全 文 ：第３２卷第４期
２０１２年８月
水土保持通报
Ｂｕｌｅｔｉｎ ｏｆ Ｓｏｉｌ ａｎｄ Ｗａｔｅｒ Ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ
Ｖｏｌ．３２，Ｎｏ．４
Ａｕｇ．，２０１２
收稿日期：２０１１－１０－１４ 修回日期：２０１１－１１－０１
资助项目：国家重点基础科学（９７３）研究发展计划前期专项“北方农牧交错典型脆弱区生态环境变化过程及驱动力研究”（２００９ＣＢ４２６３０４）；
国家自然科学基金项目（３０９６００７５）
作者简介：宋乃平（１９６３—），男（汉族），陕西省扶风县人，博士，教授，研究方向为土地利用与生态过程。Ｅ－ｍａｉｌ：ｓｏｎｇｎｐ＠１６３．ｃｏｍ。
荒漠草原人工柠条林重建的土壤养分效应
宋乃平１，２，杨新国１，２，何秀珍１，２，何彤慧１，２，李 勇１，２，刘孝勇１，２
（１．西北土地退化与生态恢复国家重点实验室培育基地，宁夏 银川７５００２１；
２．西北退化生态系统恢复与重建教育部重点实验室（宁夏大学），宁夏 银川７５００２１）
摘 要：采用时空互代方法，构建了由天然草地和７，１２，２７ａ柠条林组成的序列，对其下土壤有机质、全
氮、碱解氮、有效磷进行了研究。结果表明：（１）０—２００ｃｍ土壤剖面上的有机质含量由草地、幼龄林、中龄
林、老龄林依次增加，有机质含量增加的显著程度随着林龄的增加在更深土层上体现。（２）全氮含量由草
地到幼龄林阶段显著增加，由幼龄林到中龄林再到老龄林依次减少。幼龄林、中龄林、老龄林之间全氮含
量减少的最大幅度随林龄增加向土壤深层移动。碱解氮与全氮具有一致的规律。（３）整个土壤剖面上有
效磷含量依次为：老龄林＜幼龄林＜中龄林＜草地。（４）３个不同林龄的柠条林的有机质、全氮、有效磷在
柠条行内和行间的空间差异均不显著。柠条行内与行间的有机质和全氮相关程度很高，有效磷相关性不
显著。
关键词：人工柠条林；土壤养分效应；荒漠草原
文献标识码：Ａ 文章编号：１０００－２８８Ｘ（２０１２）０４－００２１－０６ 中图分类号：Ｓ１５７．５
Ｓｏｉｌ Ｎｕｔｒｉｅｎｔ Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ Ｄｅｓｅｒｔ Ｓｔｅｐｐｅ Ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ ｂｙ
Ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ Ｃａｒａｇａｎａ Ｍｉｃｒｏｐｈｙｌｌａ Ｓｔａｎｄ
ＳＯＮＧ Ｎａｉ－ｐｉｎｇ，ＹＡＮＧ Ｘｉｎ－ｇｕｏ，ＨＥ Ｘｉｕ－ｚｈｅｎ，ＨＥ Ｔｏｎｇ－ｈｕｉ，ＬＩ Ｙｏｎｇ，ＬＩＵ Ｘｉａｏ－ｙｏｎｇ
（１．Ｃｕｌｔｉｖａｔｉｏｎ Ｂａｓｅ ｆｏｒ Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｌａｂ．ｏｆ Ｒｅｓｔｏｒａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｄｅｇｒａｄｅｄ Ｅｃｏｓｙｓｔｅｍ ｉｎ
Ｎｏｒｔｈｗｅｓｔｅｒｎ Ｃｈｉｎａ，Ｙｉｎｃｈｕａｎ，Ｎｉｎｇｘｉａ７５００２１，Ｃｈｉｎａ；２．Ｋｅｙ Ｌａｂ．ｆｏｒ Ｒｅｓｔｏｒａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｄｅｇｒａｄｅｄ
