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    濱海鹽堿地不同造林模式下土壤肥力特征評(píng)價(jià)

    2022-09-14 01:36:06王合云楊晨輝
    現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技 2022年17期
    關(guān)鍵詞:肥力空地土壤肥力

    王合云 楊晨輝 董 智

    (1聊城市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院,山東聊城 252000;2山東農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院,山東泰安 271018)

    土壤是地球生物圈的重要組成部分,是農(nóng)業(yè)和自然生態(tài)系統(tǒng)的基礎(chǔ)。因?yàn)橥寥缹?duì)可持續(xù)發(fā)展有重要作用,所以土壤質(zhì)量在世界范圍內(nèi)受到社會(huì)各界的廣泛關(guān)注[1-2]。土壤質(zhì)量是特定類型土壤在自然或農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)范疇內(nèi)保持動(dòng)植物生產(chǎn)力、保持或改善大氣和水的質(zhì)量以及保持人類健康和居住的能力[3],是在土壤不同功能間尋求平衡和綜合而確定的土壤本身的內(nèi)在屬性,是土壤肥力大小和優(yōu)劣程度的綜合量度[4]。土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)是土壤質(zhì)量研究的基礎(chǔ)和重要內(nèi)容之一。土壤作為生態(tài)系統(tǒng)的一部分,其質(zhì)量評(píng)價(jià)提供了一種評(píng)價(jià)人類管理決策對(duì)環(huán)境直接和間接影響的有效方法[3]。土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)可以直接或者間接反映生態(tài)系統(tǒng)的變化,也可以反映人類干擾所產(chǎn)生的效應(yīng),是評(píng)價(jià)土壤管理方式的必要工具。

    土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)根據(jù)已知的土壤外部性質(zhì)對(duì)土壤內(nèi)在屬性進(jìn)行量化表達(dá),因而土壤質(zhì)量的綜合評(píng)價(jià)必須建立在不同土壤屬性閾值與最適值的基礎(chǔ)上。目前,國(guó)際上比較常用的評(píng)價(jià)方法有多變量指標(biāo)克立格法(MVIT)、土壤質(zhì)量動(dòng)力學(xué)方法、土壤質(zhì)量綜合評(píng)分法以及土壤相對(duì)質(zhì)量評(píng)價(jià)法等[5-6]。隨著地統(tǒng)計(jì)學(xué)、GIS技術(shù)、模糊數(shù)學(xué)以及計(jì)量經(jīng)濟(jì)學(xué)等在土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)中的應(yīng)用,土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)方法已呈多樣化發(fā)展[7-9],評(píng)分法、分等定級(jí)法、模糊評(píng)判法、聚類分析法以及地統(tǒng)計(jì)學(xué)相關(guān)方法[10-12]也經(jīng)常用到,使用者可以根據(jù)評(píng)價(jià)對(duì)象、功能以及范圍選擇適宜的評(píng)價(jià)方法。

    濱海鹽堿地土壤含鹽量高且土壤水分有效性差,是該地區(qū)植被分布、造林成活率及林木生長(zhǎng)最為主要的限制因子[13]。為揭示黃河三角洲濱海鹽堿地不同造林模式對(duì)土壤質(zhì)量的改良狀況,以沾化區(qū)下洼鎮(zhèn)棗旺林場(chǎng)鹽堿地的8種造林模式林地及對(duì)照空地為研究對(duì)象,研究不同造林模式下的土壤基本理化性質(zhì)和鹽堿化特征,對(duì)土壤肥力性質(zhì)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià),為進(jìn)一步研究該地區(qū)鹽堿運(yùn)移規(guī)律、鹽堿化土壤有效改良利用和造林樹種選擇提供參考。

    1 材料與方法

    1.1 研究區(qū)概況

    研究區(qū)為山東濱海鹽堿地生態(tài)造林項(xiàng)目區(qū),位于山東省濱州市沾化區(qū)西部的下洼鎮(zhèn)棗旺林場(chǎng),地理坐標(biāo)為北緯 37°43′92″、東經(jīng) 118°02′07″。研究區(qū)屬暖溫帶半干旱東亞季風(fēng)區(qū),多年平均溫度12℃,平均降水量610.3 mm,降水多集中于6—9月,年蒸發(fā)量為2 095.1 mm,多年平均日照時(shí)數(shù)為2 699 h。多年平均大風(fēng)日數(shù)為21 d,多在3—5月發(fā)生。研究區(qū)地勢(shì)平坦,地貌類型為黃河沖積平原淺平洼地,海拔1.6~2.4 m。土壤類型為鹽化潮土,平均含鹽量在0.3%~1.0%之間,局部地塊高達(dá)2.0%~3.0%,pH值>7.5。鹽分陰離子以 Cl-、SO42-為主,陽離子以 Na+為主。

