影响丝栗栲林分持水力的主要土壤因子分析

吴庆锥

(福建省明溪县林业总公司，福建 明溪 365200)

常绿阔叶林是福建省中亚热带地区的地带性植被，在群落演替中处于顶极状态。常绿阔叶林稳定性和适应性极高，具有很高的生态功能以及多种社会和经济效益[1-3]。常绿阔叶林在福建省曾经无论是面积还是蓄积量都占有重要的位置，以丝栗栲为优势树种的常绿阔叶林是主要的群落之一。但长期的掠夺性肆意砍伐，取而代之的是大面积针叶纯林，使得常绿阔叶林资源越来越少，给森林的多功能、多效益带来了很大的弊端[4-6]。福建省明溪县黄地村以丝栗栲为优势树种的常绿阔叶林是水源涵养为主要保育目标的林分，因此其持水力尤为重要。林分持水力是由林冠层、灌木层、草本层、枯枝落叶层以及土壤层共同构成的体系决定的，其中起主导作用的为土壤层。为此，本研究对该林分影响持水力的主要土壤因子进行了测定分析，旨在为正确评价以丝栗栲为优势树种的林分的持水力提供参考依据，并根据定向培育目标选择合理、科学的保育措施。

1 研究地概况

研究地设在明溪县(116°47′—117°35′E、26°8′—26°39′N)夏坊乡黄地村，43林班9大班20小班，小班面积25.2 hm2。试验林分为1979年天然更新形成的常绿次生阔叶林，主要优势树种为丝栗栲，海拔420～520 m，坡度25°左右，土壤为基性岩红壤。该区域气候属于中亚热带大陆性兼海洋性季风气候。年均气温17.4 ℃，历史上极端最高温39.2 ℃，极端最低温-10.9 ℃，全年平均空气相对湿度81%，年降水量1780～1926 mm。

2 研究方法

2.1 试验设计

设置干扰处理3个：① TCR处理，分别在2006年、2012年按照乔木立木株数20%进行间伐，每次间伐后进行林地清杂除草、松土(深度10～15 cm)；② TCQ处理，分别在2006年、2012年按照乔木立木株数35%进行间伐，同样在间伐后进行林地清杂除草、松土(深度10～15 cm)；③ TCK处理，保持原有天然次生林林分状态，不间伐(不进行任何处理)。采用不完全随机区组设计，每一标准地面积20 m×20 m，重复3次。2017年11月对不同处理林分进行全面调查，各处理林分主要生长因子测定结果见表1。

2.2 试验方法

2017年11月分别在各标准地中按照“X”字型布点，每一标准地建立5个土壤剖面，调查测定土壤剖面的基本情况、土层厚度、母质、侵入物等，分0～20、20～40、40～60 cm 3个土层采集土样，同时用环刀、饭盒取原状土，带回室内。同一标准地同一土层样本混匀后，取多样本分析，取平均值。各因子测定方法[7]：土壤水分物理性质采用室内环刀法；土壤容重采用容重圈法；土壤微团聚体采用吸管法；土壤团聚体采用机械筛分法；土壤孔隙状况采用环刀法；有机质采用硫酸重铬酸钾法。分散系数、团聚度、土壤结构体破坏率计算公式分别为：

表1 各处理林分主要生长因子

*：用LAI 2000植物冠层分析仪测定郁闭度并取平均值。

分散系数=(<0.001 mm)微团聚体分析值/(<0.001 mm)机械组成分析值×100%

(1)

团聚度=((>0.01 mm)微团聚体分析值-(>0.01 mm)机械组成分析值)/(>0.01 mm)

微团聚体分析值×100%

(2)

(3)

