陜西南宮山不同植被類型土壤水文功能及影響因素研究

文章編號(hào)：1674-6139（2025）06-0161-06

中圖分類號(hào)：X53文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

Soil Hydrology Function and Influencing Factors of Different Vegetation Types in Nangong Mountain of Shaanxi Province

Zhang Shulan ^1，2 ，Zhang Haijun3，，Zhang Yihao’，Han Bingfeng’，Wang Yaping ^1，2 （1.School of Chemistry and Environment，Ankang University，Ankang 7250oo，China； 2.AcademicianExpertWorkstationofSaaniAsoiationforSiencendTchologyAnkangUnversity，AnkangOCina； 3.Collge of Modern Technology of Agricultureand Biology，Ankang University，Ankang725Ooo，China）

Abstract：Theysicalandchemicalpropertis，fieldwatercapacityndaturatedwaterconductivityofilwithdirentetation typesinNangongMountainweremeasured.TheresultsshowedthatthesaturatedwaterconductivityofdiferentvegetationwasO.5～ 2.55mm/min ，with grassland gt; deciduousbroad-leaved forest gt; coniferous mixed forest gt; evergreen coniferous forest.The soil field water capacity ranged from 31.95% to 65.05% ，with deciduous broad-leaved forest gt; mixed forest gt; grassland gt; evergreen coniferous forest.Theontentoforganicmaterndnoncapillryporosityarethedirectdminantfctorsfectingtesaturatdwaterconductivityf soilinthisegioulksityisttomantctortingsoleldateapacityndeidittfapilosiy onsoil field water capacity through bulk density is obviously greater than its direct effect.

Keywords：Nangong Mountain;physicalandchemical propertiesofsoil；saturated waterconductivity;field watercapacity

前言

土壤飽和導(dǎo)水率和田間持水量是土壤水文功能的兩個(gè)重要指標(biāo)，反映了土壤的導(dǎo)水和持水能力；同時(shí)，對(duì)相關(guān)的影響因素研究一直是學(xué)者門研究的熱點(diǎn)，并且從不同植被以及坡位、坡向、海拔等地形因子開(kāi)展了相關(guān)研究[1-5]，分析了土壤理化性質(zhì)、石礫、根系、枯落物等因素對(duì)土壤飽和導(dǎo)水率和田間持水量的影響。同時(shí)，較多研究是利用Pearson相關(guān)分析和灰色關(guān)聯(lián)分析方法找出影響水文功能的重要因素，往往很難區(qū)分各影響因素之間的交互影響，為此有學(xué)者利用通徑分析方法[3-4]，將影響土壤水文功能的各因素進(jìn)行了直接和間接作用的區(qū)分。漢江上游是南水北調(diào)重要水源地，目前有關(guān)植被的涵養(yǎng)水源功能的研究多集中在秦嶺南坡火地塘林區(qū)，而對(duì)漢江上游巴山地區(qū)相關(guān)研究鮮有報(bào)道。南宮山國(guó)家森林公園是大巴山北坡化龍山支脈余脈，是漢江一級(jí)支流嵐河中游重要的水源地，該區(qū)森林資源豐富，降水豐沛，但有關(guān)森林水源涵養(yǎng)功能發(fā)揮的機(jī)制尚不清楚，為此此研究通過(guò)踏查選擇了該區(qū)主要的植被類型進(jìn)行了土壤理化性質(zhì)、飽和導(dǎo)水率和田間持水量的實(shí)驗(yàn)研究，利用通徑分析探討了不同植被類型的土壤水文功能影響因素，為該區(qū)森林資源保護(hù)和水源涵養(yǎng)林建設(shè)提供科學(xué)依據(jù)。

