沿海防護林改良土壤的功能_中國沿海防護林

沿海防護林不僅能起到涵養(yǎng)水源、調(diào)節(jié)氣候等作用，而且還能提高土壤肥力，改善土壤理化性質(zhì)。海岸帶不同防護林群落，由于樹種組成、群落結(jié)構(gòu)及其樹木生物學(xué)特性的差異，其對環(huán)境的改善作用和改良土壤的能力也存在明顯的差異。梁珍海等對蘇北泥質(zhì)灘涂的研究表明，海防林能改善土壤理化性狀，大于0.25mm的水穩(wěn)性團粒含量，有林地是灘涂對照的1.2~65.5倍；有機質(zhì)、全氮、有效磷等土壤養(yǎng)分，有林地分別是灘涂對照的2.2~2.4倍、2.3~2.7倍和1.7~3.4倍；還能提高土壤酶活性和微生物總量，有林地蔗糖酶等土壤酶活性是灘涂對照的2~30倍，土壤微生物總量是灘涂對照的11~289倍。土壤酶活性與土壤水穩(wěn)性團粒含量、容重、孔隙率、有機質(zhì)含量、鹽分含量、全氮含量、速效磷含量、pH有著密切的關(guān)系，指出土壤酶活性可作為評價立地生產(chǎn)力的指標。

（一）沿海防護林對土壤容重的影響

高智慧等以浙江省巖質(zhì)海岸的防護林為例，研究防護林在改善土壤水熱性質(zhì)、提高土壤肥力、改善土壤生態(tài)環(huán)境、增強土壤生物活性等方面起著顯著作用。在土壤質(zhì)地相近時，容重和空隙度反映了土壤的緊實程度，其大小對樹木根系、土壤動物和微生物的活動有很大影響，是土壤物理性狀的重要指標。研究表明，各地段的土壤容重都表現(xiàn)出從上到下逐漸增大的趨勢，但變動值有所不同（見表7-17）。

表7-17 不同土地利用類型土壤容重及變異情況（單位：g /）

土層深度（cm）

毛竹林

刺槐林

水杉林

農(nóng)地

灘地

均值

標準差

變異系數(shù)

幼

中

成

幼

中

成

0~0.5

1.15

1.10

1.06

0.89

1.12

1.22

1.24

1.14

1.34

1.14

0.138

0.11

5~20

1.34

1.17

1.42

1.32

1.20

1.43

1.4

1.44

1.45

1.35

0.11

0.08

20~40

1.53

1.43

1.61

1.38

1.57

1.52

1.46

1.52

1.47

1.50

0.07

0.05

40~60

1.52

1.55

1.53

1.59

1.59

1.54

1.53

1.60

1.50

1.55

0.04

0.02

60~100

1.53

1.57

1.54

1.59

—

—

1.43

1.55

1.51

1.53

0.05

0.03

平均值

1.41

1.36

1.43

1.35

1.37

1.43

1.41

1.45

1.46

—

—

—

標準差

0.17

0.22

0.22

0.29

0.25

0.15

0.11

0.19

0.07

—

—

—

變異系數(shù)

0.12

0.16

0.15

0.21

0.18

0.10

0.08

0.11

0.05

—

—

—

由表7-17可以看出，各土地利用類型土壤容重上、下層的變異系數(shù)變化較大，從0.046~0.213。刺槐林從幼林到成林有逐漸增大的趨勢，表明隨著林齡的增加，根系對深層土壤的影響較大，改土功能增強；水杉林隨著林齡的增加，各層次間變異系數(shù)有逐漸減小的趨勢，說明林齡的大小對土壤容重的影響不顯著；竹林與農(nóng)田的變異相近，但遠遠大于灘地。

（二）沿海防護林對土壤團粒結(jié)構(gòu)的影響

土壤團粒由單粒復(fù)合而成，其大小和組成與土壤機械組成、有機質(zhì)含量、交換性陽離子、土壤膠體等密切相關(guān)。表7-18為主要沿海防護林樹種對土壤水穩(wěn)性團粒影響情況，可見防護林能夠促進土壤團粒結(jié)構(gòu)的形成。在農(nóng)田表層（0~20cm）>0.25mm的水穩(wěn)性團粒僅為16.26%，而刺槐林和竹林卻分別高達37.28%和32.64%，明顯高于農(nóng)田。隨著林齡的增長，刺槐、水杉林呈現(xiàn)出大粒水穩(wěn)性團聚體增加而小粒水穩(wěn)性團聚體減少的現(xiàn)象。

