海南濱海臺地典型森林土壤物理性質及水源涵養(yǎng)分析

王小燕++陳毅青++薛楊++林之盼++宿少鋒++林日武++薛雁文

摘 要 針對海南濱海臺地木麻黃林、桉樹林、大葉相思林、椰子林、次生林5種典型森林的土壤容重、孔隙度及凋落物持水性能進行了研究。結果表明：5種林分的土壤毛管孔隙度、非毛管孔隙度和總孔隙度上層大于下層，土壤容重為上層小于下層；大葉相思林、木麻黃林的土壤容重較小，土壤疏松，孔隙大，凋落物的儲量較大，持水性能好，適宜作為濱海臺地的水源涵養(yǎng)林。

關鍵詞 森林土壤 ；土壤物理性質 ；凋落物 ；水源涵養(yǎng)

中圖分類號 S718.5 文獻標識碼 A Doi：10.12008/j.issn.1009-2196.2017.02.002

Soil Physical Properties and Water Conservation Function of

Typical Forests in the Coastal Terraces in Hainan

WANG Xiaoyan CHEN Yiqing XUE Yang

LIN Zhipan SU Shaofeng LIN Riwu XUE Yanwen

（Hainan Institute of Forestry Science， Haikou， Hainan 571100）

Abstract The soil physical properties and the water holding capacities of litter in the plantations of Casuarina equisetifolia， Eucalyptus spp， Acacia auriculaeformis， and coconut， and secondary forests in the coastal terraces in Hainan were studied. The results showed that the plantations and secondary forests under study had greater soil capillary porosities， non-capillary porosities and total porosities and lower soil densities in the upper soil layer than in the lower soil layer. The A. auriculaeformis and C. equisetifolia plantations were lower in soil density， looser in soil， larger in the soil pores and reserves of litter， and better in water-holding capacity. A. auriculaeformis and C. equisetifolia are therefore suited to be planted in the coastal terraces as water conservation forest.

Keywords forest soil ； soil physical properties； litter ； water conservation function

土壤是森林生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，為林木生長和發(fā)育提供所需的物質基礎，而森林通過枯枝落葉改善土壤結構，增加土壤孔隙，影響著土壤的形成和發(fā)育。在森林土壤質量評價指標中，容重與孔隙度是土壤的基本物理性質，直接影響著土壤蓄水能力與透氣性，并間接影響著土壤肥力和植物生長狀況[1]。濱海臺地是沿海防護林帶的重要分布區(qū)域，也是人口密集區(qū)，由于其特殊的地理區(qū)位而受到生態(tài)學者的廣泛關注[2]。加強濱海臺地森林土壤的研究，對全面了解濱海臺地土壤性狀具有重要意義。海南濱海臺地典型森林類型的土壤化學性質[3]、土壤生物性質[4]已經(jīng)有過報道。本研究以海南濱海臺地5種典型森林類型林下土壤為研究對象，通過野外調查、采樣分析和資料收集，對土壤物理性質和水源涵養(yǎng)性能進行研究，以全面了解海南濱海臺地典型森林類型的土壤特性，為海南濱海臺地森林的可持續(xù)經(jīng)營和改造提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

研究對象是海南省濱海臺地地區(qū)的5種典型森林木麻黃[（Casuarina equisetifolia）、桉樹（Eucalyptus plantation）、大葉相思（Acacia auriculaeformis）、椰子林（Coconut Grove）、次生林（Secondary forest）]林下土壤。地理位置在18°10′ N～20°10′ N，108°37′ E～111°03′ E，屬于熱帶海洋性季風氣候，夏長冬短，年平均氣溫22～27℃，年平均降雨量1 639 mm。全省陸地面積3.39×104 km2，其中山地主要分布在島中部偏南地區(qū)，山地中散布著丘陵性盆地，丘陵主要分布在島內陸和西北、西南部等地區(qū)。在山地丘陵周圍，廣泛分布著寬窄不一的臺地和階地，占全島總面積的49.5%，環(huán)島多為濱海平原，占全島總面積的11.2%。在海南省內抽樣調查，采樣地點覆蓋了文昌、臨高、樂東、萬寧的5種典型森林。林下土壤以砂壤、紅壤、黃壤為主，涵蓋了海南省濱海臺地分布區(qū)的基本林分情況。試驗地基本特征見表1。

