海南滨海台地典型森林土壤物理性质及水源涵养分析

王小燕++陈毅青++薛杨++林之盼++宿少锋++林日武++薛雁文

摘 要 针对海南滨海台地木麻黄林、桉树林、大叶相思林、椰子林、次生林5种典型森林的土壤容重、孔隙度及凋落物持水性能进行了研究。结果表明：5种林分的土壤毛管孔隙度、非毛管孔隙度和总孔隙度上层大于下层，土壤容重为上层小于下层；大叶相思林、木麻黄林的土壤容重较小，土壤疏松，孔隙大，凋落物的储量较大，持水性能好，适宜作为滨海台地的水源涵养林。

关键词 森林土壤 ；土壤物理性质 ；凋落物 ；水源涵养

中图分类号 S718.5 文献标识码 A Doi：10.12008/j.issn.1009-2196.2017.02.002

Soil Physical Properties and Water Conservation Function of

Typical Forests in the Coastal Terraces in Hainan

WANG Xiaoyan CHEN Yiqing XUE Yang

LIN Zhipan SU Shaofeng LIN Riwu XUE Yanwen

（Hainan Institute of Forestry Science， Haikou， Hainan 571100）

Abstract The soil physical properties and the water holding capacities of litter in the plantations of Casuarina equisetifolia， Eucalyptus spp， Acacia auriculaeformis， and coconut， and secondary forests in the coastal terraces in Hainan were studied. The results showed that the plantations and secondary forests under study had greater soil capillary porosities， non-capillary porosities and total porosities and lower soil densities in the upper soil layer than in the lower soil layer. The A. auriculaeformis and C. equisetifolia plantations were lower in soil density， looser in soil， larger in the soil pores and reserves of litter， and better in water-holding capacity. A. auriculaeformis and C. equisetifolia are therefore suited to be planted in the coastal terraces as water conservation forest.

Keywords forest soil ； soil physical properties； litter ； water conservation function

土壤是森林生態系统的重要组成部分，为林木生长和发育提供所需的物质基础，而森林通过枯枝落叶改善土壤结构，增加土壤孔隙，影响着土壤的形成和发育。在森林土壤质量评价指标中，容重与孔隙度是土壤的基本物理性质，直接影响着土壤蓄水能力与透气性，并间接影响着土壤肥力和植物生长状况[1]。滨海台地是沿海防护林带的重要分布区域，也是人口密集区，由于其特殊的地理区位而受到生态学者的广泛关注[2]。加强滨海台地森林土壤的研究，对全面了解滨海台地土壤性状具有重要意义。海南滨海台地典型森林类型的土壤化学性质[3]、土壤生物性质[4]已经有过报道。本研究以海南滨海台地5种典型森林类型林下土壤为研究对象，通过野外调查、采样分析和资料收集，对土壤物理性质和水源涵养性能进行研究，以全面了解海南滨海台地典型森林类型的土壤特性，为海南滨海台地森林的可持续经营和改造提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料

研究对象是海南省滨海台地地区的5种典型森林木麻黄[（Casuarina equisetifolia）、桉树（Eucalyptus plantation）、大叶相思（Acacia auriculaeformis）、椰子林（Coconut Grove）、次生林（Secondary forest）]林下土壤。地理位置在18°10′ N～20°10′ N，108°37′ E～111°03′ E，属于热带海洋性季风气候，夏长冬短，年平均气温22～27℃，年平均降雨量1 639 mm。全省陆地面积3.39×104 km2，其中山地主要分布在岛中部偏南地区，山地中散布着丘陵性盆地，丘陵主要分布在岛内陆和西北、西南部等地区。在山地丘陵周围，广泛分布着宽窄不一的台地和阶地，占全岛总面积的49.5%，环岛多为滨海平原，占全岛总面积的11.2%。在海南省内抽样调查，采样地点覆盖了文昌、临高、乐东、万宁的5种典型森林。林下土壤以砂壤、红壤、黄壤为主，涵盖了海南省滨海台地分布区的基本林分情况。试验地基本特征见表1。

