京西山地土壤理化性质的分布.doc

第 21 卷 第 1 期1999 年 1 月北 京 林 业 大 学 学 报J OU RNAL O F B EIJ IN G FOR ES TR Y U N IV ERSI T YVol . 21 , No . 1J an. ,1999京 西 山 地 土 壤 理 化 性 质 的 分 布 3马履一翟明普林平( 北京林业大学森林资源与环境学院 ,100083 ,北京 ;第一作者男 ,41 岁 ,教授)摘要 采用 FOXPRO 数据库和 C 语言编制成土壤理化性质分析与图形制作通用计算机软件 ,可对调查数据进行分析处理 ,直观地输出土壤理化性质随土壤深度的分布图和数据文本 . 应用该 软件 ,对京西山地不同海拔高度 、不同土壤种类试验地的土壤质地 、土壤容重 、比重和孔隙度以及 有机质含量 、阳离子交换量 、盐基饱和度 、p H 值 、全氮量 、速效磷 、速效钾等理化性质随土壤深度的分布规律进行了分析研究.关键词 土壤理化性质 ,棕壤 ,褐土中图分类号 S714 . 2Anal ysis of Soil Physi2Chemical Propert ies of Beij ing Xishan Mounta inMa L yiZhai Mi ngp uLin Ping( College of Fo rest Reso urces and Enviro nment , Beijing Fo r . U niv. , 100083 , P. R. China)ABSTRACT A p rogram of t he mo dule of t he soil p hysical and chemical p roperties has been madeo n t he basis of C language and Fo xp ro . The investigatio n data can be p rocessed by using t he sof t2ware , w hat s mo re , a dist ributio n map of t he soil p hysical and chemical p roperties change wit h t he soil dep t h as well as t he data text can be p ro duced directly. In t his article , soil text ure , soilbulk densit y , soil specific gravit y and soil po ro sit y in different experimental sites and different ele2 vatio n and o rganic mat ter co ntent , catio n exchange capacit y , degree of base sat uratio n , p H value , N , P and K dist ributio n wit h t he soil dep t h are researched o n t he basis of t he sof t ware .KEY WO RDS soil p hysical and chemical p ropert y , brow n soil , cinnamo n soil土壤水分运动受到土壤理化性质 ,特别是土壤物理性质的影响较大 ,在研究不同土壤深度水分运动状况的同时 ,要知道同一深度的土壤理化性质分布状况 ,以便分析土壤水分运动的特 点 . 采用计算机制图表述土壤理化性质在土壤中的分布 ,具有直观明了的特点. 因此 ,笔者编制 了土壤理化性质的分布图形软件 ,并应用于北京林业大学妙峰山林场的土壤理化性质分析 ,进1998201212 收稿3 国家“八五”科技攻关项目“太行山干瘠地造林技术的研究”内容之一而可为该地区土壤水分运动特点的形成提供分析依据.1 材料与方法1 . 