不同樹齡桉樹林下土壤斥水性研究

趙利坤 張英

摘? ? 要：土壤斥水性是指水分不能或很難濕潤土壤顆粒表面的物理現(xiàn)象，是土壤極為重要而普遍的物理性質(zhì)之一。本試驗(yàn)選擇15年、10年和5年生桉樹林，采集并測定其林下表土層（1～5 cm）的土壤斥水性和含水量，并分析二者之間的關(guān)系。結(jié)果表明，隨著桉樹樹齡的增加，土壤斥水性顯著增強(qiáng)（P<0.05）;桉樹林下自然含水狀態(tài)土壤斥水性均高于風(fēng)干土壤，其中在15年和10年生桉樹林二者差異顯著（P<0.05）;5年和10年生桉樹林，同一樹齡下土壤斥水與含水量顯著負(fù)相關(guān)（P<0.05），而15年生桉樹林二者之間相關(guān)性不顯著（P>0.05）。

關(guān)鍵詞：桉樹;土壤斥水性;不同樹齡結(jié)構(gòu);含水量

中圖分類號：S718.4，S152.7? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ?DOI 編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2019.02.008

Abstract： Soil water repellency is an important and universal physical property， which was the physical phenomenon allowing soil to repel water from soil surface particles. The experiment was conducted in 15， 10， 5 tree-age Eucalyptus forest， the surface soil layer （1～5 cm） were selected， the soil water repellency and water content were measured， and the relationships between the repellency and content were analyzed. The results showed that the soil water repellency increased significantly with the increasing of Eucalyptus tree-age（P<0.05）. The water repellency of soil in natural water-bearing state of Eucalyptus forest was higher than that in air-dried soil， in which the difference reached the significant level（P<0.05） in 15 and 10 tree-age Eucalyptus forest. There was a significant negative correlation between soil water repellency and water content in 5 and 10 tree-age Eucalyptus forests （P<0.05）， but no significant correlation in 15 tree-age Eucalyptus forest（P>0.05）.

Key words： Eucalyptus; soil water repellency; different tree-age; water content

桉樹（Eucalyptus）原產(chǎn)地位于澳大利亞及周圍島嶼，因其生長速度快、產(chǎn)量高、適應(yīng)性強(qiáng)，易成活且用途廣泛等優(yōu)點(diǎn)，在世界各地廣泛種植。我國自20世紀(jì)90年代中期以來，人工種植的桉樹林發(fā)展迅速，增速均居世界首位[1]。云南省是我國引種桉樹最早的省份之一，截止2014年底，有109個(gè)縣（市）種植了桉樹，其種植面積已超過23.6萬hm2，僅次于廣東、廣西、海南，居全國第4位[2]。普洱市作為云南省桉樹種植的主要州市之一，其桉樹種植面積3.8萬余hm2，主要分布在瀾滄縣、孟連縣、西盟縣和景谷縣。桉樹作為一種優(yōu)質(zhì)的木材具有較強(qiáng)的抗腐能力，被廣泛用于建筑、枕木、圍欄及薪炭材等;其次桉樹的纖維平均長度0.75～1.30 mm，它的色澤、密度和抽出物的比率都非常適于造紙;此外，桉樹樹姿優(yōu)美，四季常青，生長異常迅速，抗旱能力強(qiáng)，宜作行道樹、防風(fēng)固沙林和園林綠化樹種;樹葉含芳香油，有殺菌驅(qū)蚊作用，可提煉香油。因此，與其他本土植物相比，桉樹的經(jīng)濟(jì)價(jià)值顯而易見。但同時(shí)也引起了很大的社會爭議，如種植桉樹會引起土壤地力衰退、內(nèi)環(huán)境變差，肥力衰竭、微生物種群數(shù)量降低、質(zhì)地變差、保水保肥能力降低、林地生產(chǎn)力下降等，導(dǎo)致桉樹人工林難以達(dá)到速生與可持續(xù)經(jīng)營的目的[3]。

