全 文 ：第 49 卷 第 11 期
2 0 1 3 年 11 月
林 业 科 学
SCIENTIA SILVAE SINICAE
Vol. 49，No. 11
Nov．，2 0 1 3
doi:10．11707 / j．1001-7488．20131102
收稿日期: 2012 － 09 － 11; 修回日期: 2013 － 09 － 10。
基金项目: 国家林业公益性行业科研专项(201204203) ; 林业科学技术推广项目(［2011］26)。
* 贾志清为通讯作者。
高寒沙地植被恢复区乌柳人工防护林对土壤的影响*
于 洋1 贾志清1，2 朱雅娟1，2 赵淑伶3 刘艳书1，2 刘海涛1 李清雪1
(1．中国林业科学研究院荒漠化研究所 北京 100091; 2．青海共和荒漠生态系统定位观测研究站 共和 813000;
3．中国林业科学研究院林业研究所 北京 100091)
摘 要: 以不同恢复年限(6，11，16 和 21 年)的乌柳人工防护林为研究对象，以丘间低地为对照，研究高寒沙地
不同林龄乌柳人工防护林对土壤水分含量、土壤有机质含量、土壤养分(全氮、硝态氮、铵态氮、有效磷和速效钾)含
量和土壤 pH 值的影响。结果表明: 乌柳林样地土壤含水量受林龄和深度的影响，上层土壤含水量变化较为剧烈;
与对照相比，不同林龄乌柳林土壤有机质含量随恢复时间的增长显著增加，并呈现出一定的表聚性; 在植被恢复过
程中各林龄乌柳土壤全氮、硝态氮、铵态氮、有效磷和速效钾含量变化差异显著(P ＜ 0. 05)，同一林龄乌柳林上层土
壤(深度 ＜ 100 cm)全氮、硝态氮、铵态氮、有效磷和速效钾含量均高于下层; 随植被恢复时间增长，土壤 pH 值逐渐
降低，土壤碱性减弱; 相关分析表明土壤有机质含量与土壤各养分含量之间呈显著线性正相关关系，土壤 pH 值与
土壤各养分含量之间呈显著线性负相关关系。乌柳人工防护林能够使植被恢复区土壤化学性质不断改善，土壤肥
力水平得到提高。
关键词: 高寒沙地; 乌柳人工防护林; 养分含量;改良土壤
中图分类号: S714. 6 文献标识码: A 文章编号: 1001 － 7488(2013)11 － 0009 － 07
Effects of Salix cheilophila Plantation on the Improving of Soil
Properties in Vegetation Restoration Area of High-Cold Sandy Land
Yu Yang1 Jia Zhiqing1，2 Zhu Yajuan1，2 Zhao Shuling3 Liu Yanshu1，2 Liu Haitao1 Li Qingxue1
(1 ． Institute of Desertification Studies，CAF Beijing 100091; 2 ． Qinghai Gonghe Desert Ecosystem
Research Station Gonghe 813000; 3 ． Research Institute of Forestry，CAF Beijing 100091)
Abstract: This study was conducted in restored Salix cheilophila plantations on high-cold sandy land，with the dune
slacks served as the control，to study effects of different ages (6，11，16 and 21 years) of plantations on the soil water
content，soil nutrients ( soil organic matter，total nitrogen，nitrate nitrogen，ammonium nitrogen，available phosphorus and
available potassium) content and soil pH value． The result showed that the soil water content in the plantation was
