渾河源頭4種水源涵養(yǎng)林土壤理化性質(zhì)研究

房春果

（國有新賓滿族自治縣趙家林場，遼寧 新賓113213）

渾河源頭位于遼寧省東部，屬于遼東山地丘陵水土流失重點預(yù)防區(qū)［1］，是遼寧省森林資源、水資源以及再生植被資源的重要區(qū)域。遼寧省將遼東山區(qū)劃定為水源涵養(yǎng)用材林區(qū)，其作為遼寧中部城市群、工農(nóng)業(yè)基地的綠色屏障和集水區(qū)具有重要地位。科學(xué)經(jīng)營和保護好遼東水源涵養(yǎng)林資源，研究新形勢下水源涵養(yǎng)林的經(jīng)營理論、技術(shù)措施和經(jīng)營策略，對提高水源涵養(yǎng)林質(zhì)量與生態(tài)環(huán)境建設(shè)水平，具有極其重要的意義［2］。水源涵養(yǎng)林在調(diào)節(jié)氣候、調(diào)洪削峰、涵養(yǎng)水源、保持水土、改良土壤等方面具有獨特的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)。巍強等［3］分析了內(nèi)蒙古大青山4 種林地類型土壤容重和孔隙度的差異，研究了枯落物層和土壤層水源涵養(yǎng)功能特征。任改等［4］以重慶四面山4 種水源涵養(yǎng)林為研究對象，對比分析其抗沖性動態(tài)變化過程及影響因素，提出該區(qū)域土壤抗沖性發(fā)生變化的臨界坡度及不同徑級植物根系對抗沖性的影響。彭云蓮等［5］研究了渾河源頭不同水源涵養(yǎng)林枯落物的持水特征，結(jié)果表明落葉松林地枯落物的涵養(yǎng)水源功能強于其他林地。郝占慶等［6］對遼東山區(qū)5 種主要森林類型林地土壤的涵蓄水性能進行研究，認(rèn)為天然闊葉林較人工針葉林具有更好的涵養(yǎng)水源性能。然而，關(guān)于水源涵養(yǎng)林土壤團聚體、土壤有機質(zhì)等土壤理化性質(zhì)方面的研究較少。土壤團聚體作為土壤重要的物理性狀，表現(xiàn)為風(fēng)干土團聚體和水穩(wěn)性團聚體。土壤有機質(zhì)是土壤質(zhì)量的核心，也是土壤團聚體與土壤功能體現(xiàn)的基礎(chǔ)［7］。因此，研究水源涵養(yǎng)林土壤團聚體和土壤有機質(zhì)具有重要意義。本文以渾河源頭典型水源涵養(yǎng)林為對象，研究不同樣地土壤團聚體和土壤有機質(zhì)特征，揭示其隨土層深度的變化規(guī)律，以期為渾河源頭水土保持措施及水源涵養(yǎng)林的選擇與配置提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)設(shè)在遼寧省實驗林場，位于遼寧省清原縣城東南部（124°59′～125°18′E，41°51′～42°00′N），面積8 406.26 hm2，屬長白山系、千山山脈、龍崗山支脈的北坡，是渾河發(fā)源地之一。海拔高度500～800 m，地勢較緩。屬中溫帶大陸性季風(fēng)氣候，年平均氣溫5.3 ℃，年均降水量806.5 mm，年均蒸發(fā)量1 275 mm，無霜期130 d。土壤多為暗棕色森林土和棕色森林土。本區(qū)屬長白植物區(qū)系，植物種類繁多，生長茂密，森林覆蓋率達(dá)90%。地帶性森林植物是以柞樹Quercussp.林、闊葉混交林為主的天然次生林和以紅松Pinus koraiensis、油松P.tabulaeformis、落葉松Larixsp.為主的針葉林，林下植被多為榛子Corylus heterophylla、東北山梅花Philadelphus schrenkii、暴馬丁香Syringa amurensis、大葉鼠李Rhamnus dahuricus、金銀忍冬Loniceramaackii等。

1.2 研究方法

2017年9月，選取落葉松、紅松、混交林地（落葉松和紅松混交）、采伐跡地4種水源涵養(yǎng)林作為試驗樣地，樣地具體情況見表1。在每種樣地地勢較為平坦且植被生長良好的地方，選擇有代表性的地段設(shè)置10 m×10 m 的樣方，按照5 點法采集土壤樣品。在每個樣地內(nèi)用環(huán)刀分別采集0～10、10～20、20～30 cm 土層土壤樣品2 kg 混合散樣，帶回實驗室以測定土壤物理性質(zhì)。土壤團聚體采用沙維諾夫干篩法和濕篩法測定，土壤有機質(zhì)采用重鉻酸鉀外加熱法測定。每個指標(biāo)3次重復(fù)。

