全 文 ：　 　 倡 国家农业部 ９４８ 项目 “干旱半干旱风沙型盐碱区生态建设关键技术引进 ”（２００４唱Z３２）资助
　 　 倡倡 通讯作者
收稿日期 ：２００６唱１０唱２６ 　 改回日期 ：２００６唱１２唱２９
黄土高原丘陵区不同土地利用方式对土壤理化性质的影响 倡
王 　莉１ ，２ 　张 　强２ ，３ 倡倡 牛西午４ 　杨治平２ ，３ 　张建杰２ ，３
（１畅 山西大学生物工程学院 　 太原 　 ０３０００６ ；２畅 山西省土壤环境与养分资源重点实验室 　 太原 　 ０３００３１ ；
３畅山西省农业科学院土壤肥料研究所 　 太原 　 ０３００３１ ； ４畅 山西省农业科学院 　 太原 　 ０３０００６）
摘 　要 　 对晋西北黄土高原丘陵区持续利用 ３０ 年的小叶锦鸡儿人工林 、农田 、杨树林 、小叶锦鸡儿和杨树的混交
林地以及撂荒地的土壤理化性状进行了研究 。 结果表明 ，不同土地利用方式对土壤理化性质影响很大 。 小叶锦鸡
儿和杨树的混交林以及小叶锦鸡儿人工林可以降低土壤容重 ，提高土壤酶活性 、有机质和全 N 含量 ，从而改善土壤
肥力 。混交林和小叶锦鸡儿人工林的土壤培肥作用高于杨树纯林 。 粗放的农业耕作措施提高土壤容重 ，降低土壤
养分含量 ，使土壤退化 。 撂荒地一定程度上可以起到培肥土壤的作用 。 在黄土高原丘陵区 ，种植小叶锦鸡儿人工
林以及小叶锦鸡儿和杨树的混交林是较好的生态重建和植被恢复方式 。
关键词 　 黄土高原丘陵区 　 土地利用方式 　 土壤养分 　 土壤容重
Effects of different land唱uses on soil physical and chemical properties in the Loess Plateau of Shanxi Province ．WANG
Li１ ，２ ，ZHANG Qiang２ ，３ ，NIU Xi唱Wu４ ，YANG Zhi唱Ping２ ，３ ，ZHANG Jian唱Jie２ ，３ （ １ ．College of Biological Engineering ，
Shanxi Universit y ， Taiyuan ０３０００６ ，China ；２ ．Shanxi Key Laboratory of Soil Environment and Nut rient Resources ，
Taiyuan ０３００３１ ，China ；３ ．Institute of Soil and Fertilizer ，Shanxi Academy of Agricultural Sciences ，Taiyuan ０３００３１ ，Chi唱
na ；４ ．Shanxi Academ y of Agricultural Sciences ，Taiyuan ０３０００６ ，China） ，CJEA ，２００７ ，１５（４） ：５３ ～ ５６
Abstract 　 Soil properties under five land唱uses ， Caragana microphylla land ，farmland ，poplar fo rest ，fallow land ， and
mixed plan tation of Caragana microphylla and poplar in a typical Loess Plateau region ，nor thwest of Shanxi Province
were studied ．Results show a significant influence of land唱use on soil properties ．Caragana microphylla and mixed poplar