influenced by the forest age and the soil depth (P ＜ 0． 05) ． The water content in the top soil layers increased gradually
with the extension of restoration time． The soil organic matters showed accumulation on the top soil layers compared with
the lowland between dunes，and increased significantly with the extension of revegetation time． The content of the soil
nutrients ( soil organic matter，total nitrogen，nitrate nitrogen，ammonium nitrogen，available phosphorus and available
potassium) varied significantly in different stand ages． In the same stand age，total nitrogen，nitrate nitrogen，ammonium
nitrogen，available phosphorus，and available potassium contents in the upper soil layers ( depth ＜ 100 cm) were higher
than the lower soil layers． Soil pH values decreased gradually with the extension of restoration time． Correlation analysis
showed the soil nutrient contents were positively and linearly correlated with soil organic matters but negatively linearly
correlated with soil pH values． The research demonstrated that the soil chemical properties and soil fertility levels were
improved gradually after the establishment of Salix cheilophila plantations in the vegetation restoration area．
Key words: high-cold sand land; Salix cheilophila plantation; nutrient content; soil improvement
退化生态系统重建的核心是植被的恢复与重 建。青海是我国沙漠化土地主要分布地且沙漠化危
林 业 科 学 49 卷
害较为严重，共和盆地则是青海省沙漠化土地集中
分布的地区之一，沙珠玉地区作为共和盆地沙化土
地密集分布的地区，受气温低、海拔高的自然因素以
及滥砍滥伐、过牧等人为活动的影响，环境恶化较为
严重，土地沙化现象日益突出，采用人工手段进行植
被恢复势在必行。自 19 世纪 50 年代末以来，该地
区积极开展退耕还林、机械沙障、麦草方格和封禁等
植被恢复措施，以有效防止沙化蔓延，诸多学者在该
地区开展了大量的植被恢复试验，并建立生态站进
行长期定位研究，取得了一定的科研成果，系统揭示
了该地区土地退化原因，对植被恢复区内典型的植
被生理特性进行了详尽报道(张登山，2009; 刘海
涛，2012)，但对该地区植被恢复过程中植被与土壤
之间的交互机制研究较少。当前学者们对不同地区
不同土地类型的植被恢复过程对土壤的影响研究较
多(杨晓晖等，2005; 安韶山等，2006; 蒋德明等，
2008; 刘树林等，2008; 左小安等，2009; 占布拉
等，2010; 任学敏等，2012)，但在海拔高、气温低的