表7-18 不同林地土壤水穩(wěn)性團粒情況（單位：%）

樣地

0~20cm

20~40cm

40~60cm

60~100cm

>2mm

2~1mm

1~0.25mm

>0.25mm

<0.25mm

>0.25mm

<0.25mm

竹林

5.10

17.28

14.90

37.28

6.72

18.04

19.70

刺槐幼林

1.26

2.02

14.32

17.60

9.64

4.06

0.36

刺槐中林

6.56

8.00

7.48

22.04

6.15

10.06

0.96

刺槐成林

15.68

11.10

5.86

32.64

9.04

11.36

2.06

水杉幼林

2.18

2.96

8.52

13.66

6.60

3.42

—

水杉中林

4.46

4.42

6.14

15.02

19.64

10.82

—

水杉成林

5.92

1.88

5.32

13.12

2.98

1.70

—

農(nóng)田

2.10

4.40

9.76

16.26

3.20

3.16

0.60

灘地

0.58

0.66

1.12

2.36

0.30

0.38

0.30

為了進一步研究水穩(wěn)性團粒形成的影響因素，將其與土壤物理性黏粒（>0.01mm）含量和土壤有機質(zhì)含量進行回歸分析。由表7-19可知，表層土壤水穩(wěn)性團粒與物理性黏粒含量關(guān)系較為密切（相關(guān)系數(shù)為0.8210）。土壤團聚體的形成主要受機械組成的影響，土壤機械組成是比較穩(wěn)定的物理性指標之一。同樣，水穩(wěn)性團粒與有機質(zhì)含量的相關(guān)系數(shù)較小，表明土壤有機質(zhì)僅是團粒形成諸影響因素中的一個。

表7-19 土壤團粒與機械組成和有機質(zhì)含量的相關(guān)系數(shù)

水穩(wěn)性團粒含量（%）

物理性黏粒（<0.01mm）含量（%）

有機質(zhì)含量（%）

0~20cm

20~40cm

40~60cm

60~100cm

0~20cm

20~40cm

40~60cm

60~100cm

0.25~1mm

0.3129

0.3452

0.6531

0.7785

0.1760

0.2135

0.3849

0.4806

1~2mm

0.8733

0.2621

0.4233

0.6943

0.2437

-0.0988

0.1239

0.4172

>2mm

0.5260

0.3689

0.3128

0.6072

0.4156

0.0590

-0.0669

0.3972

總和（>0.25mm）

0.8210

0.3181

0.6840

0.7154

0.4176

-0.0178

0.2769

0.4469

（三）沿海防護林對土壤滲透性的影響

在土壤質(zhì)地基本一致的情況下，土壤空隙度和容重有著密切的關(guān)系。研究表明，各樣地的總空隙度變幅在39.9%~56.5%，毛管空隙度為38.6%~46.8%，非毛管空隙度為0~12.1%。其中，不同樣地間，以及同一樣地不同土壤層次間的非毛管空隙度變異最大，總空隙度次之，毛管空隙度最小。特征向量分析結(jié)果表明，對第一主成分貢獻率較大的是土壤容重、總空隙度、非毛管空隙度、土壤有機質(zhì)和水穩(wěn)性團聚體含量，表明這些因子起著主導(dǎo)作用。對于第二主成分貢獻率較大的是土壤毛管空隙度，土壤有機質(zhì)也起到了一定的作用。由于第一主成分的累積貢獻率大于80%，可以認為在土壤理化性質(zhì)指標中，土壤容重、總空隙度、非毛管空隙度、土壤有機質(zhì)和水穩(wěn)性團聚體含量是影響土壤滲透性的主要因子。

為了進一步探求防護林樹木根系強化土壤滲透性的實質(zhì)，再將各徑級細根的根量與土壤理化性狀指標進行相關(guān)分析。由表7-20結(jié)果表明，林木根系，尤其是根徑≤0.5mm和0.5~1mm兩種徑級的細根對土壤有機質(zhì)、容重、總空隙度、非毛管空隙度和水穩(wěn)性團聚體含量的影響較大，而對土壤毛管空隙度影響不顯著。

表7-20 各徑級根系的根量與土壤理化性質(zhì)間的相關(guān)分析

指標\根徑

≤0.5mm

0.5~1mm

1~2mm

2~5mm

>5mm

樣本數(shù)

