苗木種植對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響

閆　慧， 王夢(mèng)陽

(許昌學(xué)院 城鄉(xiāng)規(guī)劃與園林學(xué)院，河南 許昌 461000)

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苗木種植對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響

閆慧， 王夢(mèng)陽

(許昌學(xué)院 城鄉(xiāng)規(guī)劃與園林學(xué)院，河南 許昌 461000)

取許昌市園林苗木基地4年育齡苗木區(qū)的表層(0～20 cm)土壤樣品和長(zhǎng)期進(jìn)行農(nóng)耕活動(dòng)區(qū)域表層(0～20 cm)土壤樣品，分析土壤容重、土壤機(jī)械組成、有機(jī)質(zhì)、pH值、銨態(tài)氮、速效磷和速效鉀共7個(gè)理化指標(biāo).結(jié)果表明：(1)農(nóng)耕區(qū)土壤容重值低于苗木種植區(qū)，農(nóng)耕區(qū)耕作過程能更好地改善了土壤結(jié)構(gòu)；(2)苗木種植區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)值含量低于農(nóng)耕區(qū)，土壤肥力低于農(nóng)耕區(qū)，主要原因是農(nóng)耕區(qū)耕作過程中綠肥的施用頻率和施用量較大；(3)苗木種植區(qū)土壤銨態(tài)氮含量高于農(nóng)耕區(qū)，數(shù)值波動(dòng)較大，但總體水平不高.農(nóng)耕區(qū)小麥生長(zhǎng)過程中需要大量的氮素支持，并且小麥種植密度大，對(duì)氮的吸收利用較多；而苗木種植區(qū)氮的表聚性較強(qiáng)，所以表層土壤樣品中保留的銨態(tài)氮較多；(4)苗木種植區(qū)土壤pH值、土壤機(jī)械組成、速效磷、速效鉀含量與農(nóng)耕區(qū)數(shù)據(jù)并無較大差異，說明苗木種植對(duì)土壤pH值、土壤機(jī)械組成、速效磷、速效鉀含量造成的影響比較小.

土壤容重；土壤機(jī)械組成；有機(jī)質(zhì)；銨態(tài)氮；速效磷；速效鉀

土地利用和覆蓋方式的改變是全球變化的重要原因[1].隨著苗木產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，苗木種植成為城郊結(jié)合部的一種常見的新型土地利用方式.目前從事苗木種植的人們更多的是關(guān)注苗木種植帶來的經(jīng)濟(jì)效益，忽略了長(zhǎng)期進(jìn)行苗木栽培對(duì)土壤可持續(xù)利用的影響[2].隨著城市化的推進(jìn)，土地資源日趨緊張，可持續(xù)發(fā)展成為現(xiàn)有各種土地利用方式下不容忽視的問題.土壤是植物生長(zhǎng)發(fā)育的基礎(chǔ)，其質(zhì)量是農(nóng)業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的條件，土壤理化性質(zhì)是土壤質(zhì)量的重要方面，影響著土壤水分、空氣的供給，是土壤質(zhì)量高低的反映.土壤質(zhì)量是農(nóng)業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要前提，對(duì)現(xiàn)有苗木種植條件下苗木種植區(qū)土壤理化性質(zhì)進(jìn)行研究，能夠?yàn)橥寥赖挠行Ч芾砗涂沙掷m(xù)利用提出科學(xué)評(píng)價(jià)依據(jù).

國(guó)內(nèi)外針對(duì)苗木種植對(duì)土壤環(huán)境的影響已有部分研究，主要集中在土壤理化性質(zhì)差異、肥力衰退等方面.目前國(guó)內(nèi)外研究基本一致認(rèn)可，連栽單一的苗木將會(huì)導(dǎo)致土壤物理性質(zhì)的惡化，造成土壤地力衰退.如研究發(fā)現(xiàn)，與幼齡杉木相比，連栽杉木土壤的化學(xué)性質(zhì)明顯變差，杉木連栽可能會(huì)引起土壤酶活性的降低，進(jìn)而導(dǎo)致土壤肥力下降[3-4].譚芳林等[5]研究發(fā)現(xiàn)，隨著苗木植株代數(shù)的增加，土壤pH值呈降低趨勢(shì)，即土壤出現(xiàn)酸化趨勢(shì)，這將導(dǎo)致土壤的產(chǎn)出能力大大下降，同時(shí)氮、磷、鉀等各營(yíng)養(yǎng)元素也隨之降低，且在表層土壤中表現(xiàn)的更為顯著.