研究區(qū)概況

南宮山位于陜西安康市嵐皋縣東南部，地理坐標(biāo)介于東經(jīng) 109^°00^′01\"～109^°05^′49\" ，北緯 32^°10^′48^′′. ）32^°18^′32^′′ 之間，地處秦嶺以南，系大巴山北坡化龍山支脈余脈，是漢江一級(jí)支流嵐河重要的水源涵養(yǎng)地（如圖1所示）。地勢(shì)東南高，西北低。屬北亞熱帶季風(fēng)氣候，平均降水量 1050mm ，年均降雨日數(shù)94天，極端年最大降水量 1240mm ，極端年最少降水量450mm ，降水集中在6-9月，7月最多。多年平均氣溫 15^°C～17^°C，6-8 月份日平均氣溫最高，可達(dá)33^°C ；相對(duì)濕度 50%～65% 。以山地為主，屬于中山地貌。主峰海拔 2267.4m ，旁列兩峰，三峰聳崎，形如筆架，直插云表，因此又名筆架山。有較多的珍貴樹(shù)種，如鴿子樹(shù)、銅錢樹(shù)、紅豆、水杉、水青樹(shù)、金錢槭、華榛、連香樹(shù)等，但均為雜灌木林。山之北坡，森林覆蓋率達(dá) 89.7% ，具有成片分布的天然次生林和人工林，樹(shù)種包括巴山松（Pinushenryi）、山楊（Populus da-vidiana）、杉木（Cunninghamia lanceolata（Lamb.））、杜仲（Eucommiaulmoides）等，其中，巴山松林常與其他樹(shù)種（山楊、紅樺、槭類等）混交。土壤為黃棕壤，多石礫，土層厚度 20～30cm ，典型的石質(zhì)山地。

2 研究方法

2.1 野外采樣

2023年7月在南宮山北坡選擇四種植被類型，分別為常綠針葉林（杉木林和巴山松林）、落葉闊葉林（山楊林和杜仲林）、針闊混交林（巴山松雜木林）和草地，設(shè)置樣地面積 10m×10m ，分別在每個(gè)樣地內(nèi)沿對(duì)角線隨機(jī)布設(shè)樣點(diǎn)，除去表土的凋落物層，挖取土壤剖面；利用 100cm³ 的環(huán)刀將土壤按 10cm 間隔分層采集原狀土，每個(gè)土層重復(fù)取樣5～6次，共取樣120個(gè)，將采樣的環(huán)刀蓋好上下蓋并裝入環(huán)刀盒內(nèi)；用鋁盒收集每層松散的土壤。所有取樣做好標(biāo)簽，減少震動(dòng)以保持土樣的原狀，帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行相關(guān)指標(biāo)的測(cè)定。對(duì)樣地內(nèi)林分的樹(shù)高、胸徑、郁閉度、密度、地形因子（海拔、坡度、坡向等）以及土壤類型等林分因子進(jìn)行了調(diào)查。

2.2 室內(nèi)測(cè)定

采用環(huán)刀法測(cè)定土壤容重、總孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度等土壤物理性質(zhì)以及土壤田間持水量等，并利用鋁盒烘干法測(cè)定土壤含水率。篩選法測(cè)定 gt;2mm 的礫石含量；甲種比重計(jì)法測(cè)定lt;2mm 的土壤顆粒含量;重鉻酸鉀氧化法測(cè)定土壤有機(jī)質(zhì)含量。

使用定水頭法測(cè)定土壤飽和導(dǎo)水率（控制水頭高 5cm ），計(jì)算土壤的飽和導(dǎo)水率（ （K_t） ，根據(jù)公式換算為 10% 的飽和導(dǎo)水率（ ??K₁₀） 。

K₁₀=K_t/（0.7+0.03t°）

式（1）-式（2）中， .K_t 為 t^°C 時(shí)的飽和導(dǎo)水率（mm/min） ； Q_n 為 n 次出水量（ （cm³） ）； t_n 為每次滲透間隔的時(shí)間（min）;A為土柱橫截面積（ cm² ； H 為水層厚度（cm）； L 為土柱長(zhǎng)度（ ; K₁₀ 為 10% 時(shí)的土壤飽和導(dǎo)水率（ ） t^° 為測(cè)定時(shí)水的溫度 （C） 。