土壤斥水性（Soil water repellency）是指水分不能或很難濕潤土壤顆粒表面的物理現(xiàn)象，它是土壤極為重要而普遍的物理性質(zhì)之一[4]。土壤斥水性的出現(xiàn)與消亡受時(shí)間和空間影響，它是一種動態(tài)土壤特征[5]。國內(nèi)外研究報(bào)道，在極端干旱地區(qū)，土壤表現(xiàn)出斥水性的幾率大，而且斥水強(qiáng)度高，但隨著土壤含水量的增加，斥水性快速降低，甚至完全消失[6]。土壤斥水性的空間差異，主要來自于土壤異質(zhì)性、地表植被及土壤動物活動的空間差異[7]。土壤斥水性的存在不利于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和環(huán)境的可持續(xù)性發(fā)展，它的存在加劇了水土流失，特別是優(yōu)先流的存在加速了土壤養(yǎng)分流失和深層地下水的污染[8];斥水性的存在降低了土壤對水的吸收能力，導(dǎo)致水在土壤表面停留時(shí)間從幾秒到數(shù)小時(shí)、數(shù)天，乃至數(shù)周[9]，增強(qiáng)了陸地水流的徑流量、加劇土壤侵蝕，同時(shí)因?yàn)樗蛛y以滲入土壤，導(dǎo)致土壤內(nèi)部缺水，從而抑制種子的發(fā)芽和植物的生長[10]。但也有研究表明，適度的土壤斥水性有利于提高土壤團(tuán)聚體的穩(wěn)定性和強(qiáng)度，促進(jìn)土壤有機(jī)碳的長期封存[11];土壤斥水性的存在有效降低土壤水分蒸發(fā)，有利于干旱地區(qū)改善土壤水狀況改善。

本試驗(yàn)通過研究桉樹林下土壤斥水性與樹齡和含水量的關(guān)系，為桉樹可持續(xù)種植經(jīng)營提供參考。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

景谷縣永平鎮(zhèn)位處橫斷山脈南端，是普洱市最大的壩區(qū)，壩區(qū)面積60 km2，屬南亞熱帶季風(fēng)氣候，平均氣溫18.2～20.0 ℃;最冷月為1月，溫度是11.7～13.0 ℃;最熱月為6月，溫度為22.3～24.0 ℃;全年無霜期350 d，年降雨量1 230～1 410 mm，全鎮(zhèn)最高海拔2 148 m，最低海拔774 m，平均海拔1 110 m左右。

1.2 采樣方法

選擇15年、10年和5年生的桉樹林采集向陽面土壤，每個(gè)樣區(qū)“S”布點(diǎn)采集15個(gè)混合樣，每個(gè)混合土樣由1.5×1.5 m的范圍內(nèi)隨機(jī)取3點(diǎn)混合而成。采集1～5 cm的表土，土壤樣品分裝于自封袋內(nèi)密封保存，帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行相關(guān)指標(biāo)測定。

1.3 測定方法

1.3.1 土壤斥水性的測定 WDPT（water drop penetration time）法，將采集的土樣過2 mm土壤篩，過篩后的土樣裝入容積25 cm3的冰格中用玻璃片壓實(shí)，使土壤樣品處于自然密實(shí)狀態(tài)，平整土樣表面后，用標(biāo)準(zhǔn)醫(yī)用注射器向土樣表面滴上約為50 μL的去離子水，觀察并記錄水滴完全入滲所消耗的時(shí)間。在整個(gè)疏水性測定過程中室溫控制在25±2 ℃，液滴之間保持的距離保持在0.5 cm左右，針尖與土壤表面的距離控制在1.0±0.2 cm，每個(gè)樣品重復(fù)測量3次，取3次的平均值。

1.3.2 土壤含水量的測定 烘干法，稱鋁盒質(zhì)量，然后稱取過2 mm土壤篩的各土樣10 g分別放于鋁盒中，置于105 ℃烘箱烘干6 h，將烘干后的土壤稱重，計(jì)算其含水量。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Microsoft Excel 2017和SPSS17.0對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析與制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同樹齡桉樹林下土壤斥水性