and Caragana microphylla plantation improve enzyme activity ，total nitrogen and organic matter contents leading to high唱
er soil fertility compared with artificial poplar forests ．Cultivation practices increase soil bulk density ，decrease enzyme ac唱
tivities ，total nitrogen and organic mat ter conten ts of cropland soils resulting in soil degradation ．Land fallow improves soil
fer tility to some extent ．I t is fur ther shown that g rowing Caragana m icrophylla and mixed Caragana microphylla and
poplar plants are the most sustainable ways for vegetation rehabilitation in the Loess Plateau ．
Key words 　 Loess Plateau ，Land唱use type ，Soil nutrient ，Soil bulk density
（Received Oct ．２６ ，２００６ ；revised Dec ．２９ ，２００６）
土地利用变化可改变土地覆被状况并影响许多生态过程［２０］ ，如生物多样性的分布和地球化学循环
等［１ ，２］ 。 合理的土地利用方式可改善土壤结构 ，增强土壤对外界环境变化的抵抗力［３］ ，不合理的土地利用方
式会导致土壤质量下降［４］ ，增加土壤侵蚀［２１］ ，降低生物多样性［２２］ 。 黄土丘陵沟壑区是我国水土流失最严重
的区域 ，为防风固沙 、保持水土和发展牧业 ，２０ 世纪 ６０ 年代以来 ，晋西北黄土高原丘陵区种植了大面积的小
叶锦鸡儿（ Caragana microphylla） ，有的区域还大量种植了杨树林和小叶锦鸡儿杨树的混交林 。 山西省西
北部的五寨县是黄土高原丘陵区的典型区域 ，水土流失严重 。 本文以五寨县作为研究基地 ，选择小叶锦鸡
儿人工林 、杨树林 、小叶锦鸡儿杨树混交林 、农田和撂荒地 ５ 种土地利用方式 ，研究土地利用方式的调整对土
壤理化性质的影响 ，旨在为黄土高原丘陵区生态恢复提供依据 。
1 　 研究区域概况与研究方法
试验区设在山西省西北部的五寨县 ，试验年限为 ２００３ ～ ２００６ 年 。 试验区属温带寒冷半干旱气候 ，四季分
第 １５卷第 ４ 期 中 国 生 态 农 业 学 报 Vol ．１５ 　 No ．４
２ ０ ０ ７ 年 ７ 月 Chinese Journal of Eco唱Agriculture July ，　 ２００７
明 ，春季干旱多风 ，夏秋雨量集中 。 年降雨量 ４００mm左右 ，蒸发量 １９１３畅２mm ，年均气温 ４ ．１ ～ ５ ．５ ℃ ［５］ 。采样地
位于五寨县城西北的石咀头村和包家湾村 ，东经 １１１°２８′ ～ １１２° ，北纬 ３８°４４′ ～ ３９ °１７′ ，海拔 １２００ ～ １４００m ，地势
陡峭 。土壤为黄土状淡栗褐土 ，肥力较低 。 土地利用受人类活动干扰比较大 ，自然植被破坏严重 ，土壤侵蚀强