1　材料與方法

1.1研究區(qū)概況

許昌市北臨黃河，西部接伏牛山、中岳嵩山，東、南接黃淮海平原，經(jīng)度范圍112°42′E～114°14′E，緯度范圍為34°16′N～34°58′N，是第三級(jí)階梯上一座以平原為主的城市，屬于北暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候，年平均氣溫約為15.2 ℃，日照時(shí)數(shù)約為2 104.4 h，年均降水量約為727 mm，四季分明，氣候溫和，光照充足，雨量適中.土壤類型為潮土，母質(zhì)主要為黃河、淮河的沉積物，富含碳酸鈣.

研究對(duì)象為許昌市花都園林工程有限公司下設(shè)的苗木種植基地，樣品采集區(qū)苗木栽種面積約為150畝，花木種植年限為4年，種植的花木類型為喬木、灌木，栽種花木之前為農(nóng)耕區(qū).對(duì)比樣地選取為花木基地附近一直從事農(nóng)業(yè)耕作活動(dòng)的區(qū)域.

1.2樣地的選取與樣品的采集

在苗木種植區(qū)采用五點(diǎn)混合法取樣，隨機(jī)選取五個(gè)點(diǎn)，并分別取0～20 cm表層土，進(jìn)行均勻混合后按“四分法”取四分之一土壤樣品裝入密封袋，進(jìn)行編號(hào)，帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行風(fēng)干、晾曬、過篩、稱重等處理以供土壤各項(xiàng)研究指標(biāo)的測(cè)定，容重所測(cè)定的土壤樣品采用環(huán)刀法采集.土壤樣品的采集時(shí)間為2015年1月中旬，共采集17個(gè)樣品，分別按XC-01至XC-17進(jìn)行編號(hào)，其中編號(hào)XC-17為長(zhǎng)期進(jìn)行農(nóng)耕活動(dòng)的土樣，采集時(shí)種植的作物為冬小麥.

1.3測(cè)定項(xiàng)目與方法

土壤機(jī)械組成的測(cè)定：采用Mastersizer 2000激光粒度分析儀進(jìn)行測(cè)定.首先稱取0.28～0.32 g土壤樣品，放入50 mL小燒杯中，分別加入濃度為10%的鹽酸和雙氧水，以期除去土壤樣品中的有機(jī)質(zhì)和碳酸鹽，放置在溫度設(shè)置為100 ℃的蒸爐中加熱10 min后取出，土壤樣品進(jìn)行靜置處理24 h后，抽取燒杯中的大部分多余水分，加入濃度為5%的六偏磷酸鈉進(jìn)行土壤樣品分散處理，放入到超聲波清洗儀中進(jìn)行約5 min的土壤震蕩分散處理.將處理完成的樣品加入到800 mL的純凈水中，進(jìn)行土壤機(jī)械組成的測(cè)定.

土壤pH值采用電位法測(cè)定; 土壤有機(jī)質(zhì)采用高溫外熱重鉻酸鉀一容量法進(jìn)行測(cè)定；土壤銨態(tài)氮、速效磷、速效鉀用豫農(nóng)2000土壤速效養(yǎng)分速測(cè)儀進(jìn)行含量測(cè)定.

將土壤樣品風(fēng)干，揀出草根、石塊等物質(zhì)，過0.25 mm的篩子，稱取土壤樣品2.0 g放入土壤浸堤瓶中，用吸管吸取土壤浸堤劑40 mm于土壤浸堤瓶中，取一勺北方土壤脫色劑放入土壤浸堤瓶中，保持溫度在20～25 ℃之間，攪拌5 min，然后靜置并將樣品溶液過濾于干燥的三角瓶中.最后將所得土壤樣品溶液加入相應(yīng)試劑，進(jìn)行土壤養(yǎng)分含量上機(jī)測(cè)定.

1.4數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2013和Mastersizer 2000進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，并參照全國(guó)土壤養(yǎng)分含量等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行土壤肥力指標(biāo)對(duì)比分析.

2　結(jié)果與討論

2.1苗木種植對(duì)土壤容重的影響

土壤容重指的是土壤在自然結(jié)構(gòu)沒有受到破壞的前提下，單位容積土的重量，用g/cm3表示.它的大小與土壤緊實(shí)度、土壤質(zhì)地、結(jié)構(gòu)，有機(jī)質(zhì)的含量及耕作方式等密切相關(guān)[6].一般含礦物質(zhì)多而結(jié)構(gòu)較差的土壤(如砂土)，土壤容重值都在1.4～1.7 g/cm3之間，而含有機(jī)質(zhì)多而結(jié)構(gòu)較好的土壤(如農(nóng)業(yè)土壤)，容重值在1.1～1.4 g/cm3之間[7].