高寒沙地，相关报道较少。
乌柳(Salix cheilophila)为杨柳科(Salicaceae)柳
属多年生落叶灌木或小乔木，是我国特有种，其生命
力较强、耐旱抗寒、耐风蚀、沙埋和轻度盐渍化，主要
分布于甘肃、西藏、青海和宁夏等地，尤其在环境恶
劣的西部地区，发挥着重要的水土保持、防风固沙功
能。当前针对乌柳的研究主要集中在其群落特征以
及水分生理特性等方面(朱雪林等，2011; 刘海涛
等，2012)，从生态服务角度出发，研究其改良土壤
功能方面的报道较少。在共和盆地，乌柳已成为该
地区开展植被恢复的主要树种，表现出较强的适应
性，对高寒沙地防治沙化蔓延以及生态环境恢复发
挥着重要作用。
本研究以青海省共和盆地高寒沙地植被恢复区
不同林龄乌柳人工防护林为研究对象，采用空间代
替时间的方法，深入研究乌柳防护林对土壤养分含
量、土壤有机质含量和土壤 pH 值的影响，旨在探讨
高寒沙地开展植被恢复过程中植被与土壤之间的交
互作用，并对评价高寒沙地乌柳人工防护林生态系
统改良土壤功能提供依据。
1 研究区概况
研究区位于青海省海南州共和县沙珠玉乡，地
处共和盆地中西部 (100°45—100°30 E，36°03—
36°30N)，海拔 2 871 ～ 3 870 m。属高原温带半干
旱草原和干旱荒漠草原的过渡带，干旱、大风、寒冷
是其主要的气候特点。年均气温 2. 4 ℃ ; 年均降水
量 246. 3 mm，且季节分配不均，干湿季明显，降水集
中在 5—9 月，年均潜在蒸发量 1 716. 7 mm，年均大
风日数 (风速 17 m·s － 1 ) 50. 6 天，年沙尘暴 20. 7
天，气候异常干燥。其海拔高、气温低的气候条件决
定了该地区高寒且干旱的自然特征。在植被恢复区
内沙丘与丘间地交错分布，主要地貌类型为流动沙
丘、半流动沙丘、固定沙丘和丘间低地。该区地带性
土壤类型有栗钙土和棕钙土，非地带性土壤有风沙
土和草甸土。研究区内主要人工固沙乔木有青杨
(Populus cathayana)、小叶杨(Populus simonii)和河
北杨(Populus hopeiensis)，主要灌木有乌柳、柠条锦
鸡 儿 ( Caragana korshinskii )、柽 柳 ( Tamarix
chinensis)、沙 棘 ( Hippophae rhamnoides ) 和 枸 杞
(Lycium chinense)。
2 研究方法
样地设置及野外取样均在国家林业局青海共和
荒漠生态定位观测研究站植被恢复区内进行，选择
4 个林龄(6，11，16 和 21 年)的乌柳林，同时选择 1
块造林前的丘间低地(20 m × 20 m)进行对照研究。
2011 年 8 月，在各林龄乌柳林内设置 3 块20 m ×
20 m 的样地，进行每木检尺，记录各样地内乌柳的树
高、冠幅及基径(表 1)，并在各样地内选择 4 株标准
株，在各标准株冠幅边缘用土钻采集土壤样品，每个
样点分 0 ～ 10，10 ～ 20，20 ～ 30，30 ～ 50，50 ～ 100，100 ～
150 和 150 ～ 200 cm 共 7 个土层进行取样。各样地同
一土层土壤样品 4 次重复，四分法取出足够样品，4
次重复取样的土壤样品一部分置于铝盒中用于测定
土壤含水量，另一部分带回室内自然风干用于土壤化
学性质的测定。
4 次重复取样的土壤样品去除残留的枯落物
后过 2 mm 筛，一部分用于测定 pH 值。部分土样
经研磨后再过 0. 25 mm 筛，用于测定土壤有机质、
全氮、硝态氮、铵态氮、有效磷和速效钾含量。使
用 PHS-4 智能型酸度计测定土壤 pH 值，高温外热
重铬酸钾氧化 － 容量法测定土壤有机质含量，半
微量凯氏定氮法测定全氮含量，酚二磺酸比色法
测定硝态氮含量，水杨酸 － 次氯酸盐光度法测定
铵态氮 含 量，有 效 磷 和 速 效 钾 含 量 分 别 采 用
NaHCO3 －钼锑抗混合试剂比色法和火焰光度计
法测定。土壤铝盒带回后用 1 /100 的电子天平
(0. 01 g)称其湿质量，在 105 ℃下干燥 24 h 后称
其干质量，计算土壤含水量(林大仪，2004)。
01
第 11 期 于 洋等: 高寒沙地植被恢复区乌柳人工防护林对土壤的影响