烈［５］ 。 主要土地利用类型有农田 、灌木林地 、人工林地 、荒草地等 。
首先选取研究区域典型坡面进行调查 ，对当地政府和村民问卷调查分析表明 ，该地从 １９６６ 年开始大量种
植小叶锦鸡儿人工林 ，以后又进行了大面积的植被恢复和人工林建造 ，形成 ５ ～ ４０ 年不同生长年限的人工林 。
选择同一坡面 、地形因子相似 、地理位置相邻 、持续利用 ３０年的 ５ 种土地利用类型 ：农田（荞麦地） 、小叶锦鸡儿
人工林 、杨树林 、小叶锦鸡儿与杨树混交林和撂荒地（撂荒时间为 ３ 年） ，研究不同利用方式下土壤理化性质的
变化 。小叶锦鸡儿人工林 、杨树林和混交林在种植前均为农田 ，每种土地利用方式的土壤性质均一 。
２００４ 年 ４ 月起采用样方法每个月进行采样 ，每种土地利用方式分别选取 ３ 个典型样方 ，用 GPS 定位 ，每个
月定期在固定样方内采集土壤样品 ，共采集土样 １４ 次 。 采用土钻法采集土样 ，采样层次为 ０ ～ ２０cm 和 ２０ ～
４０cm ，每个样方设置 ３ 次重复 ，将 ３ 次重复的土样去除植物根系和石块 ，充分混匀并用四分法取约 １kg 的土
样带回实验室进行分析 。 土壤容重采用环刀法测定 ，pH 采用电位计法 ，有机质采用重铬酸钾容量法 ，全 N
采用半微量凯氏法 ，有效磷采用碳酸氢钠浸提唱钼锑抗比色法 ，速效钾采用乙酸铵浸提唱火焰光度法［６］ ，土壤
过氧化氢酶采用高锰酸钾滴定法 ，碱性磷酸酶采用磷酸苯二钠比色法［７］ 。
采用单因素方差分析（ANOVA）检验土壤属性在不同土地利用方式之间的差异 。 如果有显著性差异进
一步采用 LSD 进行多重比较 。 统计分析皆在 SPSS程序中进行 。
2 　 结果与分析
2畅1 　 不同土地利用方式对土壤养分的影响
土壤养分是自然因子和人为因子共同作用的结果 ，土地利用方式与土壤养分关系密切 。 由表 １ 可知 ，土
壤有机质和全 N 在几种土地利用方式之间的变化趋势相同 。 小叶锦鸡儿杨树混交林的土壤有机质和全 N
含量最高 ，小叶锦鸡儿人工林和杨树林次之 ，撂荒地略高于农田 ，农田的有机质和全 N 含量最低 。 混交林和
小叶锦鸡儿人工林的土壤表层有大量枯枝落叶 ，腐殖化作用明显 ，表层土壤有机质含量较高［８］ 。 农田的土
壤有机质和全 N 含量最低 ，这是因为农田表层没有残茬积累 ，再加上耕作影响 ，使有机质迅速分解 ，
释放出来的 N素一方面被农作物大量吸收同化 ，另一方面淋失严重 ，造成土壤表层全N含量低［８］ 。可见 ，
表 1 　 不同土地利用方式对土壤养分的影响
Tab ．１ 　 Effects of land use t ypes on soil nu trient conten ts
土地利用类型
Land use t ype
项 　 目
I tem
有机质／g·kg － １
Organic mat ter
全 N／g·kg － １
Tot al N
有效磷／mg·kg － １
Olsen P
速效钾 ／mg·kg － １
Available K
pH
撂荒地 最大值 ６ ．３７８ ０ ．８４８ １ ．８６８９ ７２ ．００ ８ ．５９
最小值 ５ ．９１８ ０ ．４７８ ０ ．８３７９ ５９ ．５０ ８ ．５１
平均值 ６ ．１８７ ０ ．５９７ １ ．５３０７ ６８ ．２５ ８ ．５７
C ．V ． ０ ．０３１ ０ ．２７３ ０ ．３０７０ ０ ．０８６ ０ ．００４
农 　 田 最大值 ６ ．９３１ ０ ．６７７ ４ ．１７９３ ７０ ．７５ ８ ．６８
最小值 ５ ．３５３ ０ ．４６９ １ ．９１１６ ５０ ．２５ ８ ．３５