苗木種植區(qū)土壤容重平均值為1.55 g/cm3，容重?cái)?shù)值在1.39～1.76 g/cm3之間波動(dòng)，但樣品方差為0.12，數(shù)值波動(dòng)較小.農(nóng)耕區(qū)土壤容重值為1.34 g/cm3(見圖1).小麥種植區(qū)耕作過程中土地管理較苗木種植區(qū)更為精細(xì)，其中包括綠肥和化肥配合施用的次數(shù)和量更多，更多次翻耕等，所以較好地改善了土壤結(jié)構(gòu).這與林東關(guān)于梨樹下養(yǎng)雞減小土壤容重的研究結(jié)果相一致[8].容重值比較小的土壤，孔隙度比較大，最大持水量比較高，更利于植株生長(zhǎng)和作物產(chǎn)量的提高[9].苗木種植區(qū)樹種單一，會(huì)增加土壤容重[10].相比較更多次施用綠肥、翻耕等農(nóng)業(yè)耕作方式對(duì)土壤結(jié)構(gòu)的改善，苗木種植對(duì)土壤結(jié)構(gòu)的影響有可能是消極的.

2.2苗木種植對(duì)土壤機(jī)械組成的影響

土壤機(jī)械組成是土壤較重要的物理性質(zhì)，能夠影響其水分、肥力、空氣等因子.苗木種植區(qū)土壤以粉砂為主，占40.9%～71.5%，平均值為64.1%，其中以細(xì)粉砂所占比例最大，細(xì)粉砂和粗粉砂分別占37.0%～53.8%和3.9%～20.5%.粘粒組占20.1%～58.9%，平均值為31.8%；砂粒組占0.02%～8.8%，平均值為4.0%.農(nóng)業(yè)耕作區(qū)主要以粉砂為主，約占68.1%，其中以細(xì)粉砂所占比例較大，細(xì)粉砂和粗粉砂分別占50.7%和17.4%；粘粒組占26.2%，砂粒組占5.5%.苗木種植區(qū)土壤樣品機(jī)械組成與農(nóng)耕區(qū)相似，都是以粉砂為主.

2.3苗木種植對(duì)土壤pH值的影響

土壤pH值是影響土壤肥力大小的重要因素，能夠影響土壤中養(yǎng)分的存在狀態(tài)、轉(zhuǎn)化和使用的效力[6].土壤的pH值太高或者太低，一些營(yíng)養(yǎng)元素會(huì)比較難溶，有效性降低，而不能很好地被植物根系吸收.pH值對(duì)土壤中多種營(yíng)養(yǎng)元素有較大的影響[11].對(duì)植物的生長(zhǎng)發(fā)育和施肥產(chǎn)生的效果也有較大影響[12].

苗木種植區(qū)土壤樣品的pH值介于7.2～8.6之間，平均值為8.18(見圖2)，為堿性土壤，這與許昌土壤為潮土，碳酸鈣含量較多，呈現(xiàn)中性偏堿的定論相吻合[13].土壤樣品pH值數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)差為0.42，樣品pH值波動(dòng)比較小，樣品之間pH值的差異并不大.農(nóng)耕區(qū)土壤樣品pH值為8.3，苗木種植區(qū)與農(nóng)業(yè)耕作區(qū)土壤樣品均屬于堿性土，說明進(jìn)行苗木種植對(duì)土壤pH值并未產(chǎn)生影響.

圖1　土壤容重

圖2　土壤pH值

2.4苗木種植對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)的影響

土壤有機(jī)質(zhì)指以各種形態(tài)和狀態(tài)存在于土壤中的含碳有機(jī)化合物，包括動(dòng)植物殘?bào)w、微生物體及其不同分解階段的產(chǎn)物，以及由分解產(chǎn)物合成的腐殖質(zhì)等.主要來源為動(dòng)植物的殘?bào)w、人為施入的各種有機(jī)肥料(綠肥、堆肥、人畜排泄物、漚肥等)[14].有機(jī)質(zhì)雖然在土壤總重量中所占比例較小，卻有植物生長(zhǎng)發(fā)育所必須的營(yíng)養(yǎng)，能為土壤中多種微生物進(jìn)行生命代謝活動(dòng)提供能力支持[6]，對(duì)土壤物理化學(xué)以及生物學(xué)性質(zhì)都具有深刻影響，是土壤肥力有效性時(shí)間長(zhǎng)短的重要標(biāo)志[12].有機(jī)質(zhì)含量值越大，土壤肥力就越高，反之，土壤就越貧瘠[15].

