不同干扰类型下的白桦次生林土壤理化性质研究.pdf

第 卷 第 期 年 月林 业 调 查 规 划 :/不同干扰类型下的白桦次生林土壤理化性质研究于晓雨铁 牛萨如拉呼日查(.内蒙古农业大学 林学院内蒙古 呼和浩特 .内蒙古林业科学研究院内蒙古 呼和浩特)摘要:研究内蒙古大兴安岭地区不同干扰类型下白桦次生林土壤理化性质特征在内蒙古根河市选取 种干扰类型的白桦次生林样地的不同土层土壤作为研究对象对土壤理化性质进行测量分析探究不同干扰类型对土壤理化性质的影响 研究结果表明白桦次生林在不同干扰方式下土壤理化性质存在显著差异 其中人工条带改造后的白桦次生林土壤 值增大火烧后白桦次生林容重增大土壤有机碳、全氮、全磷、全钾、速效磷、速效钾含量在人工条带改造后显著增高采伐干扰样地白桦次生林样地土壤含水量、速效氮含量最高 不同干扰类型的白桦次生林样地土壤理化性质间相关性不同 人工条带改造干扰样地白桦次生林土壤综合指数较高火干扰样地白桦次生林土壤综合指数较低关键词:大兴安岭白桦次生林干扰类型土壤理化性质中图分类号:文献标识码:文章编号:()引文格式:于晓雨铁牛萨如拉等 不同干扰类型下的白桦次生林土壤理化性质研究 林业调查规划():/.():/(.):.收稿日期:基金项目:内蒙古自治区科技计划项目()第一作者:于晓雨()女内蒙古呼伦贝尔人硕士研究生 研究方向为退化生态系统的土壤修复过程 :责任作者:铁牛()男内蒙古兴安盟人博士教授 研究方向为土壤生态学 :于晓雨等:不同干扰类型下的白桦次生林土壤理化性质研究 .:火干扰是影响森林生态系统功能、土壤结构和地球化学循环的主要方式也是影响林分更新的主要因子 火烧引起森林表层土壤温度升高土壤入渗率降低进而影响土壤养分循环 人为干扰将使土壤理化性质发生变化改变土壤含水量、等 近年国内外许多研究表明不同干扰对土壤理化性质具有显著影响 采伐干扰是重要的人为干扰方式采伐林木后土壤和植被均遭到破坏使原有的土壤功能发生改变阻碍土壤养分循环土壤中菌根和微生物活动也受到限制长期影响土壤功能和结构并改变林下土壤的理化性质进而影响地上林木的生长发育 林下土壤是森林生态系统的重要组成部分为林木生长提供必需的营养物质 长期维持并提高森林土壤肥力可提高森林生态系统的稳定性促进林业可持续发展 以大兴安岭地区不同干扰类型的白桦次生林样地土壤为研究对象通过设置不同干扰类型样地并在不同土壤剖面取样调查对其土壤理化性质特征进行研究探究不同干扰类型的白桦次生林与土壤理化性质间的相互关系将对大兴安岭白桦次生林的恢复更新以及保护具有重要意义 研究区概况与研究方法 研究区概况研究区选在内蒙古自治区呼伦贝尔根河市位于大兴安岭北段西坡地理坐标为东经 北纬 东与鄂伦春自治旗为邻西与额尔古纳市接壤南连牙克石市北接黑龙江省大兴安岭地区漠河市、呼中区 南北直线距离最长达 东西直线距离最宽达 总面积 万 根河是中国纬度最高的城市之一平均海拔 年均降水量 主要集中在 月年均温 极端低温年封冻期 以上森林覆盖率 土壤为棕色针叶林土质地较轻含砂粒及石砾较多土壤呈酸性 为 上部土层较酸下部土层呈微酸至中性 优势树种为兴安落叶松()并伴生有白桦()、山杨()等乔木 研究方法 样地设置样地设于内蒙古自治区呼伦贝尔根河市选取研究区内 种不同干扰类型的白桦次生林样地:火干扰样地(、)两块人工条带改造干扰样地(、)两块采伐干扰样地(、)块共 块 样地在样地内进行每木调查记录各样地的经纬度、海拔、坡度、坡向、坡位等地形信息 样地基本情况见表 土壤样品采集与测定土壤样品采集时间为 年 月在根河市所表 不同干扰类型样地的白桦次生林固定样地基本概况 样地经纬度平均海拔/坡向坡度/()郁闭度平均树高/平均胸径/株树密度/(株)东坡 东坡 东坡 东坡 西南坡 西坡 西南坡 西南坡 