有機質(zhì)（%）

0.6281**

0.6125**

0.4390*

0.3960

0.2847

24

容重（g/）

0.734**

0.6798**

0.4349*

0.3809

0.2780

24

總空隙度（%）

0.7435**

0.6758**

0.4246*

0.3720

0.2763

24

非毛管空隙率（%）

0.6739**

0.5860**

0.3415

0.2572

0.3610

24

毛管空隙率（%）

0.1840

0.2889

0.2886

0.3967

0.3966

24

水穩(wěn)性團聚體含量（%）

0.6321**

0.6771**

0.5509

0.3777

0.1830

24

為了綜合評價沿海防護林樹木根系對土壤滲透性的強化效應(yīng)，對根徑≤1mm的根量（RW）與土壤滲透性強化值（I）進行單相關(guān)分析，結(jié)果表明兩者間存在著顯著的直線回歸關(guān)系，這說明林木根系，尤其是細根量增加，土壤的滲透性增強。其回歸方程為：

I=0.264RW+1.0296R=0.7668，n=24

式中，RW代表徑級≤1mm的根量（g/1000）；I代表土壤滲透率強化值（mm/Min）。

根據(jù)本次實驗的24個土壤剖面的測定結(jié)果，林地中徑級≤1mm的細根的平均根量為2.32 g/1000，將其代入上式計算得林木根系對土壤滲透性的強化值為1.64mm/Min。

（一）沿海防護林對土壤酶活性的影響

土壤磷酸酶包括堿性、中性和酸性磷酸酶，可反映土壤中磷素的轉(zhuǎn)化能力。研究表明（結(jié)果見表7-21），在亞熱帶巖質(zhì)海岸防護林區(qū)無論哪一土層深度，土壤磷酸酶均以酸性磷酸酶占優(yōu)勢，表現(xiàn)出土壤酸性磷酸酶活性>中性磷酸酶活性>堿性磷酸酶活性，并有著很強的規(guī)律性。

表7-21 3種土壤磷酸酶活性比較（單位：mg/g）

土層深度（cm）

堿性磷酸酶

中性磷酸酶

酸性磷酸酶

總磷酸酶

土壤pH

均值

變異系數(shù)

均值

變異系數(shù)

均值

變異系數(shù)

均值

變異系數(shù)

均值

0~5

2.16

0.33

2.88

0.24

3.16

0.06

8.12

0.05

4.85

5~20

1.27

0.44

2.10

0.26

3.01

0.19

6.38

0.16

4.86

20~40

0.54

0.45

1.15

0.29

2.40

0.28

4.08

0.23

4.95

注：顯著水平ɑ=0.01。

此外，研究了土壤酶活性垂直分布規(guī)律的影響，由表7-22看出，各種土壤酶活性在土壤剖面中明顯表現(xiàn)出隨土層深度的增加而降低的趨勢。這主要因為表層土壤腐殖質(zhì)多、肥力水平高，故土壤酶活性也高，而底土層的酶活性則相對較低。在經(jīng)濟林中，由于施肥等人為活動影響，土壤酶活性有些反常，如楊梅成林、楊梅和桃形李混交林以及胡柚林等，楊梅成林第2層土壤的蔗糖酶活性反而較第1層高23.7%。值得指出的是，不同樣地之間土壤酶活性差異很大，如0~5cm土層毛竹林脲酶活性為1.63mg/g，而胡柚林、桃形李和楊梅混交林、楊梅成林則分別為0.39mg/g、0.29mg/g和0.46mg/g。

