王 婷，吕 刚，王道涵，王 凯，彭 舒

（辽宁工程技术大学环境科学与工程学院，辽宁 阜新 123000）

植被重建对沙地采伐迹地土壤肥力的作用研究

王 婷，吕 刚，王道涵，王 凯，彭 舒

（辽宁工程技术大学环境科学与工程学院，辽宁 阜新 123000）

以植被重建后的科尔沁沙地为研究对象，采用野外采样与实验室检测分析相结合的方法，对其南缘樟子松固沙林采伐迹地上的更新树种林下土壤特性演变特征进行研究，运用模糊综合评判法，选用7项评价指标对植被重建后土壤肥力特征进行综合评价。结果表明，植被重建后，土壤肥力各指标均有所提高，其中五角枫林地有机质、全氮、速效钾增幅最大，红刺榆林地碱解氮、全钾增幅最大，彰武松、樟子松林地全磷、有效磷增幅最大；4种植被重建类型对土壤肥力的综合改良效果为五角枫（0.8735）＞彰武松（0.6494）＞红刺榆（0.5618）＞樟子松（0.4814），该评价结果可为当地植被恢复提供一定参考。

樟子松固沙林；采伐迹地；植被重建；评价指标；土壤肥力质量

土壤肥力是土壤本质特征的反映，是植物生长必需的机械支撑与养分源泉［11-12］，其质量评价方法对评价结果有直接的影响［13］，因此选择适当的评价方法至关重要。单纯运用有机质、氮磷钾等养分含量或作物产量作为衡量土壤肥力高低的标准［14］，忽略了影响土壤肥力的各因子间的协调作用，不能科学、准确地反应土壤肥力质量状况。模糊综合评价法是一种基于模糊数学的综合评价方法，可标准化、定量化评价土壤肥力［15］，用模糊数学对受到多种因素制约的土壤肥力作出总体评价，使评价结果更客观，符合实际情况。土壤肥力综合评价结果对科尔沁沙地进一步进行植被重建树种的选育有一定的参考价值，对防治该地区土地进一步沙化具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究区位于辽宁省固沙造林研究所章古台实验林场万亩林工区（42°43′N，122°22′ E），位于科尔沁沙地东南端，分为流动沙地、半流动和固定沙地。该区属温和半湿润的季风大陆性气候区，年均气温6.0℃，干旱多风，最大风速达25 m/s，无霜期154 d，该地区降水年际变化也很大，最大年降水量为744.8 mm，最小年降水量为262.3 mm，年均降水量500 mm左右，且多集中于6～8月份。研究区植被为蒙古植物区系、华北植物区系和长白植物区系的交替地带，多为抗旱性较强的沙生植物，地带性植被主要有差巴嘎蒿（Artemisia halodendron）、小黄蒿（Artemisia annua）、绿珠藜（Chenopodium acuminatum）、狗尾草（Setaria viridis）、马唐（Digitaria sanguinalis）、细叶胡枝子（Lespedeza hedysaroides）、猪毛蒿（Artemisia scoparia）、羊草（Leymus chinensis）、中华隐子草（Cleistogenes chinessis）等，林地主要造林树种为樟子松、彰武松、油松（Pinus tabuliformis）、山杏（Prunus sibirica）、小叶锦鸡儿（Caragana microphylla）、彰武小钻杨（Populus xiaozhuanica W.Y.Hsuet L.cv.Zhangwu）、红刺榆、白丁香（Syringa oblata）、五角枫等。

1.2 样方设置

在章古台实验林场万亩林工区选取五角枫、樟子松、彰武松和红刺榆4种植被重建类型（林龄均为13年生）及采伐后未进行更新的迹地（荒地）为研究对象。在每个样地下设置面积20 m×20 m的标准样地，每个样地随机确定3个取样点，样地基本情况见表1。

1.3 土样采集及理化性质分析

野外采样于2014年7月开展，对5个样地的土壤在1 m×1 m范围内采集0～20 cm土样，样品采集后混匀，带回实验室进行土壤性质的测定。有机质用重铬酸钾加热法测定，全氮用重铬酸钾-硫酸消化、凯氏定氮法测定，全磷用NaOH熔融后钼锑抗比色法测定，全钾用火

焰光度计测定，碱解氮采用扩散皿中加FeS04和NaOH、水解反应后用酸滴定，速效磷采用碳酸氢钠浸取、钼锑抗比色法测定，速效钾用醋酸铵浸取后火焰光度计测定［16］。