Ｅｃｏｓｙｓｔｅｍ ｉｎ Ｎｏｒｔｈｗｅｓｔｅｒｎ Ｃｈｉｎａ ｏｆ Ｍｉｎｉｓｔｒｙ ｏｆ Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ，Ｎｉｎｇｘｉａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｙｉｎｃｈｕａｎ，Ｎｉｎｇｘｉａ７５００２１，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｕｓｉｎｇ ｓｐａｔｉｏｔｅｍｐｏｒａｌ ｓｕｂｓｔｉｔｕｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ，ｗｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ ａ ｓｅｑｕｅｎｃｅ ｗｈｉｃｈ ｗａｓ ｆｏｒｍｅｄ ｂｙ ｎａｔｕｒａｌ
ｇｒａｓｓｌａｎｄ ａｎｄ Ｃａｒａｇａｎａ ｍｉｃｒｏｐｈｙｌｌａｓｔａｎｄｓ ｏｆ ７（ｙｏｕｎｇ），１２（ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅｌｙ ａｇｅｄ）ａｎｄ ２７（ｏｌｄ）ｙｅａｒｓ ｏｌｄ．Ｉｎ
ａｄｄｉｔｉｏｎ，ｗｅ ｍｅａｓｕｒｅｄ ａｎｄ ａｎａｌｙｚｅｄ ｔｈｅ ｖａｒｉａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｏｉｌ ｎｕｔｒｉｅｎｔｓ ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｏｒｇａｎｉｃ ｍａｔｔｅｒ，ｔｏｔａｌ ｎｉｔｒｏ－
ｇｅｎ，ａｌｋａｌｉ－ｈｙｄｒｏ ｎｉｔｒｏｇｅｎ，ａｎｄ ａｖａｉｌａｂｌｅ ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ：（１）Ｔｈｅ ｓｏｉｌ ｏｒｇａｎｉｃ ｍａｔｔｅｒ
ｃｏｎｔｅｎｔｓ ｗｉｔｈｉｎ ０—２００ｃｍ ｄｉｓｐｌａｙｅｄ ａｎ ａｓｃｅｎｄｉｎｇ ｏｒｄｅｒ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｖｅｒ ａｓ ｍｅａｄｏｗｓ＜ｙｏｕｎｇ ｓｔａｎｄ＜ｉｎｔｅｒｍｅｄｉ－
ａｔｅｌｙ ａｇｅｄ ｓｔａｎｄ＜ｏｌｄ ｓｔａｎｄ；ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ｔｒｅｎｄ ｏｆ ｏｒｇａｎｉｃ ｍａｔｔｅｒ ｗａｓ ｍｏｒｅ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｉｎ ｔｈｅ ｄｅｅｐｅｒ ｌａｙｅｒｓ．
（２）Ｔｈｅ ｇｒａｓｓｌａｎｄ ｓｏｉｌ ｈａｄ ｌｏｗｅｒ ｔｏｔａｌ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｃｏｎｔｅｎｔｓ ｔｈａｎ ｔｈｅ ｓｏｉｌ ｏｆ ｙｏｕｎｇ Ｃａｒａｇａｎａ ｍｉｃｒｏｐｈｙｌｌａｓｔａｎｄ．
Ｔｈｅ ｔｏｔａｌ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｃｏｎｔｅｎｔｓ ｉｎ ｔｈｅ ｓｏｉｌｓ ｄｅｃｒｅａｓｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ｆｏｒｅｓｔｓ ａｇｅ，ａｓ ｔｈｅ ｂｉｇｇｅｓｔ ｄｉｆｆｅｒ－
ｅｎｃｅ ｗａｓ ｆｏｕｎｄ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｙｏｕｎｇ ａｎｄ ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅｌｙ ａｇｅｄ ｓｔａｎｄｓ．Ａｌｋａｌｉ－ｈｙｄｒｏ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈｅ ｅｘａｃｔｌｙ
