随着林龄增大，新疆杨的土壤中有机质含量增多，进而促进并保持土壤中的速效养分，也表明在荒漠造林过程中，切实增强了土壤养分。土壤有机质与其它养分之间均存在显著正相关，说明随着新疆杨的生长，土壤有机质的累积，促进了土壤养分的积累。

4 结论

(1)新疆杨人工防护林水土保持措施对土壤改良效益显著，随着种植年限的延长其效果越来越明显。

与裸露沙土相比, 新疆杨防护林土壤速效磷、土壤速效钾和土壤有机质含量均显著增加，且其含量随着林龄增大而显著增加，土壤养分明显提高。其次，土壤钠离子、土壤全盐含量和土壤pH值与对照相比，其浓度随林龄增大而呈现先降低后增大，直至趋于动态平衡的关系，这与人工前期管护、新疆杨的生长特性和当地干旱气候因素相适应。

(2)相关分析结果表明，土壤速效磷、土壤速效钾、土壤有机质及土壤含水量之间均呈显著性正相关，即相互影响，在土壤含水量充裕情况下，能有效促进微生物对凋落物的分解，共同促进了土壤养分的集聚。土壤钠离子、土壤全盐和土壤含水量之间也呈显著性正相关，说明土壤的盐碱性受土壤含水量影响较大，这在前期受人工管护影响大，而后期新疆杨防护林的培育，稳定了土壤中无机盐的含量，集聚了土壤养分的形成，对土壤保护起到了良性循环作用。

(3)随着新疆杨植被恢复时间的延长，土壤养分、土壤理化性质也在不断地的变化，土壤的改良为其他植被提供了更好的生境条件，尤其是林地中繁育的短年生天然野草繁多，物种的多样性导致凋落物增多，改善土壤微生物环境，反过来促进土壤有机质的累积，达到良性循环。此外，实验中存在土壤养分元素测定不充分，比如土壤氮素的基本变化等以及土壤微生物量及相关酶活的动态变化，今后将补充并深入这方面的研究，可通过与土壤微生物量及其酶活代谢的相关联系，能够更全面、更客观地评价土壤理化性质的变化程度。