    選取研究區(qū)內(nèi)8種造林模式林地為研究對(duì)象,分別為桑樹(Morus alba L.)、白蠟(Fraxinus chinensis Roxb)、紫穗槐(Amorphafruticosa Linn.)、楊樹(Populus spp.)、 冬 棗 (Zizyphus jujube Mill)、 刺 槐 (Robinia pseucdoacacia L.)、 榆 樹 (Ulmus pumila L.) 和 檉 柳(Tamarixchinensis Lour.)。各樹種調(diào)查時(shí)苗齡為5年,每年進(jìn)行除草、松土、灌溉等工作。造林前各地塊均為荒地,植被蓋度<10%,土壤質(zhì)地為粉質(zhì)壤土,土壤容重為 1.51~1.65 g/cm3,有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、全鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為 0.21%、0.62‰、0.51‰、0.59‰。各樹種的生長(zhǎng)狀況如表1所示。

    表1 研究區(qū)不同造林模式樹種生長(zhǎng)狀況

    1.2 土壤采集方法

    選取8種造林地及距造林地150 m外的空地為研究對(duì)象,每種林分設(shè)立3個(gè)地塊,在每個(gè)地塊內(nèi)選擇有代表性的地段設(shè)立0.1 hm2的固定標(biāo)準(zhǔn)地。根據(jù)造林樹種根系生長(zhǎng)與分布狀況,每個(gè)地塊內(nèi)選取3個(gè)樣點(diǎn), 按 0~20 cm、20~40 cm 和 40~60 cm 深度取土樣500 g帶回室內(nèi)自然風(fēng)干。挑去石塊、根莖及各種新生體和侵入體,再將土樣碾碎,過2 mm、1 mm、0.25 mm和0.149 mm的土壤篩,測(cè)定土壤理化性質(zhì)。

    1.3 土壤質(zhì)量指標(biāo)的測(cè)定

    土壤容重采用環(huán)刀浸水法測(cè)定;pH值采用雷磁pH計(jì)電位計(jì)法測(cè)定;有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀外加熱氧化法測(cè)定;全氮采用凱氏定氮法測(cè)定;全磷采用硫酸-高氯酸-鉬銻抗比色法測(cè)定;全鉀采用NaOH堿熔-火焰光度法測(cè)定;交換性Na+采用NH4OAc-NH4OH火焰光度法測(cè)定;陽離子交換量(CEC)采用乙酸鈉-火焰光度法測(cè)定;總堿度為HCO3-和CO32-的質(zhì)量分?jǐn)?shù)之和,HCO3-和CO32-采用雙指示劑法測(cè)定;堿化度(ESP)為交換性Na+占陽離子交換量的百分率,即ESP(%)=交換性 Na+(cmol/kg)/陽離子交換量(cmol/kg)×100[14];土壤全鹽量采用殘?jiān)娓?質(zhì)量法測(cè)定(浸提液土∶水=1∶5)。

    1.4 參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化

    土壤質(zhì)量指標(biāo)之間不可直接加和,應(yīng)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理,消除各參數(shù)之間量綱的差別。常見的標(biāo)準(zhǔn)化方法中有除以標(biāo)準(zhǔn)差或一個(gè)豐富級(jí)標(biāo)準(zhǔn)等,這些方法存在可比性較差的缺點(diǎn)。本文將采用下列方式計(jì)算:

    當(dāng)因子的測(cè)定值屬于“極差”級(jí)時(shí),即Xi≤Ximin,Pi=Xi/Ximin(Pi<1);當(dāng)因子的測(cè)定值屬于“差”級(jí)時(shí),即Ximin<Xi≤Ximid,Pi=1+(Xi-Ximin)/(Ximid-Ximin)(1≤Pi<2);當(dāng)因子的測(cè)定值屬于“中等”級(jí)時(shí),即 Ximid<Xi≤Ximax,Pi=2+(Xi-Ximid)/(Ximax-Ximid)(2≤Pi<3);當(dāng)因子的測(cè)定值屬于“良好”級(jí)時(shí),即 Xi>Ximax,Pi=3。 式中:Pi為單質(zhì)量指數(shù),Xi為某因子的測(cè)定值,Ximin為“差”級(jí)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn),Ximid為“中等”級(jí)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn),Ximax為“良好”級(jí)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn),i為因子。各因子的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(表2)主要參照第二次全國(guó)土壤普查標(biāo)準(zhǔn)。

    表2 土壤各屬性因子分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

    1.5 綜合肥力系數(shù)計(jì)算

    本文采用修正的內(nèi)梅羅(Nemerow)公式計(jì)算綜合肥力系數(shù):

    式中:Q為土壤綜合肥力系數(shù),Pi為土壤各屬性分肥力系數(shù)平均值,Pimin為土壤各分肥力系數(shù)中的最小值,n為參評(píng)土壤屬性的項(xiàng)數(shù)。

