枯落物层对六盘山华北落叶松人工林土壤性质的影响

樊亚鹏 高迪 王晓

摘要：为探究枯落物层对六盘山华北落叶松人工林土壤物理、水文性质的影响，于2017年通过设置不同密度的华北落叶松人工林枯落物保留/去除样地，调查了枯落物保留/去除样地林下土壤物理和水文性质的差异。结果表明：枯落物层能够增加土壤的孔隙度、土壤蓄水和渗透能力，去除地表枯落物（LR）和保留枯落物（CK）两种林分在0～100 cm土层中平均容重分别为1.38 g/cm³和1.30 g/cm³，平均总孔隙度分别为44.88%和49.74%，毛管孔隙度分别为36.33%和42.56%，非毛管孔隙度表现为8.55%和7.19%，LR和CK土壤初渗速率变化为6.25和7.98 mm/min，土壤稳渗速率范围为3.81和5.22 mm/min，土壤平均入渗速率LR和CK分别为4.38和5.64 mm/min。以上结果说明了枯落物层会显著影响华北落叶松人工林的土壤物理水文性质。

关键词：六盘山;华北落叶松;枯落物;土壤物理一水文性质

中图分类号：$714 文献标识码：A 文章编号：1674-9944（2019）20-0006-05

1引言

为治理严重的水土流失和荒漠化，我国几十年间连续斥巨资实施了全球规模最大的人工造林，目前人工林面积高达全球的1/3，而且作为积极应对气候变化的国家行动与重要措施，仍将计划大规模造林，且主要在北方干旱地区。尽管人工林建设取得了显著成就，但也存在一些负面问题，如导致土地地力退化和林下植被多样性降低，一个主要的原因是由于过厚的枯落层改变了林下植被组成、土壤性质及养分循环。因此，对于林下枯落物层的科学管理，就成为我国现有人工林资源经营与管理不可忽视的一个重要问题。

枯落层是森林生态系统重要组份，是土壤和林木间物质交换的中间环节，直接影响着土壤理化性质和现代成土过程。研究发现长期去除枯落物对土壤容重、地表径流、侵蚀和温度波动有显著影响，破坏了土壤水分平衡，可导致干旱期土壤含水量降低。枯落物对土壤性质的影响与枯落物的数量、化学成分、分布位置和分解过程密切相关。尽管已经开展了一些关于枯落物层对土壤理化性质影响的研究，但在宁夏地区还缺少枯落物层去除对针叶人工林林下土壤物理及水文性质影响的研究。

华北落叶松（Larixprincipis-rupprechtii Mayr）是我国北方广大地区的主要造林树种之一，其人工林的水土保持和水源涵养等生态水文功能对于维持区域生态平衡发挥重要的作用。地处我国西北地区黄土高原的宁夏六盘山为泾河、葫芦河、清水河等河流发源地，也是我国黄土高原的重要水源地，该地区生态环境脆弱，植被破坏严重，森林植被的生态水文功能亟待恢复和加强。然而目前存在树种单一、间伐不及时、密度不合理等问题，导致土壤地力退化、生物多样性降低、水源涵养功能衰退等一系列问题。本研究通过对六盘山华北落叶松人工林林下枯落物采取去除试验，探索了枯落物层对人工林土壤物理性质的影响，该研究将有助于从枯落层角度提升我国西北地区人工林的合理经营和科学管理。

2研究区概况与研究方法

2.1研究区概况

研究区位于宁夏六盘山，是泾河、清水河的水源发源地。不仅是暖温带半干旱到半湿润过渡气候区，还是黄土一土石过渡区，植被类型属暖温带落叶阔叶林及油松侧柏林地区，海拔最高2942 m，样地布设在宁夏南部六盘山香水河小流域（106°10～106°30E，35°15～35°42N），流域面积约43.74 km。，属暖温带半湿润气候，年均气温5.8℃，年均相对湿度68%，无霜期90～130d，多年平均降水量632 mm，6～9月占全年降水量的72.2%，全年蒸发量1214～1426 mm，海拔为2300 m左右。土壤类型主要为灰褐土。小流域的森林植被生长良好，森林覆盖率高达73%，主要为天然次生林、人工林及灌丛，人工林以华北落叶松（Larixprincipis-rup-prechtii Mayr）为主，面积占23.62%。另有一些油松（Pinustabuliformis Carr.）、青海云杉（PiceacrassifoliaKom.）等人工林;天然次生林的树种组成包括辽东栎（Quercusliaotungensis Koidz.）、少脉椴（Tilia paucico-stata Maxim.）和华山松（Pinusarmandii Franch.）等;林下灌丛主要由华西箭竹（Fargesianitida（Mitford）Kengf.）、沙棘（Hippophaerhamnoides Linn.）、灰枸子（Cotoneasteracuti，0lius Turcz.）等组成;林下草本植物主要有苔草（Carexspp.）、东方草莓（FragariaorientalisLosinsk）等。

