华北平原人工林地土壤质量评价及障碍因子分析

田鹏莹; 孙慧娟; 薛婧雯; 刘梦瑶; 李建菲; 范国强; 张志华

doi:10.13961/j.cnki.stbctb.2025.04.001

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华北平原人工林地土壤质量评价及障碍因子分析

试验研究

- 华北平原人工林地土壤质量评价及障碍因子分析
- Soil quality assessment and constraining factor analysis in plantation forests of north China Plain
- 水土保持通报 2025年45卷第4期页码：124-133
- 作者机构：
  
  河南农业大学林学院，河南郑州 450002
- 作者简介：
  
  田鹏莹（2001—），女（汉族），河南省新乡市人，硕士研究生，研究方向为土壤水文学。Email：tpy3263@163.com。
  张志华（1984—），女（汉族），山东省菏泽市人，博士，副教授，主要从事土壤水文学研究。Email：zhangzh@henau.edu.cn。
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金项目“砾石对华北土石山区坡面水分运移的影响”(41807174);河南省高等学校重点科研项目(24A220004);河南省科技攻关项目(232103810014)
- DOI：10.13961/j.cnki.stbctb.2025.04.001
  中图分类号： S714.5
- CSTR：32312.14.stbctb. 2025.04.001.
- 收稿：2025-02-20，
  
  修回：2025-03-18，
  
  纸质出版：2025-08-20
- 稿件说明：
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田鹏莹, 孙慧娟, 薛婧雯，等.华北平原人工林地土壤质量评价及障碍因子分析[J].水土保持通报,2025,45(4):124-133.

Tian Pengying, Sun Huijuan, Xue Jingwen, et al. Soil quality assessment and constraining factor analysis in plantation forests of north China Plain [J]. Bulletin of Soil and Water Conservation,2025,45(4):124-133.
田鹏莹, 孙慧娟, 薛婧雯，等.华北平原人工林地土壤质量评价及障碍因子分析[J].水土保持通报,2025,45(4):124-133. DOI： 10.13961/j.cnki.stbctb.2025.04.001. CSTR： 32312.14.stbctb. 2025.04.001..

Tian Pengying, Sun Huijuan, Xue Jingwen, et al. Soil quality assessment and constraining factor analysis in plantation forests of north China Plain [J]. Bulletin of Soil and Water Conservation,2025,45(4):124-133. DOI： 10.13961/j.cnki.stbctb.2025.04.001. CSTR： 32312.14.stbctb. 2025.04.001..

摘要

目的

定量评价华北平原人工林地的土壤质量，为该地区土壤质量改善及障碍因素诊断提供科学依据和建议。

方法

以不同密度（1 111，833，625，555，416株/hm

）杨树人工林为研究对象，于2024年10月底采集杨树林下0—20 cm土层土壤，对土壤主要理化性质及酶活性进行分析。基于主成分分析（PCA）筛选出最小数据集（MDS），通过土壤质量指数和障碍因素诊断对华北平原人工林土壤质量进行评价。

结果

①基于总数据集的主成分分析，构建了由土壤全碳、蔗糖酶活性、电导率、粉粒和速效磷组成的最小数据集。 ②不同密度杨树人工林的土壤质量指数排序为：416株/hm

（0.55）

555株/hm

（0.51）

625株/hm

（0.49）

1 111株/hm

（0.48）

833株/hm

（0.44）。林分密度显著影响了土壤含水量、pH值、有机碳、全碳和速效养分等。 ③整个研究区土壤质量障碍以中度、轻度障碍为主，土壤有机碳（15%）和土壤含水量（13%）是影响该研究区土壤质量的最大障碍因素。各密度杨树人工林均面临土壤养分和水分限制型障碍。

结论

杨树人工林密度为416株/hm

时土壤质量最佳，华北平原各杨树人工林均面临土壤养分不足，缺水的情况，该地区应制定科学的施肥灌溉管理措施，同时在人工林生产实践中确定适宜的造林密度，以实现土壤可持续利用。

Abstract

Objective

Soil quality of plantation forests in the north China Plain was quantitatively evaluated， in order to provide a scientific basis and references for the related soil quality improvement and limiting factor diagnosis in the region.

Methods

Populus

spp

plantations with different densities （i.e.， 1 111， 833， 625， 555， and 416 trees/hm

） were taken as cases. Soil samples were collected from the 0—20 cm depth layer of the soil in poplar forests in late October， 2024. The main physicochemical soil properties and related enzymatic activities were analyzed. The minimum dataset was selected based on principal component analysis. Soil quality was evaluated using the soil quality index and limiting factor diagnosis.