表1 不同植被恢复类型林分生长状况

2 结果与分析

2.1 土壤养分含量变化

研究不同植被恢复类型林下土壤养分含量，可以得出植被恢复对土壤肥力的影响状况［17］，为当地植被恢复提供可靠依据。本研究选取与土壤肥力密切关系的有机质、全氮、碱解氮、全磷、有效磷、全钾、速效钾等指标，分析植被重建13年后，不同植被类型林下相比采伐迹地土壤养分含量变化状况。不同植被类型下土壤养分含量见表2。从表2可以看出，不同植被重建类型林下土壤有机质含量相较于采伐迹地增加幅度排序为五角枫（93.25%）＞彰武松（64.42%）＞红刺榆（43.56%）＞樟子松（38.65%）。五角枫林地有机质含量最高可能是由于林地的枯落物较多，覆盖于地面，枯落物的分解及微生物的作用使有机质含量提高，另一方面可能是林地树木及草本植物的根系分泌物的作用。此外，植被重建后根系的固土作用以及林木及地表枯落物的拦截降水能力增强，减少了养分的流失。有学者提出，植被降尘及拦截风蚀颗粒物质也有利于有机质在土壤表层的积累［9］。

表2 不同植被类型土壤养分含量

与土壤有机质含量相同，不同植被重建类型林下土壤全氮含量增加幅度最大的为五角枫林地，相较于采伐迹地提高24.14%，已有研究表明，氮素的主要来源是有机质［18］，因此本研究中各植被类型下土壤中氮素的提高与林下有机质含量的增加有密切关系；土壤碱解氮与植物生长有密切关系，相比衡量土壤氮素基础肥力的全氮，变化较大，彰武松林地相比采伐迹增幅最小，为77.40%。

植被重建后，采伐迹地对全磷含量的影响效果不明显，土壤全磷含量相比采伐迹地增加不显著，彰武松林地全磷含量增幅最大，仅为15.79%，可见植被恢复对全磷含量的影响是一个长期而缓慢的过程。红刺榆林地有效磷含量72.00%，相较于采伐迹地增幅最小，可能是因为土样采集时正好为果实生长成熟期，而果实的生长对养分有一定消耗。

钾能增强植物对各种不良状况如干旱、低温、含盐量、病虫危害等的忍受能力，樟子松林地土壤全钾、速效钾含量相较于采伐迹地增幅均最小，可见樟子松林地耐受力较其他林地差。

2.2 土壤肥力特性综合评价

2.2.1 确定土壤评价指标权重 利用有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、有效磷、速效钾7个指标测定值，分析得出各指标相关系数矩阵，通过计算各因子与其他因子相关系数的平均值，求出该平均值占所有肥力指标相关系数平均值之和的百分率即得各项肥力指标的权重Wi，相关系数矩阵与各肥力指标权重见表3、表4。

2.2.2 确定指标隶属度 由于各土壤肥力指标对土壤的作用效果不一致，在计算土壤肥力综合指标时需要将各指标标准化［19］，以此得出表征各肥力质量指标的状态值的隶属度值。本研究中隶属度函数属S型，指标数值与评价对象呈正相关关系，到一定临界值之后趋于恒定。对各项指标建立相应的隶属函数如下，

式中，x1、x2分别为该指标的最小值和最大值。通过上式计算出各项肥力指标的隶属度值Ni在

0.1～1.0之间，当隶属度为最大值1.0时，表示土壤肥力指标完全适合植物生长，反之，最小值0.1则代表土壤肥力指标严重缺乏，隶属度值Ni见下表5。

表3 各指标相关系数矩阵

表4 各参评土壤肥力指标的权重

2.2.3 确定土壤肥力质量综合指标值 根据各个指标的权重和隶属度，计算土壤肥力综合评价指标值IFI，IFI=∑Wi×Ni，式中Ni为隶属度值，Wi为权重系数。与隶属度值相同，各项肥力指标综合评价值在0.1～1.0之间，从表5可以看出，采伐迹地肥力综合评价值为0.1，肥力指标严重缺乏，植被重建后四种林分下土壤肥力综合指标均显著大于0.1，大小排序为：五角枫（0.8735）＞彰武松（0.6494）＞红刺榆（0.5618）＞樟子松（0.4814）。可见用模糊综合评判法得出科尔沁沙地樟子松固沙林采伐迹地植被更新后相比采伐迹地土壤肥力质量明显提高。五角枫林地改良土壤肥力效果最佳，其林下土壤的有机质、全氮、速效钾隶属度值均达到了适合植物生长的标准，全磷（0.85）、全钾（0.2）、有效磷（0.67）和碱解氮（0.42）的隶属度值与其他林地相比也较大，这可能是因为五角枫林地地表枯落物较多且覆盖地表，此外枫叶分解速度相比其他树种快，枯落物的分解作用于土壤表层［20］有利于营养元素的积累。曹文生等研究表明，樟子松和彰武松在科尔沁沙地南缘的章古台地区都具有适应性强，生长量高的特点，适宜在该地种植［21］，相比之下，彰武松林全氮（0.81）、全磷（1）、全钾（0.21）及速效钾（0.4）隶属度值均优于樟子松林，故彰武松林地改良采伐迹地土壤的能力较樟子松强。彰武松是赤松和油松的天然杂交种［22］，与樟子松相比，彰武松更具有速生性、抗旱性、抗寒性和耐盐碱性，特别是无明显病虫害［23-24］，不易感染对樟子松造成严重危害的松枯梢病。与彰武松相同，红刺榆具有抗旱、抗寒、耐瘠薄、防风固沙等特点，是理想的生物围栏和固定沙丘的良好树种［25］，红刺榆林地全钾和碱解氮隶属度值均为1，达到了适合植物生长的标准，且全磷（0.7）和速效钾（0.37）隶属度值均高于樟子松林地，故红刺榆林地土壤肥力综合评价值高于樟子松林地。

