松花壩水源林林分土壤理化特性研究

胡建芳，裴宗陽，陳建中，張紅

（1．山西運(yùn)城農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 運(yùn)城044000；2．山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 林學(xué)院，山西 太谷030801）

松華壩水庫位于昆明市北郊，屬金沙江流域的盤龍江上游，為昆明市工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生活的重要水源，1981年建立省級自然保護(hù)區(qū)。從1982年至今，松花壩水源區(qū)實(shí)施退耕還林3253．33hm2，通過實(shí)施飛播造林、人工造林和退耕還林，累計(jì)完成植樹造林17 333．33hm2。水源區(qū)森林覆蓋率由建立初期的27．03%提高到目前的62．97%［1］。面對如此巨大的水源涵養(yǎng)林的人工營造，如何才能發(fā)揮與自然水源涵養(yǎng)林相類似的功能，研究近30年?duì)I造的不同類型人工林的水源涵養(yǎng)性能的優(yōu)劣，將為今后的水源涵養(yǎng)人工營造提供寶貴的經(jīng)驗(yàn)。但是現(xiàn)有對松花壩的研究，主要集中在松花壩水源保護(hù)區(qū)的土地利用變化、水質(zhì)變化等的研究，如劉新有等［2］基于RS技術(shù)對松花壩水源區(qū)多年的土地利用進(jìn)行的分析和張?jiān)输h等［3］對松花壩水源區(qū)的土地利用時(shí)空變化的分析，以及劉波［4］分析研究了松花壩水庫底泥疏浚對其水質(zhì)影響。研究松花壩水源涵養(yǎng)林分本身的較少，如師靜等［5］對昆明地區(qū)松華壩水庫庫區(qū)天然云南松林隙更新情況所作的調(diào)查。真正涉及松花壩水源涵養(yǎng)林不同林分對土壤理化特性影響的就更少。

現(xiàn)有的關(guān)于水源涵養(yǎng)林的研究，多只是就水源涵養(yǎng)的某一方面作深入介紹。如常宗強(qiáng)［6］等通過對祁連山水源涵養(yǎng)林凋落物及其分解過程以及蓄積量隨時(shí)間變化的分析，研究了枯枝落葉層的持水、截留作用和蓄水保土效益。石青等［7］基于3S技術(shù)，對小流域水源涵養(yǎng)林林木耗水進(jìn)行了量化分析。黨宏忠等［8］通過對祁連山水源涵養(yǎng)林區(qū)的苔蘚－青海云杉林、亞高山灌叢、灌木－青海云杉林、中低山罐木林和祁連圓柏以及牧草地等6種植被土壤水分物理性質(zhì)的測定與計(jì)算，比較分析了不同植被的水源涵養(yǎng)能力，建立了主要土壤類型的入滲模型、土壤水分消退方程，評價(jià)了不同植被土壤層水文特征及其與植被間的關(guān)系。張光燦等［9］為探索華北落葉松水源涵養(yǎng)林的立地適應(yīng)性和密度合理性，對五臺(tái)山華北落葉松水源涵養(yǎng)林密度結(jié)構(gòu)與生長作了動(dòng)態(tài)研究。顏永強(qiáng)等［10］以蓮花湖庫區(qū)紅松水源涵養(yǎng)林為研究對象，運(yùn)用地統(tǒng)計(jì)學(xué)理論與方法擬合入滲模型，對土壤入滲進(jìn)行空間異質(zhì)性分析。

本文為深入研究昆明市松花壩不同人工水源涵養(yǎng)林的優(yōu)劣，對松花壩云南松、華山松和油杉3種林分林下土壤的理化特性，進(jìn)行系統(tǒng)的研究，通過不同林分土壤理化特性的分析，得出松花壩水源涵養(yǎng)人工林是最優(yōu)林分，為今后的西南地區(qū)的人工水源涵養(yǎng)林的營造提供科學(xué)依據(jù)。

