关中西部典型人工生态林与经济林林地土壤的剖面特征及土壤粒度组成.docx

1、第36卷第4期2007年12月Vol.36No.4Dec.2007西部林业科学JournalofWestChinaForestryScience关中西部典型人工生态林与经济林林地土壤的剖面特征及土壤粒度组成.邱海燕'庞奖励"，郭美娟I,杨节'（1.陕西师范大学旅游与环境学院，陕西西安710062；2.中国科学院地球环境研究所/黄土与第四纪地质国家重点实验室，陕西西安710075）摘要：对陕西关中西部的苹果人工经济林和槐树人工生态林林地土壤剖面的结构、土壤的粒度组成进行了系统研究。结果表明：（1）人工生态林林地所设的YSL土壤剖面其土壤的碳酸钙淋溶作用较人工经济林林地所

2、设的YSP土壤剖面强；（2）YSP与YSL土壤剖面不同发生层，其土壤粘粒与砂的含扯变化差异较粉砂大；（3）YSP土壤剖面的土壤粘粒较YSL±壤剖面的淋失深度浅，但淋溶址大；（4）YSP土壤剖面表层土壤的粘粒含量较YSL土壤剖面高，表明精细的人为管理方式对其林地表层土壤的粘化有显著影响。关键词：关中西部；人工生态林；人工经济林；林地土壤；剖面特征；粒度组成中图分类号：S714文献标识码：A文章编号：1672-8246（2007）04-0095-05AComparativeStudyonSoilProfileStructureandGrainSizeofArtificialEcologi

3、calForestandEconomicForestinWesternGuanzhongAreasofShaanxiProvinceQIUHai-yan1,PANGJiang-li1,2,GUOMei-juan1,YANGFang1（1.CollegeofTourismandEnvironmentalSciences,ShaanxiNonnalUniversity,Xi'anShaanxi710062,P.R.China；2.InstituteofEarthEnvironment,ChineseAcademyofScicncev/StateKeyLaboratoryofIxxjtwan

4、dQuatemaGeology,Xi'anShaanxi710075,P.ftChina）Abstract:Thestructureofsoilprofilestructureandgrainsizeofartificialecologicalforestandeconomicforestwerestudied.Theresultswereasthefollows:1）CaCO3eluviationinYSLsoilprofilefromecologicalforestwasbetterthanYSPsoilprofilefromeconomicforest.2）Thecontento

5、fclaysandsandschangedmoresigniGcantthansiltindifferentgenetichorizonsofthetworesearchsoilprofiles.3）ThedepthofclayseluviationinYSPsoilprofileisshallowerthaninYSLsoilprofile,butleachingamountbigger.4）ThesurfaceclaycontentofYSPsoilprofilehigherthanYSLsoilprofile,whichindicatedthatartificialelaboratema

6、nagementaffectedtheclayiGcationsignificantly.Keywords：WesternGuanzhongarea；artificialecologicalforest；artificialeconomicforest,forestsoil；soilprofilestructure;grainsize收精日期：2007-07-20基金项目：国家自然科学基金项目(40471119);黄土与第四纪地质国家重点实验室基金项目(SKLLQG0604)；陕西省自然基金项目(2006D01)。第一作者简介：邱海燕(1982-),女，宁夏育铜峡人，硕士研究生，主要从事资源开

7、发与环境演变方向的研究。通讯作者简介：庞奖励(1963-),男，陕西西安人.教授.博士生导师.主要从事土地利用与土壤演变方面的研究°西部林业科学96土地是人类赖以生存与发展的物质基础。随着土地利用及覆被变化研究的深入，人类活动所引起的土壤质量、性状等的演变已成为国内外学者和政府管理部门关注的热点。不同的土地利用方式和管理模式使所用地土壤的一些特性、特征发生了变化。但是，国内外有关此方面的研究主要集中于土地利用方式对所用地耕层土壤的养分、化学成分、肥力状况等的影响上，而对其整个土壤发生层物理特征演化的研究却较少。本项目通过对陕西关中西部槐树(Sophorajaponica)人工生态林及