第 期林 业 调 查 规 划选研究区内选取的 块 固定样地中每块样地内按对角线三点挖取土壤剖面各样点垂直分层(和 )采集土壤样品共 份各土壤样品过直径 筛网去除可见的植物物质和小石子用样品袋编号密封并取环刀土用于土壤含水量和容重的测定 将新鲜土壤带回实验室整理后用于理化性质的测定理化性质的测定方法与仪器如表 所示表 土壤理化性质测定方法与仪器 理化性质测定方法与仪器含水量()环刀烘干法容重()环刀烘干法电位测定法有机质含量重铬酸钾法全氮含量高氯酸硫酸消化法开氏定氮仪全磷含量高氯酸硫酸消化法分光光度计全钾含量氢氟酸高氯酸消化法原子吸收仪速效氮含量氯化钠溶液浸提开氏定氮仪速效磷含量碳酸氢钠溶液浸提分光光度计速效钾含量醋酸铵溶液浸提原子吸收仪机械组成激光粒度分布仪法 统计方法)采用 分析不同干扰类型白桦次生林土壤氮组分、磷组分、钾组分及 间的差异性显著性水平设为 土壤理化性质相关性通过 双尾检验法进行分析 运用 整理数据使用软件 进行数据统计分析)采用升型(公式()、降型分布函数(公式()公式利用软件 计算各个因子的主成分贡献率、累计贡献率根据主成分的分析结果来确定各个因子载荷 公式分别为:()()/()()()()/()()式中:()为各土壤因子隶属度值为土壤各因子的值为第 项土壤因子中的最大值为第 项土壤因子中的最小值土壤质量因子权重计算公式为:/()式中:为第 项土壤质量因子的因子载荷计算土壤各隶属度采用综合指标值 的计算公式计算不同干扰类型下白桦次生林土壤质量公式为:()()结果与分析 不同干扰类型样地白桦次生林土壤理化性质特征 土壤有机碳特征不同干扰类型样地白桦次生林 土层内土壤有机碳含量在垂直方向变化规律为随着土层的加深不同干扰类型下白桦次生林土壤有机碳含量均呈减少趋势说明白桦次生林土壤有机碳具有表层富集性(图)图 不同干扰类型样地白桦次生林土壤有机碳含量 种干扰类型样地白桦次生林土壤有机碳含量无显著性差异在 、土层内有机碳含量大小依次为:人工条带改造干扰样地()采伐干扰样地()火干扰样地()土壤有机碳含量特征表现:随着林下枯落物的增加和分解白桦次生林的更新恢复补充了土壤表层有机质可见人工条带改造干扰有利于林下土壤有机物质的增加而火干扰则相反 不同干扰类型样地白桦次生林其他土壤理化性质特征不同干扰类型样地白桦次生林其他土壤理化性质统计见表 表 由表 可知研究区内不同干扰类型样地白桦次生林在 、土层土壤 均表现为第 卷于晓雨等:不同干扰类型下的白桦次生林土壤理化性质研究表 不同干扰类型样地白桦次生林土壤物理性质 样地类型土层厚度/土壤容重/()含水量/总孔隙度/值 值 注:不同小写字母表示各指标在同一土层不同干扰样地白桦次生林的差异显著性(火干扰样地 采伐干扰样地在垂直方向上同一干扰类型样地白桦次生林土壤 会随着土壤深度的增加而增加整个研究的土壤剖面中采伐干扰和火干扰样地的白桦次生林土壤 显著低于人工条带改造干扰样地的白桦次生林(采伐干扰样地 人工条带改造干扰样地火干扰样地的白桦次生林 值显著高于人工条带改造干扰样地的白桦次生林(人工条带改造干扰样地 火干扰样地 种干扰类型样地白桦次生林土壤含水量并无显著性差异 其中土壤容重越大的含水量越小 在 、土层土壤总孔隙度均表现为:人工条带改造干扰样地 采伐干扰样地 火干扰样地表 不同干扰类型样地白桦次生林土壤化学性质 样地类型土层厚度/有机质/()全氮/()全磷/()全钾/()速效氮/()速效磷/()速效钾/()值 值 由表 可知在 、土层土壤有机质含量均表现为:人工条带改造干扰样地 采伐干扰样地 火干扰样地且在垂直方向上土壤有机质含量随土层的加深显著减少 种干扰类型样地土壤有机质含量无显著性差异 在 、土层内土壤全氮含量均表现为:人工条带改造干扰样地 