ｓａｍｅ ｔｒｅｎｄ ａｓ ｔｏｔａｌ ｎｉｔｒｏｇｅｎ．（３）Ｔｈｅ ａｖａｉｌａｂｌｅ ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ ｃｏｎｔｅｎｔ ｉｎ ｔｈｅ ｗｈｏｌｅ ｓｏｉｌ ｐｒｏｆｉｌｅ ｉｓ：ａｇｅｄ ｆｏｒｅｓｔｓ
＜ｙｏｕｎｇ ｆｏｒｅｓｔｓ＜ｍｉｄｄｌｅ－ａｇｅｄ ｆｏｒｅｓｔｓ＜ｍｅａｄｏｗｓ．（４）Ｔｈｅ ｓｐａｔｉａｌ ｖａｒｉａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ａｌ ｔｈｅ ｖａｒｉａｂｌｅｓ ｉｎ ｔｈｅ ｔｈｒｅｅ
ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｌｙ ａｇｅｄ Ｃａｒａｇａｎａ ｍｉｃｒｏｐｈｙｌｌａ ｆｏｒｅｓｔｓ ｗａｓ ｎｏｔ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｉｎ ｔｈｅ ｒｏｗｓ ａｎｄ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｒｏｗｓ．Ｔｈｅ
ｄｅｇｒｅｅ ｏｆ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｗａｓ ｆｏｕｎｄ ｈｉｇｈ ｂｅｔｗｅｅｎ ｏｒｇａｎｉｃ ｍａｔｔｅｒ ａｎｄ ｔｏｔａｌ ｎｉｔｒｏｇｅｎ，ａｎｄ ｌｏｗ ｂｅｔｗｅｅｎ ａｌｋａｌｉ－ｈｙｄｒｏ
ｎｉｔｒｏｇｅｎ ａｎｄ ａｖａｉｌａｂｌｅ ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ Ｃａｒａｇａｎａ ｍｉｃｒｏｐｈｙｌｌａ ｓｔａｎｄ；ｓｏｉｌ ｎｕｔｒｉｅｎｔ ｅｆｆｅｃｔ；ｄｅｓｅｒｔ ｓｔｅｐｐｅ
柠条（Ｃａｒａｇａｎａ ｍｉｃｒｏｐｈｙｌｌａ）因其蒸腾速率低、
抗逆性强等特点，已经被广泛用于干旱半干旱地区的
生态重建，特别是退耕还林和退牧还草中应用广
泛［１－２］。据估计，内蒙古、陕西、山西、甘肃、新疆、宁夏
DOI:10.13961/j.cnki.stbctb.2012.04.065
等省区柠条林面积至少在１．３３×１０６ ｈｍ２ 以上。地
处荒漠草原与干草原带的宁夏自治区盐池县２０１０年
柠条林面积达到１．５０×１０５ ｈｍ２，占该县林木面积的
６０％。随着景观结构的显著变化，多年生人工林草地
土壤旱化和地力衰退已成为林草植被建设的重大科
学问题之一［３］。对于柠条林的土壤养分效应，已经开
展了大量研究。牛西午等［４］研究发现，随着柠条生长
年限的增长，土壤速效性养分和微量元素含量呈下降
趋势。刘增文［５］等研究得到全氮、全磷、全钾和有机
质随年限增加没有显著差异的结论。王生芳等［６］研
究发现，４龄以下的柠条属消耗土壤养分阶段，５龄以
上的柠条土壤全磷、全氮和有机质大幅度提高。目前
的大多数研究是在黄土区开展的，缺乏对于荒漠草原
区的研究。脆弱生态系统中，土壤养分与植被之间存
在着密切的相互联系。本研究针对该区土壤有机质
和氮、磷元素含量低的状况，开展人工柠条林重建荒
漠草原的土壤养分效应研究，为柠条林营造和抚育管
理提供科学依据。
１ 研究区概况和研究方法
１．１ 研究区概况
研究区位于盐池县城东北约３ｋｍ的皖记沟村，
地貌为鄂尔多斯缓坡起伏高原。气候特点为干旱少
雨，蒸发量大，冬春两季风大沙多。１９５４—２０１０年年
平均气温为８．４６℃，年降水量为２７６．３ｍｍ，年日照
时数为２ ８６２．６ｈ。地表植被属荒漠草原，沙生特征
明显。土壤以有机质含量低、易沙化的淡灰钙土和风
沙土为主。地表水与地下水资源匮乏。２０世纪６０
年代以来，由于人类活动加剧，土地沙化面积仍不断
