不同景觀林對(duì)土壤物理性質(zhì)的影響

鄭占敏，張傳余，陳 瑩，秦乃花，舒秀閣，韓友吉，魏 娟，董玉峰，李 輝

（1.莘縣國有馬西林場(chǎng)，山東 莘縣 252415；2.山東省林業(yè)科學(xué)研究院，山東 濟(jì)南 250014；3.山東省林業(yè)保護(hù)和發(fā)展服務(wù)中心，山東 濟(jì)南 250014；4.山東省國土空間規(guī)劃院，山東 濟(jì)南 250014；5.臨沂大學(xué)，山東 臨沂 276000）

土壤作為森林生態(tài)系統(tǒng)重要的生態(tài)因子，是衡量生態(tài)系統(tǒng)功能恢復(fù)與維持的重要因素之一[1-2]。土壤物理性質(zhì)對(duì)森林植被的發(fā)育和植被恢復(fù)有重要作用，森林植被通過根系的生長及枯落物的輸入等可以改善土壤物理性質(zhì)[3-4]。闊葉林可改善土壤理化性質(zhì)，提高樹木生長量[5]。土壤持水能力與林分結(jié)構(gòu)密切相關(guān)[6]；果樹、草類的種植可以降低土壤容重、提高土壤孔隙度[7-9]；丘陵風(fēng)沙區(qū)檸條林種植可以提高其土壤水分含量[10]。

隨著人們生活水平的提高，城市綠化越來越得到人們的重視。景觀林是城市林業(yè)的重要組成部分，具有改善城市生態(tài)環(huán)境和美化城市的功能[11]。那么，城市中不同景觀林對(duì)土壤物理性質(zhì)會(huì)產(chǎn)生何種影響，是一個(gè)值得深入研究的問題。銀杏（Ginkgo biloba）和水杉（Metasequoia glyptostroboides）作為臨沂地區(qū)主要公園觀賞樹種和造林樹種，對(duì)其土壤物理性質(zhì)產(chǎn)生何種影響尚不清楚，為此，本研究以臨沂園博園中的銀杏（Ginkgo biloba）林和水杉（Metasequoia glyptostroboides）林為研究對(duì)象，測(cè)定其土壤物理性質(zhì)，揭示不同景觀林對(duì)其土壤孔隙度、土壤水分狀況等物理性質(zhì)的影響，為城鎮(zhèn)綠化中合理使用綠化樹種及控制與改善城市林業(yè)水分狀況，城市綠化樹種資源的合理經(jīng)營和科學(xué)管理、水土保持綜合效益的分析提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗(yàn)地位于山東省臨沂市園博園（35°12′N，118°29′E），屬溫帶季風(fēng)氣候。園博園內(nèi)有多處景觀林，其中銀杏（Ginkgo biloba）林為20年生人工林，造林時(shí)間為2009-2010年，平均胸徑約18 cm，水杉（Metasequoia glyptostroboides）林為17年生人工林，造林時(shí)間為2009-2010年，平均胸徑約19 cm。

1.2 土壤物理性質(zhì)測(cè)定

本試驗(yàn)以臨沂市園博園中的銀杏（Ginkgo biloba）和水杉（Metasequoia glyptostroboides）為研究對(duì)象（對(duì)照組為園博園內(nèi)的空白樣地），每個(gè)林種建立3 塊20 m×20 m 的標(biāo)準(zhǔn)地，每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)采用蛇形5 點(diǎn)取樣法確定取樣點(diǎn)，每個(gè)取樣點(diǎn)利用環(huán)刀法[12-13]，按0—10 cm、10—20 cm、20—30 cm、30—40 cm 對(duì)土壤分層取樣，測(cè)定其土壤容重、土壤毛管孔隙度、非毛管孔隙度、總孔隙度、土壤田間持水量、土壤飽和含水量等土壤物理性質(zhì)。本試驗(yàn)于2020年11月進(jìn)行土壤取樣，2020年12月在臨沂大學(xué)土壤實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了土壤物理性質(zhì)測(cè)定。