1 试验地土壤理化性质测定所需土样取自主试验地 (萝卜地) ,海拔 1 000 m ,棕壤 ,10 个剖面 ,树种 为华北落叶松 ;副试验地 ,分布在海拔 100800 m 之间 ,褐土 ,每 200 m 海拔高度设 2 个取样 剖面 ;取样深度为 15 ,25 ,40 ,60 ,85 cm ( 点样) ,树种为侧柏 、油松 、山杏和栓皮栎. 所有土样均取 3 次以上重复.1 . 2 研究方法1 . 2 . 1 土壤理化性质的确定 土壤容重的测定采用环刀法 ; 土壤比重采用比重瓶法 ; 土壤颗 粒采用比重计法 ;有机质含量 ,采用油浴 K2 CrO7 加热法 ;阳离子交换量 ,用 ED TA - 铵盐快速 法 ;潜在性酸 BaCl2 - T EA 法 ;全氮 ,用凯氏法 ;速效磷 ,用 Na HCO3 - 钼锑抗比色法 ;速效钾用N H4 OAc 浸提 - 火焰光度计法 ;盐基总量 ,醋酸铵交换 - 中和滴定法 ; 盐基饱和度 ,根据交换性盐基总量和阳离子交换量计算 ;p H 值 ,用 p H 计测定.1 . 2 . 2 土壤理化性质测定结果计算机成图采用 FO XPRO 数据库和 C语言 编 程 , 编 制 成土 壤 理 化 性 质 分析与 图 形 制 作软 件. 该 软 件 将 调 查 数据进行分析处理后 ,可输出各个土壤剖 面 土 壤 理 化 性 质 分 布 的 数 据 文 本和图形 ( 可在同一幅图上制作任意18 个剖面的土壤理化性质分布图 ,见图 14) .土壤质地 : 根据卡庆斯基土壤质 地分类系统1 ,将土壤粒级测定结果用计算机自动判别土壤质地类型 ,并 作出 各 土 壤 粒 级 随 土 壤 深 度 的 面 积 分布图.图 1主试验地土壤粒级分布F I GU R E 1 Dist ributio n of soil f ractio ns in main experiment sites容重 、比重和孔隙度 :在图形上表现出三者随土壤深度的变化规律.土壤化学性质 :可对有机质含量 、全氮量 、速效钾 、阳离子交换量 、盐基总量 、潜在性酸 、p H值 、水解性氮 、速效磷 、碳酸钙 、盐基饱和度和交换性酸等 12 项土壤化学性质随土壤深度的分 布用图形描述 .2 研究结果与分析2 . 1粒级分布主试验地 1560 cm 深 ,物理性粘粒含量在 33 %44 %之间 ,定为中壤 ; 85 cm 层次物理 性粘粒含量为 27 . 4 % ,定为轻壤 (图 1) . 副试验地 , 以及 号剖面的上层 ,物理性粘粒含量 稍低 ,在 20 %左右 ,为轻壤 - 砂壤 ,其余剖面主要为中壤 (图 2) .上述结果说明 ,研究区土壤质地虽有差异 ,但这只是壤土中的不同级别而已 ,大多为中壤 和轻壤 ,差异并不很大 .图 2 副试验地土壤粒级分布F I GU R E 2 Dist ributio n of soil f ractio ns in sub experiment site2 . 2 容重 、比重和孔隙度主试验地表层 (025 cm) 土壤容重为 1125 gcm - 3 ,比 4085 cm 层低 (图 3) ,这是由于表 层土壤有机质含量高于深层 (图 4) 的结果. 同时应指出 ,虽然容重呈现出随土壤深度的增加而 递增的趋势 ,但表层和深层间容重差异并不大 , 仅为 0105 gcm - 3 左右. 一般讲 , 当容重大于115 gcm - 3时 ,就会严重阻碍根系的 穿透 性. 尽 管 主 试 验 地 容 重 小 于 此 限 ,但在 85 cm 层次内很少见到根系的分布. 其原因可能有两方面 , 一是落叶松本身为浅根性树种 ,根系主要 分布 在 浅 层 ; 二 是 深 层 石 砾 含 量 较 高 ,根 系 延 伸 受 阻 . 主 试 验 地 25 40 cm 比重为 2184 2185gm - 3 , 有 些偏高 , 这可能是试验误差所致. 其他层次属于正常范围之内 .根据容重和比重值 ,可计算出孔 隙度 E , 主试验 地 E 值 随 深 度 的 增加而减小 ,变幅为 0152 0156 ,变化图 3 主试验地土壤比重 、容重和孔隙度随深度的分布认为 ,中 FI GURE 3 Soil density ,soil specific gravity and soil porosity distribution wit h dept h幅度较小 ( 图 3) . Pritchet t 2细质土壤的孔隙度变幅为 01400160 或更高. 