南瓮河自然保护区典型林分土壤水文效应研究

刘芳蕊，王立中，刘学爽，韦昌雷(大兴安岭林业集团公司农业林业科学研究院，黑龙江嫩江源森林生态系统国家定位观测研究站，黑龙江 大兴安岭 165000)

森林土壤作为载体参与大气降水分配，在陆地生态系统水分分布和养分循环过程中起着重要的作用[1，2]。森林土壤对森林生态系统功能的影响，主要体现在土壤物理性质和持水能力。森林土壤物理性质是森林水文功能一个基础参数，对其具有重要的影响，不同林型土壤物理性质因林分结构、生物学特性不同而不同[3-7]。土壤持水能力是反映森林土壤水文效应研究的重要指标，而土壤持水能力与其物理性质有一定关系。研究发现，林冠截留和枯落物持水量占森林涵养水源的15%，说明土壤水文功能已成为主体部分[8-10]。为探究南瓮河保护区不同林型土壤水文效应，本文对3种典型林型的土壤物理性质、持水能力及其差异进行研究，旨在为了解该区水源涵养功能提供科学依据。

1 研究区概况

研究地区位于大兴安岭南瓮河国家级自然保护区，是中国寒温带最大的森林-湿地生态系统保护区之一，125°13′40″—125°14′53″ E，51°12′38″—51°13′94″ N，总面积22.9 hm2，平均海拔459 m。由于地理位置特殊，具有典型的寒温带季风性气候特征。冬季严寒，夏季酷暑多雨。年平均气温-3.5 ℃，有效积温1 700～2 100 ℃°，无霜期80～110 d，年降水量为500 mm左右，集中在7—8月份。主要乔木有兴安落叶松(Larixgemelii)、白桦(Betulaplatyphylla)和山杨(Populusdavidiana)，土壤类型有针叶棕色土，暗棕壤和泥炭土等。

2 研究方法

每个林型设置25 m×30 m标准样地，标准样地内随机设置3个土壤剖面，用环刀和铝盒分层( 0～10、10～20和20～30 cm) 取样, 拿回实验室进行土壤容重和土壤总孔隙度的测定。采用环刀法测土壤最大持水量、非毛管持水量和毛管持水量等土壤蓄水性能指标。计算公式如下：

Wt=10 000PthWo=10 000Poh

Wc=10 000Pch

式中:Wt—土壤最大持水量(thm-2)；Wo—土壤非毛管持水量(thm-2)；Wc—土壤毛管持水量(thm-2)；Pt—土壤总孔隙度(%)；Po—土壤非毛管孔隙度(%)；Pc—土壤毛管孔隙度(%)；h—土壤厚度(cm)

3 结果与分析

3.1 土壤物理性质

不同林型土壤持水能力是评价其水源涵养功能的重要指标之一，土壤中的水分是森林植被生长所需水分的重要来源。不同林型的土壤物理性质差异对其持水能力产生影响，持水力大小取决于容重和孔隙度。由表1可知，3个林型的土壤容重在垂直方向上的变化规律相同，均随土壤深度增加而增加。表层土壤容重以草类兴安落叶松林最小，草类山杨林最大。在0～30 cm土层范围内，不同林型土壤容重的顺序：草类兴安落叶松林(1.22 gcm-3)<草类白桦林(1.29 gcm-3)<草类山杨林(1.32 gcm-3)。

在0～30 cm的土层范围内，各林型土壤非毛管孔隙度大小顺序为草类兴安落叶松林(4.24%)<草类白桦林(4.52%)<草类山杨林(6.73%)。土壤的非毛管孔隙度越大，通透性越好，越有利于土壤水分的渗透，减少水土流失，起到良好的涵养水源功能。而毛管的大小反映了森林植被吸收水分维持生命力。各林型的毛管孔隙度大小顺序为草类白桦林(42.06%)<草类山杨林(43.75%)<草类兴安落叶松林(43.86%)，各林型土壤毛管孔隙度均随土壤深度增加逐渐减小，其中草类兴安落叶松林毛管孔隙度最大，说明其持水能力较强。

表1 南瓮河保护区不同林分类型土壤物理性质

3.2 不同林型持水能力

土壤蓄水能力越强，能够接纳的降水就越多，从而可为林木生长提供更加良好的土壤水分环境。土壤最大持水量是指土壤孔隙全部充满水时的土壤含水量，它是由土壤毛管持水量和土壤有效贮水量两部分组成，反映了土壤贮存和调节水分的潜在能力。土壤非毛管持水量是评价林地土壤涵养水源功能的重要指标。由表2得知，土壤最大持水量均随土层增加而下降趋势，不同林型土壤最大持水量差异较大，0～30 cm土壤最大持水量顺序依次为草类白桦林(1 397.53 thm-2)<草类兴安落叶松林(1 443.14 thm-2) <草类山杨林(1 514.78 thm-2)。

表2 南瓮河保护区不同森林类型土壤持水量

毛管持水量是易被森林植被吸收和利用的水分，随毛管孔隙度进行移动，可长时间贮存于土壤里，非毛管持水量可在重力作用下进行一定移动的水，可不同层次补给河流、湖泊，起到调节径流作用。土壤的非毛管孔隙度的大小直接影响其土壤有效贮水量，从而增强接纳降水的能力，防止土壤侵蚀灾害的发生，不易发生水土流失。不同林型土壤有效贮水量分别为草类白桦林(127.33tffffdfhm-2)<草类兴安落叶松林(135.81tffffdehm-2)<草类山杨林(202.01tffffddhm-2)。

4 结论

4.1 南瓮河保护区3种典型林型土壤容重均随土壤深度增加而增加。不同林型土壤容重均值草类兴安落叶松林最小，不同林型土壤容重的顺序依次为草类兴安落叶松林(1.22 gcm-3)<草类白桦林(1.29 gcm-3)<草类山杨林(1.32 gcm-3)。

4.2 0～30 cm土层，土壤非毛管孔隙度草类兴安落叶松林最小，草类山杨林最大；毛管孔隙度草类白桦林最大，草类兴安落叶松林最小，总毛管孔隙度草类兴安落叶松林最小，草类山杨林最大。

4.3 不同林型土壤最大持水量差异较大，草类山杨林最大持水量(1 514.78 thm-2)明显高于草类兴安落叶松林(1 397.53 thm-2)。不同林型土壤有效贮水量分别变为草类白桦林(127.33 thm-2)<草类兴安落叶松林(135.81 thm-2) <草类山杨林(202.01 thm-2)。

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