影響絲栗栲林分持水力的主要土壤因子分析

吳慶錐

(福建省明溪縣林業(yè)總公司，福建 明溪 365200)

常綠闊葉林是福建省中亞熱帶地區(qū)的地帶性植被，在群落演替中處于頂極狀態(tài)。常綠闊葉林穩(wěn)定性和適應(yīng)性極高，具有很高的生態(tài)功能以及多種社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益[1-3]。常綠闊葉林在福建省曾經(jīng)無論是面積還是蓄積量都占有重要的位置，以絲栗栲為優(yōu)勢樹種的常綠闊葉林是主要的群落之一。但長期的掠奪性肆意砍伐，取而代之的是大面積針葉純林，使得常綠闊葉林資源越來越少，給森林的多功能、多效益帶來了很大的弊端[4-6]。福建省明溪縣黃地村以絲栗栲為優(yōu)勢樹種的常綠闊葉林是水源涵養(yǎng)為主要保育目標(biāo)的林分，因此其持水力尤為重要。林分持水力是由林冠層、灌木層、草本層、枯枝落葉層以及土壤層共同構(gòu)成的體系決定的，其中起主導(dǎo)作用的為土壤層。為此，本研究對該林分影響持水力的主要土壤因子進(jìn)行了測定分析，旨在為正確評價(jià)以絲栗栲為優(yōu)勢樹種的林分的持水力提供參考依據(jù)，并根據(jù)定向培育目標(biāo)選擇合理、科學(xué)的保育措施。

1 研究地概況

研究地設(shè)在明溪縣(116°47′—117°35′E、26°8′—26°39′N)夏坊鄉(xiāng)黃地村，43林班9大班20小班，小班面積25.2 hm2。試驗(yàn)林分為1979年天然更新形成的常綠次生闊葉林，主要優(yōu)勢樹種為絲栗栲，海拔420～520 m，坡度25°左右，土壤為基性巖紅壤。該區(qū)域氣候?qū)儆谥衼啛釒Т箨懶约婧Ｑ笮约撅L(fēng)氣候。年均氣溫17.4 ℃，歷史上極端最高溫39.2 ℃，極端最低溫-10.9 ℃，全年平均空氣相對濕度81%，年降水量1780～1926 mm。

2 研究方法

2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

設(shè)置干擾處理3個(gè)：① TCR處理，分別在2006年、2012年按照喬木立木株數(shù)20%進(jìn)行間伐，每次間伐后進(jìn)行林地清雜除草、松土(深度10～15 cm)；② TCQ處理，分別在2006年、2012年按照喬木立木株數(shù)35%進(jìn)行間伐，同樣在間伐后進(jìn)行林地清雜除草、松土(深度10～15 cm)；③ TCK處理，保持原有天然次生林林分狀態(tài)，不間伐(不進(jìn)行任何處理)。采用不完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，每一標(biāo)準(zhǔn)地面積20 m×20 m，重復(fù)3次。2017年11月對不同處理林分進(jìn)行全面調(diào)查，各處理林分主要生長因子測定結(jié)果見表1。

2.2 試驗(yàn)方法

2017年11月分別在各標(biāo)準(zhǔn)地中按照“X”字型布點(diǎn)，每一標(biāo)準(zhǔn)地建立5個(gè)土壤剖面，調(diào)查測定土壤剖面的基本情況、土層厚度、母質(zhì)、侵入物等，分0～20、20～40、40～60 cm 3個(gè)土層采集土樣，同時(shí)用環(huán)刀、飯盒取原狀土，帶回室內(nèi)。同一標(biāo)準(zhǔn)地同一土層樣本混勻后，取多樣本分析，取平均值。各因子測定方法[7]：土壤水分物理性質(zhì)采用室內(nèi)環(huán)刀法；土壤容重采用容重圈法；土壤微團(tuán)聚體采用吸管法；土壤團(tuán)聚體采用機(jī)械篩分法；土壤孔隙狀況采用環(huán)刀法；有機(jī)質(zhì)采用硫酸重鉻酸鉀法。分散系數(shù)、團(tuán)聚度、土壤結(jié)構(gòu)體破壞率計(jì)算公式分別為：

表1 各處理林分主要生長因子

*：用LAI 2000植物冠層分析儀測定郁閉度并取平均值。

分散系數(shù)=(<0.001 mm)微團(tuán)聚體分析值/(<0.001 mm)機(jī)械組成分析值×100%

(1)

團(tuán)聚度=((>0.01 mm)微團(tuán)聚體分析值-(>0.01 mm)機(jī)械組成分析值)/(>0.01 mm)

微團(tuán)聚體分析值×100%

(2)

(3)