苗木種植區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量范圍在1.62%～4.43%之間，農(nóng)業(yè)耕作區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量為4.98%，依據(jù)全國(guó)土壤養(yǎng)分含量分級(jí)表，樣品有機(jī)質(zhì)含量處于(a)級(jí)較高水平.苗木種植區(qū)地表雖然沒有較多的草本植被覆蓋，但是一年或者兩年一次施用綠肥，所以相對(duì)而言有機(jī)質(zhì)含量平均值依然處于(c)級(jí)中等水平.農(nóng)耕區(qū)土壤受人為培肥施肥的頻率、數(shù)量的影響，有機(jī)質(zhì)含量高于苗木種植區(qū)，如圖3所示.

2.5苗木種植對(duì)土壤養(yǎng)分的影響

2.5.1土壤銨態(tài)氮

氮素是植物生長(zhǎng)所需要的重要營(yíng)養(yǎng)元素[16-17].銨態(tài)氮是能夠被植物直接所吸收利用的有效態(tài)氮[18].它的含量顯著地影響著土壤氮的遷移與轉(zhuǎn)化過程，也反映了土壤的養(yǎng)分供給狀況及其可利用水平[6].通常北方土壤中銨態(tài)氮的含量范圍為(1～24 mg)/100 g，河南潮土氮豐缺指標(biāo)顯示氮含量含量<5 mg/100 g等級(jí)為極低，(5～8.7)mg/100 g含量等級(jí)為低.

苗木種植區(qū)土壤樣品銨態(tài)氮含量平均值為8.25 mg/100 g，處于低級(jí)；農(nóng)業(yè)耕作區(qū)土壤銨態(tài)氮的含量為2.50 mg/100 g(見圖4)，處于極低水平.參照河南潮土氮豐缺指標(biāo)，土壤銨態(tài)氮含量總體水平偏低.樣品在1月份采集，氣溫比較低.有機(jī)氮的礦化也比較弱[19-20]，因此導(dǎo)致銨態(tài)氮含量在此期間比較低.另外因?yàn)殇@態(tài)氮為植物可以直接吸收利用的有效態(tài)氮，能夠被土壤吸附而不易造成淋失，因而其受1月氣溫、降水的差異，植物根系吸收累積能力、有機(jī)氮的礦化作用以及土壤吸附等因素的綜合影響更為明顯.其含量也與采樣區(qū)水文狀況、土壤結(jié)構(gòu)及其對(duì)銨態(tài)氮吸附強(qiáng)度的差異有關(guān)[19].小麥生育過程中會(huì)吸收許多的氮素維持其生長(zhǎng)，其不同生育過程土壤中氮素含量不同[21].小麥種植密度大，氮的吸收利用更多[22]，留在土壤中的氮比較少；而苗木種植區(qū)(種植喬木、灌木)氮素的土壤表聚性比較強(qiáng)[23-24]，所以表層(即0～20 cm)土壤中銨態(tài)氮的含量較農(nóng)耕區(qū)高.

圖3　土壤有機(jī)質(zhì)含量

圖4　土壤銨態(tài)氮含量

2.5.2土壤速效磷

土壤速效磷是土壤中能夠被植物吸收和利用的磷，包括所有水溶性的磷，部分以吸附態(tài)存在的磷和有機(jī)態(tài)的磷，有些土壤還包括部分以沉淀狀態(tài)存在的磷素[25].土壤速效磷是體現(xiàn)土壤供應(yīng)磷素水平高低的指標(biāo)[26].土壤含磷量的高低能夠反應(yīng)土壤中磷素的量以及供應(yīng)能力.土壤速效磷含量的多寡是決定磷肥效果最主要的因素之一.

苗木種植區(qū)樣品土壤速效磷含量的平均值為3.63 mg/100 g，農(nóng)業(yè)耕作區(qū)土壤速效磷含量為3.62 mg/100 g(見圖5).苗木種植區(qū)樣品土壤速效磷含量處于養(yǎng)分分級(jí)的(c)中級(jí)及以上水平的占95.65%.說明苗木種植中磷肥的施用效果比較好，土壤中可以利用的磷素比較多.有研究表明森林土壤的速效磷含量與溫度呈正相關(guān)，與土壤pH值呈負(fù)相關(guān)[27]，據(jù)此推測(cè)，苗木種植區(qū)土壤速效磷含量有可能受到溫度的影響.但從數(shù)據(jù)分析苗木種植對(duì)土壤速效磷含量的影響并不是很明顯.

