樟子松人工林營(yíng)建對(duì)土壤顆粒組成變化的影響

雷澤勇,于東偉,周鳳艷,張巖松,李堯,白津?qū)?/p>

1 遼寧工程技術(shù)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,阜新 123000 2 中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)應(yīng)用生態(tài)研究所大青溝沙地實(shí)驗(yàn)站,沈陽(yáng) 110016 3 中國(guó)科學(xué)院大學(xué),北京 100049

土壤是由各級(jí)不同大小的顆粒堆積組成的混合體[1],是維系陸地生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)[2]。土壤固相中礦物顆粒的大小及組成比例被稱之為土壤顆粒組成(PSD,Soil particle size distribution)[3],是重要的土壤物理特性參數(shù),對(duì)植物生長(zhǎng)所依賴的土壤環(huán)境條件產(chǎn)生直接影響。土壤顆粒組成作為土壤的內(nèi)在屬性,其差異構(gòu)成了不同的土壤質(zhì)地類型,進(jìn)而影響著土壤水分運(yùn)輸、溶質(zhì)遷移和土壤侵蝕等過(guò)程[4],也用于土壤分類和評(píng)估土壤結(jié)構(gòu)及土壤水力特征等土壤性質(zhì)。土地沙漠化是全球干旱、半干旱地區(qū)最嚴(yán)重的土地退化類型之一[5-6],以風(fēng)蝕為主要特征的土地沙漠化其實(shí)質(zhì)是土壤顆粒的粗?；约梆B(yǎng)分貧瘠化[7]。因此,對(duì)沙漠化嚴(yán)重地區(qū)的土壤顆粒組成進(jìn)行研究十分必要。

科爾沁沙地是我國(guó)土地沙漠化最嚴(yán)重的地區(qū)之一,處于北方典型的干旱半干旱農(nóng)牧交錯(cuò)帶[5]。近年來(lái),由于氣候變化和土地利用方式的快速轉(zhuǎn)換[8],科爾沁沙地植被發(fā)生退化,以風(fēng)蝕為主要特征的土地沙漠化導(dǎo)致該區(qū)域生態(tài)環(huán)境極其脆弱[9]。植被恢復(fù)是沙漠化逆轉(zhuǎn)的重要措施,充分利用土壤—植物復(fù)合系統(tǒng)的生態(tài)功能來(lái)改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境,促進(jìn)土壤結(jié)構(gòu)改善、土壤肥力增加以及生物多樣性的恢復(fù)[10]。樟子松(Pinussylvestrisvar.mongolica)是科爾沁沙地植被恢復(fù)的主要樹(shù)種之一,具有耐寒,耐旱,耐貧瘠和較速生等優(yōu)良特性,有關(guān)樟子松人工林營(yíng)建對(duì)土壤顆粒組成影響的研究已有報(bào)道。蘇敏等[4]研究表明,呼倫貝爾沙地營(yíng)建樟子松人工林可以促進(jìn)土壤細(xì)顆粒含量增加,土壤粉粒含量隨著林齡的增加而升高；Deng等[3]研究認(rèn)為,毛烏素沙地營(yíng)建樟子松林使土壤粘粒和粉粒含量增加,林分密度增加將使植被恢復(fù)效果更加明顯；黃剛[11]等研究發(fā)現(xiàn),科爾沁沙地樟子松林的降塵截留作用雖然可使土壤細(xì)顆粒含量增加,但是并未對(duì)土壤機(jī)械組成產(chǎn)生顯著影響,研究區(qū)土壤仍以砂粒為主。以往研究由于受林齡和土壤剖面深度的限制,使得營(yíng)建樟子松人工林后土壤顆粒組成變化的演變機(jī)制尚不明確。鑒于此,本文以13—56年樟子松人工林地作為研究樣地,采用空間序列替代時(shí)間序列的方法,并選擇臨近沙質(zhì)草地作為對(duì)照,旨在探究退化沙質(zhì)草地營(yíng)建樟子松人工林后土壤顆粒組成的變化,從而為該區(qū)域植被恢復(fù)提供科學(xué)支撐和技術(shù)支持。

