王 露，秦富仓，李龙，赵金洋，江 磊

(内蒙古农业大学 沙漠治理学院，内蒙古 呼和浩特 010000)

1 引言

近年来，随着人口的增长和社会的进步，黄土丘陵地区的高效开发利用已成为研究的热点和难点。其中，山地坡面人工造林是坡地高效开发利用的具体体现之一，这不仅对当地水土保持工作贡献巨大，同时在当地群众脱贫致富中起到了重要的作用。武川县地形特殊，处于黄土丘陵沟壑区，土壤条件好，适合油松生长。油松(PinustabuliformisCarrière)为松科针叶常绿乔木，为阳性树种，有深根性、喜光性、抗瘠薄性和抗风的生态学特性，是良好的造林树种，在中国河北省、内蒙古自治区、吉林省、陕西省、甘肃省、辽宁省等地区皆有分布[1]。长期以来，也有许多学者对土壤特性和油松生长关系进行研究，如邱新彩等[2]在研究中证明了油松人工林的土壤性质能够通过树龄的增加得到改善；邱甜甜等[3]对油松生长过程进行了研究，土壤有机碳的含量主要受枯落物和根系凋落物影响，它们可提高土壤微生物生物量碳，以及关于油松的栽培育苗及抗旱造林技术这方面的研究比较多[4～8]。由于土壤表层环境复杂多样，如林下草本类型，枯落物的分解和人类、动物活动的影响等，易受影响。所以，对于油松人工林与表层土壤关系研究并不多，而且不同坡位上的水热条件与地形条件的不同会对表层土壤特性造成一些梯度的变化，因此，本研究将油松人工林表层土壤与坡位相结合进行分析，阐述了不同坡位与油松人工林表层土壤理化因素的变化关系，并对土壤各指标进行相关性分析，得出适合油松生长的最佳条件，以达到油松人工林长久的可持续经营，为油松人工林以后的培育和可持续发展贡献力量。

2 材料与方法

2.1 研究区概况与样地选取

试验地武川县哈乐镇位于内蒙古自治区中部，呼和浩特以北，处于我国阴山北麓农牧交错带，属中温带大陆性季风气候，年平均气温3.0 ℃。7月最热，无霜期大概为120 d。年平均降水为350 mm左右，主要降水集中在7～9月间。土地利用类型以旱做农业为主。土壤类型以草甸土和栗钙土为主[9,10]。在地形地貌以及降雨等各方面的影响下，植被分布有所不同且植被类型较丰富，主要植被类型有油松(PinustabuliformisCarrière)、山杏(Armeniacasibirica(L.) Lam)、白桦(BetulaplatyphyllaSuk)和柠条(CaraganaKorshinskiiKom)等[11]。根据武川县林地分布特征并实地勘测调查，选取了具有代表性的人工油松林为研究对象，样地基本信息如表1。

表1 武川县样地基本信息

2.2 试验方法

在研究区内按分布特征均匀选取植被情况、地形基本相似的油松人工林5处，均为阳坡，坡长为80 m左右，坡度平均为10°并在各坡面上，按照上、中、下设置3个坡位，每个坡位上平行选择10 m×10 m的3个标准地，并且，在各样地上随机选取3个样点，然后挖制60 cm×60 cm的土剖面，去除表层的枯落物等杂物，用环刀法取上土层(0～10 cm)和下土层(10～20 cm)的土样，在处理好的平面层，将环刀刀口水平放置并垂直向下压入土壤，直至土壤满了为止，并保证取土深度一致，然后将环刀表面削平，如此重复3次，最后把同一层样本混合，成为一个样本，去除杂质后装入无菌袋带回实验室进行实验分析[12]，。