2.5.3土壤速效鉀

土壤中有水溶性的鉀，由于這部分鉀能夠較快地被植物所吸收利用，所以被稱為速效鉀.鉀是土壤養(yǎng)分的重要部分.苗木種植區(qū)土壤樣品速效鉀含量的平均值為19.16 mg/100 g，農(nóng)耕區(qū)樣品土壤速效鉀含量24.93 mg/100 g(見圖6)，均處于養(yǎng)分分級(jí)的(a)級(jí)較高水平.苗木種植區(qū)土壤速效鉀含量在(5.09～30.76)mg/100 g間波動(dòng).土壤速效鉀含量處于養(yǎng)分分級(jí)(c)中級(jí)及以上水平的約占93.75%，說明苗木種植區(qū)土壤速效鉀養(yǎng)分含量平均水平較高.通過數(shù)據(jù)分析對(duì)比得出，苗木種植區(qū)土壤速效鉀含量較耕作區(qū)差異不明顯，說明苗木種植對(duì)土壤速效鉀含量影響比較小.

圖5　土壤速效磷含量

圖6　土壤速效鉀含量

3　結(jié)論

農(nóng)耕區(qū)土壤容重值低于苗木種植區(qū)，農(nóng)耕區(qū)耕作過程更好地改善了土壤結(jié)構(gòu).苗木種植區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)值含量低于農(nóng)耕區(qū)，土壤肥力低于農(nóng)耕區(qū)，主要原因是農(nóng)耕區(qū)耕作過程中綠肥的施用頻率和施用量較大.苗木種植區(qū)土壤銨態(tài)氮含量高于農(nóng)耕區(qū)，但總體水平不高.農(nóng)耕區(qū)小麥生長(zhǎng)過程中需要大量的氮素支持，并且小麥種植密度大，對(duì)氮的吸收利用較多；而苗木種植區(qū)氮的表聚性較強(qiáng)，所以表層土壤樣品中保留的銨態(tài)氮較多.苗木種植對(duì)土壤pH值、土壤機(jī)械組成、速效磷、速效鉀含量造成的影響較小.

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責(zé)任編輯：衛(wèi)世乾

The influence of Tree Planting on Soil Physical and Chemical Properties

YAN Hui， WANG Meng-yang

(CollegeofUrban-ruralPlanningandLandscapeArchitecture，XuchangUniversity，Xuchang461000，China)

Selecting Xuchang Huadu garden nursery seedlings base area of reproductive age 4 years (0-20 cm) of surfaces oil sample, and long-term agricultural activities of the regional surface of soil sample (0-20 cm), we analyzes the soil bulk density, soil mechanical composition, organic matter, pH value, ammonium nitrogen,rapid available phosphorus and rapid available kalium seven physical and chemical properties for comparison. The results show that： (1) The soil bulk density value of the farming area is lower than the seedling growing areas, and the cultivation process of the farming area can better improve the soil structure. (2) The seedling growing areas of soil organic matter content is lower than that of the farming area, and the soil fertility is less than farming area. The main reason is that the green manure application frequency and quantity are bigger in the cultivation process of the farming areas. (3) The soil ammonium nitrogen content of the seeding growing areas is higher than that of farming area and numerical fluctuation is big, but the overall level is not high. Ammonium nitrogen content is affected by seasonal factors, The wheat of the farming area in the growing process requires a lot of nitrogen support, and wheat planting density is big, the nitrogen absorption use more.The table cohesion of seedling growing areas is stronger,sot there is the ammonium nitrogen in the surface soil sample.(4) There are little differences between the seedling growing soil pH, soil mechanical composition, available kalium, available phosphorus content and those of farming area . It shows that tree planting has a little effect on soil pH, soil mechanical composition, the effects of available kalium, available phosphorus content.

soil bulk density; soil mechanical composition; organic matter; ammonium nitrogen; rapid available phosphorus; rapid available kalium

2015-07-12

許昌學(xué)院校級(jí)科研項(xiàng)目

閆慧(1980—)，男，內(nèi)蒙古呼倫貝爾人，副教授，博士，研究方向：土壤環(huán)境質(zhì)量.

1671-9824(2016)05-0125-05

K903

A