1 研究區(qū)與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

研究地設(shè)立在科爾沁沙地南緣的遼寧省沙地治理與利用研究所章古臺(tái)試驗(yàn)林場(chǎng)內(nèi)(42°39′—42°43′N(xiāo),122°23′—122°33′E,圖1),屬于中國(guó)北方典型草原與農(nóng)地交錯(cuò)地帶,海拔高度平均為225 m。地處中溫帶,大陸性季風(fēng)氣候,年均氣溫4.6—6.3℃,年均降水量500 mm左右。年平均風(fēng)速4.5 m/s,春季多大風(fēng)、揚(yáng)沙天氣。土壤類型主要為風(fēng)沙土和流動(dòng)風(fēng)沙土,pH值6.7左右[12]。代表性植物有中華委陵菜(Potentillaanserina)、中華隱子草(Cleistogeneschinensis)、山杏(Armeniacasibirica)、興安胡枝子(Lespedezadaurica)等[13]。營(yíng)建樟子松固沙林前為固定沙質(zhì)草地。

圖1 研究區(qū)地理位置圖

1.2 試驗(yàn)地選擇與土壤樣品的采集

試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)地的選取原則：(1)標(biāo)準(zhǔn)地要盡可能覆蓋樟子松人工林不同的生長(zhǎng)階段；(2)標(biāo)準(zhǔn)地間的距離不少于50 m,避免緊靠道邊、農(nóng)田,排除混交林;(3)標(biāo)準(zhǔn)地生境條件基本一致,依據(jù)以上原則,設(shè)立幼齡林(5塊)、中齡林(6塊)、成熟林(5塊)和過(guò)熟林(4塊)調(diào)查樣地20塊(表1)及各林齡臨近的對(duì)照草地7塊,我們假定各林齡林分臨近的對(duì)照草地值為各測(cè)定因子的起始值。

表1 樟子松人工林樣地基本情況

在2017年和2018年的5月期間進(jìn)行土壤樣品采集,分別在選取的樟子松林地及相應(yīng)對(duì)照草地設(shè)立標(biāo)準(zhǔn)地,標(biāo)準(zhǔn)地面積為20 m×20 m,對(duì)樟子松林地進(jìn)行林分調(diào)查計(jì)算林分的樹(shù)高、胸徑平均值,依據(jù)平均值找到林分對(duì)應(yīng)的平均木,在距離平均木1 m的處挖取長(zhǎng)、寬、深各1 m土壤剖面,將剖面的土層分成6層,每層有固定深度(0—10、10—20、20—40、40—60、60—80、80—100 cm),每層用內(nèi)徑70 mm、高52 mm的圓形鋼質(zhì)環(huán)刀取樣,重復(fù)3次,取樣后立即密封,用于測(cè)定土壤含水率和土壤容重,在對(duì)照草地中心挖取土壤剖面并進(jìn)行同樣深度的對(duì)照取樣。此外,在各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)(林地和草地)隨機(jī)選取6個(gè)樣點(diǎn),每個(gè)樣點(diǎn)用1 m長(zhǎng)的土鉆按上述固定深度分層取樣,為了減少樣品數(shù)量,將不同樣點(diǎn)相同層次的6個(gè)樣品混合成一個(gè)樣品。所有的樣品帶回實(shí)驗(yàn)室處理,測(cè)定土壤理化特性值。

1.3 土壤理化因子測(cè)定方法

土壤容重(BD,Bulk density)及土壤含水率(SW,Soil water content)采用烘干法,土壤顆粒組成采用篩分法結(jié)合激光粒度分析儀(LA—300 HORIBA)測(cè)定,土壤有機(jī)碳(SOC,Soil organic carbon)含量采用重鉻酸鉀容量法—外加熱法,土壤全氮(TN,Total nitrogen)含量采用半微量開(kāi)氏法,土壤全磷(TP,Total phosphorus)含量采用NaOH熔融—鉬銻抗比色法,土壤全鉀(TK,Total potassium)含量采用NaOH熔融—火焰光度法,土壤pH值采用電位法,詳見(jiàn)土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析常規(guī)方法[14]。