采伐干扰样地 火干扰样地人工条带改造干扰显著高于采伐干扰(火干扰样地 采伐干扰样地人工条带改造干扰显著高于火干扰和采伐干扰(火干扰样地 采第 期林 业 调 查 规 划伐干扰样地且随着土层的加深而升高 由表 可知在 、土层土壤速效氮含量均表现为:采伐干扰样地 火干扰样地 人工条带改造干扰样地火干扰显著高于人工条带改造干扰(采伐干扰样地 火干扰样地且在垂直方向上速效磷含量随着土层的加深显著降低大约是上层土壤的/在 、土层土壤速效钾含量均表现为:人工条带改造干扰样地 采伐干扰样地 火干扰样地在土壤表层速效钾含量人工条带改造干扰显著大于火干扰()且在垂直方向上速效钾含量随着土层的加深而显著升高 不同干扰类型样地白桦次生林土壤理化性质相关性分析对不同干扰类型样地白桦次生林土壤理化性质进行相关性分析结果见表 表 不同干扰类型样地白桦次生林土壤理化性质相关性分析 理化性质有机碳全氮全磷全钾速效氮速效磷速效钾容重孔隙度有机碳全氮 全磷 全钾 速效氮 速效磷 速效钾 容重 总孔隙度 值 注:表示在 级别(双尾)相关性极显著 表示在 级别(双尾)相关性显著 如表 可知土壤有机碳与土壤容重和全钾呈极显著负相关()与全氮、总孔隙度呈极显著正相关()与全磷、速效磷表现显著正相关()土壤全氮与全钾、容重呈极显著负相关()与全磷、总孔隙度呈极显著正相关()与速效钾表现显著正相关()土壤全磷与容重呈极显著负相关()与速效磷、速效钾、总孔隙度呈极显著正相关()土壤全钾与速效氮、总孔隙度表现显著负相关()与容重表现显著正相关()速效钾与容重呈极显著负相关()与总孔隙度呈极显著正相关()土壤容重与总孔隙度呈极显著负相关()不同干扰类型样地白桦次生林的土壤质量综合评价不同干扰类型样地白桦次生林的土壤理化性质有显著区别用统计分析方法计算土壤肥力综合指标值进而比较不同干扰类型的白桦次生林土壤质量 通过公式()、()计算得出各土壤因子的隶属度值(表)选择 土层土壤有机碳、全磷、全氮、全钾、速效氮、作为土壤质量因子 各土壤化学因子的计算使用升型分布函数土壤物理因子的计算使用降型分布函数表 不同干扰类型样地白桦次生林各土壤因子隶属度值 样地类型土层深度/有机碳全氮全磷全钾速效氮 选取土壤因子:()、(有机碳)、(全氮)、(全磷)、(全钾)、(速效氮)使用软第 卷于晓雨等:不同干扰类型下的白桦次生林土壤理化性质研究件 计算不同土壤因子的累积贡献率以及权重系数以代表其重要程度 不同干扰类型下白桦次生林土壤因子的方差贡献率见表 可知前两个主成分的方差累积贡献率达到 可包含所有土壤因子的绝大部分信息然后计算得出各土壤因子权重表 方差贡献率 成分初始特征值特征根方差百分比累积贡献率/提取载荷平方和特征根方差百分比累积贡献率/旋转载荷平方和总计方差百分比累积贡献率/通过 计算方差贡献率以及累积贡献率时将获得主成分、的载荷数数值把载荷数数值带入公式()中得出权重值(表)表 载荷数数值和指标权重 因子主成分 主成分 权重值因子主成分 主成分 权重值 各土壤因子的隶属度值及权重代入公式()可得出不同干扰类型样地白桦次生林土壤质量的平均综合指标值 如图 图 土壤综合指数 由图 可知人工条带改造干扰样地白桦次生林土壤综合指数为 火干扰采伐干扰样地白桦次生林土壤综合指数分别为 和 土壤综合指数代表土壤质量的高低结果表明人工条带改造干扰样地白桦次生林土壤质量最好火干扰样地白桦次生林土壤质量最差 结论与讨论)不同干扰类型样地白桦次生林土壤理化性质存在一定差异性 人工条带改造干扰样地白桦次生林土壤 值、总孔隙度、有机碳、全氮、全磷、全钾、速效磷、速效钾均值最高火干扰样地白桦次生林容重最大采伐干扰样地白桦次生林土壤含水量、速效氮均值最高 