3 結(jié)果與分析

3.1 微團(tuán)聚體組成

土壤質(zhì)地對土壤持水力有決定性影響。微團(tuán)聚體組成是土壤質(zhì)地的基礎(chǔ)性指標(biāo)，影響著土壤侵蝕和地表徑流[8]。不同處理土壤微團(tuán)聚體測定結(jié)果見表2。從表2可知，0～20 cm土層不同處理物理性砂粒(粒徑>0.01 mm)含量，TCQ處理最大，平均占總量的49.81%；TCK處理最小，平均占總量的47.02%。而反映土壤活力中心的粘粒(粒徑<0.001 mm)則是TCQ處理最小，僅占總量的14.73%；TCK處理最大，占總量的19.65%。TCR處理物理性砂粒含量和粘粒含量均處于中間，表現(xiàn)出與干擾強(qiáng)度相一致的變化規(guī)律。干擾強(qiáng)度越大，物理性砂粒所占比重越高，這與經(jīng)營性措施相關(guān)。TCQ處理和TCR處理間伐后林分出現(xiàn)空隙，在降水重力作用下產(chǎn)生徑流，引起表層土壤侵蝕；另外，除草松土措施也使土壤發(fā)生位移，導(dǎo)致土壤脫離原位，向低處傳輸、堆積、重新分配。淋失的顆粒主要是土壤粘粒，而比重較大的砂粒則留在原位，即使位移也是短距離。其它土層也有同樣變化規(guī)律。

0～20 cm土層TCK處理分散系數(shù)為23.4%，比TCR處理、TCQ處理分別降低10.7%、15.2%。TCK處理團(tuán)聚度為41.3%，比TCR處理、TCQ處理分別增加3.3%、14.1%。其它土層也有同樣變化規(guī)律。研究區(qū)域地處閩北降起和閩西拗陷的轉(zhuǎn)折過渡地質(zhì)地段，在外部壓力作用下，切割強(qiáng)烈，地形陡峭、破碎，土壤為酸性紅壤，具有固有的脆弱性，加上當(dāng)?shù)啬杲邓吭?800 mm左右，土壤粘粒隨徑流流失不容忽視，所以保育原有地帶性植被，減少經(jīng)營性活動(dòng)是提高土壤持水力的關(guān)鍵。

表2 不同處理土壤微團(tuán)聚體組成 %

*：表中分子為機(jī)械組成分析值，分母為各粒徑土壤微團(tuán)聚體分析值。

3.2 水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量

水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量是土壤結(jié)構(gòu)中一個(gè)重要因子，其穩(wěn)定性控制著生態(tài)系統(tǒng)的許多功能[8]。從表3可知，0～20 cm土層的水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量TCK處理達(dá)到76.12%，比TCR處理、TCQ處理分別提高5.4%、15.8%；土壤結(jié)構(gòu)體破壞率TCK處理為9.93%，比TCR處理、TCQ處理分別降低43.2%、55.9%；土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體TCK處理高于TCR處理和TCQ處理，而結(jié)構(gòu)體破壞率低于TCR處理和TCQ處理。說明隨著人工擾動(dòng)強(qiáng)度的提高，影響了土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量，土壤持水力下降。

表3 不同處理土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體組成 %

*：表中分子為干篩值，分母為濕篩值。

3.3 土壤容重

土壤容重是反映土壤緊實(shí)度的最重要因素[7]。從表4可以看出，0～20 cm土層TCK處理土壤容重為0.908 g·cm-3，比TCR處理、TCQ處理土壤容重分別降低19.5%、23.2%。表明TCK處理土壤表土層容重較TCR處理、TCQ處理小，表土層土壤疏松多孔，可以提高降水入滲速度，降低地表徑流對表土層的沖刷。不同處理容重值表土層比心土層變化更大，20～40、40～60 cm土層不同處理容重值差異趨小。20～40 cm土層土壤容重TCK處理比TCR處理、TCQ處理分別降低11.8%、12.7%；40～60 cm土層不同處理土壤容重幾乎相近。這是因?yàn)榻z栗栲是淺根性樹種，根系的穿插、壞死、遺留主要作用層在表土層和心土層，同時(shí)人工擾動(dòng)主要作用層也在土壤表土層，對深層土壤容重影響較小。

表4 不同處理土壤孔隙、水分性質(zhì)及有機(jī)質(zhì)測定結(jié)果

3.4 孔隙狀況

土壤孔隙狀況直接關(guān)系到土壤容納水分和通氣的程度[7]。從表4可以看出，0～20 cm土層TCK處理土壤總孔隙度、非毛管孔隙度比TCR處理分別增加9.2%、14.6 %，與TCQ處理相比增加幅度更大，分別增加22.7%、41.2%。20～40 cm、40～60 cm也有不同程度提高，但差異較小。顯然人工擾動(dòng)對表土層土壤孔隙度影響明顯。雖然人工擾動(dòng)早期能夠引起臨時(shí)孔隙的增大，但長期影響則是負(fù)面的。人工踩踏和有機(jī)質(zhì)的流失，導(dǎo)致土壤緊實(shí)，甚至板結(jié)，而影響土壤持水力。