1.3 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)通過SPSS18.0 統(tǒng)計(jì)分析軟件處理，并進(jìn)行單因素方差分析和多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同景觀林對(duì)土壤容重的影響

土壤容重是影響土壤通氣狀況、水肥供應(yīng)情況及植物根系穿透阻力的重要因素之一，土壤容重越小，土壤越疏松，更有利于植物根系的伸展和生長[14]。

圖1所示，從0—10cm、10—20 cm、20—30 cm、30—40 cm 各土層來看，水杉景觀林的土壤容重分別為1.36 g·cm-3、1.35 g·cm-3、1.31 g·cm-3、1.23 g·cm-3，明顯低于其對(duì)照組（P≤0.05），分別是對(duì)照組的87.77%、85.51%、82.97%、79.01%。說明栽植水杉林可有效改善0—40 cm土壤的物理通透性，增強(qiáng)土壤的透水、透氣能力，使土壤疏松。銀杏林各層土壤容重略高于其對(duì)照組，但和對(duì)照組相比，差異不顯著（P＞0.05），這可能由于銀杏生長速度慢，又因其觀賞價(jià)值較高，其林下土壤經(jīng)常遭到游客踩踏導(dǎo)致的。

圖1 不同景觀林對(duì)土壤容重的影響（平均值±標(biāo)準(zhǔn)差）Figure 1 Effects of different landscape forests on soil bulk density(mean value ± standard deviation)

2.2 不同景觀林對(duì)土壤毛管孔隙度的影響

土壤毛管孔隙度是土壤中能夠通過毛管力保持水分的孔隙，毛管孔隙所保持的水分又稱有效水，能溶解養(yǎng)分，且能被植物根系吸收和利用，是土壤孔隙的重要組成部分之一[15]。

從圖2可以看出，在0—10 cm 土層中，銀杏景觀林的土壤毛管孔隙度為30.9 %，明顯低于對(duì)照組（P≤0.05），為對(duì)照組的92.75 %；而水杉林的土壤總孔隙度則和對(duì)照組差別不大，說明栽植銀杏林可以降低該區(qū)0—10 cm 土壤有效水貯存容量，而栽植水杉則對(duì)0—10 cm 土壤吸持水量影響不大。就10—20 cm、20—30 cm、30—40 cm 土層而言，銀杏和水杉林的土壤毛管孔隙度和對(duì)照相比，差異不明顯（P＞0.05），說明在該試驗(yàn)區(qū)種植銀杏和水杉林對(duì)其10—40 cm 土層的土壤有效持水能力影響不大。

圖2 不同景觀林對(duì)土壤毛管孔隙度的影響（平均值±標(biāo)準(zhǔn)差）Figure2 Effects of different landscape forests on soil capillary porosity(mean value ± standard deviation)

2.3 不同景觀林對(duì)土壤非毛管孔隙度的影響

土壤非毛管孔隙度是土壤快速儲(chǔ)水、土壤空氣流動(dòng)的場(chǎng)所和通道，其大小在一定程度上反映了土壤滯留水分和林地發(fā)揮涵養(yǎng)水源及削減洪水的能力[16-17]。

從圖3可以看出，在0—10 cm、10—20 cm、20—30 cm、30—40 cm 土層中，銀杏景觀林的土壤非毛管孔隙度分別為3.7 %、3.6 %、1.9 %、3.3 %，和對(duì)照差異不顯著（P＞0.05），說明該區(qū)栽植銀杏林對(duì)其土壤儲(chǔ)水速度及水分滯留能力影響不大。就水杉景觀林而言，其土壤非毛管孔隙度由小到大的順序?yàn)?—10 cm<10—20 cm<20—30 cm<30—40 cm，表現(xiàn)為隨土層深度的增加而增加，且各土層非毛管孔隙度都明顯高于對(duì)照組（P≤0.05），當(dāng)土層深度為10—20 cm 時(shí)，其非毛管孔隙度為11.4 %，增長速率最快，為對(duì)照組的4.38 倍。這在一定程度上說明在該試驗(yàn)區(qū)栽植水杉林可有效增強(qiáng)其土壤的儲(chǔ)水及涵養(yǎng)水源能力。