因此 ,主试验地孔隙度属正常范围.副试验地土壤容重随深度的增加呈现出增加的趋势 ( 表 1) ,这与相应深度土壤有机质含 量下降有关. 副2 , , , 等试验地分布在海拔 200 m 以下 ,游人多 ,枯落物受到一定的破坏 ,导致表层有机质含量降低 ,因而容重较高 ,多在 1 . 3 gcm - 3 以上 ,尤其是副2 和 地处场部附近林内 ,受游人践踏较为严重 ,以至表层土壤容重高于深层土壤较多 .一般轻壤的孔隙度在 0145015 之间 ,副 - 土壤质地主要为轻壤 ,但孔隙度在所有试验 地中为最高 ,达 016 以上 ,与正常情况有所偏离. 其原因可能是 ,该试验地海拔较高 ,地处阴坡及油松 、山杏混交林下 ,有机质含量高 ,降低了土壤容重 ,导致孔隙度的增加. Pritchet t 2 亦认为 ,混交林的土壤可比纯林的土壤具有更大的孔隙体积. 其余试验地孔隙度多在 01500160之间 ,略为偏高 ,这是森林土壤具有较高孔隙度的原因 .表 1 副试验地土壤比重 、容重 、孔隙度状况TABL E 1Soil bul k density , soil specific gravit y and soil porosit y in sub experimental sites2 . 3 土壤化学性质由于研究目标所限 ,我们仅对主试验地进行化学性质的测定. 图 4 显示了主试验地土壤化 学性质分析结果及其随土壤深度的变化规律.2 . 3 . 1 土壤有机质含量 土壤有机质不仅是林木生长的营养来源 ,还影响着土壤的一系列物 理 、化学和生物性质 . 主试验地有机质含量除 25 cm 层次较 15 cm 层次高外 ,一般随土壤深度 的增加而减少 . 由于土壤有机质是由遗留在土壤内的植物 、动物和微生物及其活动产物构成 , 随着土壤深度的增加这类物质必然减少 ,因此 , 有机质含量随之减少 . 该剖面有机质含量在2122 %01375 %之间 ,属低含量水平 ,这可能与其在针叶林和低温环境下有关.2 . 3 . 2 阳离子交换量 主试验地阳离子交换量随土壤深度的增加而递减 ,从 015 cm 土层试 验深 度比 重容 重孔隙度土壤 地 号/ cm / ( gcm - 3) / ( gcm - 3) 质地试 验深 度比 重容 重孔隙度土壤 地 号/ cm / ( gcm - 3) / ( gcm - 3) 质地5 2 . 69 0 . 97 0 . 639 轻壤15 2 . 71 1 . 02 0 . 624 轻壤 副2 25 2 . 60 1 . 09 0 . 581 轻壤40 2 . 73 1 . 20 0 . 560 砂壤60 2 . 79 1 . 25 0 . 552 中壤5 2 . 67 0 . 97 0 . 636 中壤15 2 . 68 1 . 02 0 . 619 中壤 副2 25 2 . 67 1 . 09 0 . 592 中壤40 2 . 69 1 . 20 0 . 554 中壤60 2 . 76 1 . 25 0 . 547 中壤5 2 . 79 1 . 15 0 . 580 中壤15 2 . 61 1 . 15 0 . 559 中壤 副2 25 2 . 74 1 . 16 0 . 577 中壤40 2 . 72 1 . 14 0 . 581 中壤60 2 . 77 1 . 21 0 . 563 中壤5 2 . 61 1 . 15 0 . 559 中壤15 2 . 71 1 . 15 0 . 576 中壤 副2 25 2 . 72 1 . 16 0 . 574 中壤40 2 . 69 1 . 18 0 . 561 中壤60 2 . 73 1 . 21 0 . 557 中壤5 2 . 84 1 . 31 0 . 539 轻壤15 2 . 81 1 . 36 0 . 516 轻壤 副2V 25 2 . 86 1 . 38 0 . 517 中壤40 2 . 84 1 . 39 0 . 511 中壤60 2 . 81 1 . 41 0 . 498 中壤5 2 . 70 1 . 48 0 . 452 中壤15 2 . 74 1 . 37 0 . 