1.2 方法

1.2.1 樣地選擇及采樣

依據(jù)海南省濱海臺地分布區(qū)森林面積和自然分布情況，以文昌、臨高、樂東、萬寧4個地區(qū)5種不同典型森林土壤和凋落物為研究對象，采樣日期為2015年11月至12月，共抽取省內20片濱海臺地典型森林進行土壤調查和樣品采集。在每片選定的森林內，選取代表性地段，設置3個面積為20 m×20 m的臨時樣地；對樣地內林木進行每木檢尺，實測林木胸徑、樹高、林下植被等因子；在每個樣地內，在樣地對角線上選擇3個具有代表性的采樣點，在0～20 cm土層和20～40 cm土層分別取環(huán)刀樣品3個，用于測定土壤容重、孔隙狀況和持水狀況。同時，在樣地內設置5個面積為1 m×1 m的小樣方，采集凋落物樣品用于分析持水量。5種森林類型的基本情況如下：

（1）木麻黃純林：林分生長良好，郁閉度為70%～75%，林木胸徑為3.1～25.3 cm，樹高為6.3～22.5 m，林下有勝紅薊（Ageratum conyzoides）、飛機草（Chromolaenaodorata）、夜香牛（Vernoniacinerea）、一點紅（Emilia sonchifolia）、短葉黍（Panicum brevifolium）、葉下珠（Phyllanthusurinaria）等。

（2）大葉相思純林：植被群落發(fā)育良好，郁閉度為75%～80%，林木胸徑為3.4～19.6 cm，樹高為4.6～16.2 m，林下鮮有喬灌木天然更新，有大量草本植物出現(xiàn)，常見的有有耳草（Hedyotisauricularia）、飛機草、勝紅薊、竹葉草（Oplismenuscompositus）等。

（3）桉樹純林：植被發(fā)育一般，林木胸徑為3.5～20.6 cm，樹高為6.0～22.3 m，郁閉度為75%～80%，林下植被有白花蛇舌草、豐花草（Borreriastricta）、地毯草（Axonopuscompressus）、短葉黍、鋪地黍（Panicum repens）等。

（4）椰子純林：植被群落發(fā)育良好，郁閉度為75%～85%，樹木胸徑為23.2～45.9 cm，樹高為8.0～22.8 m，是海南特有樹種，屬于經(jīng)濟林，也作為風景林，早期由人工種植后經(jīng)自然生長形成的林區(qū)群落。群落發(fā)育良好，覆蓋度為80%～85%。林下有冰糖草（Scopariadulcis）、地毯草、黃花稔（Sidaacuta）、金腰箭（Synedrellanodiflora）、牛膝（Achyranthesbidentata）、莎草（Cyperusrotundus）等。

（5）次生林：植被群落發(fā)育良好，郁閉度為85%～90%，樹木胸徑為5.8～46.8 cm，樹高為4.0～18.4 m，林下灌木較多，是濱海臺地常見的植被生態(tài)類型。林型的層次性較突出，群落外貌終年常綠，林冠稠密，主要植被喬木層有木麻黃、柳葉密花樹（Rapanealinearis）、瓊涯海棠（Calophylluminophyllum）等；灌木層有銀柴（Aporusadioica）、桃金娘（Rhodomyrtustomentosa）、九節(jié)木（Psychotriarubra）、大青（Clerodendrumcyrtophyllum）等；草本層有鬼針草、勝紅薊、飛機草等。

1.2.2 分析方法

采集凋落物樣品，帶回實驗室烘干至恒重，并取烘干后的凋落物裝入網(wǎng)袋，分別浸入水中24 h，撈起并靜置至無水滴時稱重，3個重復，凋落物持水量計算公式如下：

凋落物持水量（t/hm2）=[凋落物濕重（kg/m2）-凋落物烘干重（kg/m2）]×10

土壤持水量（t/hm2）=10 000（m2）×土層厚（m）×總孔隙度

用環(huán)刀在各標準樣地內進行三點采樣，按0～20 m、20～40 cm分2層采集新鮮土樣，每一土壤層次重復采樣3次。土壤容重的測定采用環(huán)刀法，毛管持水量的測定用浸泡法，并依據(jù)相關指標計算總孔隙度、毛管孔隙度和非毛管孔隙度[5]，計算方法如下：總孔隙度（%）=93.937-32.995×土壤容重；毛管孔隙度（%）=毛管持水量×土壤容重；非毛管孔隙度（%）=總孔隙度-毛管孔隙度。