扩大。１９７０年代开始栽植柠条治理沙漠化，具有多
个年代的柠条林。
１．２ 研究方法
选择栽植７ａ（２００３年种植），１２ａ（１９９８年种
植），２７ａ（１９８３年种植）柠条林分别代表幼龄林、中龄
林和老龄林，选取临近天然草地为对照，构建一个时
空互代研究样本序列。对柠条的密度（单位面积的株
丛数、柠条的高度、冠幅、地茎、每丛株数）和当年枝叶
等进行观测。在柠条丛的冠幅边缘和柠条行中间，用
土钻按每２０ｃｍ取０—２００ｃｍ土层的土样，用于土壤
养分分析。每个年龄的柠条林尽可能选择密度接近、
柠条株丛大小相近的地点，做３个重复（表１）。观测
于柠条生长末期的２０１０年１０月７—９日进行。
土壤有机质采用重铬酸钾容量法—外加热法，全
氮采用半微量开氏法，碱解氮采用 ＮａＯＨ—Ｈ３ＢＯ３
法，速效磷采用０．５ｍｏｌ／Ｌ碳酸氢钠浸提—钼锑抗比
色法分析。试验数据采用Ｅｘｃｅｌ作图和ＳＰＳＳ软件
中的单因素方差分析方法（ｏｎｅ－ｗａｙ ＡＮＯＶＡ）进行
统计分析。
表１ 研究区柠条林样地特征
柠条林
类型
柠条密度／
（丛·ｈｍ－２）
植丛大小（冠幅
×高度／ｃｍ）
行距／ｍ
地径／
ｍｍ
分枝数
行内取样点距灌
丛中心距离／ｃｍ
行间取样点距灌
丛中心距离／ｃｍ
幼龄林
（７ａ）
２ ６５５，２ ５２０，３ ０１５
１１６×１０８×７３
１５２×１３６×１１６
１１４×９２×７３
６
６～１５
４～２０
５～１０
１６，１４，１７ ７０，７５，５５ ３００，３００，３００
中龄林
（１２ａ）
９７５，９６０，９１５
１５０×１５０×１３０
１８３×１７０×１２７
１２６×１２５×１３３
１０
５～２０
１０～２０
６～１０
１５，２２，４６ ７０，８０，６０ ５００，５００，５００
老龄林
（２７ａ）
１ ０２０，９９０，９９０
２１０×２２０×１４０
１６０×１５１×９０
２１６×２０６×１０６
４．５
１０～３０
６～１４
１５～２５
３２，３９，４９ １１０，８０，１１０ ２２５，２２５，２２５
２ 结果与分析
２．１ 不同林龄的柠条林土壤养分特征
２．１．１ 不同林龄的柠条林土壤有机质含量变化 表
２为各林龄组中各土层的土壤有机质含量的测定结
果。从表２可以看出，整个土壤剖面有机质含量由草
地、幼龄林、中龄林、老龄林依次增加，尤其是６０ｃｍ
以下土层的有机质含量呈现出明显的规律性。表层
有机质受枯枝落叶和草本植物的补充，含量较高。表
层和次表层有机质含量已经超过了本地荒漠草原的
平均值［７］。０—１００ｃｍ 土层的有机质含量差异大，
１００ｃｍ以下有机质含量比较稳定。柠条的轴根型根
系穿透力很强，明显增加了土壤深层有机质。随着林
龄的增加，各林间在更深土壤层次上体现有机质的差
别。幼龄林与草地之间的有机质含量差别主要体现
在０—６０ｃｍ土层，中龄林与幼龄林之间的差别主要
体现在１２０—２００ｃｍ土层，老龄林与中龄林之间的差
别主要体现在６０—１２０ｃｍ土层。
２２ 水土保持通报 第３２卷
表２ 研究区各林龄组之间有机质含量差异分析 ｇ／ｋｇ
土层深度／ｃｍ 老龄林 中龄林 幼龄林 草 地
０—２０ ４．９９±１．６０ａｃ ４．２６±１．４１ｂ ６．４１±１．８５ａｂ ４．１６±１．９１ｃ
２０—４０ ５．２０±１．３２ａ ４．９７±２．８６ａｃ ３．２８±１．０７ｂｃ ２．５８±０．８９ｂ
４０—６０ ３．９０±０．５１ａ ３．５５±０．９０ａｂ ３．９５±２．３６ａ １．７６±０．５１ｂ
６０—８０ ４．４３±１．１２ａ ３．０７±１．３２ａｂ ２．６０±１．３５ｂ ２．１５±１．４０ａｂ
８０—１００ ３．７１±０．５０ａ ２．９５±１．１４ｂ ２．２６±０．７６ｂ １．７３±０．９６ｂ
１００—１２０ ３．２３±０．４５ａ ２．５４±０．９２ａ ２．３１±０．９９ａ ２．１５±１．１１ａ