3 结果与分析

3.1 微团聚体组成

土壤质地对土壤持水力有决定性影响。微团聚体组成是土壤质地的基础性指标，影响着土壤侵蚀和地表径流[8]。不同处理土壤微团聚体测定结果见表2。从表2可知，0～20 cm土层不同处理物理性砂粒(粒径>0.01 mm)含量，TCQ处理最大，平均占总量的49.81%；TCK处理最小，平均占总量的47.02%。而反映土壤活力中心的粘粒(粒径<0.001 mm)则是TCQ处理最小，仅占总量的14.73%；TCK处理最大，占总量的19.65%。TCR处理物理性砂粒含量和粘粒含量均处于中间，表现出与干扰强度相一致的变化规律。干扰强度越大，物理性砂粒所占比重越高，这与经营性措施相关。TCQ处理和TCR处理间伐后林分出现空隙，在降水重力作用下产生径流，引起表层土壤侵蚀；另外，除草松土措施也使土壤发生位移，导致土壤脱离原位，向低处传输、堆积、重新分配。淋失的颗粒主要是土壤粘粒，而比重较大的砂粒则留在原位，即使位移也是短距离。其它土层也有同样变化规律。

0～20 cm土层TCK处理分散系数为23.4%，比TCR处理、TCQ处理分别降低10.7%、15.2%。TCK处理团聚度为41.3%，比TCR处理、TCQ处理分别增加3.3%、14.1%。其它土层也有同样变化规律。研究区域地处闽北降起和闽西拗陷的转折过渡地质地段，在外部压力作用下，切割强烈，地形陡峭、破碎，土壤为酸性红壤，具有固有的脆弱性，加上当地年降水量在1800 mm左右，土壤粘粒随径流流失不容忽视，所以保育原有地带性植被，减少经营性活动是提高土壤持水力的关键。

表2 不同处理土壤微团聚体组成 %

*：表中分子为机械组成分析值，分母为各粒径土壤微团聚体分析值。

3.2 水稳性团聚体含量

水稳性团聚体含量是土壤结构中一个重要因子，其稳定性控制着生态系统的许多功能[8]。从表3可知，0～20 cm土层的水稳性团聚体含量TCK处理达到76.12%，比TCR处理、TCQ处理分别提高5.4%、15.8%；土壤结构体破坏率TCK处理为9.93%，比TCR处理、TCQ处理分别降低43.2%、55.9%；土壤水稳性团聚体TCK处理高于TCR处理和TCQ处理，而结构体破坏率低于TCR处理和TCQ处理。说明随着人工扰动强度的提高，影响了土壤水稳性团聚体含量，土壤持水力下降。

表3 不同处理土壤水稳性团聚体组成 %

*：表中分子为干筛值，分母为湿筛值。

3.3 土壤容重

土壤容重是反映土壤紧实度的最重要因素[7]。从表4可以看出，0～20 cm土层TCK处理土壤容重为0.908 g·cm-3，比TCR处理、TCQ处理土壤容重分别降低19.5%、23.2%。表明TCK处理土壤表土层容重较TCR处理、TCQ处理小，表土层土壤疏松多孔，可以提高降水入渗速度，降低地表径流对表土层的冲刷。不同处理容重值表土层比心土层变化更大，20～40、40～60 cm土层不同处理容重值差异趋小。20～40 cm土层土壤容重TCK处理比TCR处理、TCQ处理分别降低11.8%、12.7%；40～60 cm土层不同处理土壤容重几乎相近。这是因为丝栗栲是浅根性树种，根系的穿插、坏死、遗留主要作用层在表土层和心土层，同时人工扰动主要作用层也在土壤表土层，对深层土壤容重影响较小。

表4 不同处理土壤孔隙、水分性质及有机质测定结果

3.4 孔隙状况

土壤孔隙状况直接关系到土壤容纳水分和通气的程度[7]。从表4可以看出，0～20 cm土层TCK处理土壤总孔隙度、非毛管孔隙度比TCR处理分别增加9.2%、14.6 %，与TCQ处理相比增加幅度更大，分别增加22.7%、41.2%。20～40 cm、40～60 cm也有不同程度提高，但差异较小。显然人工扰动对表土层土壤孔隙度影响明显。虽然人工扰动早期能够引起临时孔隙的增大，但长期影响则是负面的。人工踩踏和有机质的流失，导致土壤紧实，甚至板结，而影响土壤持水力。