2.3 项目测定

测定的土壤物理指标主要有：容重、土壤孔隙度、土壤含水率等，均采用环刀法进行测定[13]。

测定的土壤化学指标主要有：pH值、碱解氮、速效钾、速效磷、有机质等，测定方式如表2所示[14，15]。

表2 化学指标测定方法

2.4 数据分析

采用 Excel 2010对油松人工林样地的各个基础数据进行整理，并计算土壤的各理化性质指标。采用SPSS 26. 0 对坡位与油松人工林表层土壤的各指标进行相关性分析与比较，由此得出相关程度。

3 结果与分析

3.1 不同坡位下的油松人工林土壤物理性质

土壤容重含量能够反映植被对土壤结构、通气性和保持性的改良程度。值越小，土壤渗透性越好[16]。由图1可知，在同一坡位，土壤层深度越深，土壤容重越大，在不同坡位，土壤容重的从大到小顺序是坡上、坡中和坡下，表层土壤容重分别为1.141 g/m3、1.594 g/m3和1.608 g/m3，底层土壤容重的变化范围在1.526～1.731 g/m3，整体趋势为从坡下到坡上逐渐递减。

在相同坡位，土壤层越深土壤孔隙度越小，这一表现也体现了林地土壤水源涵养和持水能力主要体现在表层土壤。在不同坡位，土壤孔隙度坡上最大，坡下最小且相差不大。在不同土壤层，土壤容重与土壤孔隙度的变化刚好成相反趋势。

土壤含水率在不同土壤层的变化规律各不相同，土壤含水率在土壤表层表现出，从坡下到坡上，土壤含水率逐渐减少，坡下最多，为7.9%，坡中和坡上分别为6.96%和4.09%，土壤底层含水率与表层规律相同，随坡位的上升，含水率逐渐减小，土壤含水率随土层的增加呈现出逐渐减小的变化趋势。

3.2 不同坡位下的油松人工林土壤化学性质

3.2.1 土壤pH值

土壤pH值简单易测，通常是土壤归类、采用、管理和改善的参考依据[17]。由图2可知，同一坡位，土壤pH值与土壤层深度成正比，土壤层越深，pH值越大，土壤均呈碱性。而在不同坡位呈现为：随坡位上升，土壤pH值下降，土壤表层的pH值的大小呈现为：坡下(8.45 g/kg)>坡中(8.33 g/kg)>坡上(7.73 g/kg)，土壤底层的pH值与土壤表层pH值规律相同，但差异不明显，变得范围在8.91～8.96 g/kg之间，土壤呈碱性。

3.2.2 土壤有机质

不同土壤层深度在不同坡位由大到小表现为：坡下、坡中、坡上。在10～20 cm层，坡上到坡下的有机质含量分别为15.99 g/kg、24.06 g/kg和29.02 g/kg；在0～10 cm层，坡上、坡中和坡下的有机质含量分别为22.48 g/kg、25.25 g/kg和27.57 g/kg，在各坡位差异不明显。说明坡下较坡上更容易积累土壤的有机质，充分的改善了土壤的质量。

3.2.3 土壤碱解氮

土壤碱解氮中的氮素对于植物易于吸收与利用，包含无机态氮和有机质中的一些简单好分解的有机态氮[18]。各坡位随土壤层增加而下降，不同土壤层碱解氮含量总体呈现出：坡下>坡中>坡上，坡下碱解氮含量范围为35.4～49.7 g/kg，坡中范围为21.2～27.3 g/kg，坡上范围为10.6～22.4 g/kg。在相同坡位表现为表层碱解氮含量高于底层碱解氮含量。

图1 不同坡位油松人工林土壤物理性质

3.2.4 土壤速效磷

速效磷反映了土壤中可被植物吸收利用的磷。钾元素是植物生长中必不可少一种营养元素，它可以调节植物细胞的水势和气孔的开闭，并能够促进光合作用和光合产物的运输[19]。在不同坡位的相同土层，土壤速效磷含量相差不大，呈现出坡下>坡中>坡下，表层土壤速效磷含量的变动范围在11.04～14.7 g/kg间，底层含量变动范围在9.09～12.02 g/kg间；在相同坡位，表层土壤速效磷含量整体大于底层土壤速效磷含量。土壤速效磷在土壤有效磷储量中占重要组分，也能体现土壤磷素供应的水平。