2.3 數(shù)據(jù)處理

采用了單因素方差分析、多重比較分析了不同樣地類型間、不同土層間的差異程度；通過(guò)雙變量皮爾遜相關(guān)分析土壤理化性質(zhì)之間及其與飽和導(dǎo)水率、田間持水量的相關(guān)性；通過(guò)多元逐步回歸進(jìn)行通經(jīng)分析，找出影響土壤水文功能的直接因素和間接因素。

3 結(jié)果與分析

3.1不同植被類型土壤的理化特性

如表1所示，南宮山土壤礫石含量的變異系數(shù)最大，達(dá)到了0.8;其次是非毛管孔隙度、粉粒和粘粒含量以及有機(jī)質(zhì)含量的變異系數(shù)均超過(guò)0.4，屬于高度變異；而其他土壤理化性質(zhì)變異系數(shù)低于0.3，變異程度較低。同時(shí)，進(jìn)一步分析了土壤各理化性質(zhì)的指標(biāo)相關(guān)性，發(fā)現(xiàn)土壤機(jī)械組成與土壤容重、孔隙度和有機(jī)質(zhì)含量相關(guān)不顯著（ Pgt;0.05， ；土壤容重、總孔隙度、毛管孔隙度、有機(jī)質(zhì)含量?jī)蓛芍g的相關(guān)性均顯著（ Plt;0.05） ，而非毛管孔隙度與其他相關(guān)性均不顯著（ ?Pgt;0.05） 。土壤機(jī)械組成成分之間具有顯著相關(guān)性，其中土壤粉粒含量與礫石、砂粒、粘粒含量的相關(guān)性顯著（ Plt;0.05 ），粘粒與礫石含量的相關(guān)性顯著（ ?^Plt;0.05 ）。

3.2不同植被土壤飽和導(dǎo)水率（ ∣K₀ 和田間持水量差異

如圖2所示南宮山北坡不同植被樣地間和不同土層間的 K₁₀ 均具有顯著差異 為0.15～2.55mm/min ，標(biāo)準(zhǔn)差為 0.69mm/min ，變異系數(shù)為0.82，變異程度較大 K₁₀ 的平均值為0.84mm/min ，從不同土層看，各樣地類型的表層中 （0～10cm） ）的土壤飽和導(dǎo)水率均最大，平均1.63mm/min ，并隨著土層加深具有降低趨勢(shì)。不同樣地類型的土壤平均飽和導(dǎo)水率大小依次為草地中 1.18mm/min ） gt; 杜仲林 （1.09mm/min） ） gt; 山楊林（0.98mm/min ） gt; 杉木林Ⅱ （0.79mm/min ） gt; 巴山松雜木林（ 0.75mm/min ） gt; 巴山松林（ 0.73mm/min） （204號(hào) gt; 杉木林1 （0.70mm/min ） K₁₀ 的最高值和最低值均出現(xiàn)在山楊林內(nèi)。從植被類型看，平均土壤飽和導(dǎo)水率表現(xiàn)出：草地 gt; 落葉闊葉林 gt; 針闊混交林 gt; 常綠針葉林；且天然次生杉木林 I 的飽和導(dǎo)水率略大于人工杉木林I。

如圖3所示南宮山北坡不同植被樣地間和不同土層間的土壤田間持水量的差異圖。各樣地類型的土壤田間持水量介于 31.95%～65.05% ，標(biāo)準(zhǔn)差為9.20% ，變異系數(shù)為0.21，變異程度較低。土壤田間持水量的平均值為 48.91% ，從不同土層看，杉木林Ⅱ、草地的土壤田間持水量各土層間差異不顯著；而其他樣地類型的各土層間差異顯著，且以表層土壤田間持水量最大，隨著土層加深而降低。不同樣地類型的土壤田間持水量平均值大小依次為杜仲林（ 53.22% ）gt;杉木林I（ 48.50% ） gt; 山楊林 （45.88% ） gt; 巴山松雜木林 43.75% ） gt; 草地（ 43.36% ） gt; 巴山松林（ 40.16% ）gt; 杉木林（ 33.74% ），且不同樣地間土壤田間持水量差異顯著（ ：Plt;0.05） ；從植被類型看，平均田間持水量表現(xiàn)出：落葉闊葉林 gt; 針闊混交林 gt; 草地 gt; 常綠針葉林，且人工杉木林I土壤田間持水量明顯大于天然次生杉木林Ⅱ。