3.5 水分狀況

土壤水分狀況是評價(jià)土壤持水力的一個(gè)重要因素[7]。從表4可知，0～20 cm土層TCK處理自然含水量、田間持水量和最大持水量分別是25.23%、35.07%和39.26%，比TCR處理自然含水量、田間持水量和最大持水量分別增加12.3%、22.2%和11.2%，比TCQ處理分別增加18.7%、33.7%和24.0%。其它土層也有相同的變化趨勢，但幅度較小，這與土壤結(jié)構(gòu)的改善有關(guān)，而土壤結(jié)構(gòu)的改善，與林分樹種組成及其人工擾動(dòng)密切相關(guān)。

3.6 土壤有機(jī)質(zhì)

土壤有機(jī)質(zhì)不僅影響土壤養(yǎng)分狀況，而且對土壤良好結(jié)構(gòu)的形成產(chǎn)生決定性影響[9]。從表4可知，0～20 cm土層TCK處理土壤有機(jī)質(zhì)含量比TCR處理、TCQ處理分別增加48.1%和53.2%，其它土層也有同樣的變化。TCK處理有機(jī)質(zhì)含量的提高，主要在于TCK處理天然次生林不受或少受外力的影響，且每年有大量的枯枝落葉累積和覆蓋地表，減緩了降水對地表的沖刷，而有機(jī)質(zhì)在微生物的作用下分解形成腐殖質(zhì)，增加了膠結(jié)能力，促進(jìn)了土壤團(tuán)聚體的形成，使得土壤持水力增強(qiáng)。TCQ處理沿用了傳統(tǒng)用材林的經(jīng)營方式，采用間伐釋放空間，長期累積的生物量大部分被移出林地，清理林下雜草、松土，使植被稀少，林地有機(jī)質(zhì)輸入量減少，已有有機(jī)物被分解利用，得不到及時(shí)補(bǔ)充，導(dǎo)致有機(jī)質(zhì)含量減少。

4 結(jié)論與討論

常綠闊葉林具有極高的生態(tài)功能以及多種社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。以水源涵養(yǎng)功能為主的林分，土壤層的主要因子對林分持水力有著重要的影響。研究結(jié)果表明不同處理主要土壤因子存在差異。不同處理0～20 cm土層物理性砂粒含量，TCQ處理最大，TCK處理最小；粘粒含量則是TCQ處理最小，TCK處理最大，TCR處理物理性砂粒含量和粘粒含量均處于TCK與TCQ兩處理之間。0～20 cm土層，TCK處理分散系數(shù)為23.4%，比TCR處理、TCQ處理分別降低10.7%、15.2%；TCK處理團(tuán)聚度達(dá)41.3%，比TCR處理、TCQ處理分別增加3.3%、14.1%；TCK處理的水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量達(dá)到76.12%，比TCR處理、TCQ處理分別提高5.4%、15.8%；TCK處理土壤結(jié)構(gòu)體破壞率為9.93%，比TCR處理、TCQ處理分別降低43.2%、55.9%；TCK處理土壤容重為0.908 g·cm-3，比TCR處理、TCQ處理土壤容重分別降低19.5%、23.2%；TCK處理土壤總孔隙度、非毛管孔隙度比TCR處理分別增加9.2%、14.6%，比TCQ處理分別增加22.7%、41.2%；TCK處理自然含水量、田間持水量、最大持水量分別比TCR處理增加12.3%、22.2%、11.2%，分別比TCQ處理增加18.7%、33.7%、24.0%；TCK處理土壤有機(jī)質(zhì)含量比TCR處理、TCQ處理分別增加48.1%、53.2%。其它土層也有類似的變化規(guī)律。森林土壤持水力受樹種特性、環(huán)境條件、林分結(jié)構(gòu)以及人工干擾的影響較大。有學(xué)者認(rèn)為土壤保護(hù)性耕作(免耕、少耕)，有利于防止水土流失；而且能促進(jìn)土壤團(tuán)聚體形成，起到保水、固土的作用，還能改善土壤的基本肥力[10-11]。進(jìn)展演替的闊葉林，林分樹種組成復(fù)雜，生物多樣性豐富，有機(jī)膠結(jié)物較好，有利于水穩(wěn)性團(tuán)聚體形成。一般認(rèn)為水穩(wěn)性團(tuán)聚體是由鈣、鎂離子和腐殖質(zhì)膠結(jié)起來的顆粒，在水中不易崩解[12]。陳善治等[13]試驗(yàn)表明：土壤團(tuán)聚體性狀在很大程度上影響土壤物理性質(zhì)和水肥氣熱狀況。林分人為干擾(比如間伐)則使得土壤板結(jié)、土壤結(jié)構(gòu)緊實(shí)，同時(shí)大量有機(jī)物被移出林分，導(dǎo)致土壤容重增大，孔隙狀況趨劣。有研究表明：減少人為干擾，具有改善土壤結(jié)構(gòu)特性，并能提高土壤水分利用效率[14-15]。顯然要提高土壤持水力，減少人為干擾，保持天然次生林進(jìn)展演替狀態(tài)是一種正確的途徑。