1.2 方法

1.2.1 样地选择及采样

依据海南省滨海台地分布区森林面积和自然分布情况，以文昌、临高、乐东、万宁4个地区5种不同典型森林土壤和凋落物为研究对象，采样日期为2015年11月至12月，共抽取省内20片滨海台地典型森林进行土壤调查和样品采集。在每片选定的森林内，选取代表性地段，设置3个面积为20 m×20 m的临时样地；对样地内林木进行每木检尺，实测林木胸径、树高、林下植被等因子；在每个样地内，在样地对角线上选择3个具有代表性的采样点，在0～20 cm土层和20～40 cm土层分别取环刀样品3个，用于测定土壤容重、孔隙状况和持水状况。同时，在样地内设置5个面积为1 m×1 m的小样方，采集凋落物样品用于分析持水量。5种森林类型的基本情况如下：

（1）木麻黄纯林：林分生长良好，郁闭度为70%～75%，林木胸径为3.1～25.3 cm，树高为6.3～22.5 m，林下有胜红蓟（Ageratum conyzoides）、飞机草（Chromolaenaodorata）、夜香牛（Vernoniacinerea）、一点红（Emilia sonchifolia）、短叶黍（Panicum brevifolium）、叶下珠（Phyllanthusurinaria）等。

（2）大叶相思纯林：植被群落发育良好，郁闭度为75%～80%，林木胸径为3.4～19.6 cm，树高为4.6～16.2 m，林下鲜有乔灌木天然更新，有大量草本植物出现，常见的有有耳草（Hedyotisauricularia）、飞机草、胜红蓟、竹叶草（Oplismenuscompositus）等。

（3）桉树纯林：植被发育一般，林木胸径为3.5～20.6 cm，树高为6.0～22.3 m，郁闭度为75%～80%，林下植被有白花蛇舌草、丰花草（Borreriastricta）、地毯草（Axonopuscompressus）、短叶黍、铺地黍（Panicum repens）等。

（4）椰子纯林：植被群落发育良好，郁闭度为75%～85%，树木胸径为23.2～45.9 cm，树高为8.0～22.8 m，是海南特有树种，属于经济林，也作为风景林，早期由人工种植后经自然生长形成的林区群落。群落发育良好，覆盖度为80%～85%。林下有冰糖草（Scopariadulcis）、地毯草、黄花稔（Sidaacuta）、金腰箭（Synedrellanodiflora）、牛膝（Achyranthesbidentata）、莎草（Cyperusrotundus）等。

（5）次生林：植被群落发育良好，郁闭度为85%～90%，树木胸径为5.8～46.8 cm，树高为4.0～18.4 m，林下灌木较多，是滨海台地常见的植被生态类型。林型的层次性较突出，群落外貌终年常绿，林冠稠密，主要植被乔木层有木麻黄、柳叶密花树（Rapanealinearis）、琼涯海棠（Calophylluminophyllum）等；灌木层有银柴（Aporusadioica）、桃金娘（Rhodomyrtustomentosa）、九节木（Psychotriarubra）、大青（Clerodendrumcyrtophyllum）等；草本层有鬼针草、胜红蓟、飞机草等。

1.2.2 分析方法

采集凋落物样品，带回实验室烘干至恒重，并取烘干后的凋落物装入网袋，分别浸入水中24 h，捞起并静置至无水滴时称重，3个重复，凋落物持水量计算公式如下：

凋落物持水量（t/hm2）=[凋落物湿重（kg/m2）-凋落物烘干重（kg/m2）]×10

土壤持水量（t/hm2）=10 000（m2）×土層厚（m）×总孔隙度

用环刀在各标准样地内进行三点采样，按0～20 m、20～40 cm分2层采集新鲜土样，每一土壤层次重复采样3次。土壤容重的测定采用环刀法，毛管持水量的测定用浸泡法，并依据相关指标计算总孔隙度、毛管孔隙度和非毛管孔隙度[5]，计算方法如下：总孔隙度（%）=93.937-32.995×土壤容重；毛管孔隙度（%）=毛管持水量×土壤容重；非毛管孔隙度（%）=总孔隙度-毛管孔隙度。