圖3 不同景觀林對(duì)非土壤毛管孔隙度的影響（平均值±標(biāo)準(zhǔn)差）Figure 3 Effects of different landscape forests on non soil capillary porosity(mean value ±standard deviation)

圖4 不同景觀林對(duì)土壤總孔隙度的影響（平均值±標(biāo)準(zhǔn)差）Figure 4 Effects of different landscape forests on total soil porosity(mean value ± standard deviation)

2.4 不同景觀林對(duì)土壤總孔隙度的影響

土壤孔隙度對(duì)土壤的結(jié)構(gòu)、松緊度、質(zhì)地均有重要影響，是反應(yīng)土壤通透性、持水能力和保肥性的重要指標(biāo)，影響著植物的正常生長發(fā)育[18-19]。

就水杉景觀林來說，在0—10 cm、10-20 cm、20—30 cm、30—40 cm 土層中，其土壤總孔隙分別為45.6 %、45.5 %、47.45 %、50.5 %，明顯高于其同土層深度的對(duì)照組和銀杏景觀林組 （P≤0.05），分別是對(duì)照組的1.19、1.24、1.28、1.33 倍，銀杏林的1.28、1.32、1.44、1.50 倍；而各土層的銀杏景觀林土壤總孔隙度略低于對(duì)照組，但和對(duì)照組相比差異不顯著（P＞0.05）。說明水杉林可有改善該區(qū)土壤結(jié)構(gòu)、降低緊實(shí)度，增強(qiáng)雨水下滲能力，提高植物根系生長力，銀杏景觀林對(duì)其土壤的持水及儲(chǔ)水能力影響不大。

2.5 不同景觀林對(duì)土壤田間持水量的影響

土壤田間持水量是土壤所能保持的最高含水量，對(duì)植物生長發(fā)育具有重要的作用，是衡量土壤墑情和干旱程度的一個(gè)重要指標(biāo)之一[20]。

圖5所示，在0—10 cm 的土層中，對(duì)照組、銀杏林、水杉林的土壤田間持水量分別為22.33 %、19.78 %、26.19%，其中銀杏景觀林的土壤田間持水量明顯低于對(duì)照組（P≤0.05），水杉景觀林的土壤田間持水量明顯高于對(duì)照組（P≤0.05）。就10—20 cm、20—30 cm、30—40 cm 土層而言，銀杏林各土層土壤田間持水量都略低于對(duì)照組，和對(duì)照組相比差異不顯著（P＞0.05）；水杉林各土層土壤田間持水量則明顯高于對(duì)照組和銀杏林組 （P≤0.05），其中水杉林0—20 cm、20—30 cm、30—40 cm 土層的土壤田間持水量為25.13 %、25.49 %、28.37 %，分別為是對(duì)照組的1.17、1.21、1.30 倍。這在一定程度上可說明，栽植水杉可以有效提升其林下土壤的保墑持水能力。

圖5 不同景觀林對(duì)土壤田間持水量的影響（平均值±標(biāo)準(zhǔn)差）Figure 5 Effects of different landscape forests on soil field water capacity(mean value ± standard deviation)

2.6 不同景觀林對(duì)土壤飽和含水量的影響

圖6 不同景觀林對(duì)土壤飽和含水量的影響（平均值±標(biāo)準(zhǔn)差）Figure 6 Effects of different landscape forests on soil saturated water content(mean value ± standard deviation)