１２０—１４０ ２．９６±０．５９ａ ２．５３±０．８２ａｂ １．６４±０．６３ｂ ２．１６±１．３３ａｂ
１４０—１６０ ２．７０±０．３８ａ ２．６４±０．９９ａ １．６９±０．６６ｂ １．６６±０．４２ｂ
１６０—１８０ ２．４２±０．５３ａ ２．６１±１．１１ａ １．７８±０．４１ｂ １．２６±０．１７ｂ
１８０—２００ ４．９９±１．６０ａｃ ４．２６±１．４１ｂ ６．４１±１．８５ａｂ ４．１６±１．９１ｃ
注：同行不同小写字母表示林龄间差异显著（ｐ＜０．０５）。下同。
２．１．２ 不同林龄的柠条林土壤全氮含量变化 从整
个土壤剖面来看，全氮含量由草地到幼龄林阶段显著
增加，由幼龄林到中龄林阶段减少，由中龄林到老龄
林阶段显著减少。这种规律在８０ｃｍ以下的土层中
表现最为明显。全氮向土壤浅层的集中程度由老龄
林、中龄林、幼龄林到草地依次下降。在剖面分布上，
全氮含量都由表层向深层递减，草地显著减少的位置
在０—４０ｃｍ土层，幼龄林显著减少的位置在４０—１００
ｃｍ土层，中龄林显著减少的位置在６０—１４０ｃｍ土层，
老龄林显著减少的位置在６０—１６０ｃｍ土层，显著减少
的土层深度和范围加大（表３）。这种全氮减少的趋势
与植物根系伸展有一定的关系，由此推测全氮减少的
趋势是由植物消耗主导的。由草地、幼龄林、中龄林到
老龄林全氮含量由表层到深层的减少幅度加大。
表３ 研究区各林龄组之间土壤全氮含量差异分析 ｇ／ｋｇ
土层深度／ｃｍ 老龄林 中龄林 幼龄林 草 地
０—２０ ０．２９±０．０８ａ ０．３７±０．０９ｂ ０．４６±０．１１ｂ ０．２６±０．０７ａ
２０—４０ ０．２６±０．１１ａｂ ０．３３±０．１０ｂ ０．３６±０．０７ａｂ ０．２４±０．０６ａ
４０—６０ ０．２０±０．０５ａｃ ０．２７±０．０６ａ ０．３６±０．０８ｂ ０．１８±０．０５ｃ
６０—８０ ０．２４±０．１１ａｂ ０．２３±０．０６ａｂ ０．３２±０．１５ａ ０．１８±０．０４ｂ
８０—１００ ０．１６±０．０７ａ ０．２１±０．０７ａｂ ０．２６±０．０６ｂ ０．１６±０．０８ｂ
１００—１２０ ０．１１±０．０４ａ ０．１９±０．０６ｂ ０．２４±０．０３ｂ ０．１９±０．０９ｂ
１２０—１４０ ０．０８±０．０４ａ ０．１７±０．０５ｂ ０．２６±０．０６ｂ ０．１７±０．０９ｂ
１４０—１６０ ０．０５±０．０２ａ ０．２０±０．１０ｂ ０．２５±０．０６ｂ ０．１５±０．０６ａ
１６０—１８０ ０．０５±０．０４ａ ０．１９±０．０２ｂ ０．２３±０．０５ｂ ０．１３±０．０５ｃ
１８０—２００ ０．０４±０．０１ａ ０．２３±０．１４ｂｃ ０．２６±０．１０ｂ ０．１４±０．０６ｃ
２．１．３ 不同林龄的柠条林土壤碱解氮含量变化 碱
解氮在土壤剖面上整体水平表现为：幼龄林＞老龄林
＞中龄林＞草地。０—８０ｃｍ土层碱解氮含量由大到
小的顺序为：幼龄林＞中龄林＞老龄林＞草地，８０—
２００ｃｍ土层碱解氮含量的顺序为：幼龄林＞老龄林
＞草地＞中龄林。碱解氮在剖面０—８０ｃｍ土层范围
内均随深度增加呈下降趋势，在８０—２００ｃｍ基本不
随土层深度的变化而变化。
整体来说，４类地的碱解氮在整个剖面上差异不
显著。０—１００ｃｍ 土层内碱解氮含量略有差异，在
１００—２００ｃｍ土层内幼龄林、中龄林、老龄林之间的
碱解氮含量差异不明显（表４）。综上所述，柠条林能
够促进土壤碱解氮的形成，但随林龄增加对碱解氮的
消耗而使土壤碱解氮减少。与全氮的情况大体相同。
２．１．４ 不同林龄的柠条林土壤有效磷含量变化 各
林龄组土壤有效磷的含量情况比较复杂，主要在
１４０—１８０ｃｍ土层的土壤有效磷含量表现出的规律
性不强。总体来说，整个土壤剖面上有效磷含量表现