1.2.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)采用Excel 2016軟件進行匯總及計算，運用SAS軟件進行單因素方差分析（one-way ANOVA），比較不同數(shù)據(jù)間的差異。

2 結果與分析

2.1 土壤物理性質

容重和孔隙度是土壤的基本物理性質，直接影響土壤蓄水和通氣性[1]。土壤總孔隙度是指單位體積土壤孔隙所占的百分數(shù)，土壤總孔隙度包括毛管孔隙度和非毛管孔隙度，是由土壤容重和比重決定的。對于相同類型的土壤，比重是相對恒定的；在其它條件相同的情況下，土壤容重的大小決定孔隙度的大小[6]。

由表2可知，文昌地區(qū)，次生林上層土壤（0～20 cm）的容重大于下層（20～40 cm），其他4種林分上層土壤（0～20 cm）的容重小于下層（20～40 cm）。木麻黃林2個土層的土壤容重均顯著大于其他林分（p<0.05）。上層土壤（0～20 cm）中，大葉相思林的土壤容重顯著小于其他林分（p<0.05），土壤容重的大小順序為：木麻黃林>桉樹林>椰子林>次生林>大葉相思林；下層土壤（20～40 cm）中，次生林的土壤容重顯著小于其他林分（p<0.05），土壤容重大小順序為：木麻黃林>椰子林>桉樹林>大葉相思林>次生林。

臨高地區(qū)，木麻黃林和大葉相思林上層土壤（0～20 cm）的容重大于下層（20～40 cm），其他3種林分上層土壤（0～20 cm）的容重小于下層（20～40 cm）。在上層土壤（0～20 cm）中，次生林和椰子林的土壤容重顯著大于其他林分（p<0.05），其他3種林分的土壤容重相近；在下層土壤（20～40 cm）中，椰子林的土壤容重顯著大于其他林分（p<0.05），木麻黃林和大葉相思林的土壤容重顯著小于其他林分（p<0.05）。

樂東地區(qū)，木麻黃林上層土壤（0～20 cm）的容重大于下層（20～40 cm），其他4種林分上層土壤（0～20 cm）的容重均小于下層（20～40 cm）。在上層土壤（0～20 cm）中，桉樹林的土壤容重顯著大于其他林分（p<0.05），次生林和椰子林的土壤容重顯著小于其他林分（p<0.05）；在下層土壤（20～40 cm）中，椰子林和次生林的土壤容重顯著大于其他林分（p<0.05），木麻黃林的土壤容重顯著小于其他林分。

萬寧地區(qū)，椰子林和次生林上層土壤（0～20 cm）的容重大于下層（20～40 cm），其他3種林分上層土壤（0～20cm）的容重均小于下層（20～40 cm）。在上層土壤（0～20cm）中，次生林的土壤容重顯著大于其他林分（p<0.05），椰子林和大葉相思林的土壤容重均顯著小于其他林分（p<0.05）；在下層土壤（20～40 cm）中，椰子林的土壤容重均顯著小于其他林分（p<0.05），其他林分的土壤容重較為相近。

文昌地區(qū)，5種林分的土壤總孔隙度為上層大于下層，桉樹林和大葉相思林的毛管孔隙度、非毛管孔隙度均為上層大于下層（表3）。臨高地區(qū)，5種林分的土壤總孔隙度為上層大于下層，大葉相思林的毛管孔隙度為上層小于下層，其他林分毛管孔隙度均為上層大于下層；桉樹林和大葉相思林的非毛管孔隙度為上層大于下層，其他林分的非毛管孔隙度均為上層小于下層。樂東地區(qū)，木麻黃林的土壤總孔隙度為上層小于下層，其他林分的土壤總孔隙度均為上層大于下層；除次生林外，其余4種林分的毛管孔隙度均為上層大于下層，其非毛管孔隙度上層和下層相近，無顯著差異。萬寧地區(qū)，椰子林和次生林的土壤總孔隙度上層小于下層，其他林分的土壤總孔隙度均為上層大于下層；木麻黃林和大葉相思林的毛管孔隙度上層大于下層，其他3種林分土壤毛管孔隙度上層小于下層；木麻黃林的非毛管孔隙度上層小于下層，其他4種林分的非毛管孔隙度均為上層大于下層。