表1 各林分樣地概況

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤團聚體含量

土壤團聚體是土壤重要的組成部分，會影響土壤理化性質(zhì)及侵蝕過程，是評價土壤抗蝕性的重要評價指標(biāo)［8］。風(fēng)干土團聚體反映了土壤結(jié)構(gòu)和團聚體分布狀況，水穩(wěn)性團聚體反映了土壤結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和抗蝕性，各樣地土壤團聚體分布特征見表2。

由表2 可知，各樣地土壤團聚體分布較均勻，＞0.25 mm 風(fēng)干土團聚體含量較高，在79.62%～87.78%，平均為83.98%；各樣地不同土層之間變化不同，落葉松0～10、10～20、20～30 cm 土層風(fēng)干土團聚體含量依次為86.27%、81.32%、80.62%，紅松風(fēng)干土團聚體含量依次為87.78%、87.10%、87.61%，混交林地依次為79.62%、82.18%、84.00%，采伐跡地依次為83.60%、82.90%、84.79%，其0～30 cm 土層風(fēng)干土團聚體含量大小依次為紅松（87.49%）＞采伐跡地（83.76%）＞落葉松（82.74%）＞混交林地（81.93%），各樣地之間無顯著差異（p＞0.05）。濕篩后土壤團聚體含量反映了土壤團聚體在降雨或徑流作用下的穩(wěn)定性，各樣地＞0.25 mm 土壤水穩(wěn)性團聚體含量均小于風(fēng)干土團聚體含量，落葉松、紅松、混交林地、采伐跡地0～30 cm 土層＞0.25 mm 水穩(wěn)性團聚體含量依次為61.27%、40.61%、67.09%、48.99%，其大小關(guān)系與風(fēng)干土團聚體含量相反，風(fēng)干土團聚體在土壤水分作用下分散為更加細(xì)小的土壤顆粒，土壤結(jié)構(gòu)被破壞。土壤結(jié)構(gòu)體破壞率反映了團聚體遇水后的破壞程度，其數(shù)值越大，破壞越嚴(yán)重，土壤結(jié)構(gòu)越不穩(wěn)定。落葉松0～10、10～20、20～30 cm 土層土壤結(jié)構(gòu)體破壞率依次為15.40%、29.17%、33.98%，紅松依次為47.25%、49.09%、64.41%，混交林地依次為19.82%、5.92%、28.45%，采伐跡地依次為36.84%、42.03%、45.61%，其0～30 cm 土層土壤結(jié)構(gòu)體破壞率依次為紅松（53.58%）＞采伐跡地（41.49%）＞落葉松（26.19%）＞混交林地（18.06%），各樣地之間均差異顯著（p＜0.05），其中紅松最大，混交林地最小，這一變化規(guī)律與風(fēng)干土團聚體含量相一致，紅松林地的風(fēng)干土團聚體含量最高，但其土壤結(jié)構(gòu)體破壞率也最大，說明紅松林地土壤團聚體穩(wěn)定性較差，遇水后極易分散為細(xì)小顆粒，而混交林地土壤結(jié)構(gòu)體破壞率最小，其水穩(wěn)性最好。

表2 4種水源涵養(yǎng)林土壤團聚體結(jié)構(gòu)分布特征

2.2 土壤團聚體特征

土壤團聚體平均重量直徑（MWD）和幾何平均直徑（GMD）是評價土壤團聚體穩(wěn)定性的2 個重要指標(biāo)，在受到外界破壞和崩解作用下，土壤團聚體MWD 和GMD 越大，土壤團聚體穩(wěn)定性越大，土壤抗侵蝕能力越強［9］。由圖1 可知，各個樣地土壤風(fēng)干土團聚體MWD 和GMD 表現(xiàn)為紅松＞采伐跡地＞落葉松＞混交林地，其中紅松林地和采伐跡地土壤MWD 顯著大于落葉松和混交林地（p＜0.05），紅松林地土壤GMD 顯著大于其他3 個樣地（p＜0.05）；各個樣地水穩(wěn)性團聚體MWD 和GMD 表現(xiàn)為混交林地＞落葉松＞采伐跡地＞紅松，混交林地土壤MWD和GMD均大于其他3個樣地，且顯著大于紅松林地和采伐跡地（p＜0.05），說明混交林地的抗蝕性最好，結(jié)果與土壤水穩(wěn)性團聚體的研究結(jié)果相一致。