为：中龄林＜老龄林＜幼龄林＜草地。在２０—１００
ｃｍ土层范围内３个不同林龄柠条林的有效磷含量没
有显著差异，与草地之间的差异显著。在１００—２００
ｃｍ土层幼龄林的有效磷含量与中龄林之间没有显著
差异，与草地略有差异，与老龄林存在显著差异（表
５）。说明各林龄段的柠条林对土壤本底磷素的消耗
较多，到老龄林阶段对深层土壤中的磷消耗更为显
著。原始土壤中磷的含量较高，随着柠条林的生活年
３２第４期 宋乃平等：荒漠草原人工柠条林重建的土壤养分效应
限增加，土壤中的有效磷向植物的转化增多，土壤内
部相应减少。
除了各个林龄组土壤表层的有效磷含量较高之
外，草地、幼龄林、中龄林下层土壤的有效磷含量都较
高。有效磷含量的变异系数也比较大，尤其是草地和
幼龄林、中龄林的下层土壤。
表４ 研究区各林龄组之间土壤碱解氮含量差异分析 ｍｇ／ｋｇ
土层深度／ｃｍ 老龄林 中龄林 幼龄林 草 地
０—２０ １４．３５±７．２６ａｂ １５．４０±５．３５ａ １９．６０±４．７５ａ ９．４５±４．０５ｂ
２０—４０ １１．７８±５．６８ａ １３．４２±４．７３ａ １１．９０±２．８０ａ ９．２２±４．２８ａ
４０—６０ ９．１０±３．９３ａ ９．６８±７．２４ａｃ １１．６７±５．１４ｂｃ ６．１８±２．０５ａ
６０—８０ ８．０５±４．１２ａ ６．８８±２．１０ａ ９．６８±５．２９ａ ７．２３±３．１２ａ
８０—１００ １０．３８±７．２９ａ ４．６７±１．４５ｂ ７．７０±２．９７ａｂ ６．７７±３．５０ａｂ
１００—１２０ １０．５０±１２．８１ａ ４．６７±３．１８ａ ７．１２±２．５４ａ ６．７７±３．５６ａ
１２０—１４０ ５．４８±３．４４ａ ３．９７±２．５７ａ ７．８２±２．２３ａ ６．４２±３．９２ａ
１４０—１６０ ４．９０±３．５１ａ ３．３８±０．９３ａ ８．６８±６．４９ａｂ ６．８７±３．５４ｂ
１６０—１８０ ３．２７±１．９６ａ ３．５０±０．８８ａｂ ５．９５±３．０４ａｂ ６．０７±２．８２ｂ
１８０—２００ ４．４３±４．１２ａ ４．３２±２．５２ａ ８．７５±４．５８ａ ４．６７±２．７９ａ
表５ 各林龄组之间土壤有效磷含量的差别 ｍｇ／ｋｇ
土层深度／ｃｍ 老龄林 中龄林 幼龄林 草 地
０—２０ １．３０±０．２４ａ １．６３±０．４７ａ ２．１０±０．２２ｂ ２．１３±０．５０ｂ
２０—４０ ０．９５±０．６４ａ ０．６７±０．２１ａ ０．８５±０．２９ａ １．３２±０．６８ｂ
４０—６０ ０．３７±０．２０ａ ０．６０±０．１３ａ ０．７０±０．３５ａ １．３０±０．６８ｂ
６０—８０ ０．４３±０．２６ａ ０．４９±０．１８ａ ０．５０±０．２１ａ １．１２±１．００ｂ
８０—１００ ０．３３±０．１６ａ ０．６３±０．２３ａ ０．６８±０．２０ａｂ ０．９５±０．９９ｂ
１００—１２０ ０．２３±０．０８ａ ０．７１±０．２４ｂ ０．６７±０．２１ａｂ ０．９０±０．７１ｃ
１２０—１４０ ０．５０±０．２７ａ ０．８０±０．１８ａｂ ０．７５±０．３６ａｂ ０．９２±０．５９ｂ
１４０—１６０ ０．３０±０．１７ａ １．２０±０．６６ｂ １．４７±１．２７ｂ ０．６３±０．４３ａｂ
１６０—１８０ ０．２３±０．０８ａ １．４８±０．５６ｂ １．０３±０．８２ｂ ０．８２±０．６８ａｂ
１８０—２００ ０．２３±０．０８ａ ２．９８±１．０４ｂｃ １．５２±１．６０ａ １．９０±１．１６ｃ
２．２ 柠条林行间和行内养分含量的差异分析
２．２．１ 柠条林行间和行内有机质空间分布 柠条老
龄林、中龄林、幼龄林的行内与行间各３个剖面（重
复）的有机质含量空间差异的分析结果详见表６。柠
条行内各土层与行间各土层有机质含量在ａ＝０．００１
的置信水平上显著相关（自由度ｆ＝３０时，相关系数
