冀北山地云杉人工林土壤物理性質的研究

摘要為探究冀北山地云杉人工林土壤物理性質，選取不同栽植比例的云杉人工林為研究對象，對其土壤物理性質進行分析對比。結果表明：在這3種類型的林分中土壤容重隨土層深度的增加而增加，其平均值為類型2（1.05g.cm-3）>類型3（1.19g.cm-3）>類型1（1.01g.cm-3）；土壤總孔隙度均值為類型2（60.27%）>類型1（58.68%）>類型3（55.64%），土壤孔隙度均呈現(xiàn)隨土層深度的增加而遞減的態(tài)勢；土壤最大持水率與土壤毛管持水率類型2林分都是最大，也呈現(xiàn)出與孔隙度相同的趨勢，但相較于孔隙度的變化量較為平緩。

關鍵詞云杉人工林;土壤物理性質;土層深度；容重；孔隙度

中圖分類號：S791.18;S714.2文獻標識碼：Adoi：10.13601/j.issn.1005-5215.2023.03.012

StudyonSoilPhysicalPropertiesofSprucePlantationsinMountainousAreaofNorthernHebei

WangXing

（HebeiMulanPaddockState-ownedForestFarm，Chengde068450，China）

AbstractInordertoexplorethesoilphysicalpropertiesofspruceplantationsinmountainousareasofnorthernHebei，thisstudyselectedspruceplantationswithdifferentplantingratiosasresearchobjects，andanalyzedandcomparedtheirsoilphysicalproperties.Theresultsshowedthatthesoilbulkdensityincreasedwiththeincreaseofsoildepthinthesethreetypesofforeststands，andthehomogeneitywasarrangedastype2（1.05g·cm-3）>type3（1.19g·cm-3）>type1（g·cm-3）.Themeansoilporositywastype2（60.27%）>type1（58.68%）>type3（55.64%），whilethesoilporosityshowedadecreasingtrendwiththeincreaseofsoildepth.Themaximumsoilwaterholdingrateandsoilcapillarywaterholdingrateoftype2foreststandwerethelargest，andalsoshowedthesametrendasporosity，butthechangewasrelativelygentlecomparedtoporosity.

Keywordsspruceplantations;soilphysicalproperties;soildepth;bulkdensity;porosity

森林土壤是森林生態(tài)系統(tǒng)重要的組成部分，是群落發(fā)生和發(fā)展的基礎，是林木生長和微生物作用等多種生態(tài)過程的重要載體，也是森林生態(tài)系統(tǒng)物質能量循環(huán)的重要環(huán)節(jié)[1]。土壤在森林生態(tài)系統(tǒng)中的這些功能決定于土壤的質量，它是森林生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展的基礎;同時，生態(tài)系統(tǒng)組成、結構與功能的變化又影響和制約著土壤質量演化的方向和強度。

1研究區(qū)及樣地概況

研究區(qū)位于河北省木蘭圍場國有林場管理局五道溝林場，地處渾善達克沙地南緣，灤河上游地區(qū)，屬陰山、大興安嶺、燕山余脈的匯接地帶，區(qū)域地理坐標為41°52′—42°01′N，116°49′—116°59′E，海拔750～1998m，屬于大陸性季風型山地氣候。冬季酷寒干燥，夏季涼爽無暑熱，春秋兩季多風沙，晝夜溫差大。年降水量380～560mm，主要集中在7—9月。土壤為棕壤、褐土、風沙土、草甸土等。其中棕壤土遍布海拔900m以上的區(qū)域，褐土遍布在海拔850m左右的區(qū)域，草甸土主要分布在海拔1900m，土壤肥沃，偏酸性。常見樹種主要有華北落葉松（Larixprincipis-rupprechtii）、油松（Pinustabuliformis）、云杉（Piceaasperata）、白樺（Betulaplatyphylla）、蒙古櫟（Quercusmongolica）、山楊（Populusdavidiana）、棘皮樺（Betuladahurica）、稠李（Padusracemosa）、山荊子（Malusbaccata）、鼠李（Rhamnusdavurica）等。樣地概況見表1。

2研究方法

2.1樣地設置與調查

選擇不同栽植比例的云杉人工林作為研究樣地，所選取的云杉人工林林齡、密度、坡位、坡向等都相近，共設置3個20m×30m的固定樣地，樣地內均未施加任何人為干擾（施肥、灌溉等），林分結構相似，立地條件大致相同，土壤性質接近。

在每個固定樣地內按著“S”形取樣法隨機取樣。每個樣地挖取3個土壤剖面，在0～＜10cm、10～＜20cm、20～＜40cm土層用環(huán)刀取樣，每層3次重復，應用環(huán)刀法[2]測定土壤容重、總孔隙度、非毛管孔隙度、毛管孔隙度等。

2.2數(shù)據處理

采用Excel軟件進行數(shù)據整理和校對，使用SPSS軟件進行統(tǒng)計分析，同時采用Excel軟件作圖。

3結果與分析

3.1土壤容重

土壤容重、孔隙度是土壤物理性質的重要指標，它與土壤的透氣、透水性能息息相關，土壤孔隙度的多少、孔隙大小及分布的情況決定著土壤水分的含量。孔隙度越高，孔隙越大，其透水能力越強。

由圖1可以看出，冀北山地云杉人工林各個類型的土壤容重均隨土層深度的增加而增加，但土壤容重的變化值差異并不大。各個類型林分土壤容重均值為類型2（1.05g.cm-3）>類型3（1.19g.cm-3）>類型1（1.01g.cm-3），各類型林分土壤均呈現(xiàn)出表層土壤容重小于深層土壤容重，3種林分在0～40cm深度土層中均是土壤容重隨土層深度增加而增加，表層土壤容重以類型1最低。