平均值 ５ ．８８９ ０ ．５８１ ２ ．７６９９ ６２ ．９０ ８ ．４９
C ．V ． ０ ．１１３ ０ ．１７２ ０ ．４４４０ ０ ．１２１ ０ ．０１６
小叶锦鸡儿人工林 最大值 ７ ．１７３ ０ ．８２０ １ ．９６８８ １３２ ．５ ８ ．５７
最小值 ６ ．０５２ ０ ．４８９ １ ．００４９ ７０ ．５ ８ ．５３
平均值 ６ ．４５０ ０ ．６２４ １ ．２６４４ ９７ ．８ ８ ．５５
C ．V ． ０ ．０７２ ０ ．１９６ ０ ．３７２０ ０ ．２４６ ０ ．００２
混交林 最大值 ９ ．０６１ ０ ．１４９ １ ．２１９７ １７２ ．５ ８ ．６０
最小值 ７ ．０７２ ０ ．５２０ ０ ．７６６７ ７７ ．０ ８ ．４９
平均值 ７ ．９７３ ０ ．７５５ １ ．０１２９ １３０ ．７ ８ ．５５
C ．V ． ０ ．１２２ ０ ．３３７ ０ ．１８４０ ０ ．２６２ ０ ．００５
杨树林 最大值 ７ ．７５５ ０ ．８３１ ０ ．８９０７ １２５ ．７５ ８ ．６４
最小值 ４ ．４２５ ０ ．４６４ ０ ．３８３５ ８７ ．００ ８ ．４９
平均值 ６ ．３７８ ０ ．６１１ ０ ．６２４７ １０７ ．１５ ８ ．５７
C ．V ． ０ ．２３７ ０ ．２６４ ０ ．３６５０ ０ ．１４９ ０ ．００８
小叶锦鸡儿和杨树的
混交林以及小叶锦鸡
儿人工林对土壤的培
肥作用高于杨树林 ，农
田的土壤肥力最低 ，而
撂荒地在一定程度上
可以恢复土壤肥力 。
土壤速效钾的变化趋
势表现和有机质类似 ，
混交林最高 ，农田最
低 。 但小叶锦鸡儿人
工林的速效钾含量低
于杨树林 。 农田的有
效磷含量最高 ，小叶锦
鸡儿人工林和混交林
的有效磷含量次之 ，而
杨树林的有效磷含量
最低 。 农田有效磷含
量较高与当地农民施 P
肥有关 。
５４　 中 国 生 态 农 业 学 报 第 １５ 卷
2畅2 　 不同土地利用方式对土壤容重的影响
土壤容重是土壤紧实度的敏感性指标 ，也是表征土壤质量的重要参数 。 由表 ２ 可知 ，小叶锦鸡儿人工林
的土壤容重值最低 ，两层的平均值为 １畅２３g／cm３ ，与其他几种利用方式的土壤容重差异达到显著水平 。 撂荒
地的土壤容重最高 ，为１畅５１g／cm３ 。
其他几种土地利用类型下土壤容
重值的大小为混交林 ＜ 农田 ＜ 杨
树林 ，且混交林与杨树林差异显
著 。 小叶锦鸡儿的根系属于轴根
分蘖类型 ，具有很强的穿透力 ，根
系生长过程中松动了土壤 ，使土
壤容重降低 ，土壤总孔隙度提高 ，
固相率下降 ，气相率提高［９］ 。 所
以 ，小叶锦鸡儿人工林的土壤容
重在几种土地利用方式中最低 。
小叶锦鸡儿和杨树的混交林由于
是小叶锦鸡儿根系的作用 ，其容
重值比较低 ，与杨树林的土壤容
表 2 　 不同土地利用方式对土壤容重的影响 倡
Tab ．２ 　 Effects of land use types on soil bulk density
土地利用类型
Land use t ype
采样深度／cm
Sampling depth
容重／g／cm ３
Bulk density
液相 ／ ％
Liquid percent
气相 ／ ％
Gas percent
固相／ ％
Solid percent
撂荒地 ０ ～ ２０ １ ．５１a １６ ．２a ２２ ．３７d ６１ ．４３ a
２０ ～ ４０ １ ．５２a １５ ．０a ２３ ．２６c ６１ ．７４ a
农 　 田 ０ ～ ２０ １ ．３３b c １３ ．５b ３５ ．８２b ５０ ．７３ c
