松花坝水源林林分土壤理化特性研究

胡建芳，裴宗阳，陈建中，张红

（1．山西运城农业职业技术学院，山西 运城044000；2．山西农业大学 林学院，山西 太谷030801）

松华坝水库位于昆明市北郊，属金沙江流域的盘龙江上游，为昆明市工农业生产和人民生活的重要水源，1981年建立省级自然保护区。从1982年至今，松花坝水源区实施退耕还林3253．33hm2，通过实施飞播造林、人工造林和退耕还林，累计完成植树造林17 333．33hm2。水源区森林覆盖率由建立初期的27．03%提高到目前的62．97%［1］。面对如此巨大的水源涵养林的人工营造，如何才能发挥与自然水源涵养林相类似的功能，研究近30年营造的不同类型人工林的水源涵养性能的优劣，将为今后的水源涵养人工营造提供宝贵的经验。但是现有对松花坝的研究，主要集中在松花坝水源保护区的土地利用变化、水质变化等的研究，如刘新有等［2］基于RS技术对松花坝水源区多年的土地利用进行的分析和张允锋等［3］对松花坝水源区的土地利用时空变化的分析，以及刘波［4］分析研究了松花坝水库底泥疏浚对其水质影响。研究松花坝水源涵养林分本身的较少，如师静等［5］对昆明地区松华坝水库库区天然云南松林隙更新情况所作的调查。真正涉及松花坝水源涵养林不同林分对土壤理化特性影响的就更少。

现有的关于水源涵养林的研究，多只是就水源涵养的某一方面作深入介绍。如常宗强［6］等通过对祁连山水源涵养林凋落物及其分解过程以及蓄积量随时间变化的分析，研究了枯枝落叶层的持水、截留作用和蓄水保土效益。石青等［7］基于3S技术，对小流域水源涵养林林木耗水进行了量化分析。党宏忠等［8］通过对祁连山水源涵养林区的苔藓－青海云杉林、亚高山灌丛、灌木－青海云杉林、中低山罐木林和祁连圆柏以及牧草地等6种植被土壤水分物理性质的测定与计算，比较分析了不同植被的水源涵养能力，建立了主要土壤类型的入渗模型、土壤水分消退方程，评价了不同植被土壤层水文特征及其与植被间的关系。张光灿等［9］为探索华北落叶松水源涵养林的立地适应性和密度合理性，对五台山华北落叶松水源涵养林密度结构与生长作了动态研究。颜永强等［10］以莲花湖库区红松水源涵养林为研究对象，运用地统计学理论与方法拟合入渗模型，对土壤入渗进行空间异质性分析。

本文为深入研究昆明市松花坝不同人工水源涵养林的优劣，对松花坝云南松、华山松和油杉3种林分林下土壤的理化特性，进行系统的研究，通过不同林分土壤理化特性的分析，得出松花坝水源涵养人工林是最优林分，为今后的西南地区的人工水源涵养林的营造提供科学依据。

1 试验地概况

试验地位于昆明市北郊区，地处102°54′～102°59′E，25°10～25°28′N，最高海拔点是大尖山2842m，最低点是坝脚1917m，库区径流面积293 km2，年平均气温15．1℃，年平均日照时数为2400 h，无霜期达230d，年平均降水量1035mm左右。

试验地植被总林地达59 114．7hm2，植被主要组成有乔木、灌木和草本植物。乔木树种有：油杉（Keteleeria Carr）、云南松（P．yunnanensis）、华山松（P．armandii）、旱冬瓜（Alnus nepalensis）、滇青冈（Cyclobalan opsisglaucoides）等；灌木树种有：马桑（Coriaria sinica Maxim）、旬子（Cotoneaster spp）、火棘（Pyracantha fortuneana）等；草本植物有：禾草、厥草、紫茎泽兰 （Compositae）、苔藓（Bryophyta）等。

表层土壤为红壤，呈中性至碱性，山上为红壤土和少许褐土，质地较粗，缓坡，阴坡土层较厚，陡坡、阳坡土层较薄，40cm以下底层土壤多为母质。

2 研究方法

2．1 外业调查方法

在云南松、华山松、油杉3种针叶林分的试验地，设置标准地（30m×30m）15个，进行常规调查，记载胸径、树高、年龄、郁闭度等（见表1）；在各标准地内一条对角线上选择有代表性的地段挖土壤剖面2个，在剖面内按0～20cm、20～40cm 2个层次用环刀和自封袋取土样供理化分析。