1.4 計(jì)算與數(shù)據(jù)處理

以往研究認(rèn)為沙地土壤顆粒組成臨界粒徑為0.05 mm[15-16],即粒徑<0.05 mm的土壤顆粒含量越高則土壤越細(xì),反之越粗。因此,本文將粒徑<0.05 mm的土壤顆粒稱為土壤細(xì)顆粒(FP,Fine particle)。按下式計(jì)算土壤細(xì)顆粒含量：

FP=C+S

式中,FP為土壤細(xì)顆粒百分含量；C為土壤粘粒(Clay)百分含量；S為土壤粉粒(Silt)百分含量。

按下式計(jì)算土壤理化因子變化量：

ΔXi=Xi-X0

式中,ΔXi為營(yíng)建樟子松林后某土壤理化因子i的變化量；Xi為樟子松林地某土壤理化因子i的測(cè)定值；X0為相應(yīng)對(duì)照草地某土壤理化因子i的測(cè)定值。

按下式計(jì)算土壤理化因子相對(duì)變化率：

式中,Pi為營(yíng)建樟子松林后某土壤理化因子i的相對(duì)變化率；ΔXi為營(yíng)建樟子松林后某土壤理化因子i的變化量；X0為相應(yīng)對(duì)照草地某土壤理化因子i的測(cè)定值。

以FP相對(duì)變化率作為因變量,其他影響因子相對(duì)變化率作為自變量進(jìn)行逐步回歸分析,同時(shí)排除各影響因子間共線性關(guān)系,得出土壤細(xì)顆粒相對(duì)變化率回歸方程:

PFP=β0+βiPi

式中,PFP為營(yíng)建樟子松林后土壤細(xì)顆粒的相對(duì)變化率；β0為常數(shù)；Pi為營(yíng)建樟子松林后某土壤理化因子i的相對(duì)變化率；βi為營(yíng)建樟子松林后某土壤理化因子i的回歸系數(shù)。

1.5 統(tǒng)計(jì)分析

運(yùn)用SPSS 20.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,對(duì)樟子松林地及對(duì)照草地土壤顆粒組成進(jìn)行T檢驗(yàn),對(duì)土壤細(xì)顆粒變化量采用單因素方差分析法(one-way ANOVA)進(jìn)行差異性分析,運(yùn)用最小二乘法(LSD,Least square deviation)檢驗(yàn)方法進(jìn)行多重比較分析,顯著水平為α=0.05。利用逐步回歸分析建立土壤細(xì)顆粒含量變化預(yù)測(cè)模型(樣本數(shù)n=20),分析土壤細(xì)顆粒變化的相關(guān)土壤因子。

2 結(jié)果與分析

2.1 沙質(zhì)草地營(yíng)建樟子松人工林后土壤顆粒組成的變化

將不同生長(zhǎng)階段的樟子松林地與對(duì)照草地土壤顆粒組成(0—100 cm)進(jìn)行比較,以明確科爾沁沙地樟子松人工林營(yíng)建對(duì)土壤顆粒組成產(chǎn)生的影響。從圖2可以看出,樟子松林地及對(duì)照草地土壤顆粒組成均以細(xì)砂為主(分別占84.37%—86.97%和74.51%—83.72%),中砂和極細(xì)砂次之,而土壤粘粒和粉粒含量極低(僅5%左右)。隨著樟子松林木的生長(zhǎng)發(fā)育土壤顆粒組成變化明顯。相較于對(duì)照草地,樟子松幼齡林地土壤粘粒、粉粒、中砂含量顯著增加,極細(xì)砂和細(xì)砂含量顯著降低(P<0.05)；中齡林地土壤顆粒組成并無(wú)顯著變化；成熟林地土壤粉粒含量顯著增加,土壤極細(xì)砂含量顯著減少；過(guò)熟林地土壤粉粒含量顯著升高,土壤細(xì)砂含量顯著降低?？傮w而言,沙質(zhì)草地營(yíng)建樟子松人工林后土壤粘粒、粉粒及中砂含量升高,而極細(xì)砂和細(xì)砂含量降低。