２０ ～ ４０ １ ．２７c １２ ．６b ３８ ．３０a ４９ ．１０ c
小叶锦鸡儿人工林 ０ ～ ２０ １ ．１６d １１ ．７d ３９ ．９１a ４８ ．３９ c
２０ ～ ４０ １ ．３０b c ９ ．９c ３７ ．２７a ５２ ．８３ bc
混交林 ０ ～ ２０ １ ．２９c １２ ．４c ３７ ．７６b ４９ ．８９ c
２０ ～ ４０ １ ．３８b １０ ．３c ３５ ．１３a ５５ ．５７ b
杨树林 ０ ～ ２０ １ ．３７b １３ ．１b ３１ ．９５c ５４ ．９５ b
２０ ～ ４０ １ ．４９a １１ ．５b c ２９ ．１２b ６０ ．４８ ab
　 　 倡 表中同列数据后字母相同表示无显著差异 （ P ＜ ０ ．０５） ，下同 。
重差异显著 。 撂荒地是由于受人和牲畜踩踏 ，所以容重值较高 。
2畅3 　 不同土地利用方式对土壤酶活性的影响
土壤酶是表征土壤肥力的重要指标 ，与土壤的环境条件有密切关系［１０］ 。 各种土壤酶中过氧化氢酶能促
进土壤中的过氧化氢对各种化合物的氧化 ，又能消除由于过氧化氢积累对土壤的毒害作用 ，其活性与微生
物数量和活性有关 ，也与土壤有机质含量 、植物根系等有关［１１］ 。 磷酸酶能促进土壤中有机磷化合物的水解 ，
磷酸酶活性很大程度上取决于土壤中腐殖质含量 、有效磷含量以及能分解有机磷化合物的微生物数量
等［１２ ，１３］ 。 由表 ３ 可以看出过氧化氢酶和碱性磷酸酶活性的变化趋势是上层明显高于下层 。 其原因是表层
土壤能较好地与大气进行物质与能量交换 ，进入土壤的有机质最先聚集于表层 ，养分条件好 ，土壤微生物活
动旺盛 ，酶活性高［１０］ 。表层土壤（０ ～ ２０cm）的碱性磷酸酶活性在不同土地利用类型之间的变化趋势为 ：
表 3 　不同土地利用方式对土壤酶活性的影响 倡
Tab ．３ 　 Effects of land use types on soil enzyme activit y
土地利用类型
Land use t ype
过氧化氢酶 ／mL（０ ．１N KMnO ４）·
（１００g） － １·d － １３７ ℃
Catalase
碱性磷酸酶 ／mg（phenol）·
（１００g） － １·d － １３７ ℃
Aalkaline phosphat ase
土壤深度／cm Soil depth
０ ～ ２０ ２０ ～ ４０ ０ ～ ２０ ２０ ～ ４０
撂荒地 ２２２ ．１ b １４３ ．５c １２１４ ．８b c ９１８ ．３ b
农 　 田 ２８８ ．４ a ２０３ ．２ b １１８５ ．１ c ９１９ ．６ b
小叶锦鸡儿人工林 ２６７ ．３ a ２１４ ．３ b １４５８ ．４ a ９０２ ．６ c
混交林 ２７７ ．０ a ２５５ ．２a １２５０ ．２ b ９４８ ．５ a
杨树林 ２７０ ．５ a ２４２ ．９a １２２７ ．３ b ９２４ ．７ b
小叶锦鸡儿人工林 ＞ 混交林 ＞ 杨树林 ＞
撂荒地 ＞ 农田 。 小叶锦鸡儿人工林的土
壤磷酸酶活性最大 ，与其他几种土地利
用方式差异显著 。 农田与撂荒地的土壤
碱性磷酸酶活性没有显著差异 。 小叶锦
鸡儿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 ，土壤物理性
状的改善和有机质含量的提高诱发了土
壤微生物的多样性和数量的增加 ，土壤
酶活性增强［９］ 。 故小叶锦鸡儿人工林和
混交林的碱性磷酸酶活性都比较高 。表
层土壤（０ ～ ２０cm）的过氧化氢酶活性在农田 、小叶锦鸡儿人工林 、杨树林和混交林之间差异不显著 ，但是撂