2．2 测试指标及方法

（1）土壤物理性质

①土壤容重：环刀法［11］（环刀容积为 100 cm3）；

②土壤饱和持水量测量：将装有湿土的环刀放入平底盆，注入并保持盆中水层高度至环刀上沿为止，使其失水达12h；

③土壤总孔隙度：方法同上。

表1 采样地特性表Table 1 The table of sample to characteristics

（2）土壤化学性质

①pH值采用电位测定法（土壤∶水＝1∶2．5）；

②土壤有机质采用硫酸、重铬酸钾氧化－容量法；

③土壤全钾含量采用氢氧化钠（NaOH）熔解，火焰光度法；

④土壤全磷含量采用氢氧化钠（NaOH）消解，钼锑抗比色法测定法；

⑤土壤水解氮含量采用碱解扩散法；

⑥土壤速效磷含量采用0．05mol·L－1盐酸－0．025mol·L－1硫酸的双酸浸提，钼锑抗比色法测定；

⑦土壤速效钾含量采用1mol·L－1中性CH3COONH4浸提，火焰光度法测定［11］。

2．3 数据分析方法

（1）本研究调查了15块样地，3种林分类型，其中编号1、12、14、15的样地属于云南松，编号3、5、7、11、13属于华山松，编号2、4、6、8、9、10为油杉。不同林分类型的理化指标数据由该林分样地的平均值而来。

（2）通过对pH、有机质、全N、全P、全K、水解性N、速效P、速效K等8项土壤化学性质指标之间的相关分析，由此说明8项土壤化学性质指标间的相关关系，为进一步改善松花坝水源涵养林土壤特性提供依据。

（3）不同组分油杉林分的养分由同组分油杉养分求平均值得到。

3 结果与分析

3．1 物理性质比较

反映土壤蓄水、保水性质的物理指标主要有土壤容重、土壤孔隙度及土壤含水量。不同林分类型的物理性质见表2。

由表2得出，除云南松和华山松林分的土壤容重差异不显著外，不同林分类型的物理指标均差异显著。就土壤容重而言，云南松和华山松无显著差异，二者的容重均显著大于油杉；总孔隙度和饱和持水量的显著差异一致，油杉显著大于华山松，华山松显著大于云南松，大小依次为：油杉＞华山松＞云南松。容重是土壤的一个主要性质，它的大小影响着植物的生长，在同等条件下，土壤容重越小，孔隙度越大，土壤的含水量越大，土壤形成团粒结构的可能性越大。而土壤团粒结构具有保水通气的效果。油杉的土壤容重显著小于云南松和华山松，而总孔隙度和饱和持水量又显著大于其余二者。综合比较土壤容重、总孔隙度和土壤水分，得出：在这三种针叶林中，油杉的土壤物理性质最好，华山松次之，云南松最差。

表2 不同林分类型的物理性质比较Table 2 Comparison of physical property of different standtype

3．2 化学特性比较

土壤溶液的pH值是土壤重要的基本性质，也是影响肥力的主要因素之一。通过对不同林分pH值（图1）的测定，可知：云南松和华山松的土壤pH＜5．0属强酸性土壤，油杉的土壤pH值在5．0～6．5的范围内属酸性土。在上下土层中，三种针叶林的pH值大小顺序均为：油杉＞华山松＞云南松。这也从侧面说明，这三种针叶林都会使土壤酸性增强，云南松尤甚。就土壤pH值随着土壤深度增加的变化，云南松和油杉土壤pH值均随着土壤深度增加而增大，而华山松与此相反。

图1 不同林分类型不同土层pH值比较Fig．1 pH values of different standtypes and different layers

对于3种针叶林来说，有机质含量（图2）大小顺序依次是：油杉＞华山松＞云南松。就不同土层有机质含量而言，0～20cm＞20～40cm，即土层越深，有机质含量越少。其原因是枯落物分解产生的腐殖质，首先对其邻近土壤产生改良作用，土层越深，距离枯落物层越远，随水分流动、生物活动和地质作用等因素而被改良的程度就大大降低。