圖2 樟子松林地及對(duì)照草地土壤顆粒組成差異

2.2 營(yíng)建樟子松人工林后土壤細(xì)顆粒的垂直變化

樟子松人工林營(yíng)建后林木的生長(zhǎng)對(duì)土壤細(xì)顆粒垂直分布有顯著的影響。由表2可以看出,沙質(zhì)草地營(yíng)造樟子松人工林后,不同生長(zhǎng)階段樟子松林的FP含量總體均呈升高趨勢(shì),但在不同土層FP含量的變化存在差異。樟子松幼齡林不同土層間FP的增加量無(wú)顯著差異,其增加幅度為3.78%—6.67%,表明營(yíng)建樟子松人工林初期可有效促進(jìn)土壤不同深度FP積累；中齡林林地FP變化量在0—10 cm層顯著高于80—100 cm層,但二者均與其他層FP變化量無(wú)顯著差異；成熟林林地FP增加量隨土層深度增加而逐漸降低,FP變化量在0—10 cm層顯著高于20—100 cm層,而在20—100 cm層間無(wú)顯著差異；過(guò)熟林林地FP增加量在0—10 cm層最大且差異明顯,在10—100 cm層間無(wú)顯著差異。沙質(zhì)草地營(yíng)建樟子松林后FP含量增加,除樟子松幼齡林外,FP增加量隨土層深度增加而逐漸降低,表層FP增加量含量高于深層。

2.3 不同林齡樟子松林地土壤細(xì)顆粒含量變化特征

沙質(zhì)草地營(yíng)建樟子松人工林以改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境,而對(duì)土壤性質(zhì)的改良是一個(gè)長(zhǎng)期的過(guò)程,樟子松林木不同生長(zhǎng)階段對(duì)FP含量的影響存在差異(表2)。本研究發(fā)現(xiàn),在0—10 cm層,樟子松過(guò)熟林FP變化量高于成熟林,并且顯著高于樟子松幼齡林和中齡林(P<0.05)；在10—100 cm層,樟子松幼齡林FP變化量均顯著高于中齡林而與過(guò)熟林無(wú)顯著差異,相較于樟子松成熟林,僅在60—80 cm層差異明顯。此外,樟子松中齡林FP變化量在不同土層均最小。隨著樟子松人工林林齡的增加,FP變化量在0—10 cm層逐漸升高且呈顯著正相關(guān),而在10—100 cm層并未呈現(xiàn)顯著相關(guān)關(guān)系(圖3)。綜上研究,樟子松中齡林FP變化量最小,隨著樟子松林林齡的增加,FP變化量在0—10 cm層逐漸升高,而在10 cm以下并無(wú)顯著關(guān)系。

表2 不同齡組土壤細(xì)顆粒含量變化量垂直分布

圖3 不同土層土壤細(xì)顆粒含量變化量與林齡的關(guān)系

2.4 樟子松林土壤細(xì)顆粒含量變化與其他土壤因子關(guān)系

沙質(zhì)草地營(yíng)造樟子松林后,土壤FP含量變化與諸多土壤因子相關(guān)且不同土層其相關(guān)因子存在差異。從表3可以看出,在0—10 cm層,樟子松林地FP的變化僅與TK呈極顯著負(fù)相關(guān)；在10—20 cm層,FP與TP顯著正相關(guān),而與SW極顯著正相關(guān)；在20—40 cm層,FP與TP顯著正相關(guān),而與SOC和SW極顯著正相關(guān),但與TK卻呈極顯著負(fù)相關(guān)；在40—60 cm層,FP與SOC和SW顯著正相關(guān)；在60—80 cm層,FP僅與SW極顯著正相關(guān)；在80—100 cm層,FP與SW極顯著正相關(guān),與TP顯著正相關(guān),與TK極顯著負(fù)相關(guān)。此外,樟子松林地FP的變化與BD、TN和pH值并無(wú)顯著相關(guān)關(guān)系。綜上所述,除0—10 cm層外,FP的變化均與SW呈顯著或極顯著正相關(guān)關(guān)系；在20—60 cm層,SOC與FP變化的相關(guān)性隨土層深度的增加而逐漸降低。TP與FP變化在10—40 cm層呈正相關(guān),而在60—80 cm層呈負(fù)相關(guān),說(shuō)明TP在不同土層與FP的變化關(guān)系不同。FP的變化與TK在0—10 cm、20—40 cm和80—100 cm層極顯著負(fù)相關(guān)。