1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于昆明市北郊區(qū)，地處102°54′～102°59′E，25°10～25°28′N，最高海拔點(diǎn)是大尖山2842m，最低點(diǎn)是壩腳1917m，庫區(qū)徑流面積293 km2，年平均氣溫15．1℃，年平均日照時(shí)數(shù)為2400 h，無霜期達(dá)230d，年平均降水量1035mm左右。

試驗(yàn)地植被總林地達(dá)59 114．7hm2，植被主要組成有喬木、灌木和草本植物。喬木樹種有：油杉（Keteleeria Carr）、云南松（P．yunnanensis）、華山松（P．a(chǎn)rmandii）、旱冬瓜（Alnus nepalensis）、滇青岡（Cyclobalan opsisglaucoides）等；灌木樹種有：馬桑（Coriaria sinica Maxim）、旬子（Cotoneaster spp）、火棘（Pyracantha fortuneana）等；草本植物有：禾草、厥草、紫莖澤蘭 （Compositae）、苔蘚（Bryophyta）等。

表層土壤為紅壤，呈中性至堿性，山上為紅壤土和少許褐土，質(zhì)地較粗，緩坡，陰坡土層較厚，陡坡、陽坡土層較薄，40cm以下底層土壤多為母質(zhì)。

2 研究方法

2．1 外業(yè)調(diào)查方法

在云南松、華山松、油杉3種針葉林分的試驗(yàn)地，設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)地（30m×30m）15個(gè)，進(jìn)行常規(guī)調(diào)查，記載胸徑、樹高、年齡、郁閉度等（見表1）；在各標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)一條對角線上選擇有代表性的地段挖土壤剖面2個(gè)，在剖面內(nèi)按0～20cm、20～40cm 2個(gè)層次用環(huán)刀和自封袋取土樣供理化分析。

2．2 測試指標(biāo)及方法

（1）土壤物理性質(zhì)

①土壤容重：環(huán)刀法［11］（環(huán)刀容積為 100 cm3）；

②土壤飽和持水量測量：將裝有濕土的環(huán)刀放入平底盆，注入并保持盆中水層高度至環(huán)刀上沿為止，使其失水達(dá)12h；

③土壤總孔隙度：方法同上。

表1 采樣地特性表Table 1 The table of sample to characteristics

（2）土壤化學(xué)性質(zhì)

①pH值采用電位測定法（土壤∶水＝1∶2．5）；

②土壤有機(jī)質(zhì)采用硫酸、重鉻酸鉀氧化－容量法；

③土壤全鉀含量采用氫氧化鈉（NaOH）熔解，火焰光度法；

④土壤全磷含量采用氫氧化鈉（NaOH）消解，鉬銻抗比色法測定法；

⑤土壤水解氮含量采用堿解擴(kuò)散法；

⑥土壤速效磷含量采用0．05mol·L－1鹽酸－0．025mol·L－1硫酸的雙酸浸提，鉬銻抗比色法測定；

⑦土壤速效鉀含量采用1mol·L－1中性CH3COONH4浸提，火焰光度法測定［11］。

2．3 數(shù)據(jù)分析方法

（1）本研究調(diào)查了15塊樣地，3種林分類型，其中編號1、12、14、15的樣地屬于云南松，編號3、5、7、11、13屬于華山松，編號2、4、6、8、9、10為油杉。不同林分類型的理化指標(biāo)數(shù)據(jù)由該林分樣地的平均值而來。

（2）通過對pH、有機(jī)質(zhì)、全N、全P、全K、水解性N、速效P、速效K等8項(xiàng)土壤化學(xué)性質(zhì)指標(biāo)之間的相關(guān)分析，由此說明8項(xiàng)土壤化學(xué)性質(zhì)指標(biāo)間的相關(guān)關(guān)系，為進(jìn)一步改善松花壩水源涵養(yǎng)林土壤特性提供依據(jù)。