1.2.3 数据处理

数据采用Excel 2016软件进行汇总及计算，运用SAS软件进行单因素方差分析（one-way ANOVA），比较不同数据间的差异。

2 结果与分析

2.1 土壤物理性质

容重和孔隙度是土壤的基本物理性质，直接影响土壤蓄水和通气性[1]。土壤总孔隙度是指单位体积土壤孔隙所占的百分数，土壤总孔隙度包括毛管孔隙度和非毛管孔隙度，是由土壤容重和比重决定的。对于相同类型的土壤，比重是相对恒定的；在其它条件相同的情况下，土壤容重的大小决定孔隙度的大小[6]。

由表2可知，文昌地区，次生林上层土壤（0～20 cm）的容重大于下层（20～40 cm），其他4种林分上层土壤（0～20 cm）的容重小于下层（20～40 cm）。木麻黄林2个土层的土壤容重均显著大于其他林分（p<0.05）。上层土壤（0～20 cm）中，大叶相思林的土壤容重显著小于其他林分（p<0.05），土壤容重的大小顺序为：木麻黄林>桉树林>椰子林>次生林>大叶相思林；下层土壤（20～40 cm）中，次生林的土壤容重显著小于其他林分（p<0.05），土壤容重大小顺序为：木麻黄林>椰子林>桉树林>大叶相思林>次生林。

临高地区，木麻黄林和大叶相思林上层土壤（0～20 cm）的容重大于下层（20～40 cm），其他3种林分上层土壤（0～20 cm）的容重小于下层（20～40 cm）。在上层土壤（0～20 cm）中，次生林和椰子林的土壤容重显著大于其他林分（p<0.05），其他3种林分的土壤容重相近；在下层土壤（20～40 cm）中，椰子林的土壤容重显著大于其他林分（p<0.05），木麻黄林和大叶相思林的土壤容重显著小于其他林分（p<0.05）。

乐东地区，木麻黄林上层土壤（0～20 cm）的容重大于下层（20～40 cm），其他4种林分上层土壤（0～20 cm）的容重均小于下层（20～40 cm）。在上层土壤（0～20 cm）中，桉树林的土壤容重显著大于其他林分（p<0.05），次生林和椰子林的土壤容重显著小于其他林分（p<0.05）；在下层土壤（20～40 cm）中，椰子林和次生林的土壤容重显著大于其他林分（p<0.05），木麻黄林的土壤容重显著小于其他林分。

万宁地区，椰子林和次生林上层土壤（0～20 cm）的容重大于下层（20～40 cm），其他3种林分上层土壤（0～20cm）的容重均小于下层（20～40 cm）。在上层土壤（0～20cm）中，次生林的土壤容重显著大于其他林分（p<0.05），椰子林和大叶相思林的土壤容重均显著小于其他林分（p<0.05）；在下层土壤（20～40 cm）中，椰子林的土壤容重均显著小于其他林分（p<0.05），其他林分的土壤容重较为相近。

文昌地区，5种林分的土壤总孔隙度为上层大于下层，桉树林和大叶相思林的毛管孔隙度、非毛管孔隙度均为上层大于下层（表3）。临高地区，5种林分的土壤总孔隙度为上层大于下层，大叶相思林的毛管孔隙度为上层小于下层，其他林分毛管孔隙度均为上层大于下层；桉树林和大叶相思林的非毛管孔隙度为上层大于下层，其他林分的非毛管孔隙度均为上层小于下层。乐东地区，木麻黄林的土壤总孔隙度为上层小于下层，其他林分的土壤总孔隙度均为上层大于下层；除次生林外，其余4种林分的毛管孔隙度均为上层大于下层，其非毛管孔隙度上層和下层相近，无显著差异。万宁地区，椰子林和次生林的土壤总孔隙度上层小于下层，其他林分的土壤总孔隙度均为上层大于下层；木麻黄林和大叶相思林的毛管孔隙度上层大于下层，其他3种林分土壤毛管孔隙度上层小于下层；木麻黄林的非毛管孔隙度上层小于下层，其他4种林分的非毛管孔隙度均为上层大于下层。