表3 土壤細(xì)顆粒含量變化相關(guān)土壤因子的回歸分析

3 討論

3.1 營(yíng)建樟子松人工林對(duì)土壤顆粒組成變化的影響

研究區(qū)所在的科爾沁沙地位于我國(guó)北方典型的農(nóng)牧交錯(cuò)帶,是我國(guó)沙漠化最為嚴(yán)重的地區(qū)之一[17],已退化為由不同沙漠化程度的群落斑塊鑲嵌組成的高度異質(zhì)性的斑塊景觀格局,原生植被中的喬木層已基本消失,草本層也急劇退化,物種組成減少,群落蓋度和生物量下降,生態(tài)功能降低[1]。由于氣候干燥,風(fēng)力侵蝕作用頻繁而強(qiáng)烈,土壤細(xì)顆粒在風(fēng)沙流作用下離開(kāi)原來(lái)位置,使得土壤中粗粒物質(zhì)相對(duì)增加,土壤顆粒粗化。本研究發(fā)現(xiàn),營(yíng)建樟子松人工林后土壤粘粒、粉粒及中砂含量升高,而極細(xì)砂和細(xì)砂含量降低,土壤顆粒組成呈細(xì)化趨勢(shì),但土壤顆粒仍以砂粒為主,這與李蒙蒙等[18]研究結(jié)果一致。盡管植被固沙成果顯著,但營(yíng)建人工植被對(duì)土壤顆粒組成的影響有限,如曹成有等[19]研究發(fā)現(xiàn),科爾沁沙地營(yíng)建小葉錦雞兒((Caraganamicrophylla))人工林后土壤細(xì)砂(0.10—0.25 mm)含量仍然達(dá)到80%以上；蔡楚雄等[20]研究發(fā)現(xiàn),樟子松林地土壤顆粒的粒徑主要集中在0.2—0.3 mm之間。

3.2 營(yíng)建樟子松人工林土壤細(xì)顆粒垂直變化及相關(guān)土壤因子

干旱半干旱沙漠化區(qū)域植被具有保育土壤、遏制沙漠化發(fā)生發(fā)展的生態(tài)服務(wù)功能。本研究發(fā)現(xiàn),沙質(zhì)草地營(yíng)造樟子松林后,幼齡時(shí)期不同土層FP含量均有一定的增加,中齡期開(kāi)始FP的增加量隨土層深度增加而逐漸降低,表層的FP增加量顯著高于深層。樟子松人工林的營(yíng)建可以有效降低林間風(fēng)速,降低了土壤風(fēng)蝕,使樟子松人工林地表細(xì)粒物質(zhì)得以保留[21-22]。此外,樟子松的葉片對(duì)大氣降塵具有吸附截留的作用,細(xì)顆粒物質(zhì)直接沉降或在降水作用下在地表沉積[23],然后在降水淋溶作用下沿沙質(zhì)土壤的大孔隙向下緩慢運(yùn)移填充土壤孔隙[24],然而,不同土層FP的增加導(dǎo)致沙質(zhì)土壤孔隙逐漸減小,減緩細(xì)粒物質(zhì)的運(yùn)移,導(dǎo)致FP增加量隨土層深度增加而逐漸降低,表層的FP增加量顯著高于深層。