土壤飽和含水量指土壤顆粒間所有孔隙都充滿水時(shí)的含水量，是衡量土壤持水特和釋水性的重要指標(biāo)[21]。

在0—10 cm、10—20 cm、20—30 cm、30—40 cm 的土層中，水杉景觀林的土壤飽和含水量分別為33.63%、33.54 %、36.17 %、41.17 %，明顯高于其同土層深度的對(duì)照組 （P≤0.05），分別為對(duì)照組的1.35、1.45、1.54、1.67 倍。就銀杏景觀林來說，其土壤飽和含水量雖略低于同土層深度的對(duì)照組，但方差分析結(jié)果顯示，和對(duì)照組差異不顯著（P＞0.05）?？傮w來說，水杉林能增加土壤孔隙度，提高土壤的含水量，并對(duì)防治水土流失有重要的作用。

3 討論與結(jié)論

土壤容重是衡量土壤結(jié)構(gòu)和評(píng)價(jià)土壤質(zhì)量的重要參數(shù)，不僅影響土壤通氣狀況、水肥供應(yīng)情況，還對(duì)植物的生長發(fā)育有重要作用[22]。研究結(jié)果表明，景區(qū)內(nèi)栽植水杉林能明顯改善其表層土的土壤通透性，如在0—40 cm 土層中水杉林的土壤容重明顯低于無林地的對(duì)照組（P≤0.05）；而栽植銀杏林則對(duì)其土壤容重影響不大（P＞0.05），譚學(xué)進(jìn)在研究黃土區(qū)植被恢復(fù)對(duì)土壤物理性質(zhì)的影響時(shí)，發(fā)現(xiàn)栽植刺槐林對(duì)0—20 cm 土層的土壤容重影響不大[3]，與本研究的結(jié)果相似，但筆者認(rèn)為本研究中銀杏林土壤容重顯著高于水杉林的主要原因，銀杏林景觀林在該景區(qū)的觀賞價(jià)值較高，受游客踩踏頻次高導(dǎo)致的。

土壤孔隙度是評(píng)價(jià)土壤儲(chǔ)水性和肥力特性的重要指標(biāo)之一[23]，土壤孔隙狀況受土壤有機(jī)質(zhì)累積量的影響，而林木栽植及生長過程增加了土壤有機(jī)質(zhì)的含量，從而改善了土壤孔隙特征[24]。研究結(jié)果表明，水杉林在0—10 cm、10—20 cm、20—30 cm、30—40 cm 的土層中土壤非毛管孔隙度、總孔隙度明顯高于同土層深度的對(duì)照組（P≤0.05）。徐雅潔等研究發(fā)現(xiàn)在0—20 cm 的土層中檸條林的土壤毛管孔隙度、非毛管孔隙度、總孔隙度明顯高于油松林[25]；王曉榮等研究表明在0—10 cm 的土層中竹林的土壤總孔隙度最高[26]。這些研究和本研究水杉林能改善其土壤通透性和儲(chǔ)水性能的研究結(jié)果相似。

森林植被對(duì)涵養(yǎng)水源、保持水土具有巨大作用[27]，研究結(jié)果表明，水杉可以有效提升其林下土壤的保墑持水能力，如在0—10 cm、10—20 cm、20—30 cm、30—40 cm 的土層中水杉林的田間持水量分布為對(duì)照的1.17、1.21、1.30 倍，飽和含水量分布為對(duì)照的1.35、1.45、1.54、1.67 倍，顯著高于同土層深度的對(duì)照組。有學(xué)者研究認(rèn)為土壤持水能力與林分類型結(jié)構(gòu)密切相關(guān)[28]。那么，不同林地類型其土壤持水性、釋水性差別還需要進(jìn)一研究?？傮w而言，水杉景觀林能有效改善其土壤物理通透性、保墑持水性能及涵養(yǎng)水源能力，而銀杏景觀林對(duì)其土壤物理性能影響不大。這是否因?yàn)閮煞N景觀林，因欣賞價(jià)值不同，游客踩踏程度不同造成，還需要進(jìn)一步研究。