2.2 凋落物持水能力

林地的凋落物层是由林木及林下植被凋落下来的茎、叶、枝条、花、果实、树皮和枯死的植物残体所形成的一层地面覆盖层[7]。以0～40 cm厚度土层的总孔隙度蓄水量作为土壤的蓄水量，将凋落物最大持水量与0～40cm土层蓄水量求和即得出林地最大持水量。

从表4中可知，文昌地区，桉树林的凋落物储量最高，凋落物储量大小顺序为桉树林>木麻黄林>次生林>大叶相思林。4种林分的凋落物最大持水率、凋落物最大持水量均无显著差异。大叶相思林的土壤最大持水量显著大于其他林分（p<0.01），木麻黄林的土壤最大持水量显著小于其他林分（p<0.01），林地土壤最大持水量大小顺序为大叶相思林>次生林>桉树林>木麻黄林。

临高地区，桉树林的凋落物储量最高，次生林的凋落物储量显著小于其他林分（p<0.05），凋落物储量大小顺序为桉树林>大叶相思林>木麻黄林>次生林。4种林分的凋落物最大持水量均无显著差异，次生林的凋落物最大持水率显著大于大叶相思林的最大持水率（p<0.05），凋落物最大持水率大小顺序为次生林>木麻黄林>桉树林>大叶相思林。次生林的土壤最大持水量显著小于其他林分（p<0.05），林地土壤最大持水量大小顺序为木麻黄林>桉树林>大叶相思林>次生林。

乐东地区，桉树林的凋落物储量最高，凋落物储量大小顺序为桉树林>木麻黄林>次生林>大叶相思林。4种林分的凋落物最大持水量均无显著差异。大叶相思林的凋落物最大持水率显著大于其他林分（p<0.05），凋落物最大持水率大小顺序为大叶相思林>次生林>木麻黄林>桉树林。桉树林的土壤最大持水量显著小于其他林分（p<0.01），林地土壤最大持水量大小顺序为木麻黄林>次生林>大叶相思林>桉树林。

万宁地区，木麻黄林的凋落物储量显著大于其他林分（p<0.01），凋落物储量大小顺序为木麻黄林>大叶相思林>桉树林>次生林。木麻黄林的凋落物最大持水量显著大于其他林分（p<0.05），凋落物持水量大小顺序为木麻黄林>大叶相思林>桉树林>次生林。大叶相思林的最大持水率显著大于其他林地（p<0.01），最大持水率大小顺序为大叶相思林>木麻黄林>桉树林>次生林。大叶相思林的土壤最大持水量显著大于其他林地（p<0.05）。林地土壤最大持水量大小顺序为大叶相思林>桉树林>木麻黄林>次生林。

不同林分由于树种组成、凋落物产量及分解速度不同，导致林地凋落物储量和持水能力有差异[8]。总体来看，在各个地区，木麻黄林的凋落物储量较高，与木麻黄凋落物的分解速率较低有关。凋落物的持水能力可以通过凋落物最大持水率和最大持水量来反映，凋落物的最大持水量越大，吸收和过滤地表径流的作用越强，涵养水源的能力越高[9]，大叶相思林和木麻黄林最大持水率和最大持水量总体上较其他林分高，与其凋落物储量大有一定关系。通过对0～40 cm土层的土壤最大持水量进行计算可知，不同林分林地最大持水量中，土壤最大持水量约占林地最大持水量的99%以上，说明土壤储水能力是森林水源涵养的主体，凋落物为林地水源涵养提供了辅助功能。