荒地的过氧化氢酶活性最低 。 小叶锦鸡儿人工林和混交林有机质含量高 ，提高了微生物的多样性和数量 ，
酶活性增强 。 故小叶锦鸡儿人工林和混交林的过氧化氢酶活性高于撂荒地 。
3 　 讨 　 论
地表植被覆盖度越大 ，土壤表层获取的光和热越少 ，进而增加有机质的积累［１４］ 。 随着有机质的逐步矿
化 ，N 素逐步释放出来 ，土壤全 N 量提高［１５］ 。 混交林和小叶锦鸡儿人工林 ，土壤表层有大量的枯枝落叶 ，腐
殖化作用明显 ，表层土壤有机质含量较高 ，随着有机质的逐步矿化及小叶锦鸡儿的固氮作用 ，使表层土壤全
N 含量也较高 。 混交林和小叶锦鸡儿人工林的土壤培肥作用高于杨树纯林 。 农田土壤表层有机质和全 N
含量最低 ，主要是由于粗放的耕作措施和作物对 N 素的吸收同化作用 。 而撂荒地有机质和全 N 含量比农田
第 ４期 王 　 莉等 ：黄土高原丘陵区不同土地利用方式对土壤理化性质的影响 ５５　
高 ，在一定程度上可以恢复土壤肥力 。 巩杰等对黄土丘陵小流域植被恢复对土壤有机质的影响进行了研究
表明 ，灌木林地土壤有机质含量大于乔木林地 ，人工灌木林对土壤的培肥作用高于乔木林地 ，农地弃耕也有
很好的土壤培肥作用［１６］ 。 李新宇等对怀来盆地不同土地利用方式下的土壤质量的研究认为 ，林地和灌木林
地与草地相比 ，土壤质量得到一定的恢复 ，由于不合理的耕作措施和管理方法 ，农田土壤发生了较严重退
化［１７］ 。 巩杰等对黄土丘陵沟壑区土地利用方式对土壤性状影响的研究认为 ，林地和灌木林地土壤有机质含
量最高 ，农地最低 ，撂荒可在一定程度上恢复土壤肥力［４］ 。 以上结论都与本文研究结果一致 。
由于小叶锦鸡儿生物量大 ，养分吸收量高 ，对速效养分的吸收同化作用非常明显［９］ ，所以小叶锦鸡儿人
工林的土壤有效磷和速效钾的含量都比较低 。 林地土壤固磷作用明显 ，所以杨树林和混交林的土壤有效磷
含量也比较低 。 邱扬等对黄土高原小流域土地利用类型间土壤养分差异的研究认为 ，几种土地利用类型
中 ，灌木林地土壤有效磷含量最低 ，林地土壤虽然全 P含量比较高 ，但是林地固磷作用明显 ，有效磷含量比
较低［１５］ 。 这与本文研究结果一致 。
小叶锦鸡儿的根系极其发达 ，对土壤具有明显的疏松作用 ，使土壤容重下降 。 在几种土地利用方式中 ，
小叶锦鸡儿人工林土壤容重最低 ，农田和撂荒地的土壤容重相对较高 。 郭旭东等对低山丘陵区不同土地利
用方式下土壤性状的研究认为 ，耕种显著增加了土壤容重 ，并降低了大部分土壤养分［１８］ 。 李新宇等对怀来
盆地不同土地利用方式下的土壤质量的研究认为 ，灌丛林地土壤容重较低 ，农田由于土壤原有结构被破坏 ，
土壤易于侵蚀 ，土壤容重增加［１７］ 。 这些结论与本文研究结果一致 。
不同土地利用类型土壤碱性磷酸酶活性的变化趋势是 ：小叶锦鸡儿人工林 ＞ 混交林 ＞ 杨树林 ＞ 撂荒
地 ＞ 农田 。 这是由于小叶锦鸡儿根系的作用以及枯枝落叶的分解和矿化 ，使土壤有机质含量提高 ，土壤物
理性状的改善和有机质含量的提高诱发了土壤微生物多样性和数量的增加 ，土壤酶活性增强［９］ 。 安韶山等
对宁南宽谷丘陵区植被恢复中土壤酶活性的研究发现 ，天然草地和灌木林地土壤脲酶 、蔗糖酶和碱性磷酸
酶活性较高 ，人工草地 、农地和果园的酶活性较低［１９］ 。 这与本文结果一致 。 过氧化氢酶活性在农田 、小叶锦
鸡儿人工林和混交林之间变化不明显 ，但撂荒地的土壤过氧化氢酶活性显著偏低 。
参 　 考 　 文 　 献
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５６　 中 国 生 态 农 业 学 报 第 １５ 卷