3.2土壤孔隙度

土壤孔隙度是土壤的基本物理性質，對土壤蓄水能力和通氣性有著直接作用，間接影響植物生長，并且與土壤肥力等因素有著密切關系。

3.2.1土壤非毛管孔隙度

土壤非毛管孔隙度是指直徑大于0.1mm的孔隙，為土壤中大孔隙，毛管作用較小，蓄水能力微乎其微。

由圖2可知，非毛管孔隙度隨土層深度的增加各個類型的林分均呈現(xiàn)出遞減的趨勢，其中類型1的非毛管孔隙最小，類型3的非毛管孔隙最大，0～<10cm土層中類型1的非毛管孔隙最小，類型3的最大。非毛管孔隙越大，則土壤通透性較好，有利于降水的下滲，減少地表徑流的發(fā)生，起到了涵養(yǎng)水源的作用[3]，但是蓄水能力減少，類型1林分的非毛管孔隙變化相較于其他林分并不明顯。

3.2.2土壤毛管孔隙度

土壤毛管孔隙的直徑為0.001～0.1mm，毛管孔隙度是指毛管孔隙容積占土壤容積的百分數(shù)，具有毛管作用，對植物體的生長有著密切關系，是植物需水的主要來源，它與有機質含量有一定關系，有機質含量越高毛管孔隙就越多，植物的生長發(fā)育繁殖能力就強。

由圖3可知，毛管孔隙度在類型2、類型3林分中均呈現(xiàn)出隨土層深度的增加毛管孔隙度減小的趨勢，在類型1中出現(xiàn)了隨土層深度增加先小幅增加后下降的趨勢。整體看，各個林分類型的土壤表層毛管孔隙較高，應與其表層中腐殖層有機質含量較高有關，類型1的毛管孔隙度在各土層間變化不明顯。

3.2.3土壤總孔隙度

土壤孔隙按著孔徑的大小可分為無效孔隙、毛管孔隙、非毛管孔隙。一般來說土壤是為植物體的根部提供營養(yǎng)、水和氣的，土壤總孔隙度在50%或略大于50%較為適宜林木生長，不同林分所需要的也不盡相同。

由圖4可知，3種類型林分的土壤總孔隙度均值為類型2（60.27%）>類型1（58.68%）>類型3（55.64%）。這3種類型的林分均呈現(xiàn)出隨土層深度的增加總孔隙度減小的趨勢，其中類型2的變化差異較大，類型1變化較為平緩，類型3在0～<10cm土層與10～<20cm土層的變化差異較大，20～<40cm土層與10～<20cm土層土壤總孔隙度差異不大。其表層總孔隙度最大的是類型2，說明類型2的表層土壤透氣性最好。

3.3土壤水文性質

3.3.1土壤最大持水率土壤最大持水率是指將土壤中所有懸著毛管達到最大值時的土壤含水率。代表著土壤最大容水能力。

由圖5可知，這3種類型的林分土壤最大持水率均呈現(xiàn)出隨土層深度增加而減小的趨勢，減小趨勢較為平緩，變化量不大。其均值為類型2（62.97%）>類型1（58.40%）>類型3（52.35%）。類型2的表層土壤腐殖質較多，土壤質地疏松、結構較好，故最大持水率大。類型3林分內各土層的最大持水率變化最小，較為平緩。

3.3.2土壤毛管持水率

土壤毛管持水率是指土壤的全部毛管都充滿水時的土壤含水率。

由圖6可以看出，各個林分的毛管持水率均隨土層深度的增加呈現(xiàn)出遞減的趨勢，其均值為類型2（57.77%）>類型1（55.43%）>類型3（47.59%）。類型2林分的表層土層毛管持水率最大，類型3的最小?？傮w看，各個類型的林分間差異并不明顯，尤其是類型3的林分變化最為平緩。

4結論

本研究以冀北山地3種不同栽植比例的云杉人工林為研究對象，對其土壤物理性質進行了分析，各個類型的林分中土壤容重隨土層深度的增加而增大，持水量和孔隙度隨土層加深而減小，持水能力隨土壤深度的增加而減弱[4]。表層土壤容重類型1的最低，土壤容重均值為類型2（1.05g.cm-3）>類型3（1.19g.cm-3）>類型1（1.01g.cm-3）；土壤孔隙度與土壤容重有著密切的聯(lián)系，容重增大，孔隙度會相應地減少，類型1的非毛管孔隙最小，類型3的非毛管孔隙最大，土壤毛管孔隙度基本呈現(xiàn)出隨土層深度的增加毛管孔隙度減少的趨勢，土壤總孔隙度均值為類型2（60.27%）>類型1（58.68%）>類型3（55.64%）。

土壤最大持水率的均值為類型2（62.97%）>類型1（58.40%）>類型3（52.35%），土壤毛管持水率的均值為類型2（57.77%）>類型1（55.43%）>類型3（47.59%）。表層土壤的最大持水率與毛管持水率均為最大，類型2林分的土壤物理性質好于其他栽植比例的云杉人工林。

本研究探討了冀北山地不同栽植比例的云杉人工林土壤水分物理性質，各土層的變化情況及整體變化趨勢，土壤水分—物理性質關系到森林未來的演替方向[5]，為冀北山地云杉造林、營林措施提供參考。有必要繼續(xù)進行林地長期定位觀測和比較，以便能更系統(tǒng)地揭示3種類型的林分因不同栽植比例所導致的土壤物理性質的變化規(guī)律，為森林土壤資源的可持續(xù)利用奠定基礎[6]。

參考文獻：

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收稿日期：2022-11-08

作者簡介：王興（1995-），男，河北灤南人，大學，助理工程師，從事營林技術研究.