8、苹果(Maluspumila)人工经济林两种不同土地利用类型林地土壤剖面的研究，探讨了其利用方式对林地土壤的剖面结构以及土壤粒度组成特征的影响。1关中西部的土地利用类别陕西的关中西部地处暖温带半湿润季风气候区，与关中盆地相比，其地势较高，气温较低，年平均气温10.8T,年降水量601mm。区内土地按其利用方式来分，有农耕地、人工经济林地、人工生态林地、天然林地等。其中以耕地为主，所种植的农作物，主要为小麦、玉米、高粱、油菜，多数地方一年一熟，少数地方两年三熟。天然林以油松林(Pinustabulaefi)77),侧柏林(PZofycZaJzMorj.entalis),山杨林(Populusda

9、vidiana),白桦林2007年(Batulaplayphvlla)为主；人工生态林以槐树林为主；人工经济林则以苹果、核桃(Juglansregia)、柿子(Diospyroskaki)、花椒(Zanthoxylumbungea-num)为主。2研究对象与方法2.1研究对象经野外大量考察，以关中西部地区永寿县东山村(N34°49,22.6W,E108。02'48.2")种植苹果的经济林地，及主要栽植槐树的人工生态林地为本项目的研究对象。在人工经济林地上设置了YSP±壤剖面，而在人工生态林地上设置了YSL土壤剖面(见图1)。YSP土壤剖面位于该地的黄土台墀

10、面上，YSP剖面距YSL剖面约600m,海拔高度1390m,该地长期以来为农业用地，于20世纪80年代末改种苹果，已连续栽种20年，其缺少灌溉条件,林下无耕种，为关中西部典型的多年生人工经济林地。YSL±壤剖面距YSP±壤剖面约600m,海拔高度1400m,该地为人工生态林地，主要种植的树种为槐树，另栽有少量的其他树种。据调查，其槐树林的年龄约60年。林地几乎全为草本植物所覆盖，草被高约25cmo两林地的土壤均为第四纪发育而成的黄土。图1研究地的土埴剖面位置图Fig.1LocationofYSPandYSLsoilprofile第4期邱海燕等：关中西部典型人工生态林与经济林

11、林地土壤的剖面特征及土壤粒度组成972.2研究方法苹果经济林地及槐树人工生态林地所设置的两土壤剖面的野外土壤采样工作在2006年春季进行。其土壤剖面为100cmxlOOcmx100cm的一样坑，从其土壤表层向下每5cm±层厚度连续采样，每个剖面采样20个。其土样所涉及的测定项目在陕西师范大学环境演变实验室进行，所采土样全部测定，共做了5次重复。土样颜色采用标准比色卡(中国科学院南京土壤研究所制，1989)对比描述。土样的pH值测定是使用上海雷磁公司生产的PHSJ-4A型实验室pH酸度计；土样的磁化率测定用英国Bartington公司生产的MS-2B型磁化率仪。土样粒度分析采用英国Ma

12、lvern公司生产的Mastersi-zer-s型激光粒度仪进行测量，分析误差小于2%。具体方法是：取0.8g风干土样置于250mL烧杯中，加入约10mL10%的除去样品中的有机质；加入5mL0.05mol/L的(Na2PO3)6,作为分散剂；样品导人样品粒度仪的样品池进行测量,重复测量5次，取其平均值为最后结果。3研究结果3.12种林地的土壤剖面特征野外观察和室内土样测定发现，YSP和YSL的土壤剖面构型有一定的差异。YSP剖面呈A-AB-BC构型，YSL剖面呈O-A-AB-BC构型,其剖面特征见表1。剖面土地利发生代号用方式层磁化率pH值表1YSP和YSL土壤剖面的特征Tab.1Profi

13、lecharacteristicsofYSPandYSL独色及结构YsKlsAABBC0AABBC025cm：浊黄棕10YR5/4,粉砂粘土质地，疏松，大量植物根系、孔隙和蚯蚓粪。AB,：2535cm,浊黄橙10YR6/3,粉砂粘土质地，较紧实，少址植物根系,较多孔隙和蚯蚓粪。AB2：35-45cm,浊黄橙10YR6/4,粉砂粘土质地，较疏松，少见植物根系,大址孔隙和蚯蚓粪。BCt:4565cm,浊黄橙10YR7/3,粉砂粘土质地，较紧实，少见植物根系，中等数址孔隙和蚯蚓粪，较多粉霜状碳酸盐CBC2；65100cm,浊黄橙10YR7/3,粉沙粘土质地，紧实，少址孔隙和蚯蚓粪。U10cm,浊黄橙