表7-22 幾種林分土壤酶活性的垂直分布

土壤酶

土層深度（cm）

馬尾松成林

楊梅成林

毛竹林

胡柚林

楊梅桃形李混交林

對照

總磷酸酶

0~5

10.95

9.51

7.88

8.67

6.26

7.00

5~20

7.2

7.5

3.70

6.36

6.97

5.13

20~40

5.25

4.27

2.94

3.86

5.56

3.86

蔗糖酶

0~5

59.35

44.23

12.81

34.53

12.43

4.67

5~20

20.96

54.70

2.73

15.53

10.49

7.39

20~40

7.77

8.16

1.18

0.79

3.51

1.57

脲酶

0~5

2.01

0.46

1.63

0.39

0.29

0.23

5~20

0.4

0.27

0.28

0.26

0.40

0.29

20~40

0.24

0.21

0.24

0.22

0.35

0.26

蛋白酶

0~5

1.41

1.46

1.06

0.96

1.26

1.02

5~20

0.92

0.87

0.87

1.04

1.16

0.97

20~40

0.84

0.83

0.74

0.75

0.96

0.89

（二）沿海防護林對土壤微生物的影響

在不同林分中，土壤微生物在數(shù)量上差異很大（表7-23），胡柚林土壤微生物最多，細菌、放線菌和真菌數(shù)分別為265.93×105、36.68×105和7.61×105個/g土，總數(shù)可達310.22×105個/g土；而在毛竹林土壤中3種菌分別僅有85.41×105、9.89×105和3.33×105個/g土，總數(shù)98.63×105個/g土，僅為胡柚林的31.8%。馬尾松、楊梅成熟林土壤微生物數(shù)較低，其總數(shù)分別為109.40×105個/g土和161.45×105個/g土，只占平均數(shù)的57.8%和85.3%。土壤微生物數(shù)量的多少可能與林分類型有關(guān)，一般認為闊葉樹改土能力較針葉樹強，落葉闊葉樹改土能力較常綠闊葉樹強，其土壤微生物的數(shù)量通常較多。另外，馬尾松幼林、濕地松及其混交林土壤微生物都比較少；而胡柚、桃形李、板栗等經(jīng)濟林微生物數(shù)量較多。方差分析進一步證實了各林地土壤微生物數(shù)量間存在極顯著差異。

表7-23 不同林分土壤微生物數(shù)量（105個/g土）（單位：105個/g土）

林分類型

細菌

 

放線菌

 

真菌

 

微生物總量（m）

 

數(shù)量

（%）

數(shù)量

（%）

數(shù)量

（%）

數(shù)量

馬尾松幼林

84.10

73.4

27.17

23.7

3.25

2.9

114.52

馬尾松成林

92.55

84.6

12.42

11.4

4.43

4.0

109.40

毛竹

85.41

86.6

9.89

8.6

3.33

2.9

98.63

濕地松×木荷

112.14

84.9

15.87

12.0

4.06

3.1

132.08

胡柚

265.93

85.7

36.68

11.8

7.61

2.5

310.22

濕地松

159.33

79.6

30.93

15.4

10.08

5.0

200.34

楊梅×桃形李

195.55

82.7

27.19

11.5

13.69

5.8

236.43

濕地松×板栗

190.39

90.1

10.33

4.9

10.68

5.0

211.40

桃形李

266.00

87.7

26.82

8.8

10.35

3.5

303.17

楊梅成林

266.00

87.7

26.82

8.8

10.35

3.5

303.17

日本扁柏

197.68

87.9

17.17

7.6

10.00

4.5

224.85

對照

132.75

78.9

27.44

16.3

8.04

4.8

168.23

注：表中數(shù)據(jù)為0~40cm土層內(nèi)的平均值。

許景偉等在山東省龍口市龍口林場對沙質(zhì)海岸不同樹種類型防護林進行調(diào)查，表7-24結(jié)果顯示土壤有機質(zhì)、速效氮、速效磷、速效鉀含量，黑松+刺槐、黑松+麻櫟、黑松+紫穗槐3種混交林類型的均優(yōu)于黑松純林。其中，有機質(zhì)含量分別為純林的535.9%、523.1%和276.9%；速效N含量分別為269.3%、261.7%和118.0%；速效P含量分別為230.2%、300.0%和178.1%；速效K含量分別為196.1%、199.9%和229.0%。值得一提的是，黑松+紫穗槐、黑松+刺槐混交林的全氮含量和黑松+紫穗槐混交林的全磷含量均低于黑松純林，需要進一步探討。

表7-24 不同類型群落的土壤理化性狀分析

群落類型

土壤深度（cm）

有機質(zhì)（%）

全N（%）

全P（%）

速效N（mg/kg）

速效P（mg/kg）

速效K（mg/kg）

黑松純林

0~20

0.122

0.0280

0.0113

10.25

1.24

19.75

20~40

0.033

0.0117

0.0066

8.79

0.68

9.38

平均

0.078

0.0149

0.0090

9.52

0.96

14.57

黑松紫穗槐混交林

0~20

0.310

0.0169

0.0122

18.06

2.64

48.10

20~40

0.122

0.0059

0.0050

4.39

0.77

18.63

平均

0.316

0.0114

0.0086

11.23

1.71

33.37

黑松刺槐混交林

0~20

0.751

0.0371

0.0210

42.48

3.27

40.25

20~40

0.085

0.0012

0.0026

8.79

1.15

16.88

平均

0.418

0.0142

0.0118

25.67

2.21

28.57

黑松麻櫟混交林

0~20

0.654

0.0350

0.0220

41.02

4.22

44.50

20~40

0.162

0.0034

0.0034

8.79

1.53

13.75

平均

0.408

0.0792

0.0127

24.91

2.88

29.13