表 1 样地概况①
Tab． 1 General situation of sample plots
林龄
Stand age / a
地理位置
Location
海拔
Elevation /m
树高
Tree height /m
基径
Basal diameter / cm
冠幅 Crown /m
东西
East ＆ west
南北
South ＆ north
6
100°1348″E
36° 1502″N
2 873 2. 03 ± 0. 16a 1. 51 ± 0. 90a 1. 27 ± 0. 34a 1. 32 ± 0. 35a
11
100° 1341″E
36°1500″N
2 873 2. 83 ± 0. 41b 2. 94 ± 0. 37b 1. 31 ± 0. 25ab 1. 38 ± 0. 31a
16
100° 1414″E
36° 1438″N
2 873 3. 10 ± 0. 70c 4. 37 ± 0. 65c 1. 42 ± 0. 17b 1. 42 ± 0. 20a
21
100° 1514″E
36° 1432″N
2 874 4. 80 ± 0. 40d 6. 27 ± 0. 54d 1. 86 ± 0. 26c 1. 82 ± 0. 25b
①同列不同字母表示差异显著(P ＜ 0. 05)。Different letters in the same column indicate significant differences (P ＜ 0. 05) ．
采用 SAS 9. 2 统计软件中的方差分析程序
(PROC ANOVA)进行统计分析，并用最小显著差数
法(LSD)进行多重比较，Sigmaplot1 2. 0 软件绘图。
3 结果与分析
3. 1 不同林龄乌柳林地土壤含水量变化特征
图 1 表明，在 0 ～ 10 cm 土层，21 年生乌柳林土
壤含水量显著高于其他 3 个林龄(P ＜ 0. 05)，而 6，
11 和 16 年生乌柳林土壤表层含水量之间差异不显
著(P ＞ 0. 05)，随恢复年代的增加表层土壤含水量
逐渐升高; 在 10 ～ 20 cm 土层，各林龄土壤含水量
变化与表层相同，但同一林龄 10 ～ 20 cm 土层土壤
含水量显著高于表层(P ＜ 0. 05); 在 20 ～ 30 cm 土
层，21 年生乌柳林土壤含水量显著高于其他 3 个林
龄(P ＜ 0. 05)，而其他 3 个林龄含水量变化表现为 6
年生 ＞ 16 年生 ＞ 11年生; 在 30 ～ 50 cm 土层，6，11
和 16 年生乌柳林土壤含水量达到最大值，但各林龄
含水量之间差异不显著(P ＞ 0. 05)，表现为 21 年生 ＞
11 年生 ＞ 16 年生 ＞ 6 年生; 在 50 ～ 100 及 100 ～
150 cm 土层，各林龄土壤含水量差异不显著 (P ＞
0. 05)，而在 150 ～ 200 cm 土层，6 年生土壤含水量
显著低于其他 3 个林龄(P ＜ 0. 05)。综上所述，乌
柳林样地土壤含水量受林龄和深度的影响，0 ～
50 cm土层土壤含水量变化较为剧烈。
3. 2 不同林龄乌柳林地土壤有机质含量变化特征
由图 2 可知，不同林龄乌柳林土壤有机质含量
随恢复时间的增长而增加，方差分析说明恢复年限
对土壤有机质含量有显著影响(P ＜ 0. 05)。各林龄
土壤有机质分布呈现出一定的表聚性，除 6 年生乌
柳林与对照外均在表层达到最高。在 0 ～ 10 cm 土
层，各林龄土壤有机质含量均显著高于对照 ( P ＜
0. 05)，21 与 16 年生显著高于 11 和 6 年生，且 11
年生显著高于 6 年生(P ＜ 0. 05)，表现为 21 年生 ＞
16 年生 ＞ 11 年生 ＞ 6 年生 ＞ 对照。在 10 ～ 20 cm
图 1 不同林龄乌柳人工林土壤含水量随深度变化特征
Fig． 1 Variation characteristics of soil water content with depth in
different stand aged S． cheilophila plantations
土层，21 与 16 年生无显著差异，但显著高于 11 和