图2 不同林分类型不同土层有机质比较Fig．2 Organic matter of different standtypes and different layers

比较不同林分类型的养分含量（图3），得出：N、P、K总量与N、P、K速效含量在3种林分类型中变化不一致，即不具有相关性。就全N含量看，从高到低的排列次序为：油杉＞华山松＞云南松；而就全P含量看，从高到低的排列次序却为：华山松＞云南松＞油杉；就全K含量看，从高到低的排列次序为：华山松＞油杉＞ 云南松，但是，除水解性N，油杉略低于华山松，油杉的P、K速效含量却显著高于云南松和华山松（就水解性N含量看，从高到低的排列次序为：华山松＞油杉＞云南松；速效P含量从高到低的次序为：油杉＞云南松＞华山松；就速效K含量看，从高到低的排列次序为：油杉＞华山松＞云南松）。

由于有效N、P、K是近期可被植物吸收利用的部分，这部分的高低可反映土壤供应林木需要的真实水平。三种针叶林类型中，综合养分含量最高的是油衫，其次是华山松，最后是云南松。

3种林分类型的土壤化学性质8项指标的相关性分析表明：pH值与各种营养物质含量呈较好的正相关（全P除外，其与pH呈负相关），尤其是速效P、速效K与pH呈极显著正相关。这是因为pH直接影响土壤中养分存在的状态、转化和有效性，林木生长所必需的营养元素的有效性与土壤pH值密切相关，绝大多数植物所需要的营养元素的有效性在土壤pH值为6～7时最高，土壤过酸或过碱都将降低某些营养元素的有效性［12］。有机质与全N、全K和水解性N也呈显著的正相关性，这是因为土壤中99%以上的氮素是以腐殖质的形式存在的［13］，而这些腐殖质多是树叶或草本枯落物，富含N和K。而且N、P、K的速效养分含量与相应的总量均不具有较好的相关性。

图3 不同林分类型不同养分含量的比较Fig．3 Comparison of nutrient content of different standtype

表3 土壤化学性质8项指标的相关系数Table 3 Related coefficient of 8indexes of soil chemistry properties

3．3 油杉林分的比较

通过上述云南松、华山松和油杉的土壤理化特性的比较，可知油杉林分的土壤理化特性最优，说明其水源涵养功能在3种林分中最优。

对不同组分的油杉林分进一步比较（表4），得出：油杉组分的比例不论过高（即油杉纯林）还是过低（即云南松或华山松纯林），土壤养分都较低，但前者比后者土壤养分有效性高；油杉混交林的土壤养分较好，通过对6油2华2云林分和6（5）油4（5）华林分的比较，可知后者土壤养分较高。进一步说明：油杉林分好于云南松和华山松林分；油杉混交林结构最好的是油杉和华山松的混交林，且混交比例接近1∶1。

表4 不同组分油杉林分的养分比较Table 4 Comparison of soil nutrients in the different proportion of Keteleeria mixed forest

4 结论与讨论

（1）油杉的土壤容重显著小于云南松和华山松，而总孔隙度和饱和持水量又显著大于其余二者。

（2）三种针叶林的pH值、有机质大小顺序均为：油杉＞华山松＞云南松。总体上看，N、P、K的速效含量也是上述的大小关系。pH值与各种营养物质含量呈较好的正相关。在红壤环境下，土壤偏酸性，pH值越高，越有利于植物对其他养分的固结作用。而油杉林分可以弱化造林地土壤偏酸性的问题，改善土壤养分条件。

（3）N、P、K总量与 N、P、K速效含量在3种林分类型中变化不一致，即不具有相关性。

综合云南松、华山松和油杉三种针叶林分的土壤物理性质、化学特性和土壤养分的分析，我们得出：林分最优的是油杉，其次是华山松，最差的是云南松。通过混交林和纯林的土壤结构分析得出：混交林优于纯林，而且混交林结构的优劣顺序为油杉＞华山松＞云南松。

而油杉混交林结构最好的是油杉和华山松的混交林，且混交比例接近1∶1。

因此，我们应采取积极的措施，逐步改造纯林，尤其是云南松纯林和华山松纯林，使林分结构更加优化，以充分发挥松花坝水源林的生态效益、经济效益和社会效益等三大效益。

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