2.2 凋落物持水能力

林地的凋落物層是由林木及林下植被凋落下來的莖、葉、枝條、花、果實、樹皮和枯死的植物殘體所形成的一層地面覆蓋層[7]。以0～40 cm厚度土層的總孔隙度蓄水量作為土壤的蓄水量，將凋落物最大持水量與0～40cm土層蓄水量求和即得出林地最大持水量。

從表4中可知，文昌地區(qū)，桉樹林的凋落物儲量最高，凋落物儲量大小順序為桉樹林>木麻黃林>次生林>大葉相思林。4種林分的凋落物最大持水率、凋落物最大持水量均無顯著差異。大葉相思林的土壤最大持水量顯著大于其他林分（p<0.01），木麻黃林的土壤最大持水量顯著小于其他林分（p<0.01），林地土壤最大持水量大小順序為大葉相思林>次生林>桉樹林>木麻黃林。

臨高地區(qū)，桉樹林的凋落物儲量最高，次生林的凋落物儲量顯著小于其他林分（p<0.05），凋落物儲量大小順序為桉樹林>大葉相思林>木麻黃林>次生林。4種林分的凋落物最大持水量均無顯著差異，次生林的凋落物最大持水率顯著大于大葉相思林的最大持水率（p<0.05），凋落物最大持水率大小順序為次生林>木麻黃林>桉樹林>大葉相思林。次生林的土壤最大持水量顯著小于其他林分（p<0.05），林地土壤最大持水量大小順序為木麻黃林>桉樹林>大葉相思林>次生林。

樂東地區(qū)，桉樹林的凋落物儲量最高，凋落物儲量大小順序為桉樹林>木麻黃林>次生林>大葉相思林。4種林分的凋落物最大持水量均無顯著差異。大葉相思林的凋落物最大持水率顯著大于其他林分（p<0.05），凋落物最大持水率大小順序為大葉相思林>次生林>木麻黃林>桉樹林。桉樹林的土壤最大持水量顯著小于其他林分（p<0.01），林地土壤最大持水量大小順序為木麻黃林>次生林>大葉相思林>桉樹林。

萬寧地區(qū)，木麻黃林的凋落物儲量顯著大于其他林分（p<0.01），凋落物儲量大小順序為木麻黃林>大葉相思林>桉樹林>次生林。木麻黃林的凋落物最大持水量顯著大于其他林分（p<0.05），凋落物持水量大小順序為木麻黃林>大葉相思林>桉樹林>次生林。大葉相思林的最大持水率顯著大于其他林地（p<0.01），最大持水率大小順序為大葉相思林>木麻黃林>桉樹林>次生林。大葉相思林的土壤最大持水量顯著大于其他林地（p<0.05）。林地土壤最大持水量大小順序為大葉相思林>桉樹林>木麻黃林>次生林。

不同林分由于樹種組成、凋落物產(chǎn)量及分解速度不同，導致林地凋落物儲量和持水能力有差異[8]?？傮w來看，在各個地區(qū)，木麻黃林的凋落物儲量較高，與木麻黃凋落物的分解速率較低有關。凋落物的持水能力可以通過凋落物最大持水率和最大持水量來反映，凋落物的最大持水量越大，吸收和過濾地表徑流的作用越強，涵養(yǎng)水源的能力越高[9]，大葉相思林和木麻黃林最大持水率和最大持水量總體上較其他林分高，與其凋落物儲量大有一定關系。通過對0～40 cm土層的土壤最大持水量進行計算可知，不同林分林地最大持水量中，土壤最大持水量約占林地最大持水量的99%以上，說明土壤儲水能力是森林水源涵養(yǎng)的主體，凋落物為林地水源涵養(yǎng)提供了輔助功能。