6 年生(P ＜ 0. 05)，11 与 6 年生之间土壤有机质含
量差异不显著 (P ＞ 0. 05)，6 年生土壤有机质含量
在该层最高。在 20 ～ 30 cm 土层，各林龄之间土壤
有机质含量差异显著 (P ＜ 0. 05)，6 年生显著高于
11 年生(P ＜ 0. 05)，而 11 年生与对照在该层差异不
显著(P ＞ 0. 05)，21 年生土壤有机质含量最高。在
30 ～ 50 cm 土层，21 年生土壤有机质含量显著高于
11 和 6 年生 ( P ＜ 0. 05)，但与 16 年生差异不显著
(P ＞ 0. 05)，16 年生显著高于 6 年生(P ＜ 0. 05)，但
16 年生与 11 年生之间以及 11 年生与 6 年生之间
无显著差异 (P ＞ 0. 05)。在 50 ～ 100 cm 土层，11
年生与 6 年生之间差异显著(P ＜ 0. 05)。在 100 ～
150 cm 土层，6 年生与对照之间无显著差异，21 与
16 年生之间无显著差异，这也与 150 ～ 200 cm 土层
变化相同。随植被恢复年代的增加，各林龄土壤有
机 质 含 量 分 别 提 高 38. 5%，52. 9%，64. 3%
和 68. 7%。
3. 3 不同林龄乌柳林地土壤全氮含量变化特征
由图 3 可知，各林龄之间土壤全氮含量呈现出
11
林 业 科 学 49 卷
图 2 不同林龄乌柳人工林土壤有机质含量变化特征
Fig． 2 Variation characteristics of soil organic matter content in
different aged S． cheilophila plantations
不同大写字母表示同一土层不同林龄之间差异显著，不同小写
字母表示同一林龄不同土层之间差异显著 ( P ＜ 0. 05 )，下同。
Different uppercase letters indicate significant difference in different
stand ages，different lowercase letters indicate significant difference
in different soil depth (P ＜ 0. 05)，the same below．
随恢复年限增加而增加的趋势，且各土层均表现为
21 年生 ＞ 16 年生 ＞ 11 年生 ＞ 6 年生 ＞ 对照。在土
壤表层，6 和 11 年生与丘间低地之间土壤全氮含量
无显著差异(P ＞ 0. 05)，而 16 和 21 年生与其他林
龄之间差异显著(P ＜ 0. 05)。在 10 ～ 20 cm 土层，6
和 11 年生土壤全氮含量显著高于对照，但 11 与
16 年生之间无显著差异(P ＞ 0. 05)，而 21 年生土壤
全氮含量显著高于其他林龄 ( P ＜ 0. 05)。在20 ～
30 cm土层，6 和 11 年生与对照之间土壤全氮含量
无显著差异(P ＞ 0. 05)，而 16 和 21 年生与其他乌
柳之间差异显著(P ＜ 0. 05)。在 30 ～ 50 cm 土层，6
和 11 年生与对照之间土壤全氮含量无显著差异
(P ＞ 0. 05)，而 16 和 21 年生与其他林龄之间差异
显著(P ＜ 0. 05)。在50 ～ 100 cm土层，21 年生土壤
全氮含量显著高于其他林龄，而其他林龄无显著差
异。在 100 ～ 150 cm 土层，21 年生土壤全氮含量依
旧最高，但与 11 和 16 年生差异不显著(P ＞ 0. 05)。
在 150 ～ 200 cm 土层，16 年生全氮含量高于其他样
地。土壤全氮未出现与土壤有机质类似的表聚性。
与对照相比，各林龄样地随植被恢复年代的增加土
壤表层全氮含量分别增加 17. 3%，24. 2%，38. 3%
和 56. 0%。
各林龄之间土壤硝态氮含量变化见图 4。在土
壤表层，对照样地硝态氮含量显著低于其他样地，而
其他林龄之间硝态氮含量差异不显著 (P ＞ 0. 05)。
在10 ～ 20 cm 土层，各林龄硝态氮含量均达到最高
值，21 年生显著高于其他林龄(P ＜ 0. 05)，而 6，11