隨著桉樹年齡的增加，土壤斥水顯著增強(qiáng)（P<0.05），其中，15年生桉樹林下土壤斥水性在自然含水狀態(tài)下土壤平均斥水時(shí)間分別較10年生和5年生桉樹林延長12.53 s和13.65 s，風(fēng)干狀態(tài)下分別延長3.81 s和4.26 s，10年生和5年生桉樹林下土壤在自然和風(fēng)干狀態(tài)下平均斥水時(shí)間均低于5 s，說明這兩個(gè)樹齡的大部分土壤樣品無斥水性表現(xiàn)（即WDPT<5 s）;自然含水狀態(tài)土壤斥水性強(qiáng)于風(fēng)干土壤，且隨著桉樹年齡的增加，二者差距增大，其中15年和10年生桉樹林下土壤自然含水狀態(tài)斥水性與風(fēng)干狀態(tài)斥水性差異均達(dá)顯著水平（P<0.05）。

2.2 自然含水狀態(tài)下土壤斥水性與含水量的關(guān)系

3種年齡桉樹林下土壤自然含水量均在15%～30%之間，同一樹齡下土壤斥水表現(xiàn)隨著含水量的減小有逐漸增強(qiáng)的趨勢，尤其是在5年生和10年生桉樹林，土壤含水量大于25%的土壤樣品均無斥水性表現(xiàn)（WDPT<5 s）。相關(guān)性分析得出，5年生和10年生桉樹林下土壤斥水性與含水量之間均存在顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系（P<0.05），其相關(guān)系數(shù)分別為-0.868和-0.827，而15年生桉樹林下土壤斥水性與含水量之間相關(guān)性未達(dá)顯著水平（P>0.05）。

3 結(jié)論與討論

本試驗(yàn)中，不同樹齡桉樹林下土壤斥水性表現(xiàn)為：15生>10年生>5年生，樹齡間差異均達(dá)顯著水平。土壤斥水隨著樹齡的增長而增強(qiáng)，可能主要來自于土壤內(nèi)環(huán)境性質(zhì)的變化，如土壤有機(jī)質(zhì)含量、土壤微生物的種群及數(shù)量的變化等，Horne等[12]研究發(fā)現(xiàn)，雖然土壤斥水性與土壤有機(jī)碳總量之間不存在相關(guān)性，但土壤斥水性隨著土壤中脂類物質(zhì)含量的增加而增強(qiáng)，如烷烴、甘油三酸酯、酸脂質(zhì)等;DE Blas等[13]研究發(fā)現(xiàn)，土壤中的胡敏酸和富里酸對斥水性有影響，但土壤有機(jī)質(zhì)總量對斥水性的表現(xiàn)貢獻(xiàn)不大。

本試驗(yàn)中，5年生和10年生桉樹林下土壤斥水表現(xiàn)隨著含水量的減小有逐漸增強(qiáng)的趨勢，但15年生桉樹林下土壤斥水性與含水量之間不存在顯著相關(guān)性?，F(xiàn)有相關(guān)研究表明，土壤斥水性是在低于臨界含水量時(shí)存在，大于臨界含水量時(shí)消失;對于大多數(shù)土壤而言，含水量越低時(shí)越容易表現(xiàn)出斥水的性質(zhì)，斥水強(qiáng)度隨土壤含水量的增加而減弱;此外，研究還發(fā)現(xiàn)土壤斥水強(qiáng)度還受土壤前期的干燥狀況影響，土壤前期水分狀況越差后期將表現(xiàn)出的斥水性越強(qiáng)[14-16]。

本文僅探討了桉樹林下土壤斥水性與含水量的關(guān)系，而其與土壤理化性質(zhì)和微生物群系的關(guān)系有待于進(jìn)一步研究，以深入分析斥水性變化的其他相關(guān)原因。

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