3.2.5 土壤速效钾

速效钾常以离子态和化合态存在于土壤中，是钾素中活性较高、植物较易吸收的一部分，含量多少不但与母质类型有关，还受植被和土壤水分淋洗的影响[20]。各不同坡位，土壤速效钾的含量相差较大，0～10 cm土层土壤速效钾含量变动范围在4.4～40 g/kg之间，10～20 cm土层土壤速效钾含量变动范围在8.36～47 g/kg之间；而在同一坡位，土壤速效钾含量与土壤深度呈正比，土壤层越深，土壤速效钾含量越高；相反，坡位越低，速效钾含量也就越高。土壤速效钾含量变动程度大，可能与地形、环境、母质等有关[21，22]。

图2 不同坡位油松人工林土壤化学性质

3.3 不同坡位上土壤物理性质相关性分析

由表3可知，土壤含水率与坡位、容重和土壤孔隙度的相关性不大；土壤孔隙度与坡位呈极显著性负相关(p<0.05)，相关系数为-0.948，与容重呈显著性负相关，相关系数为0.878；坡位与容重的相关性呈极显著的正相关(p<0.01)，相关系数为0.926。由此可见，坡位与土壤容重，土壤孔隙度间都有一定的关系，土壤容重会因坡位的不同而表现出来。由此可见，各指标受坡位有一定影响，各指标间相关性不大。

3.4 不同坡位上土壤化学性质相关性分析

由表4可知，坡位与速效钾呈极显著性正相关(p<0.01)，而与pH值、碱解氮、速效磷和有机质关系不紧密，pH值与碱解氮、速效钾、速效磷和有机质均相关性不明显，碱解氮与速效磷呈极显著性正相关(p<0.05)，相关系数为0.933，与有机质呈显著性负相关(p<0.01)，相关系数为0.843。

表3 不同坡位油松人工林土壤物理性质相关性分析

表4 不同坡位油松人工林土壤化学性质相关性分析

4 结论与讨论

不同坡位，土壤层深度，都对油松人工林表层土壤的理化性质有着不同程度的影响[23，24]。土壤容重与土壤孔隙度是评价森林土壤蓄水保土能力的重要指标[25]。研究表明，土壤容重与土壤含水率都是坡下高于坡上，而土壤孔隙度是坡上高于坡下，这与以往大多学者的研究结果一致[26，27]，由于坡位较高，在经历降雨风沙等天气变化下，使得较高坡位处的泥沙会向下堆积，从而使坡下土壤孔隙度变小，使得土壤孔隙度与土壤容重和含水率的变化呈相反趋势，表层土壤的容重整体低于底层土壤容重，说明表层的枯枝落叶较多，使得土壤变得疏松，增加了土壤的紧密性和通气透水性。土壤中有各种可以提供给植物生长所必需的养分[28，29]。研究表明，在不同坡位，表层土壤的各项化学性质整体呈现为坡下优于坡上，坡下处于的位置较低，坡度低，使得坡中和坡上的土壤养分经过冲刷，在坡下形成汇集，使得坡下的土壤养分含量最高。在同一坡位，大部分化学指标都随土壤深度的增加而减少，这与其他学者的研究结果也相似[30，31]。

综上所述，以武川县油松人工林为研究对象，对比在不同坡位下，表层土壤的物理性质和化学性质的影响。研究结果表明不同坡位对油松人工林的物理指标和化学指标的影响整体表现为，坡下>坡中>坡上，充足的土壤养分有利于油松的生长。因此，今后油松人工林的经营，可以选择水肥质量较好的地区，对于有坡度的地段，也可增加较高坡位土壤的养分，确保油松人工林的正常生长，提高造林质量，使油松人工林的培育效果更佳。