表5 各项肥力指标的隶属度值和IFI

3 结论

本研究结果表明，樟子松固沙林采伐迹地植被重建后，土壤养分性质相比采伐迹地明显改善，五角枫林下有机质、全氮、速效钾增幅最大，相比采伐迹地提高了93.25%、24.14%、48.14%；红刺榆林地碱解氮、全钾相比采伐迹地提高了217.40%、31.97%，相比其他林地增幅较大；各林地全磷含量提高均不显著，彰武松林地相比采伐迹地最大提高了15.79%；樟子松林地有效磷含量3.9±2.58 mg/kg，较采伐迹地提高212.00%。

本研究4种植被重建类型土壤肥力质量综合指标值依次为五角枫（0.8735）＞彰武松（0.6494）＞红刺榆（0.5618）＞樟子松（0.4814），表明五角枫、彰武松、红刺榆林地提高土壤肥力的能力较樟子松林地强，该地区植被恢复可优先考虑五角枫和彰武松。

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（责任编辑 邹移光）

Effects of vegetation restoration on soil fertility of cutting-blank sand

WANG Ting，LYU Gang，WANG Dao-han，WANG Kai，PENG Shu
（College of Environmental Science and Engineering，Liaoning Technical University，Fuxin 123000，China）

Horqin sandy land after vegetation restoration was selected as the research object，by using the field sampling investigation and laboratory testing method，the evolution characteristics of soil properties under the regeneration trees，which located in the Pinus sylvestris var. Mongolica forest of the south edge of Horqin sandy land，were studied. According to the fuzzy comprehensive evaluation，the soil organic matter，total nitrogen，total phosphor，total potassium，alkaline nitrogen，available phosphorus and available potassium were select to evaluate the soil fertility quality after vegetation restoration. The results showed that all the soil fertility indexes improved after vegetation restoration. The increment in soil organic matter，total nitrogen and available potassium of Acer mono，the increment in alkaline nitrogen and total potassium of Hemiptelea davidii and the increment in total soil phosphor，available phosphorus of P. densiflora and P. sylvestris was the maximum. The effect of comprehensive improvement of soil fertility for 4 types of vegetation restoration was in the order of A. mono （0.8735） ＞ P. densiflora （0.6494） ＞ H. davidii （0.5618） ＞ P. sylvestris （0.4814）. This result will provide scientific basis for the local ecological restoration.

Pinus sylvestris var. Mongolica；cutting-blank；vegetation restoration；evaluation index；soil fertility quality

S158.3

A

1004-874X（2016）10-0077-05

2016-07-25

国家自然科学基金（31400613）

王婷（1992-），女，在读硕士生，E-mail：18854802729@163.com

吕刚（1979-），男，博士，副教授，E-mail：lvgang2637@126.com

王婷，吕刚，王道涵，等. 植被重建对沙地采伐迹地土壤肥力的作用研究 ［J］.广东农业科学，2016，43（10）：77-81.

荒漠化致使土地生产力下降，土壤肥力损失，加剧整个生态环境恶化，阻碍地区经济发展。科学的植被恢复重建及合理的植被恢复模式能控制土地进一步沙化［1-2］，提高不同类型沙地植被恢复潜力［3］，使荒漠化土地土壤特性经过植被-土壤两个生态系统双重的交互影响后得以改良［4-5］。科尔沁沙地跨内蒙古、辽宁、吉林等省区，总面积约13.7万km2，其中，内蒙古

通辽市和辽宁阜新市受风沙侵害较严重。为防止沙地侵蚀面积进一步扩大、减少流沙危害，辽宁省固沙造林研究所在1978年“三北”防护林体系工程建设的樟子松林地采伐迹地上进行植被重建。国内已有学者针对科尔沁沙地的时空演变、土地利用格局以及植被恢复后物种多样性改善、封育对植被恢复和土壤特性的影响及乌兰敖都地区植被恢复对土壤的改良效应［6-10］进行了相关研究，而关于樟子松固沙林采伐迹地植被重建13年后土壤养分含量变化及土壤肥力质量评价的研究较少。为此，我们以樟子松固沙林采伐迹地为对照，研究了植被重建后五角枫（Acer mono）、樟子松（Pinus sylvestris）、彰武松（Pinus densiflora）和红刺榆（Hemiptelea davidii）林地土壤养分含量的改变，对土壤肥力进行综合评价。