在干旱半干旱地區(qū),土壤水分不僅直接決定植物的生長(zhǎng)狀況[25],而且土壤水分還決定了的FP垂直分布。在降雨的過(guò)程中,FP隨著雨水逐漸向下運(yùn)移,土壤垂直方向SW的大小決定了FP的含量,土壤SW越高則FP也越多,而FP含量的升高也使土壤的保水能力增強(qiáng)[26-27],所以FP的含量也影響著SW的變化。本研究同樣發(fā)現(xiàn),FP變化與SW在10—40 cm和60—100 cm層極顯著正相關(guān),在40—60 cm層顯著正相關(guān),但在表層(0—10 cm)并未呈現(xiàn)顯著相關(guān)關(guān)系,這可能由表層FP變化受到的影響因子較多引起的。一般認(rèn)為,土壤顆粒組成的改善可以優(yōu)化土壤結(jié)構(gòu)從而降低土壤容重,但本研究發(fā)現(xiàn),樟子松人工林地BD與FP相關(guān)性不顯著,Kaur等[28]同樣發(fā)現(xiàn)干旱半干旱區(qū)沙地土壤顆粒組成與土壤容重并無(wú)相關(guān)關(guān)系,這可能與研究區(qū)的土壤質(zhì)地有關(guān),韓光中等[29]認(rèn)為干旱地區(qū)土壤容重僅與土壤深度顯著相關(guān)。

植物殘?bào)w是土壤有機(jī)碳最重要的來(lái)源,表層土壤有機(jī)碳主要來(lái)源于地上凋落物和分布于表層的細(xì)根,而深層土壤有機(jī)碳則主要來(lái)源于根系脫落物和根系分泌物[30-31]。本研究發(fā)現(xiàn),樟子松林地FP與SOC分別在20—40 cm和40—60 cm層呈極顯著和顯著正相關(guān),這與顏安等[32]和佟小剛[33]等研究結(jié)果基本一致。馬建業(yè)等[34]研究認(rèn)為,沙地植被恢復(fù)過(guò)程中FP均有明顯的固碳效果。在沙地樟子松人工林,林木細(xì)根主要集中分布在40 cm以上土層[35]。在林木生長(zhǎng)過(guò)程中,根系脫落物及根系分泌物在土壤中快速分解轉(zhuǎn)化形成土壤腐殖質(zhì)[36-37],促進(jìn)土壤有機(jī)質(zhì)的積累和土壤顆粒的細(xì)化。在科爾沁沙地,土壤有機(jī)碳和全氮主要分布于土壤粘粉粒中[38],但本研究并未發(fā)現(xiàn)FP與TN的顯著相關(guān)關(guān)系,李嘗君等[39]同樣認(rèn)為不同植被恢復(fù)程度的沙地土壤全氮含量無(wú)明顯變化。

森林生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分主要分布于土壤組分、植物組分和枯落物組分中,其中養(yǎng)分貯量最高的是土壤[40]。相較于沙質(zhì)草地,樟子松林木個(gè)體的生長(zhǎng)發(fā)育消耗的養(yǎng)分增加,土壤養(yǎng)分含量明顯降低；然而,森林生態(tài)系統(tǒng)土壤養(yǎng)分主要來(lái)源于土壤表層枯落物分解歸還[41]。隨著樟子松人工林林齡的增加,地表枯落物的積累不僅可有效增加地表粗糙度,提高樟子松林土壤抗風(fēng)蝕能力,增強(qiáng)地表土壤穩(wěn)定性,樟子松枯落物分解還可以改善土壤理化性質(zhì),使土壤顆粒存在細(xì)致化趨勢(shì)[3]。土壤表層枯落物分解產(chǎn)生的養(yǎng)分在降水淋溶作用下向深層土壤運(yùn)移,隨著植被恢復(fù)年限的增加,土壤養(yǎng)分表聚性越來(lái)越明顯,并且隨土壤剖面深度的增加植被恢復(fù)效果存在滯后性[42]。表聚效應(yīng)的結(jié)果表現(xiàn)為土壤上層養(yǎng)分富集,而土壤下層養(yǎng)分貧乏,所以FP與TP在10—40 cm層呈正相關(guān)關(guān)系,在80—100 cm層呈負(fù)相關(guān)關(guān)系,但是FP與TK在0—10 cm、20—40 cm和80—100 cm層均呈極顯著負(fù)相關(guān)。土壤中鉀元素主要以速效鉀的形式參與反應(yīng),土壤速效鉀移動(dòng)性和溶解性較好[43]。樟子松枯落物的分解產(chǎn)生腐殖酸,腐殖酸可使土壤中部分非交換性鉀釋放,土壤交換性鉀的含量增加[44],不僅供應(yīng)樟子松林木的生長(zhǎng)消耗,還有一部分交換性鉀轉(zhuǎn)移到土壤溶液中,以水溶性鉀的形式隨降水淋失,使得TK含量降低。