和 16 年生之间差异不显著。在 20 ～ 30 cm 土层，
16 和 21 年生含量显著高于 6 和 11 年生 ( P ＜
0. 05)，但 16 与 21 年生之间差异不显著，6 与 11 年
生之间也无显著差异(P ＞ 0. 05)。在 30 ～ 50 cm 土
层，16 年生硝态氮含量显著高于其他林龄 ( P ＜
0. 05)，6，11 与 16 年生之间硝态氮含量差异不显著
(P ＞ 0. 05)。在 50 ～ 100 cm 土层，11，16 和 21 年
生硝态氮含量无显著差异，但显著高于 6 年生(P ＜
0. 05)。在 100 ～ 150 cm 土层，16 与 21 年生硝态氮
含量显著高于其他林龄(P ＜ 0. 05)，但二者间差异
不显著(P ＞ 0. 05)，且 11 年生硝态氮含量显著高于
6 年生(P ＜ 0. 05)。在150 ～ 200 cm土层，16 与 21
年生硝态氮含量无显著差异(P ＞ 0. 05)，21 年生硝
态氮含量显著高于 11 年生，3 个林龄硝态氮含量均
显著高于 6 年生(P ＜ 0. 05)。
图 5 表明，除 10 ～ 20 cm，同一土层不同林龄铵
态氮含量在数值上表现为 21 年生 ＞ 16 年生 ＞ 11 年
生 ＞ 6 年生 ＞对照。在土壤表层，21 年生铵态氮含
量显著高于其他林龄(P ＜ 0. 05)，16 年生铵态氮含
量显著高于 6 年生但与 11 年生无显著差异 (P ＞
0. 05)。在 10 ～ 20 cm 土层，21 年生铵态氮含量显
著高于其他林龄(P ＜ 0. 05)，11 年生铵态氮含量虽
高于 16 年生，但二者之间无显著差异(P ＞ 0. 05)。
在 20 ～ 30 cm 土层，6，11 和 16 年生之间铵态氮含
量差异不显著(P ＞ 0. 05)，但显著低于 21 年生(P ＜
0. 05)。在 30 ～ 50 cm 土层，21 与 16 年生铵态氮含
量无显著差异(P ＞ 0. 05)，但 21 年生铵态氮含量显
著高于 11 年生(P ＜ 0. 05)，而 16 与 11 年生之间铵
态氮含量差异不显著 (P ＞ 0. 05)。在 50 ～ 100 cm
土层，21 年生铵态氮含量显著高于 16 年生 (P ＜
0. 05)，6 与 11 年生之间铵态氮含量差异不显著
(P ＞ 0. 05)。在 100 ～ 150 cm 土层，16 与 21 年生
铵态氮含量显著高于 6 和 11 年生(P ＜ 0. 05)，而 6
和 11 年生之间铵态氮含量无显著差异(P ＞ 0. 05)。
在 150 ～ 200 cm 土层，21 年生铵态氮含量显著高于
16 年生(P ＜ 0. 05)，6 和 11 年生与对照之间无显著
差异(P ＞ 0. 05)。
3. 4 不同林龄乌柳林地土壤有效磷含量变化特征
图 6 表明，在土壤表层，6，11 和 16 年生土壤有
效磷含量显著低于 21 年生(P ＜ 0. 05)，且三者之间
无显著差异(P ＞ 0. 05)。在 10 ～ 20 cm 土层，21 年
生土壤有效磷含量显著高于其他林龄，16 年生土
壤有效磷含量与 11 及 6 年生有效磷含量无显著差
异(P ＞ 0. 05)。在 20 ～ 30 cm土层，各林龄土壤有效
21
第 11 期 于 洋等: 高寒沙地植被恢复区乌柳人工防护林对土壤的影响
图 3 不同林龄乌柳人工林土壤全氮含量变化特征
Fig． 3 Variation characteristics of total nitrogen content in
different aged S． cheilophila plantations
图 4 不同林龄乌柳人工林土壤硝态氮含量变化特征
Fig． 4 Variation characteristics of soil NO －3 -N content in
different aged S． cheilophila plantations
图 5 不同林龄乌柳人工林土壤铵态氮含量变化特征
Fig． 5 Variation characteristics of soil NH －4 -N content in
different aged S． cheilophila plantations