Results

① Based on the principal component analysis of the total dataset， a minimum dataset was established， consisting of soil total carbon， sucrase activity， electrical conductivity， silt content and available phosphorus. ② The soil quality indices of poplar plantations with different densities were ranked as follows （trees/hm

， followed by values in brackets）： 416 （0.55）

555 （0.51）

625 （0.49）

1 111 （0.48）

833 （0.44）. Stand density significantly affected the soil water content， pH value， organic carbon， total carbon and available nutrient values. ③ Soil quality limitation

s in the study area were primarily moderate and mild. Soil organic carbon （15%） and water contents （13%） were the most significant soil quality-affecting limiting factors. All poplar plantations faced limitations related to soil nutrient and water availabilities.

Conclusion

Soil quality was optimal in poplar plantations at a density of 416 trees/ hm

. All poplar plantations in the north China Plain face challenges of insufficient soil nutrients and water scarcity. Therefore， developing scientific fertilization and irrigation management practices and determining appropriate afforestation densities in plantation practices would be essential to achieve sustainable soil utilization.

关键词

Keywords

references

Doran J W ， Parkin T B . Defining soil quality for a sustainable environment ［M］. New York City ： 1994 ： 1 - 21 .

赵其国，孙波，张桃林 . 土壤质量与持续环境：Ⅰ.土壤质量的定义及评价方法［J］. 土壤， 1997 ， 29 （ 3 ）： 113 - 120 .

Zhao Qiguo ， Sun Bo ， Zhang Taolin . Soil quality and sustainable environment： Ⅰ. Definition and evaluation method of soil quality ［J］. Soils ， 1997 ， 29 （ 3 ）： 113 - 120 .

Askari M S ， Holden N M . Indices for quantitative evaluation of soil quality under grassland management ［J］. Geoderma ， 2014 ， 230 ： 131 - 142 .

Yu Pujia ， Liu Shiwei ， Zhang Liang ， et al . Selecting the minimum data set and quantitative soil quality indexing of alkaline soils under different land uses in northeastern China ［J］. Science of The Total Environment ， 2018 ， 616 ： 564 - 571 .

Deng Yanlin ， Wang Zhongcheng ， Lu Sheng ， et al . Soil quality assessment via the factor analysis of karst rocky desertification areas in Hunan， China ［J］. Soil Use and Management ， 2022 ， 38 （ 1 ）： 248 - 261 .

张俊华，黄华雨，丁启东，等 . 河套平原盐碱化耕地土壤质量评价与障碍因素诊断［J］. 环境科学， 2025 ， 50 （ 1 ）： 1 - 17 .

Zhang Junhua ， Huang Huayu ， Ding Qidong ， et al . Soil quality evaluation and obstacle factor diagnosis of salinized cultivated land in the Hetao Plain ［J］. Environmental Science ， 2025 ， 50 （ 1 ）： 1 - 17 .

江娜，史东梅，曾小英，等 . 土壤侵蚀对紫色土坡耕地耕层障碍因素的影响［J］. 土壤学报， 2022 ， 59 （ 1 ）： 105 - 117 .

Jiang Na ， Shi Dongmei ， Zeng Xiaoying ， et al . Influence of soil erosion on the obstacle factors of cultivated layer in purple sloping farmland ［J］. Acta Pedologica Sinica ， 2022 ， 59 （ 1 ）： 105 - 117 .

国家林业局森林资源管理司 . 中国森林资源第七次清查结果及其分析［J］. 林业经济， 2010 ， 32 （ 2 ）： 66 - 72 .

Department of Forest Resources Management， SFA . China’s forest resources status and dynamic change： Based on analysis of the seventh national forest resource inventory results ［J］. Forestry Economics ， 2010 ， 32 （ 2 ）： 66 - 72 .

Yu Pujia ， Han Dongliang ， Liu Shiwei ， et al . Soil quality assessment under different land uses in an alpine grassland ［J］. Catena ， 2018 ， 171 ： 280 - 287 .

Cambardella C A ， Moorman T B ， Andrews S S ， et al . Watershed-scale assessment of soil quality in the loess hills of southwest Iowa ［J］. Soil and Tillage Research ， 2004 ， 78 （ 2 ）： 237 - 247 .

喻阳华，王璐，钟欣平，等 . 贵州喀斯特山区不同海拔花椒人工林土壤质量评价［J］. 生态学报， 2018 ， 38 （ 21 ）： 7850 - 7858 .

Yu Yanghua ， Wang Lu ， Zhong Xinping ， et al . Evaluation of soil quality of chinese prickly ash artificial orchard at different altitudes in Guizhou karst mountainous area ［J］. Acta Ecologica Sinica ， 2018 ， 38 （ 21 ）： 7850 - 7858 .

刘可意，杨佳，姜淑娜，等 . 基于最小数据集的典型黑土区不同林龄小黑杨土壤质量差异［J］. 生态学报， 2024 ， 44 （ 9 ）： 3623 - 3635 .