3 讨论

对海南滨海台地5种典型森林类型林下土壤进行研究，了解海南滨海台地典型森林类型的土壤物理性质及其与水源涵养的关系，可为海南滨海台地森林的可持续经营和改造提供依据。

不同地区，5种典型森林类型林下土壤物理性质基本一致。文昌地区，次生林上层土壤（0～20 cm）的容重大于下层（20～40 cm），其他4种林分上层土壤（0～20cm）的容重均小于下层（20～40 cm），木麻黄林2个土层的土壤容重均显著大于其他林分（p<0.05）。临高地区，木麻黄林和大叶相思林上层土壤（0～20 cm）的容重均大于下层（20～40 cm），其他3种林分上层土壤（0～20 cm）的容重均小于下层（20～40 cm）；在上层土壤（0～20 cm）中，次生林和椰子林的土壤容重显著大于其他林分（p<0.05），其他3种林分的土壤容重较相近；在下层土壤（20～40 cm）中，椰子林的土壤容重显著大于其他林分（p<0.05），木麻黄林和大叶相思林的土壤容重显著小于其他林分（p<0.05）。乐东地区，木麻黄林上层土壤（0～20 cm）的容重大于下层（20～40 cm），其他4种林分上层土壤（0～20cm）的容重均小于下层（20～40cm）；在上层土壤（0～20 cm）中，桉树林的土壤容重显著大于其他林分（p<0.05）；在下层土壤（20～40c m）中，椰子林和次生林的土壤容重均显著大于其他林分（p<0.05），木麻黄林的土壤容重显著小于其他林分（p<0.05）。万宁地区，椰子林和次生林上层土壤（0～20 cm）的容重均大于下层（20～40 cm），其他3种林分上层土壤（0～20 cm）的容重均小于下层（20～40 cm）；在上层土壤（0～20 cm）中，次生林的土壤容重显著大于其他林分（p<0.05），椰子林和大叶相思林的土壤容重均显著小于其他林分（p<0.05）；在下层土壤（20～40 cm）中，椰子林的土壤容重显著小于其他林分（p<0.05），其他林分的土壤容重较为相近。

土壤的毛管孔隙度、非毛管孔隙度和总孔隙度总体上表现为上层大于下层。文昌地区，桉树林和大叶相思林的毛管孔隙度、非毛管孔隙度均为上层大于下层。临高地区，大叶相思林的毛管孔隙度为上层小于下层，木麻黄林、椰子林和次生林的非毛管孔隙度均为上层小于下层。乐东地区，木麻黄林的土壤總孔隙度为上层小于下层，其他林分的土壤总孔隙度均为上层大于下层。万宁地区，椰子林和次生林的土壤总孔隙度为上层小于下层，其他林分的土壤总孔隙度均为上层大于下层。

林分中的凋落物既能截流雨水，避免雨水直接冲击土壤，减少水土流失，同时也为森林林地的涵养水源具有重要的作用。从总体上看，文昌、乐东2个地区凋落物的最大持水率和最大持水量差异均不显著。临高地区，次生林凋落物最大持水率最大，木麻黄林最大持水量最大。万宁地区，大叶相思林的凋落物最大持水率显著大于其他林分（p<0.01），木麻黄林的凋落物最大持水量最大，显著大于其他林分（p<0.01）；木麻黄林的凋落物储量最大。文昌、万宁地区大叶相思林的土壤最大持水量最大；临高、乐东地区木麻黄林的土壤最大持水量最大。

参考文献

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① 基金项目：海南省省属科研院所技术开发研究专项“海南岛滨海台地不同森林类型土壌碳储量研究”（No.KYYS-2015-21）；国家自然科学基金“热带木麻黄海防林近自然更新正相互作用机理”（No.31400538）。

收稿日期：2016-09-21；责任编辑/林海妹；编辑部E-mail： rdnk@163.com。

② 王小燕（1983～），女，学士，主要研究方向为森林生态，E-mail： 77671524@qq.com。

③ 通讯作者：陈毅青（1975～），男，硕士，主要研究方向为森林生态。