由此可知人工条带改造干扰和采伐干扰样地白桦次生林土壤肥力相对较优火干扰样地白桦次生林土壤肥力相对较差)相关性分析表明土壤有机碳与土壤物理性质以及、等元素含量均存在不同程度的相关性)通过计算土壤综合指数得出人工条带改造干扰样地白桦次生林土壤综合指数较高、火干扰样地白桦次生林土壤综合指数较低人工条带改造干扰样地白桦次生林土壤质量最好火干扰样地白桦次生林土壤质量最差有研究表明最合适植物生长的土壤 为 可见该研究区内 个样地土壤 较适合植物生长 森林进行采伐后硝化作用增强土壤中酸性物质得到积累导致土壤表层 逐渐减小 火干扰后森林土壤 一般呈上升趋势说明土壤碱性增强了这是因为经过火干扰后灰分中、等输第 期林 业 调 查 规 划入土壤从而中和了土壤的酸性根物质 土壤容重方面有研究表明人为干扰下土壤压实作用显著使容重增大并且土壤养分含量分布不均可以说明人为干扰对土壤养分变化具有较大影响 火干扰使土壤容重加大 土壤容重对火干扰的响应大于人为干扰火干扰后使土壤斥水性增大与第二次国家土壤养分含量分级标准对照可知研究区内土壤有机碳与全量养分含量均处于全国中上水平钾元素含量最高速效钾含量较高速效氮、速效磷含量中等 火干扰对土壤全氮含量无显著影响土壤全钾含量对于 种干扰的响应并不明显与甘静静等研究结果一致 人为干扰将影响土壤速效氮含量土壤速效磷含量对于 种干扰的响应并不明显 火干扰在森林土壤物理和化学性质的变化中发挥重要作用火干扰对表层土壤理化性质的影响较大土壤理化性质相关性分析结果表明土壤各元素间有机物质积累与循环过程关系紧密且有机物质积累有助于改善土壤的结构及土壤养分状况使得土壤质量变好 根据计算出的土壤 值可知人工条带改造干扰下白桦次生林土壤质量较高火干扰下白桦次生林土壤质量相对较低根据以上研究结果建议在今后的经营过程中在火干扰或采伐干扰下林地植被恢复过程中根据土壤肥力情况和干扰后的林地土壤养分消耗情况科学合理地制定森林经营管理方法使土壤与林下植被和林木协同发展发挥土壤巨大优势 本研究只对一段时间内不同干扰类型下白桦次生林土壤养分进行研究干扰类型仅是影响土壤质量的因素之一气候条件、林分因子、土壤微生物多样性等同为重要因素所以进行土壤质量评价时要多方面考虑要进一步系统地研究土壤养分消耗及植被恢复情况后期可为不同干扰类型下次生林样地人工恢复土壤肥力提供科学依据及有效措施参考文献:():.():赵彬孙龙胡海清等 兴安落叶松林火后对土壤养分和土壤微生物生物量的影响 自然资源学报():.():李晓明韩霁昌李娟 典型半干旱区土壤盐分高光谱特征反演 光谱学与光谱分析():秦远好谢德体魏朝富等 土壤生态环境对游憩活动冲击的响应研究 水土保持学报():庞学勇刘庆刘世全等 人为干扰对川西亚高山针叶林土壤物理性质的影响 应用与环境生物学报():许忠学张登清高文韬等 不同采伐方式对林地土壤养分的影响 吉林林学院学报():郑丽凤周新年巫志龙等 天然林不同强度采伐 后林地土壤理化性质分析 林业科学研究():巫志龙周新年郑丽凤等 天然林择伐 后林地土壤理化性质研究 山地学报():鞠敏睿 不同土地类型土壤质量评价 水土保持应用技术():于楠楠马世明刘瑞龙等 内蒙古苏木山华北落叶松人工林土壤养分变化规律 干旱区资源与环境():周瑞莲张普金徐长林 高寒山区火烧土壤对其养分含量和酶活性的影响及灰色关联分析 土壤学报():.():():全国土壤普查办公室 中国土壤普查技术 北京:农业出版社 甘静静 木荷次生林林地土壤特性与林木生长关系研究 长沙:中南林业科技大学 殷秀琴宋博邱丽丽 红松阔叶混交林凋落物土壤动物土壤系统中、的动态特征 生态学报():纪文婧程小琴韩海荣等 山西太岳山好地方典型植被类型土壤理化特征 生态学杂志():高君亮罗凤敏高永等 农牧交错带不同土地利用类型土壤碳氮磷生态化学计量特征 生态学报():责任编辑:陈旭第 卷