2.3 土壤有機質(zhì)

土壤有機質(zhì)是維持土壤肥力的重要因素之一，是評價土壤質(zhì)量的關(guān)鍵指標(biāo)［10］，也是影響土壤團聚結(jié)構(gòu)的最重要因素之一［11］。由圖2 可知，同一土層不同樣地土壤有機質(zhì)存在差異，落葉松、紅松、混交林地、采伐跡地0～10 cm 土層土壤有機質(zhì)依次為82.22、64.44、113.79、53.50 g·kg-1，10～20 cm 土層依次為33.93、39.60、39.52、53.36 g·kg-1，20～30 cm 土層依次為36.57、31.96、29.70、40.52 g·kg-1，其中0～10 cm土層混交林地土壤有機質(zhì)顯著大于落葉松、紅松和采伐跡地（p＜0.05），各個樣地10～20 cm 和20～30 cm土層土壤有機質(zhì)含量無明顯差異性（p＞0.05）。不同樣地之間各個土層存在差異。各樣地總體表現(xiàn)為混交林地（61.00 g·kg-1）＞落葉松（50.91 g·kg-1）＞采伐跡地（49.13 g·kg-1）＞紅松（45.34 g·kg-1），各個樣地之間無顯著差異（p＞0.05）。落葉松0～30 cm土層土壤有機質(zhì)含量在33.93～82.22 g·kg-1，紅松0～30 cm 土層土壤有機質(zhì)含量在31.96～64.44 g·kg-1，混交林地0～30 cm 土層土壤有機質(zhì)含量29.70～113.79 g·kg-1，采伐跡地0～30 cm 土層土壤有機質(zhì)含量在40.52～53.50 g·kg-1。各個樣地土壤有機質(zhì)含量隨土層深度增加的變化規(guī)律不同，落葉松土壤有機質(zhì)含量隨土層深度的增加而呈現(xiàn)先減小后增大的變化趨勢，紅松林地、混交林地和采伐跡地土壤有機質(zhì)含量均隨著土層深度的增加而減小。

圖2 土壤有機質(zhì)隨土層深度變化

3 結(jié)論與討論

各樣地土壤團聚體分布較均勻，＞0.25 mm 風(fēng)干土團聚體含量較高，在79.62%～87.78%；0～30 cm土層風(fēng)干土團聚體含量大小依次為紅松＞采伐跡地＞落葉松＞混交林地，土壤結(jié)構(gòu)體破壞率大小依次為紅松＞采伐跡地＞落葉松＞混交林地。各個樣地土壤風(fēng)干土團聚體MWD 和GMD 表現(xiàn)為紅松＞采伐跡地＞落葉松＞混交林地，水穩(wěn)性團聚體MWD和GMD表現(xiàn)為混交林地＞落葉松＞采伐跡地＞紅松。

渾河是遼寧省水資源最豐富的內(nèi)河，其上游位于遼東山區(qū)的清原縣和新賓縣，是遼寧省大伙房水庫的重要水源地，占大伙房水庫年入庫水量的52.7%。土壤團聚體是土壤結(jié)構(gòu)的基本組成單元，其數(shù)量及分布特征影響水源涵養(yǎng)林土壤結(jié)構(gòu)的優(yōu)劣及蓄水能力［12］。土壤團聚體與土壤有機碳關(guān)系密切，團聚體的形成影響著有機碳的分解，土壤有機碳對團聚體的數(shù)量和分布也具重要影響［13］。本研究結(jié)果表明，4 個樣地土壤結(jié)構(gòu)體破壞率依次為紅 松（53.58%）＞采 伐 跡 地（41.49%）＞落 葉 松（26.19%）＞混交林地（18.06%），說明通過合理地布置水源涵養(yǎng)林可以有效地改善土壤結(jié)構(gòu)，提高土壤抗蝕性。土壤結(jié)構(gòu)體破壞率與土壤有機質(zhì)之間具有顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系，土壤有機質(zhì)含量越高，土壤結(jié)構(gòu)體破壞率越小，說明土壤有機質(zhì)含量越高，土壤團聚體穩(wěn)定性越好，劉源躍［14］也認(rèn)為土壤團聚體穩(wěn)定性與土壤有機質(zhì)之間具有正相關(guān)關(guān)系。4 個樣地土壤有機質(zhì)存在差異，總體表現(xiàn)為混交林地＞落葉松＞采伐跡地＞紅松，其含量隨土層深度的增加而減小。