的临界值ｒａ＝０．５９７ ４）。
各林龄柠条林行内的有机质含量平均值略高于
行间，但方差分析结果表明，它们之间没有显著差异
（ｐ＞０．０５）。
从总体上说，随着林龄增加，柠条林对增加土壤
有机质含量的作用明显，但在林内空间差异不大。
表６ 柠条林行间和行内有机质空间差异
项 目 水分类型 均 值 样本数 标准差 相关系数 ｐ值（Ｓｉｇ．）
老龄林（２７ａ）
柠条行内 ３．６３２ ７ ３０ １．２８０ １
０．７３５ ０．８６１
柠条行间 ３．６０２ ０ ３０ １．３２４ ６
中龄林（１２ａ）
柠条行内 ３．３２３ ０ ３０ １．６５４ ２
０．７０５ ０．０６０柠条行间 ３．０１５ ３ ３０ １．５９０ ３
幼龄林（７ａ）
柠条行内 ２．８４４ ０ ３０ ２．１８０ ６
０．７８１ ０．３３６柠条行间 ２．６００ ０ ３０ １．６００ ６
２．２．２ 柠条林行间和行内全氮空间分布 表７为对
柠条老龄林、中龄林、幼龄林的行内与行间各３个剖
面（重复）的全氮空间差异的分析结果。柠条行内土
壤剖面各层与行间各层全氮含量在ａ＝０．００１的置信
水平上显著相关（ｆ＝３０，ｒａ＝０．５９７ ４）。老龄林和幼
龄林行内的全氮含量平均值略低于行间，中龄林则相
４２ 水土保持通报 第３２卷
反，但方差分析结果表明，它们之间全氮含量均不存
在显著差异（ｐ＜０．０５）。
对２００３年柠条林在分土层检验情况下，１６０—
２００ｃｍ深度（ｐ＝０．０３）土壤全氮行内与行间开始出
现显著差异。说明幼龄林由于土层深处的根系固氮
作用差异而形成全氮积累的空间差异。从总体上说，
随着林龄增加，柠条林土壤全氮含量减少，但在林内
空间差异不大。
表７ 柠条林行间和行内土壤全氮空间差异
项 目 水分类型 均 值 样本数 标准差 相关系数 ｐ值（Ｓｉｇ．）
老龄林（２７ａ）
柠条行内 ０．１４２ ７ ３０ ０．１１１ １
０．８６８ ０．４２６
柠条行间 ０．１５１ ０ ３０ ０．１０９ ０
中龄林（１２ａ）
柠条行内 ０．２７６ ０ ３０ ０．２０３ ０
０．６００ ０．２１６柠条行间 ０．２２７ ７ ３０ ０．１０５ ５
幼龄林（７ａ）
柠条行内 ０．２９０ ３ ３０ ０．０９８ ５
０．６８５ ０．２６１柠条行间 ０．３０８ ０ ３０ ０．１１２ １
２．２．３ 柠条林行间和行内有效磷空间分布 表８为
对柠条老龄林、中龄林、幼龄林的行内与行间各３个
剖面（重复）的有效磷空间差异的分析结果。老龄林
柠条行内土壤剖面各层与行间各层全氮含量在ａ＝
０．００１的置信水平上显著相关（ｆ＝３０，ｒａ＝０．５９７ ４），
幼龄林在ａ＝０．０１的置信水平上显著相关（ｆ＝３０，ｒａ
＝０．４８６ ９），中龄林行内与行间有效磷含量不相关
（可能是行距大所致）。中龄林和幼龄林行内的有效
磷含量平均值略低于行间，老龄林则相反，但方差分
析结果表明，它们之间有效磷含量都没有显著差异（ｐ
＜０．０５）。从总体上说，随着林龄增加，柠条林土壤有
效磷含量减少，但在林内空间差异不大。
表８ 柠条林行间和行内土壤有效磷空间差异
项 目 水分类型 均 值 样本数 标准差 相关系数 ｐ值（Ｓｉｇ．）
老龄林（２７ａ）
柠条行内 ０．５２３ ３ ３０ ０．４３０ ５
０．７４０ ０．２２１
柠条行间 ０．４５３ ３ ３０ ０．４１８ ３
中龄林（１２ａ）
柠条行内 ０．９９０ ０ ３０ ０．７４２ ９
０．０４０ ０．２６０柠条行间 １．１３０ ０ ３０ １．０３５ ０
幼龄林（７ａ）
柠条行内 ０．９７６ ７ ３０ ０．７７８ ０
０．５１８ ０．５１３柠条行间 １．０７６ ７ ３０ ０．８９３ ５
３ 结果讨论
随着柠条林的不断生长，土壤有机质含量不断增
加；全氮和碱解氮含量在幼龄林阶段增加，在中龄林和