Liu Keyi ， Yang Jia ， Jiang Shuna ， et al . Evaluation of differences in soil quality of Populus simonii × P.nigra （ P.Xiaohei ） of different stand ages in typical black soil areas based on a minimum data set ［J］. Acta Ecologica Sinica ， 2024 ， 44 （ 9 ）： 3623 - 3635 .

薛立，邝立刚，陈红跃，等 . 不同林分土壤养分、微生物与酶活性的研究［J］. 土壤学报， 2003 ， 40 （ 2 ）： 280 - 285 .

Xue Li ， Kuang Ligang ， Chen Hongyue ， et al . Soil nutrients， microorganisms and enzyme activities of different stands ［J］. Acta Pedologica Sinica ， 2003 ， 40 （ 2 ）： 280 - 285 .

鲍士旦 . 土壤农化分析［M］. 3版 . 北京：中国农业出版社， 2000 .

Bao Shidan . Soil and agricultural chemistry analysis ［M］. 3rd ed . Beijing ： China Agriculture Press ， 2000 .

关松荫 . 土壤酶及其研究法［M］. 北京：农业出版社， 1986 .

Guan Songyin . Soil enzyme and its research method ［M］. Beijing ： Agriculture Press ， 1986 .

Zhang Zhiyong ， Ai Ning ， Liu Guangquan ， et al . Soil quality evaluation of various microtopography types at different restoration modes in the loess area of northern Shaanxi ［J］. Catena ， 2021 ， 207 ： 105633 .

Raiesi F . A minimum data set and soil quality index to quantify the effect of land use conversion on soil quality and degradation in native rangelands of upland arid and semiarid regions ［J］. Ecological Indicators ， 2017 ， 75 ： 307 - 320 .

Zhang Chao ， Xue Sha ， Liu Guobin ， et al . A comparison of soil qualities of different revegetation types in the Loess Plateau， China ［J］. Plant and Soil ， 2011 ， 347 （ 1 ）： 163 - 178 .

Andrews S S ， Karlen Douglas ， Cambardella C A ， et al . The soil management assessment framework： A quantitative soil quality evaluation method ［J］. Soil Science Society of America Journal ， 2004 ， 68 .

Cui Xufeng ， Cai Ting ， Deng Wei ， et al . Indicators for evaluating high-quality agricultural development： Empirical study from Yangtze River economic belt， China ［J］. Social Indicators Research ， 2022 ， 164 （ 3 ）： 1101 - 1127 .

田英，许喆，王娅丽，等 . 宁夏银川平原沙化土地不同人工林土壤质量评价［J］. 生态学报， 2023 ， 43 （ 4 ）： 1515 - 1525 .

Tian Ying ， Xu Zhe ， Wang Yali ， et al . Soil quality evaluation for different forest plantation of sandy land in Yinchuan Plain， Ningxia ［J］. Acta Ecologica Sinica ， 2023 ， 43 （ 4 ）： 1515 - 1525 .

Qiu Xincai ， Peng Daoli ， Wang Haibin ， et al . Minimum data set for evaluation of stand density effects on soil quality in Larix principis - rupprechtii plantations in north China ［J］. Ecological Indicators ， 2019 ， 103 ： 236 - 247 .

舒韦维，卢立华，李华，等 . 林分密度对杉木人工林林下植被和土壤性质的影响［J］. 生态学报， 2021 ， 41 （ 11 ）： 4521 - 4530 .

Shu Weiwei ， Lu Lihua ， Li Hua ， et al . Effects of stand density on understory vegetation and soil properties of Cunninghamia lanceolata plantation ［J］. Acta Ecologica Sinica ， 2021 ， 41 （ 11 ）： 4521 - 4530 .

杨豆，刘超华，李凤巧，等 . 苏北平原2个密度杨树人工林土壤团聚体及固碳差异［J］. 林业科学， 2024 ， 60 （ 10 ）： 21 - 28 .

Yang Dou ， Liu Chaohua ， Li Fengqiao ， et al . Soil aggregates and carbon sequestration differences between two densities of poplar plantation forests in the north Jiangsu Plain area ［J］. Scientia Silvae Sinicae ， 2024 ， 60 （ 10 ）： 21 - 28 .

刘慧敏，韩海荣，程小琴，等 . 不同密度调控强度对华北落叶松人工林土壤质量的影响［J］. 北京林业大学学报， 2021 ， 43 （ 6 ）： 50 - 59 .

Liu Huimin ， Han Hairong ， Cheng Xiaoqin ， et al . Effects of different density regulation intensities on soil quality in Larix principis-rupprechtii plantation ［J］. Journal of Beijing Forestry University ， 2021 ， 43 （ 6 ）： 50 - 59 .