3.3 不同林齡樟子松人工林土壤細(xì)顆粒含量變化特征

沙質(zhì)草地營(yíng)造樟子松人工林后,林地的FP變化量隨林齡的增加存在差異。在0—10 cm層,樟子松林FP變化量與林齡呈顯著的正相關(guān)關(guān)系(P<0.05)。華瑞等[45]的研究同樣表明,表層土壤細(xì)顆粒含量與植物群落生長(zhǎng)年限存在正相關(guān)關(guān)系。在樟子松人工林表層土壤細(xì)顆粒含量的增加是由細(xì)粒物質(zhì)的沉積和土壤養(yǎng)分的表聚效應(yīng)共同作用引起的。姚姣轉(zhuǎn)等[46]研究發(fā)現(xiàn),在植物群落演替過(guò)程中,植物的根系及枯落物等形成的土壤結(jié)皮具有抗風(fēng)蝕等作用,改變土壤的結(jié)構(gòu),利于土壤中養(yǎng)分的富集,顆粒存在細(xì)致化趨勢(shì)。陳小紅等[47]研究認(rèn)為,土壤沙漠化逆轉(zhuǎn)的實(shí)質(zhì)是土壤細(xì)粒化伴隨著土壤養(yǎng)分富集。在10—100 cm層,FP的變化與林齡并無(wú)顯著關(guān)系。劉志強(qiáng)等[48]對(duì)不同植物群落下的土壤粒徑分布特征進(jìn)行研究,同樣發(fā)現(xiàn)植被恢復(fù)對(duì)表層土壤改良效果較好,而對(duì)深層土壤的改良效果不及表層明顯。樟子松中齡林FP變化量最小,這與樟子松中齡林的對(duì)照草地FP含量較高有關(guān),該沙質(zhì)草地在營(yíng)建樟子松林前FP含量高于其他草地,導(dǎo)致樟子松人工林的營(yíng)建對(duì)其土壤顆粒組成的改良效果較小,說(shuō)明沙地植被恢復(fù)過(guò)程中,土壤條件越差則植被改良效果越明顯。

4 結(jié)論

沙質(zhì)草地營(yíng)建樟子松人工林后,不同土層土壤細(xì)顆粒含量均呈增加趨勢(shì),在0—10 cm層增加趨勢(shì)明顯且隨土層深度增加土壤細(xì)顆粒增加量逐漸降低(除幼齡林外),但樟子松林地土壤顆粒組成仍以砂粒為主,土壤粘粒和粉粒含量極低。隨著樟子松人工林林齡的增加,土壤細(xì)顆粒變化量在0—10 cm層逐漸升高,而在10—100 cm層并無(wú)顯著變化趨勢(shì)。土壤細(xì)顆粒含量的變化在10—100 cm層與土壤含水量呈顯著正相關(guān),在0—10、20—40 cm和80—100 cm層與土壤全鉀極顯著負(fù)相關(guān),在20—60 cm層與土壤有機(jī)碳顯著正相關(guān),在10—40 cm和80—100 cm層分別與土壤全磷呈顯著正相關(guān)和負(fù)相關(guān)。綜上所述,在樟子松人工林營(yíng)建后可采取封育禁牧措施,保證樟子松林下枯落物的積累,減少樟子松人工林地表風(fēng)蝕作用,提高樟子松林保水能力,同時(shí)促進(jìn)養(yǎng)分循環(huán)加快成土過(guò)程,可以增加土壤細(xì)顆粒含量,提高土壤質(zhì)量。