3.3不同植被土壤的飽和導(dǎo)水率和田間持水量的影響因素分析

將南宮山北坡不同樣地類型的土壤飽和導(dǎo)水率和田間持水量與土壤理化性質(zhì)進(jìn)行雙變量皮爾遜相關(guān)分析，發(fā)現(xiàn)土壤飽和導(dǎo)水率與總孔隙度、有機(jī)質(zhì)含量的相關(guān)性極顯著（ Plt;0.01 ），與容重、毛管孔隙度和非毛管孔隙度的相關(guān)性顯著（ Plt;0.05. ，與土壤機(jī)械組成之間的相關(guān)性不顯著（ Pgt;0.05） ；土壤田間持水量與容重、總孔隙度、毛管孔隙度和有機(jī)質(zhì)含量的相關(guān)性極顯著（ Plt;0.01 ），與土壤機(jī)械組成之間的相關(guān)性不顯著（ Pgt;0.05） 。

由于樣地類型的土壤理化性質(zhì)之間相關(guān)性顯著，因此對(duì)土壤飽和導(dǎo)水率和田間持水量影響存在交互作用。為此，進(jìn)一步對(duì)土壤飽和導(dǎo)水率和田間持水量相關(guān)的土壤理化性質(zhì)通過(guò)逐步回歸進(jìn)行通徑分析。多元逐步回歸分析結(jié)果顯示，有機(jī)質(zhì)含量 （X₁） 和非毛管孔隙度 （X₂ ）是影響土壤飽和導(dǎo)水率（ ?K₁₀ ）的主要因子，可得線性回歸方程為：看 K₁₀ =0.047X₁+0.123X₂-0.366（R²=0.608） ；同時(shí)，容重 （X₃） 和毛管孔隙度 （X₄ ）是影響土壤田間持水量 （W_t） ）的主要因子，可得線性回歸方程為： W_t= -41.073X₃+0.768X₄+53.575（R²=0.946）_c

通過(guò)進(jìn)一步分析結(jié)果顯示（如表2和表3所示），有機(jī)質(zhì)含量和非毛管孔隙度對(duì)土壤飽和導(dǎo)水率的直接通徑系數(shù)分別為0.570和0.402，說(shuō)明有機(jī)質(zhì)含量對(duì)土壤飽和導(dǎo)水率的直接作用強(qiáng)于非毛管孔隙度；從間接通徑系數(shù)看，非毛管孔隙度受有機(jī)質(zhì)含量影響對(duì)飽和導(dǎo)水率具有一定的間接作用（0.124），但明顯低于直接作用，說(shuō)明二者均是影響飽和導(dǎo)水率的直接主導(dǎo)因子。容重和毛管孔隙度對(duì)土壤田間持水量的直接通徑系數(shù)分別為-0.787和0.307，說(shuō)明容重對(duì)田間持水量的直接負(fù)作用明顯大于毛管孔隙度的直接正作用；同時(shí)，容重的直接通徑系數(shù)明顯大于間接通徑系數(shù)；毛管孔隙度的直接通徑系數(shù)（0.307）明顯小于間接通徑系數(shù)（0.600）；因此，容重是影響土壤田間持水量的直接主導(dǎo)因子，容重越大，田間持水量越小;反之，田間持水量越大;而毛管孔隙度則通過(guò)影響容重間接影響田間持水量。