磷含量无显著差异 (P ＞ 0. 05)，这也与 30 ～ 50 和
50 ～ 100 cm 土层各林龄有效磷含量表现相同，但各
林龄土壤有效磷含量显著高于对照(P ＜ 0. 05)。在
100 ～ 150 cm 土层，各林龄乌柳林之间土壤有效磷
含量与对照之间均无显著差异(P ＞ 0. 05)，这也与
150 ～ 200 cm 土层有效磷含量变化一致。
图 6 不同林龄乌柳人工林土壤有效磷含量变化特征
Fig． 6 Variation characteristics of soil available phosphorus
content in different aged S． cheilophila plantations
3. 5 不同林龄乌柳林地土壤速效钾含量变化特征
图 7 表明，在土壤表层，16 和 21 年生乌柳林速
效钾含量显著高于 6 和 11 年生 ( P ＜ 0. 05)，且 16
和 21 年生之间及 6 和 11 年生之间差异不显著
(P ＞ 0. 05)。在 10 ～ 20 cm 土层，各林龄之间土壤
速效钾含量无显著差异 (P ＞ 0. 05)，但是显著高于
对照(P ＜ 0. 05)。在 20 ～ 30 和 30 ～ 50 cm 土层，各
林龄土壤速效钾含量与 10 ～ 20 cm 土层变化一致。
各林龄速效钾含量在 50 ～ 100，100 ～ 150 和 150 ～
200 cm土层与对照之间差异不显著 (P ＞ 0. 05)，但
同一林龄不同深度表现不同，21 年生速效钾含量
在 50 ～ 100 cm 土层显著高于 150 ～ 200 cm 但与
100 ～ 150 cm 土层差异不显著(P ＞ 0. 05)。
3. 6 不同林龄乌柳林地土壤 pH 值变化特征
由图 8 可知，各样地土壤 pH 值为 8. 43 ～ 8. 80，
该地区土壤碱性较强，对照土壤 pH 值在各土层均
最高。同一土层不同林龄乌柳林土壤 pH 值随植被
恢复年代的增加呈逐渐降低的趋势。方差分析结果
表明，6 年生乌柳林土壤 pH 值在 0 ～ 10 cm 表层显
著高于 16 和 21 年生(P ＜ 0. 05)，但与 11 年生差异
不显著(P ＞ 0. 05)，16 年生土壤 pH 值显著高于 21
年生 (P ＜ 0. 05) 但与 11 年生无显著差异 ( P ＞
0. 05)。在10 ～ 20 cm 土层，6 年生显著高于其他 3
个林龄(P ＜ 0. 05)，而其他 3 个林龄 pH 值在该层无
显著差异(P ＞ 0. 05)。在 20 ～ 30 cm 土层，6 年生土
31
林 业 科 学 49 卷
图 7 不同林龄乌柳人工林土壤速效钾含量变化特征
Fig． 7 Variation characteristics of soil available potassium
content in different aged S。cheilophila plantations
壤 pH 值显著高于 21 年生(P ＜ 0. 05)，而与 11 和 16
年生无显著差异(P ＞ 0. 05)。在 30 ～ 50 cm 土层，6
年生土壤 pH 值与 11 年生无显著差异(P ＞ 0. 05)，
但显著高于 16 年生(P ＜ 0. 05)，而 16 与 21 年生之
间无显著差异(P ＞ 0. 05)。在 50 ～ 100 cm 土层，6
年生土壤 pH 值显著高于 21 年生(P ＜ 0. 05)，而与
11 和 16 年生无显著差异(P ＞ 0. 05)。在 100 ～ 150
及 150 ～ 200 cm 土层各林龄乌柳林 pH 值变化与
30 ～ 50 cm 土层一致。
图 8 不同林龄乌柳人工林土壤 pH 值变化特征
Fig． 8 Characteristics of soil pH value variations in different aged
S． cheilophila plantations
3. 7 植被恢复过程中土壤有机质含量、pH 值与土
壤养分含量之间的相关性
研究表明，在植被恢复过程中，土壤有机质含
量与土壤全氮、硝态氮、铵态氮、有效磷和速效钾的