3 討論

對海南濱海臺地5種典型森林類型林下土壤進行研究，了解海南濱海臺地典型森林類型的土壤物理性質及其與水源涵養(yǎng)的關系，可為海南濱海臺地森林的可持續(xù)經(jīng)營和改造提供依據(jù)。

不同地區(qū)，5種典型森林類型林下土壤物理性質基本一致。文昌地區(qū)，次生林上層土壤（0～20 cm）的容重大于下層（20～40 cm），其他4種林分上層土壤（0～20cm）的容重均小于下層（20～40 cm），木麻黃林2個土層的土壤容重均顯著大于其他林分（p<0.05）。臨高地區(qū)，木麻黃林和大葉相思林上層土壤（0～20 cm）的容重均大于下層（20～40 cm），其他3種林分上層土壤（0～20 cm）的容重均小于下層（20～40 cm）；在上層土壤（0～20 cm）中，次生林和椰子林的土壤容重顯著大于其他林分（p<0.05），其他3種林分的土壤容重較相近；在下層土壤（20～40 cm）中，椰子林的土壤容重顯著大于其他林分（p<0.05），木麻黃林和大葉相思林的土壤容重顯著小于其他林分（p<0.05）。樂東地區(qū)，木麻黃林上層土壤（0～20 cm）的容重大于下層（20～40 cm），其他4種林分上層土壤（0～20cm）的容重均小于下層（20～40cm）；在上層土壤（0～20 cm）中，桉樹林的土壤容重顯著大于其他林分（p<0.05）；在下層土壤（20～40c m）中，椰子林和次生林的土壤容重均顯著大于其他林分（p<0.05），木麻黃林的土壤容重顯著小于其他林分（p<0.05）。萬寧地區(qū)，椰子林和次生林上層土壤（0～20 cm）的容重均大于下層（20～40 cm），其他3種林分上層土壤（0～20 cm）的容重均小于下層（20～40 cm）；在上層土壤（0～20 cm）中，次生林的土壤容重顯著大于其他林分（p<0.05），椰子林和大葉相思林的土壤容重均顯著小于其他林分（p<0.05）；在下層土壤（20～40 cm）中，椰子林的土壤容重顯著小于其他林分（p<0.05），其他林分的土壤容重較為相近。

土壤的毛管孔隙度、非毛管孔隙度和總孔隙度總體上表現(xiàn)為上層大于下層。文昌地區(qū)，桉樹林和大葉相思林的毛管孔隙度、非毛管孔隙度均為上層大于下層。臨高地區(qū)，大葉相思林的毛管孔隙度為上層小于下層，木麻黃林、椰子林和次生林的非毛管孔隙度均為上層小于下層。樂東地區(qū)，木麻黃林的土壤總孔隙度為上層小于下層，其他林分的土壤總孔隙度均為上層大于下層。萬寧地區(qū)，椰子林和次生林的土壤總孔隙度為上層小于下層，其他林分的土壤總孔隙度均為上層大于下層。

林分中的凋落物既能截流雨水，避免雨水直接沖擊土壤，減少水土流失，同時也為森林林地的涵養(yǎng)水源具有重要的作用。從總體上看，文昌、樂東2個地區(qū)凋落物的最大持水率和最大持水量差異均不顯著。臨高地區(qū)，次生林凋落物最大持水率最大，木麻黃林最大持水量最大。萬寧地區(qū)，大葉相思林的凋落物最大持水率顯著大于其他林分（p<0.01），木麻黃林的凋落物最大持水量最大，顯著大于其他林分（p<0.01）；木麻黃林的凋落物儲量最大。文昌、萬寧地區(qū)大葉相思林的土壤最大持水量最大；臨高、樂東地區(qū)木麻黃林的土壤最大持水量最大。

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① 基金項目：海南省省屬科研院所技術開發(fā)研究專項“海南島濱海臺地不同森林類型土壌碳儲量研究”（No.KYYS-2015-21）；國家自然科學基金“熱帶木麻黃海防林近自然更新正相互作用機理”（No.31400538）。

收稿日期：2016-09-21；責任編輯/林海妹；編輯部E-mail： rdnk@163.com。

② 王小燕（1983～），女，學士，主要研究方向為森林生態(tài)，E-mail： 77671524@qq.com。

③ 通訊作者：陳毅青（1975～），男，碩士，主要研究方向為森林生態(tài)。