3.5 水分状况

土壤水分状况是评价土壤持水力的一个重要因素[7]。从表4可知，0～20 cm土层TCK处理自然含水量、田间持水量和最大持水量分别是25.23%、35.07%和39.26%，比TCR处理自然含水量、田间持水量和最大持水量分别增加12.3%、22.2%和11.2%，比TCQ处理分别增加18.7%、33.7%和24.0%。其它土层也有相同的变化趋势，但幅度较小，这与土壤结构的改善有关，而土壤结构的改善，与林分树种组成及其人工扰动密切相关。

3.6 土壤有机质

土壤有机质不仅影响土壤养分状况，而且对土壤良好结构的形成产生决定性影响[9]。从表4可知，0～20 cm土层TCK处理土壤有机质含量比TCR处理、TCQ处理分别增加48.1%和53.2%，其它土层也有同样的变化。TCK处理有机质含量的提高，主要在于TCK处理天然次生林不受或少受外力的影响，且每年有大量的枯枝落叶累积和覆盖地表，减缓了降水对地表的冲刷，而有机质在微生物的作用下分解形成腐殖质，增加了胶结能力，促进了土壤团聚体的形成，使得土壤持水力增强。TCQ处理沿用了传统用材林的经营方式，采用间伐释放空间，长期累积的生物量大部分被移出林地，清理林下杂草、松土，使植被稀少，林地有机质输入量减少，已有有机物被分解利用，得不到及时补充，导致有机质含量减少。

4 结论与讨论

常绿阔叶林具有极高的生态功能以及多种社会和经济效益。以水源涵养功能为主的林分，土壤层的主要因子对林分持水力有着重要的影响。研究结果表明不同处理主要土壤因子存在差异。不同处理0～20 cm土层物理性砂粒含量，TCQ处理最大，TCK处理最小；粘粒含量则是TCQ处理最小，TCK处理最大，TCR处理物理性砂粒含量和粘粒含量均处于TCK与TCQ两处理之间。0～20 cm土层，TCK处理分散系数为23.4%，比TCR处理、TCQ处理分别降低10.7%、15.2%；TCK处理团聚度达41.3%，比TCR处理、TCQ处理分别增加3.3%、14.1%；TCK处理的水稳性团聚体含量达到76.12%，比TCR处理、TCQ处理分别提高5.4%、15.8%；TCK处理土壤结构体破坏率为9.93%，比TCR处理、TCQ处理分别降低43.2%、55.9%；TCK处理土壤容重为0.908 g·cm-3，比TCR处理、TCQ处理土壤容重分别降低19.5%、23.2%；TCK处理土壤总孔隙度、非毛管孔隙度比TCR处理分别增加9.2%、14.6%，比TCQ处理分别增加22.7%、41.2%；TCK处理自然含水量、田间持水量、最大持水量分别比TCR处理增加12.3%、22.2%、11.2%，分别比TCQ处理增加18.7%、33.7%、24.0%；TCK处理土壤有机质含量比TCR处理、TCQ处理分别增加48.1%、53.2%。其它土层也有类似的变化规律。森林土壤持水力受树种特性、环境条件、林分结构以及人工干扰的影响较大。有学者认为土壤保护性耕作(免耕、少耕)，有利于防止水土流失；而且能促进土壤团聚体形成，起到保水、固土的作用，还能改善土壤的基本肥力[10-11]。进展演替的阔叶林，林分树种组成复杂，生物多样性丰富，有机胶结物较好，有利于水稳性团聚体形成。一般认为水稳性团聚体是由钙、镁离子和腐殖质胶结起来的颗粒，在水中不易崩解[12]。陈善治等[13]试验表明：土壤团聚体性状在很大程度上影响土壤物理性质和水肥气热状况。林分人为干扰(比如间伐)则使得土壤板结、土壤结构紧实，同时大量有机物被移出林分，导致土壤容重增大，孔隙状况趋劣。有研究表明：减少人为干扰，具有改善土壤结构特性，并能提高土壤水分利用效率[14-15]。显然要提高土壤持水力，减少人为干扰，保持天然次生林进展演替状态是一种正确的途径。