4討論

南宮山不同植被類型之間土壤理化性質(zhì)的顯著差異使得其土壤飽和導(dǎo)水率和田間持水量也存在明顯的差異，這與植被的根系和枯落物的作用有關(guān)[3.6]。山楊林和杜仲林均為落葉闊葉林，二者的枯落物較多且易分解，使得表層土壤明顯具有較高的有機(jī)質(zhì)含量，有機(jī)質(zhì)含量的增加能夠改善土壤結(jié)構(gòu)，增大土壤孔隙度，土壤容重會(huì)變小;因此落葉闊葉林的土壤田間持水量最高，并具有較高的土壤飽和導(dǎo)水率。杉木林、巴山松林均為常綠針葉林，林內(nèi)枯落物較少，草本覆蓋較低，有機(jī)質(zhì)含量偏低，僅在杉木人工林內(nèi)可能由于退耕還林后雜灌木及草本較多，有機(jī)質(zhì)含量偏高且容重偏小，因此常綠針葉林的土壤飽和導(dǎo)水率和田間持水量低于落葉闊葉林。巴山松雜木林是巴山松、杉木、板栗和山楊的針闊混交林，具有一定的雜草和枯落物，與巴山松林相比，土壤容重略變小，土壤有機(jī)質(zhì)含量較高，礫石含量多，因此其土壤飽和導(dǎo)水率和田間持水量介于落葉闊葉林和針葉林之間。草地位于兩個(gè)山坡之間的陽(yáng)坡，雖然生長(zhǎng)較茂盛，覆蓋度較大，但草地根系和枯落物的分解較慢，使得土壤有機(jī)質(zhì)含量低，土壤結(jié)構(gòu)較差，且土壤具有較多的礫石可能增大土壤大孔隙，這使得草地具有最大的土壤飽和導(dǎo)水率和較小的田間持水量。

通徑分析顯示有機(jī)質(zhì)含量和非毛管孔隙度是影響該區(qū)土壤飽和導(dǎo)水率的直接主導(dǎo)因素；容重和毛管孔隙度是影響土壤田間持水量的主要因子。通常認(rèn)為非毛管孔隙度是土壤田間持水量到飽和含水量之間的土壤孔隙，能夠直接影響土壤的出流速率，因此此研究認(rèn)為非毛管孔隙度是土壤飽和導(dǎo)水率的直接因素更為合理。有機(jī)質(zhì)含量的變化雖然對(duì)非毛管孔隙度影響不大，但可通過(guò)影響土壤生物的活動(dòng)改善土壤結(jié)構(gòu)，并能夠促進(jìn)土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體顆粒的形成[7]，從而改善土壤持水、蓄水和導(dǎo)水功能。另外，該區(qū)容重是影響土壤田間持水量的直接主導(dǎo)因子，然而在實(shí)際中容重是綜合因素作用的結(jié)果，從通徑分析看毛管孔隙度變化引起的容重改變對(duì)土壤田間持水量的間接作用明顯大于直接作用，這說(shuō)明毛管孔隙度對(duì)容重具有主要的影響，而毛管孔隙度和容重均與有機(jī)質(zhì)含量顯著相關(guān)，因此從某種程度看有機(jī)質(zhì)含量對(duì)土壤田間持水量應(yīng)該具有重要的作用。

5結(jié)論

南宮山不同植被的土壤飽和導(dǎo)水率和田間持水量具有明顯差異;落葉闊葉林比常綠針葉林對(duì)土壤水文功能的改善作用更強(qiáng)，具有較強(qiáng)的導(dǎo)水、持水能力，針闊混交林介于二者之間，草地雖然具有較強(qiáng)的導(dǎo)水能力，但持水能力較差。植被土壤飽和導(dǎo)水率最直接的影響因素是有機(jī)質(zhì)含量和非毛管孔隙度；田間持水量最直接的影響因素是容重，且毛管孔隙度通過(guò)容重對(duì)土壤田間持水量的間接作用明顯大于直接作用，二者與有機(jī)質(zhì)含量極相關(guān)（ Plt;0.01 ）。

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