老龄林阶段不断下降；有效磷含量持续下降（图１）。有
机质增加和有效磷含量减少的趋势与其他研究的结
论较为一致［４，８－１１］。全氮和碱解氮含量的变化趋势与
其他研究成果不同［１２］甚至相反［６］。本研究中多种养
分的综合变化趋势与一些研究得出的有机质与氮、
磷、钾元素含量呈显著正相关关系也有不同［８－９］。
由于柠条根系的作用以及枯枝落叶的分解和矿
化，土壤有机质含量提高［４］。柠条林地的氮素含量取
决于根系消耗与有机质分解和根瘤固氮作用的平衡。
柠条生长对氮素的需要量最大，对林地氮素的吸收系
数（即利用率）最高，而通过生物循环对氮素归还率最
低（即循环速度最慢）［１３］。荒漠草原地区本底氮素含
量严重缺乏，土壤ｐＨ值普遍在８．５～８．７之间［７］，对
于土壤有机质的分解和转化不利，可能导致供氮不敷
耗氮。
图１ 柠条林与对照（草地）的养分变化趋势
随着林龄的增加，不仅是微量元素的减少，氮、磷
等常量元素含量也在减少，这是荒漠草原不同于黄土
高原的一个重要特征。牛西午等［４］研究认为，对柠条
林进行平茬或间伐，降低郁闭度，提高土壤的生物活
性，加速土壤养分矿化速率，可在一定程度内满足柠
５２第４期 宋乃平等：荒漠草原人工柠条林重建的土壤养分效应
条林对土壤养分的需求。间伐更符合荒漠草原的实
际，因为平茬会带走大量养分。
Ｓｃｈｌｅｓｉｎｇｅｒ与Ｒｅｙｎｏｌｄｓ［１４］对美国新墨西哥州的
灌丛群落研究表明，土壤 Ｎ，Ｐ和有机碳等在“肥岛”
内的含量显著高于灌丛间的相同土层，其中０—３０
ｃｍ土层有机碳含量是灌丛间相同土层的６倍，离灌
木中心距离越远，土壤中有效氮的含量越低。张强等
人［１０］的研究表明黄土高原柠条林有明显的“肥岛效
应”。赵哈林等人［１５－１６］在科尔沁沙地也发现灌丛下土
壤和根际土壤的养分存在“肥岛效应”，小叶锦鸡儿的
“肥岛效应”比盐蒿、黄柳等灌丛更加明显。本研究通
过柠条行内和行间养分比较得出的“肥岛效应”不显
著。这一方面是由于柠条在中龄林和老龄林阶段对
荒漠草原区土壤养分消耗较大造成的；另一方面，据
张莉等人［１７］的研究，柠条根系在距树基０—６０ｃｍ范
围内分布了总根量的７８．５８％，距树基越远，根量所
占比例就越小。史建伟等［１８］在山西省黄土高原对３０
ａ生柠条细根的测量结果显示，距茎秆水平距离１００
ｃｍ处的根长密度是５０ｃｍ处（细根根长密度最大处）
的７１．８６％。对照表１，采样点位距柠条主根较远缩
小了柠条行内与行间的养分差异。但这主要体现在
有机质以及柠条幼龄林阶段。由此得出，柠条养分在
生长时间与栽植空间上相互作用，相互统一，形成了
现有的养分格局。
４ 结 论
（１）０—２００ｃｍ土壤剖面上的有机质含量由草
地、幼龄林、中龄林、老龄林依次增加，有机质增加的
显著程度随着林龄的增加在更深土层上体现。说明
随着柠条林龄增加对有机质的积累增加，在更深的土
层中体现。
（２）全氮含量由草地到幼龄林阶段显著增加，由
幼龄林到中龄林再到老龄林依次减少。幼龄林、中龄
林、老龄林之间全氮含量减少的最大幅度随林龄增加
向土壤深层移动。说明柠条生长初期阶段全氮积累
明显，而随着柠条林龄的进一步增加，氮的消耗大于
积累，土壤全氮含量减少。碱解氮与全氮具有一致的
规律。
（３）整个土壤剖面上有效磷含量顺序为：老龄林
＜幼龄林＜中龄林＜草地。说明柠条林生长过程中
一直在消耗土壤本底磷素而没有积累，到老龄林阶段
对深层土壤中的磷消耗更为显著。
（４）３个不同林龄的柠条林的有机质、全氮、有效
磷在柠条行内和行间的空间差异均不显著。柠条行
内与行间的有机质和全氮相关程度很高，有效磷相关
性不显著。说明柠条林在行距不超过１０ｍ时，能够
同时增加或减少有机质、全氮、有效磷的含量。
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