2.2研究方法

2.2.1样地设置和调查

2017年11月在香水河小流域内，选取不同密度华北落叶松人工林样地4块，各样地落叶松林龄均为34a，立地条件基本一致，单个样地面积为20 m×20 m，调查样地内所有树木树高、胸径、枝下高等林分結构指标，记录海拔、坡度、坡向等地形指标。在每个密度样地内，选取对照样地和枯落物去除样地各一块，对照样地不做处理，枯落物去除样地于2017年11月进行枯落物去除，之后于每月中旬进行样地内枯落物清除工作，直至2018年10月底（生长季末），各林分样地基本情况见表1。

2.2.2土壤采集

2018年10月，在不同样地（枯落物去除/对照）随机挖取5处土壤剖面，调查有无枯落物覆盖下土壤物理特征差异，机械划分土层，共计6个层次，用容积为200cm³的环刀在O～10、10～20、20～40、40～60、60～80、80～100 cm土层深度取土，每层3个重复。

4讨论

森林土壤物理水文性质在森林生态水文功能中至关重要，是用于衡量森林水源涵养功能的重要参数㈨。森林土壤物理水文性质受到林分组成、结构、枯枝落叶层等多方面因素的影响。本文通国对枯落物层的去除试验，探讨枯落物层对人工林土壤物理水文性质的影响。结果表明：枯落物层会显著影响华北落叶松林土壤的物理性质，且对表层土壤影响显著。枯落物层造成华北落叶松林下容重降低和土壤孔隙度的增加，这是由于去除枯落物层后，造成降雨直接接触地表，形成土壤板结，从而增加土壤容重，减少了孔隙度，而枯落物的分解过程可以产生土壤有机质，提高养分含量，改善土壤結构，促使土壤表层孔隙发达。

土壤入渗能力决定降水再分配过程中地表径流量大小，良好的表土结构有利于水分的入渗。有研究认为土壤入渗速率与土壤有机质含量、砂砾含量、孔隙度、机械组成和初始含水量有关。本研究表明，枯落层显著增加了林下土壤的人渗能力，这是因枯落物层同时的积累和分解，发达的植物根系能明显改善土壤表层孔隙状况，本研究中有枯落物覆盖下的土壤入渗能力较好，这可能由于土壤中植被根系残体以及枯落物的分解是土壤有机质主要来源，能够改善土壤结构，使土壤表层疏松，使得林分土壤入渗速率较大。同时，枯落物能抑制土壤蒸发，增加了土壤蓄水能力。这是由于土壤蒸发失去的水分受到枯落物层的阻隔，枯落物越厚，蒸发阻力越大，蒸发量就越小。

5结论

本文通过以香水河小流域华北落叶松人工林为研究对象，分析枯落物覆盖对土壤水分物理性质影响，主要研究结论如下。

（1）枯落物层显著影响落叶松林土壤的物理性质，CK（枯落物保留）和LR（枯落物去除）样地林下土壤（0～100 cm）平均容重分别为1.30 g/cm³和1.38 g/cm³，其中在浅层土壤O～10 cm，LR的土壤容重显著大于CK的土壤容重（P<0.05），增加为14.58%，在土壤层10～20 cm，LR的土壤容重大于CK土壤容重，增长为8.03%;

（2）枯落物层能够增加华北落叶松人工林土壤的蓄水能力，CK和LR土壤在O～100 cm深度平均最大持水量表现为39.61%和34.97%;毛管持水量依次为33.84%和27.20%;最小持水量大小为27.85%和23.32%;

（3）受枯落物层覆盖的影响，华北落叶松人工林样地内LR和CK的土壤初渗速率为6.25和7.98 mm/min;土壤稳渗速率分别为3.81和5.22 mm/min;土壤平均人渗速率LR和CK分别为为4.38和5.64 mm/min，地表枯落物保留（CK）土壤渗透性能均优于枯落物去除土壤（LR）。