    此公式用Pimin代替了原內(nèi)梅羅公式中的Pimax,并加上修正項(xiàng)(n-1)/n,一方面突出了土壤屬性因子中最差的一個(gè)因子對(duì)肥力的影響,反映了作物生長(zhǎng)的最小因子定律;另一方面提高了該評(píng)價(jià)結(jié)果的可信度,參與評(píng)價(jià)的因子越多,(n-1)/n的值越大,可信度越高。將土壤各分肥力系數(shù)分別假定為3、2和1,計(jì)算得出對(duì)應(yīng)的綜合肥力系數(shù)分別為2.571、1.714和0.857。當(dāng)某土壤肥力系數(shù)Q≥2.571時(shí),表示土壤很肥沃;當(dāng)1.714≤Q<2.571時(shí),表示土壤肥沃;當(dāng)0.857≤Q<1.714時(shí),表示土壤肥力水平一般;Q<0.857時(shí),表示土壤貧瘠。

    1.6 數(shù)據(jù)處理與分析

    依據(jù)上述方法進(jìn)行參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化,全部數(shù)據(jù)采用軟件Excel 2007和SPSS 17.0處理。運(yùn)用內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法進(jìn)行土壤肥力特征評(píng)價(jià),以揭示不同造林樹種對(duì)土壤質(zhì)量的改良狀況。

    2 結(jié)果與分析

    2.1 不同造林模式下土壤理化性質(zhì)分析

    由表3可以看出,不同造林地土壤容重平均為1.36 g/cm3,比空地降低10%;不同造林地及空地的土壤pH值均在7.9以上,呈堿性;有林地土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、全鉀的含量均比空地高,其均值分別為6.49、1.14、1.20、7.17 g/kg,比空地分別提高了 206%、78%、122%、19%;紫穗槐、檉柳、榆樹和楊樹林地土壤陽離子交換量高于空地;有林地的堿化度均高于空地;紫穗槐林地的平均堿化度最大,平均交換性Na+質(zhì)量摩爾濃度最高;有林地土壤全鹽量比空地平均降低46%~66%。

    表3 不同造林模式下土壤理化性質(zhì)

    2.2 不同造林模式下土壤肥力特征評(píng)價(jià)

    在生產(chǎn)應(yīng)用上,常用有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分含量的多少來衡量土壤肥力的高低[15]。土壤生產(chǎn)質(zhì)量評(píng)價(jià)應(yīng)盡量考慮與土地生產(chǎn)力有關(guān)的土壤性狀。土壤養(yǎng)分狀況與植物生產(chǎn)及產(chǎn)量有著極密切的關(guān)系。根據(jù)該地區(qū)土壤特點(diǎn),選取了對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育影響較大的幾個(gè)因素,包括土壤容重、pH值、有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、全鉀及陽離子交換量,構(gòu)成評(píng)價(jià)因子(表4)。

    表4 不同造林模式下土壤肥力指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化

    應(yīng)用修正的內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法對(duì)8種不同造林模式林地及空地土壤肥力進(jìn)行綜合評(píng)價(jià),結(jié)果如表5所示??梢钥闯觯?種不同造林模式下,有林地最小分肥力系數(shù)、平均分肥力系數(shù)以及綜合肥力系數(shù)均比空地高,但是存在一定的差異。有林地最小分肥力系數(shù)在0.532~0.775之間,平均為0.621,比空地增長(zhǎng)了1.93倍;紫穗槐林地增長(zhǎng)最多,比空地增長(zhǎng)了2.66倍;檉柳林地增長(zhǎng)最少,比空地增長(zhǎng)了1.51倍。有林地平均分肥力系數(shù)比空地提高了36%;刺槐林地增長(zhǎng)最多,比空地提高了65%,平均分肥力系數(shù)為1.737;其次是冬棗林地,比空地提高了44%,平均分肥力系數(shù)為1.517;檉柳林地增長(zhǎng)最少,比空地提高了10%,平均分肥力系數(shù)為1.158。有林地土壤綜合肥力系數(shù)在0.772~1.151之間,平均為0.945;刺槐林地綜合肥力系數(shù)最高,但是仍未超過1.714,即土壤肥力處于一般水平;榆樹林地和檉柳林地土壤肥力貧瘠。不同造林地的綜合肥力系數(shù)排序如下:刺槐林>冬棗林>桑樹林>楊樹林>紫穗槐林>白蠟林>榆樹林>檉柳林>空地。不同造林模式林地土壤的最小分肥力系數(shù)均是有機(jī)質(zhì),說明該地區(qū)土壤中的有機(jī)質(zhì)含量缺乏。

    表5 不同造林模式下土壤綜合肥力系數(shù)

    3 結(jié)論

    (1)不同樹種均對(duì)鹽堿土有一定改良作用,可改善土壤結(jié)構(gòu)、降低土壤容重、提高土壤肥力、降低土壤鹽漬化程度。

    (2)不同造林模式林地土壤綜合肥力系數(shù)均比空地高,但存在差異。不同造林地土壤綜合肥力系數(shù)在0.772~1.151之間,平均為0.945。該林場(chǎng)鹽堿地的土壤肥力處于一般水平。其綜合肥力系數(shù)的排序?yàn)榇袒绷?冬棗林>桑樹林>楊樹林>紫穗槐林>白蠟林>榆樹林>檉柳林>空地。

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