丁凯，张毓婷，张俊红，等 . 不同密度杉木林对林下植被和土壤微生物群落结构的影响［J］. 植物生态学报， 2021 ， 45 （ 1 ）： 62 - 73 .

Ding Kai ， Zhang Yuting ， Zhang Junhong ， et al . Effects of chinese fir plantations with different densities on understory vegetation and soil microbial community structure ［J］. Chinese Journal of Plant Ecology ， 2021 ， 45 （ 1 ）： 62 - 73 .

刘钰，张艳华，方升佐 . 株行距配置和无性系对杨树人工林碳储量的影响［J］. 森林与环境学报， 2024 ， 44 （ 3 ）： 242 - 249 .

Liu Yu ， Zhang Yanhua ， Fang Shengzuo . Effects of planting spacing configurations and clones on carbon storage in poplar plantations ［J］. Journal of Forest and Environment ， 2024 ， 44 （ 3 ）： 242 - 249 .

陈莉莎，张金池，陆茜，等 . 杨树多代连作对土壤养分特征和生物活性的影响［J］. 南京林业大学学报（自然科学版）， 2014 ， 38 （ 5 ）： 85 - 90 .

Chen Lisha ， Zhang Jinchi ， Lu Qian ， et al . Effects of continuous planting of poplars on soil biological activity and nutrients ［J］. Journal of Nanjing Forestry University （Natural Sciences Edition）， 2014 ， 38 （ 5 ）： 85 - 90 .

王心怡，周聪，冯文瀚，等 . 不同林龄杉木人工林土壤团聚体及其有机碳变化特征［J］. 水土保持学报， 2019 ， 33 （ 5 ）： 126 - 131 .

Wang Xinyi ， Zhou Cong ， Feng Wenhan ， et al . Changes of soil aggregates and its organic carbon in chinese fir plantations with different forest ages ［J］. Journal of Soil and Water Conservation ， 2019 ， 33 （ 5 ）： 126 - 131 .

许婷婷，李红丽，王峰，等 . Ⅰ-107杨树连作对土壤有机碳和全氮的影响［J］. 水土保持学报， 2014 ， 28 （ 5 ）： 182 - 186 .

Xu Tingting ， Li Hongli ， Wang Feng ， et al . Effect of continuous cropping of Ⅰ-107 poplar plantation on soil organic carton and total nitrogen ［J］. Journal of Soil and Water Conservation ， 2014 ， 28 （ 5 ）： 182 - 186 .

梁李欣 . 提质经营措施对杉木和马尾松人工林固碳增汇的影响［D］. 湖南长沙：中南林业科技大学， 2023 .

Liang Lixin . Effects of quality improvement management measures on carbon sequestration in chinese fir and Masson pine plantations ［D］. Changsha， Hunan ： Central South University of Forestry & Technology ， 2023 .

邱璇，赵建宁，李文亚，等 . 不同利用方式对小针茅荒漠草原土壤活性有机碳的影响［J］. 草业学报， 2016 ， 25 （ 9 ）： 1 - 9 .

Qiu Xuan ， Zhao Jianning ， Li Wenya ， et al . Effects of different land-use types on soil active organic carbon in the Stipa klemenaii desert steppe of Inner Mongolia ［J］. Acta Prataculturae Sinica ， 2016 ， 25 （ 9 ）： 1 - 9 .

刘满强，胡锋，陈小云 . 土壤有机碳稳定机制研究进展［J］. 生态学报， 2007 ， 27 （ 6 ）： 2642 - 2650 .

Liu Manqiang ， Hu Feng ， Chen Xiaoyun . A review on mechanisms of soil organic carbon stabilization ［J］. Acta Ecologica Sinica ， 2007 ， 27 （ 6 ）： 2642 - 2650 .

王清奎，汪思龙，冯宗炜，等 . 土壤活性有机质及其与土壤质量的关系［J］. 生态学报， 2005 ， 25 （ 3 ）： 513 - 519 .

Wang Qingkui ， Wang Silong ， Feng Zongwei ， et al . Active soil organic matter and its relationship with soil quality ［J］. Acta Ecologica Sinica ， 2005 ， 25 （ 3 ）： 513 - 519 .

莫康乐，陈立欣，周洁，等 . 永定河沿河沙地杨树人工林蒸腾耗水特征及其环境响应［J］. 生态学报， 2014 ， 34 （ 20 ）： 5812 - 5822 .

Mo Kangle ， Chen Lixin ， Zhou Jie ， et al . Transpiration responses of a poplar plantation to the environmental conditions on a floodplain in northern China ［J］. Acta Ecologica Sinica ， 2014 ， 34 （ 20 ）： 5812 - 5822 .

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