（3）不同組分油杉林分的養(yǎng)分由同組分油杉養(yǎng)分求平均值得到。

3 結(jié)果與分析

3．1 物理性質(zhì)比較

反映土壤蓄水、保水性質(zhì)的物理指標(biāo)主要有土壤容重、土壤孔隙度及土壤含水量。不同林分類型的物理性質(zhì)見表2。

由表2得出，除云南松和華山松林分的土壤容重差異不顯著外，不同林分類型的物理指標(biāo)均差異顯著。就土壤容重而言，云南松和華山松無顯著差異，二者的容重均顯著大于油杉；總孔隙度和飽和持水量的顯著差異一致，油杉顯著大于華山松，華山松顯著大于云南松，大小依次為：油杉＞華山松＞云南松。容重是土壤的一個(gè)主要性質(zhì)，它的大小影響著植物的生長，在同等條件下，土壤容重越小，孔隙度越大，土壤的含水量越大，土壤形成團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的可能性越大。而土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)具有保水通氣的效果。油杉的土壤容重顯著小于云南松和華山松，而總孔隙度和飽和持水量又顯著大于其余二者。綜合比較土壤容重、總孔隙度和土壤水分，得出：在這三種針葉林中，油杉的土壤物理性質(zhì)最好，華山松次之，云南松最差。

表2 不同林分類型的物理性質(zhì)比較Table 2 Comparison of physical property of different standtype

3．2 化學(xué)特性比較

土壤溶液的pH值是土壤重要的基本性質(zhì)，也是影響肥力的主要因素之一。通過對不同林分pH值（圖1）的測定，可知：云南松和華山松的土壤pH＜5．0屬強(qiáng)酸性土壤，油杉的土壤pH值在5．0～6．5的范圍內(nèi)屬酸性土。在上下土層中，三種針葉林的pH值大小順序均為：油杉＞華山松＞云南松。這也從側(cè)面說明，這三種針葉林都會(huì)使土壤酸性增強(qiáng)，云南松尤甚。就土壤pH值隨著土壤深度增加的變化，云南松和油杉土壤pH值均隨著土壤深度增加而增大，而華山松與此相反。

圖1 不同林分類型不同土層pH值比較Fig．1 pH values of different standtypes and different layers

對于3種針葉林來說，有機(jī)質(zhì)含量（圖2）大小順序依次是：油杉＞華山松＞云南松。就不同土層有機(jī)質(zhì)含量而言，0～20cm＞20～40cm，即土層越深，有機(jī)質(zhì)含量越少。其原因是枯落物分解產(chǎn)生的腐殖質(zhì)，首先對其鄰近土壤產(chǎn)生改良作用，土層越深，距離枯落物層越遠(yuǎn)，隨水分流動(dòng)、生物活動(dòng)和地質(zhì)作用等因素而被改良的程度就大大降低。

圖2 不同林分類型不同土層有機(jī)質(zhì)比較Fig．2 Organic matter of different standtypes and different layers

比較不同林分類型的養(yǎng)分含量（圖3），得出：N、P、K總量與N、P、K速效含量在3種林分類型中變化不一致，即不具有相關(guān)性。就全N含量看，從高到低的排列次序?yàn)椋河蜕迹救A山松＞云南松；而就全P含量看，從高到低的排列次序卻為：華山松＞云南松＞油杉；就全K含量看，從高到低的排列次序?yàn)椋喝A山松＞油杉＞ 云南松，但是，除水解性N，油杉略低于華山松，油杉的P、K速效含量卻顯著高于云南松和華山松（就水解性N含量看，從高到低的排列次序?yàn)椋喝A山松＞油杉＞云南松；速效P含量從高到低的次序?yàn)椋河蜕迹驹颇纤桑救A山松；就速效K含量看，從高到低的排列次序?yàn)椋河蜕迹救A山松＞云南松）。

由于有效N、P、K是近期可被植物吸收利用的部分，這部分的高低可反映土壤供應(yīng)林木需要的真實(shí)水平。三種針葉林類型中，綜合養(yǎng)分含量最高的是油衫，其次是華山松，最后是云南松。