14、10YR5/3,新砂粘土质地，疏松，大址植物残体与孔隙C10-30cm,浊黄橙10YR5/3,粉砂粘土质地，较疏松,大量植物根系、孔隙和蚯蚓粪。30-55cm,浊黄橙10YR6/3,粉砂粘土质地，较紧实,较多植物根系，大址孔隙和蚯蚓粪，少量粉霜状碳酸盐。BCM585cm,浊黄橙10YR6/4，粉砂粘土质地，紧实，中等数量孔隙和蚯蚓粪，大量粉霜状碳酸盐CBC2：85100cm,浊黄橙10YR6/4,粉沙粘土质地，紧实，少址孔隙与粉霜状碳酸盐。134.98.19138.08.44149.78.49118.68.5469.98.35101.38.07104.58.3899.78.36101.18.4

15、2107.08.323.2两种林地的土壤粒度组成从粒度分析结果可看出，两林地土壤剖面土样的粉砂含最差异均不大，而粘粒和砂含量差异明显，且两者呈反相关性(相关系数为-0.655,显著性水平0.05)。另外，两林地土壤剖面的土壤粘粒含量在表层均显示了最低水平，砂的含量则相反。YSP剖面土壤粘粒的含量在AB2层达到最大(24.9%);而YSL剖面土壤粘粒含量的最高值(22.5%)则出现在BG层(见表2)。98西部林业科学2007年4讨论4.1两种土地利用方式对林地土壤剖面的影响由表1可见，两土壤剖面的剖面构型有一定差异,YSP土壤剖面呈A-AB-BC构型，YSL±壤剖面呈0-A-AB-BC

16、构型，且土壤发生层厚度及一些理化特征有一定差异（见表1、表2）。剖面土壤深度/cm<225050-20000-2521.173.35.625-3522.174.53.4YSP35-4524.971.33.8456522.773.14.26510020.872.36.901019.372.77.910-3020.575.24.2YSL30-5521.874.04.255-8522.574.03.58510021.471.96.6表2YSP和YSL土壤剖面的土81粒度分布Tab.2GrainsizedistributionofYSPandYSLumYSL土壤剖面特征表明，由于人工生态林地免受

17、翻耕扰动，其林地表层形成了由枯枝落叶累积而成的厚约10cm的0层。其下是厚约20cm的A层,而人工经济林地的YSP土壤剖面的A层较之要厚，这与该林地土粪持续不断堆垫有关，其作物生长过程与林地土粪堆垫同步进行，使其土层逐步加厚，使该林地形成厚达25cm左右的暗色腐殖质层。在YSP土壤剖面中，其土壤的AB层存有一定的分异，AB.层土壤较AB?层土壤紧实，其原因可能是，此林地在栽种苹果之前为农耕田，土层AB】所处位置是以前的犁底层，而土层AB?很可能是以前的古耕作层。另外，在YSL土壤剖面A层的底部（25cm左右）即见碳酸钙胶膜，在BG层的土壤中其碳酸钙胶膜大量存在。这主要是由于YSL土壤剖面所处的

18、槐树人工生态林其林地免受人为扰动，表层被茂密的林灌草所覆盖，因而其生物活动强烈，林地土壤的上部进行着较强的腐殖质化过程，土体中进行着强的脱钙、淋溶作用，较好地保存了碳酸钙向下淋溶的印迹，即碳酸钙胶膜通体存在。而在YSP土壤剖面中，仅在BG层见到碳酸钙胶膜存在，且富集程度也不及YSL土壤剖面BG层。其所处的苹果人工经济林林地由于受除草等人为活动的影响，其林地的植被覆盖度较低，林地土壤表层的蓄水能力较弱，所以淋溶作用远不及生态林地。加之，农事活动的扰动使得靠近地表的碳酸钙胶膜被破坏分散，不易见到。4.2两种土地利用方式对林地土壤质地的影响两种土地利用方式其林地土壤的各粒级粒度的分布存在一定的差异，

