典型栗钙土区是生态环境脆弱的代表性地区,该区域自然环境特征明显,降雨少,蒸发强,土壤中的碳酸钙在部分土层中大量富集,形成紧密的灰白色钙积层。受自然因素和人为干扰的双重影响,栗钙土区生态环境退化严重。近年来,为改善生态环境,工程造林在该区域相继开展,但成效不足预期。为深入探究典型栗钙土区工程造林限制性因素,提高林业生态建设成效,本研究首次以深挖整地去除钙积层的栗钙土造林地土壤为研究对象,提出钙积次生化并进行验证。在内蒙古乌兰察布兴和县进行选点取样调查,探究了栗钙土造林地土壤中钙积次生化过程与垂直分布特征。在此研究基础上,系统分析了钙积次生化过程中土壤理化性质与水分运移特征的演变规律,并建立相关数学模型,阐明了钙积次生化对栗钙土造林地土壤环境的负面影响机制。依据碳酸钙沉积的过程与原理,本研究以抑制钙积次生化为出发点,从多角度选用造林技术,开展多重复大田试验,其中将一种林业新材料——酵母提取物试用于栗钙土造林研究中。试验后,通过分析各项造林技术对栗钙土造林地土壤中碳酸钙沉积、土壤理化性质和水分运移的影响,并比较造林苗木对各项造林技术的响应,探究能有效抑制钙积次生化,提高典型栗钙土区林业生态建设成效的造林技术措施。主要研究结论如下:(1)在少降雨强蒸发的气候条件下,深挖整地去除钙积层后的栗钙土造林地土壤中,碳酸钙在约20 cm深度以下再次沉积,栗钙土造林地土壤钙积次生化现象得到证实。其中,20-40 cm是钙积次生化的主要层次,1-10年林龄间该层土壤碳酸钙含量平均由192.25 mg/g增加到289.87 mg/g。形成钙积层的厚度随着造林时间的增长平均由8.5 cm增加至35.7 cm,沉积过程在垂直维度上呈由浅至深积累的演变规律(从约20厘米延伸到约60厘米)。在碳酸钙沉积量和垂直分布位置上,栗钙土造林地土壤钙积次生化表现出向相邻自然栗钙土趋近的特点。(2)钙积次生化过程中,20-60 cm深度间的栗钙土造林地土壤理化性质表现为孔隙度和含水率下降、有机质及总氮、总磷含量降低,而pH和容重增大。由于碳酸钙沉积过程中,土壤毛管孔隙中随水分运移的Ca(HCO3)2转变为CaCO3沉积,导致造林地土壤物理结构破坏,养分运移受阻。线性回归的结果显示造林地土壤碳酸钙含量与其理化性质之间有显著的负相关性。(3)造林地土壤中钙积次生化,使相应土层的水力传导度降低,水分入渗过程受到钙积层的阻碍,更多的土壤水分积蓄在表层中极易蒸发和散失,持水能力因此而降低。试验中水分运移特征的观测结果可与Kostiakov幂函数模型高度拟合,本研究据此进一步量化分析了栗钙土造林地土壤水分运移特征(湿润峰位移、累积入渗量、入渗率、持水变化量)与钙积次生化的模型关系。(4)钙积次生化对造林地土壤理化性质与水分的运移特征具有显著的负面影响,这是导致造林低效的重要原因。因此,抑制钙积次生化是提高林业生态建设成效的关键点。各项造林技术的试验结果表明:栗钙土造林地土壤碳酸钙沉积量与理化性质对添加30 g保水剂、覆盖秸秆毯与单向渗水膜有显著的响应。而渗灌补水和集水坡面处理对栗钙土造林地土壤碳酸钙沉积与理化性质没有显著影响。由于极性氨基酸与Ca2+的矿化反应,根施酵母提取物对20-60 cm深度间造林地土壤碳酸钙沉积的抑制作用不显著。但因其充足的养分含量,栗钙土造林地土壤理化性质在根施20 g、30 g、和40 g酵母提取物后有显著的改善。(5)栗钙土造林地土壤水分运移特征对造林技术的响应结果为,保水剂的施用减缓了入渗过程,用量越大入渗越缓慢,但入渗总量和持水能力随用量的增加而增大。四种覆盖保墒材料对土壤入渗形成阻碍,其中,秸秆毯覆盖后土壤的入渗过程相对最快,地膜覆盖后入渗过程最慢,单向渗水膜的微孔结构可使水分通过并缓慢入渗。造林地土壤的持水能力在覆盖单向渗水膜后最好,秸秆毯因具有遮光性也可有效抑制土壤水分蒸发。酵母提取物中富含的有机物等增加了土壤团聚体含量,从而改善了土壤孔隙结构,随着根施用量的增加,土壤入渗与持水能力均逐渐提高。(6)施用30 g保水剂、覆盖秸秆毯、单向渗水膜及根施酵母提取物均显著提高了 樟子松(Pinus sylvestnis varmongolica Litv.)、油松(Pinus tabulaeformis Carr.)、山杏(Armeniaca sibirica(L.)Lam)和山桃(Amygdalus davidiana(Carriere)de Vos ex Henry)四种研究区常用造林苗木的保存率、生长量、苗木的根系发育特征以及叶水分特征。叶喷酵母提取物使四种苗木的生长和叶水分特征有明显改善,对1.5%和2%两个浓度水平中有较好的响应。酵母提取物富含生长激素和细胞分裂素,且能有效地帮助幼苗形成叶绿素,因而在出新叶后喷施,苗木生长量有更显著的提高,容器苗在萌出新叶后喷施叶水分特征更好,而裸根苗适宜在生长旺盛期喷施。综上所述,深挖整地后,栗钙土造林地土壤中会出现钙积次生化现象,进而影响土壤理化性质与水分运移特征,这是导致栗钙土区林业生态工程低效的主要原因;本研究以抑制碳酸钙沉积为出发点,基于各项造林技术试用结果,提出施用30 g保水剂、覆盖秸秆毯或单向渗水膜、根施40 g和在适宜时间叶喷2%浓度酵母提取物可以在一定程度上抑制造林地土壤钙积次生化,改善土壤理化性质与水分环境,促进造林苗木生长。本研究结果可为典型栗钙土区的林业生态建设工程提供参考和依据。