500 中壤 副2 25 2 . 71 1 . 34 0 . 506 中壤40 2 . 71 1 . 26 0 . 535 中壤60 2 . 72 1 . 33 0 . 511 中壤5 2 . 87 1 . 19 0 . 585 轻壤 副2 15 2 . 78 1 . 27 0 . 543 砂壤25 2 . 76 1 . 28 0 . 536 砂壤40 2 . 74 1 . 30 0 . 526 轻壤60 2 . 78 1 . 34 0 . 518 轻壤5 2 . 77 1 . 54 0 . 444 砂壤15 2 . 78 1 . 40 0 . 496 砂壤 副2 25 2 . 87 1 . 32 0 . 540 轻壤40 2 . 78 1 . 26 0 . 545 中壤60 2 . 87 1 . 29 0 . 550 中壤的 20118 cmol kg - 1 递 减至90 cm土 深 的12193 cmolkg - 1 . 土壤阳离子交换量的大小 ,可反 映出 土 壤 保 肥 性 能 的 高 低 . 主试验地阳离子交换 量随 土 壤 深 度 增 加 而 降低 , 即 保 肥 力 减 弱 , 这 一 特性 显 然 与 有 机 质 含 量 的变化有关 . 阳离子交换 量 20 cmol kg - 1 时 , 保 肥性高 ,1020 cmolkg - 1为保肥性中等 ,交换量 10 cmol kg - 1 为 保 肥 力弱3. 据此分析 ,主试验地除了 15 cm 层属高保肥性外 ,其余为中等保肥性.2 . 3 . 3盐基饱和度主 试验 地 的 盐 基 饱 和 度 随图 4 主试验地化学性质随土壤深度的分布F I GU R E 4 Dist ributio n of soil chemical p roperties in main experiment sites土壤深度的增加而降低 ,其变幅在 72 %84 %之间. 盐基饱和度的大小是表述土壤速效养分状况高低的指标. 在中性和碱性土壤中 ,没有交换性 H + 和 Al3 + ,全部交换性阳离子都是盐基 ,盐基饱和度为 100 % ,即为盐基饱和土壤 ; 酸性土壤中有代换性 H + 和 Al3 + 存在 ,盐基饱和度 不是 100 %. 一般盐基饱和度在 70 %以上比较适宜 . 因此 ,主试验地的盐基饱和度 ,属比较适宜 范围.2 . 3 . 4 土壤 p H 值 主试验地 p H 值为 6 . 36 . 4 ,根据我国土壤酸度分级3 ,属弱酸性土壤 ,这与 Prichet t (1979) 2 的看法 ,即多数森林土壤由于枯落层分解时释放出有机酸 ,相继盐基又 从矿质土壤表层淋失 ,致使其土壤酸度范围由中等至很酸是一致的. 主试验地各层次潜在性酸 与盐基饱和度相对应 ,这是因为盐基饱和度是由阳离子交换量和潜在性酸推算而得 ,但 p H 值 和盐基饱和度间无类似的关系 ,这可能是因为在测定阳离子交换量时 ,各层次采用的提取液具 有相同酸度 (p H 6 . 3) 的原因.2 . 3 . 5 土壤养分 氮 、磷 、钾 3 种元素为植物大量所需 ,但在土壤中经常不足. 主试验地这 3 种元素的含量亦随土壤深度的增加而减少 ,这仍然与有机质含量的减少有关. 从我国的情况来 看 ,一般立地条件较差的荒山表土 ,全氮量多处于 0 . 1 %以下 ,而在森林覆盖下的土壤全氮量则较高 ; 当速效磷含量在 10 . 015 . 0 mgkg - 1 时 ,松树和阔叶树均能正常生长 ,当速效磷达50 . 0 mgkg - 1时 ,能满足多数森林树种的需要1 . 土壤速效钾的含量小于 80 . 0 mgkg - 1 时供 应较低 ,80 . 0150 . 0 mgkg - 1供应水平为中等 ,大于 150 . 0 mgkg - 1时供应水平为较高2 . 根 据前述 ,主试验地 040 cm 全氮量在 0 . 136 %0 . 157 %之间 ,为中等含量 ,60 cm 以下全氮含 量低于 0 . 089 % , 属较低范畴 , 速效磷均低于 10 . 0 mg kg - 1 , 属低水平供应 ; 速效钾 仅 0 15 cm 为供应水平较高外 ,其他属于低水平供给.3结论(1) 采用 FO XPRO 数据