19、其中以粘粒与砂粒的差异最,为显著（粘粒变异系数均大于4.6%,砂的变异系数均接近30%）,而粉砂的差异不大（变异系数均小于2%,变异系数=标准偏差/平均值X100%）,见图2。32§28眼24留201612840YSPYSLYSPYSLC.V.粘C.C.V.妙图2YSP与YSL±®剖面不同发生层的土壤粒度变异系敷Fig.2CoefficientofgrainsizevariationindifferentgenetichorizonsinYSPandYSLsoilprofileYSP土壤剖面，其土层AB2土壤粘粒的含量最大（24.9%,表2）。因为YSP土壤剖面所

20、处的土地利用类型以前为农耕田，被改种为苹果人工经济林之后，其林地土壤的植物根系活动加深，表层土壤粘粒随下行水顺苹果树根系可淋失至其犁底层之下的地方。这也表征着随着土壤粘粒的可下迁至ab2土层，使土层ab2的土壤逐渐变得黏重，而疏松程度逐渐降低，AB±层呈现的土壤上下分异会逐渐消失。但由于此苹果林地栽种只有20年，改造作用时间还较短，所以前林地所遗留的土壤分异仍在一定程度上存在。而YSL土壤剖面的土壤粘粒含景的最高值（22.5%）则出现在BG层，这主要是人工生态林地的枯枝落叶层中产生的有机酸较多，使其林地土壤中的下行水呈酸性，溶液中的H代换并进一步淋洗掉较多的代换性盐基，伴之而来的是胶

21、体分散、粘粒下移，再加之林地历史长，植物根系活动第4期邱海燕等：关中西部典型人工生态林与经济林林地土壤的剖面特征及土壤粒度组成99深，部分土壤粘粒随着下行水等顺着根系可到达更深的土层。另外，YSP土壤剖面的A层土壤粘粒的含量较高(21.12%),而YSL土壤剖面A层土壤的粘性含量仅20.5%(见表2),这可能与其林地土壤发生过程有关。苹果人工经济林地的管理方式较精细，施用的有机施肥较多，其作物秸杆等采用了粉碎精细的还田方式，有效提高了有机残体的分解速度和有机物的合成速度，促进了林地土壤的熟化进程，使土壤中粘土含量增加。通过表2分析可见，YSP土层剖面的AB2±层的土壤粘粒较BC2层的

22、增幅为4.1%,YSL土壤剖面中BC,层土壤粘粒较BC2层的增幅仅1.1%,这暗示YSP土壤剖面表层土壤粘粒淋溶的深度虽然不及YSL土壤剖面，但其淋失量较YSL±壤剖面大得多。由此对比可见，人工经济林地由于人为的精细管理带来的林地土壤粘化作用是较显著的。5结论(1) 关中西部的人工生态林地土壤的碳酸钙淋溶较人工经济林林地强，且由于免于人为活动扰动，其林地土壤的碳酸钙向下淋溶印迹保存完好，碳酸钙胶膜通体可见。(2) 关中西部的人工经济林与人工生态林其林地土壤剖面，均表现出土壤粘粒和砂变异系数较大，而粉砂的变异系数较小的待征。(3) 在关中西部的人工经济林地中，土壤粘粒的淋溶深度较人工生

23、态林地浅，但其淋溶强度较人工生态林地强。(4) 关中西部人工经济林地表层的土壤粘粒向下淋溶量大，且含量较人工生态林林地高，人类的精细管理使其林地表层土壤的粘化作用显著。致谢:在室内实验等工作中得到张建高级工程师、张旭老师、王利军老师、文青、淮态、朱美玲、常美蓉、张彩云的热情帮助，在此表示衷心的感谢C参考文献：1史培军，宋长宵，景贵飞.加强我国土地利用/土地覆盖变化及其对生态环境安全影响的研究J.地球科学进展,2002,17(2):161-168.2 郭玉红，郎南军，和丽萍，等.元谋干热河谷8种植被类型的林地土壤特性研究J.西部林业科学,2007,36；56-64.3 IslamKR.RRWei

24、l.LanduseeffectsonsoilqualityinatropicalforestecosystemofBangladeshJ.Agriculture,E-cosystemandEnvironment,2000(79)：9-16.4 Nael,KhademiH,HajabbasiMA.ResponseofsoilqualityindicatorsandtlieirspatialvariabilitytolanddegradationincentrallranJ.AppliedSoilEcology,2004(27)；221-232.5 MannaaMC,SwarupA,WanjariRHetal.Long-termeffectoffertilizerandmanureapplicationonsoilorganiccarbonstorage,soilqualityandyieldsu