3種林分類型的土壤化學(xué)性質(zhì)8項(xiàng)指標(biāo)的相關(guān)性分析表明：pH值與各種營養(yǎng)物質(zhì)含量呈較好的正相關(guān)（全P除外，其與pH呈負(fù)相關(guān)），尤其是速效P、速效K與pH呈極顯著正相關(guān)。這是因?yàn)閜H直接影響土壤中養(yǎng)分存在的狀態(tài)、轉(zhuǎn)化和有效性，林木生長所必需的營養(yǎng)元素的有效性與土壤pH值密切相關(guān)，絕大多數(shù)植物所需要的營養(yǎng)元素的有效性在土壤pH值為6～7時(shí)最高，土壤過酸或過堿都將降低某些營養(yǎng)元素的有效性［12］。有機(jī)質(zhì)與全N、全K和水解性N也呈顯著的正相關(guān)性，這是因?yàn)橥寥乐?9%以上的氮素是以腐殖質(zhì)的形式存在的［13］，而這些腐殖質(zhì)多是樹葉或草本枯落物，富含N和K。而且N、P、K的速效養(yǎng)分含量與相應(yīng)的總量均不具有較好的相關(guān)性。

圖3 不同林分類型不同養(yǎng)分含量的比較Fig．3 Comparison of nutrient content of different standtype

表3 土壤化學(xué)性質(zhì)8項(xiàng)指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)Table 3 Related coefficient of 8indexes of soil chemistry properties

3．3 油杉林分的比較

通過上述云南松、華山松和油杉的土壤理化特性的比較，可知油杉林分的土壤理化特性最優(yōu)，說明其水源涵養(yǎng)功能在3種林分中最優(yōu)。

對不同組分的油杉林分進(jìn)一步比較（表4），得出：油杉組分的比例不論過高（即油杉純林）還是過低（即云南松或華山松純林），土壤養(yǎng)分都較低，但前者比后者土壤養(yǎng)分有效性高；油杉混交林的土壤養(yǎng)分較好，通過對6油2華2云林分和6（5）油4（5）華林分的比較，可知后者土壤養(yǎng)分較高。進(jìn)一步說明：油杉林分好于云南松和華山松林分；油杉混交林結(jié)構(gòu)最好的是油杉和華山松的混交林，且混交比例接近1∶1。

表4 不同組分油杉林分的養(yǎng)分比較Table 4 Comparison of soil nutrients in the different proportion of Keteleeria mixed forest

4 結(jié)論與討論

（1）油杉的土壤容重顯著小于云南松和華山松，而總孔隙度和飽和持水量又顯著大于其余二者。

（2）三種針葉林的pH值、有機(jī)質(zhì)大小順序均為：油杉＞華山松＞云南松。總體上看，N、P、K的速效含量也是上述的大小關(guān)系。pH值與各種營養(yǎng)物質(zhì)含量呈較好的正相關(guān)。在紅壤環(huán)境下，土壤偏酸性，pH值越高，越有利于植物對其他養(yǎng)分的固結(jié)作用。而油杉林分可以弱化造林地土壤偏酸性的問題，改善土壤養(yǎng)分條件。

（3）N、P、K總量與 N、P、K速效含量在3種林分類型中變化不一致，即不具有相關(guān)性。

綜合云南松、華山松和油杉三種針葉林分的土壤物理性質(zhì)、化學(xué)特性和土壤養(yǎng)分的分析，我們得出：林分最優(yōu)的是油杉，其次是華山松，最差的是云南松。通過混交林和純林的土壤結(jié)構(gòu)分析得出：混交林優(yōu)于純林，而且混交林結(jié)構(gòu)的優(yōu)劣順序?yàn)橛蜕迹救A山松＞云南松。

而油杉混交林結(jié)構(gòu)最好的是油杉和華山松的混交林，且混交比例接近1∶1。

因此，我們應(yīng)采取積極的措施，逐步改造純林，尤其是云南松純林和華山松純林，使林分結(jié)構(gòu)更加優(yōu)化，以充分發(fā)揮松花壩水源林的生態(tài)效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益等三大效益。

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