相关系数分别为 0. 669，0. 606，0. 612，0. 530 和
0. 536，且P ＜ 0. 01，即存在显著的线性正相关关系;
土壤 pH 值与土壤全氮、硝态氮、铵态氮和有效磷之
间的相关系数分别为 － 0. 526，－ 0. 434，－ 0. 376 和
－ 0. 270，且P ＜ 0. 01，即存在显著的线性负相关关
系; 土壤 pH 值与速效钾含量在 0. 05 水平下显著负
相关。
4 结论与讨论
高寒沙地植被恢复区与其他沙漠地区一样，土
壤氮素和磷素较为匮乏(张瑞等，2010)，不同林龄
乌柳人工防护林的营建使土壤水热条件得到了改
善，与丘间低地相比，土壤中有机质和养分含量逐渐
增加，有效提高了土壤肥力。
刘海涛等(2012)通过研究乌柳水势以及保水
力后发现 11 年生乌柳正值生长快速上升期，属挥霍
型水分利用策略，而 25 年生乌柳处于发育的成熟阶
段，水分利用日趋稳定。正是由于林龄的不同以及
不同生长阶段生理状态的差异导致了不同深度土壤
含水量的差异，这也是不同林龄乌柳林土壤含水量
达到最大时土壤深度不同的原因所在。表层与大气
环境接触，水分受温度、地表风速等影响而交换活
跃，蒸散较快，且受草本盖度的影响，所以含水量在
表层较低。总体来说，各林龄 10 ～ 20 和 20 ～ 30 cm
土层土壤含水量优于土壤表层，21 年生乌柳林生
长发育较为成熟，土壤有机质含量较高，林下土壤得
到改良，土壤水分状况最好。
本研究表明，土壤有机质含量出现了表聚性，随
植被恢复时间的增长，有机质含量显著增加。这主
要是由于植被恢复过程中，植被每年向地表提供大
量凋落物，经微生物腐解后土壤有机质含量增加，这
与丁文广等(2012)在甘肃中部干旱区的研究结果
相似。各林龄浅层土壤(0 ～ 50 cm)有机质含量高
于深层土壤，深层土壤有机质含量变幅较小。研究
表明，不同林龄乌柳林和同一林龄不同深度土壤有
机质和养分含量的差异，也是植被存在和演变过程
中地表有机物质来源量和土壤颗粒组成差异的体现
(刘海涛，2012)。植被恢复过程中土壤养分的变
化，实则是植被对养分的消耗与累积的动态过程。
根系对养分的利用也决定着土壤养分的变化，这直
接导致土壤全氮、硝态氮和铵态氮含量之间的差异
( Jobbágy et al．，2000; Huang et al．，2008)。细根的
周转也对土壤全氮含量产生重要影响 (Nadelhoffer
et al．， 1985; Pregitzer et al．， 2004; 郭 大 立 等，
2007)，不同土层全氮含量的差异也与细根的分布
密切相关。
随植被恢复时间增加，土壤有机质分解，释放出
有效磷，有效磷含量总体增加。在 0 ～ 10 和 10 ～ 20
cm 土层，21 年生有效磷含量显著高于其他林龄。
41
第 11 期 于 洋等: 高寒沙地植被恢复区乌柳人工防护林对土壤的影响
在研究不同林龄乌柳根系分布特征时，发现随林龄
的增加，各林龄菌根的分布逐渐增加，21 年生乌柳
根系周围分布大量菌根，而菌根在磷素循环中发挥
着重 要 作 用 ( Stutter et al．， 2012; Brady et al．，
1999)。
随植被恢复时间增加，有机质中的钾元素转化
为速效钾被植物吸收利用，钾素的输入途径主要有
大气沉降和矿物风化，一般来说，钾元素的输入大于
输出 (孙向阳，2005 )。由于该地区母质形成于
17 000年以前，土壤中富含钾矿物，不同林龄乌柳因
自身生理特征差异对速效钾的消耗和积累表现不
同，故 16 和 21 年生速效钾含量在表层显著高于 6
和 11 年生。在 20 ～ 100 cm 土层，4 个林龄速效钾
含量无显著差异，但显著高于对照。
在海拔高、气温低的高寒地区，植被恢复是改良
土壤的有效方式，本文研究结果为今后在干旱区进
行植被恢复与重建提供了科学依据。在今后的研究
中，可以从土壤酶活性及微生物生物量方面入手，系
统研究植被恢复对土壤生物学性质的影响。
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(责任编辑 于静娴)
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