不同植被类型土壤理化性质及水源涵养功能研究.doc

不同植被类型土壤理化性质及水源涵养功能研究蔡跃台 讲师（丽水职业技术学院 浙江丽水 323000）作者简介：蔡跃台（1965），男，浙江永康人，从事林业技术研究和教学工作。摘要：从不同植被类型下土壤理化性质及涵养水源的角度，对丽水实验林场三种植被类型的土壤理化性质和涵养水源的功能进行了分析。结果表明阔叶林、毛竹林能增加土壤有机质含量，改善土壤养分状况，提高土壤肥力；马尾松下的土壤，PH值较低，酸性较强，能提高土壤有效P含量，各植被类型下的林地枯落物持水量大小依次是：阔叶林（16.453thm-2）毛竹林（7.142thm-2）马尾松林（2.656thm-2）；土壤持水量大小依次是：毛竹林阔叶林马尾松林。关键词：植被类型；阔叶林；毛竹林；马尾松林；土壤理化性质；水源涵养森林植被具有保水、保肥之功能，探讨不同植被类型与土壤理化性质及涵养水源功能的关系，对合理利用土壤，防止地力衰退，合理经营森林资源，改善水分环境、实现水资源的科学管理，具有重要的现实意义。为此，选取了丽水市实验林场3种不同的植被类型林地，分析其土壤理化性质和水源涵养功能，为退耕还林恢复森林植被，建立丽水市水源涵养林提供科学依据。1 调查地概况丽水市实验林场属浙南中山区，仙霞岭的延伸，11952E11958E， 2823N2827N。主要植被类型为中亚热带常绿阔叶林地带甜槠木荷林区。现基本由次生植被和人工植被所替代，植被类型大体可分为灌木林、针叶林、针阔叶混交林、常绿阔叶林、毛竹林和经济林。气候属中亚带季风气候，温暖湿润，四季分明，雨量充沛，年平均气温18.1，极端最高气温41.5，年降水量1427mm，年均相对湿度76.0%，无霜期为256d，具有光、水同步增加的特点，适宜春季造林和各种农作物全年的生长，但在冬季和初春会出现雾淞雨淞，雪压霜冻，可使松、杉、竹造成受害，影响正常生长。山地表岩以侏罗纪凝灰岩为主，土壤分为红壤和黄壤2大类，红壤占面积85.9%，黄壤占14.1%。黄壤发育层次完整，具有较高的自然肥力，结构疏松，通透性良好等特点。2 调查分析方法2.1外业调查方法在阔叶林（香樟等）、针叶林（马尾松）、竹林3种林地类型内，设置标准地（30m40m）各1个，进行标准地常规调查，记载其胸径、树高、年龄、郁闭度等，各标准地基本情况如表1；在各标准地内选择有代表性的地段挖土壤剖面5个，在剖面内按020cm、2040cm、4060cm3个层次用环刀取土样供理化分析；在标准地对角线交点及其四角处设1m1m的枯落物样方5个，收集其全部枯落物，供枯落物持水量测定用。本次丽水实验林场调查的常绿阔叶林、马尾松林、和毛竹林的样地的概况如下：（1）、阔叶林样地概况：坡向为东南，坡位为下坡位，坡度为250，土壤类型为黄红壤，母质为坡积母质，质地为中壤土，土层厚度约为0.50.7m之间，土层可分为A、B、C三层，森林群落为天然常绿阔叶林，常绿阔叶乔木树种主要有香樟 、麻栎、青冈、苦槠、木荷、石栎等，其中香樟占30%，麻栎占20%，青冈占15%，苦槠占10%，林分郁闭度为0.9，密度每亩现存量50株。（2）、毛竹林样地概况：坡向东北，坡位中下坡，坡度280，土壤类型为黄红壤，母质为坡质母质，质地为砂壤土，土层厚度为0.40.6m之间，土层可分为A、B、C三层，该毛竹林为1984年人工栽植而成，主要经营措施有：幼林抚育，即严禁放牧和上山割草以保护竹苗及幼竹，新竹郁闭前每年要除草松土2次，第一次在56月，第二次在89月，适当间伐，原则是去小留大，去老留幼，去弱留强，去密留疏。成林抚育，严禁人畜进入竹林以利于护笋养竹，劈山松土，劈山每年进行一次，时间在67月，合理采伐，三度以上的毛竹是合理采伐年龄，按“存三去四”的原则进行合理采伐。竹林下主要植被有乌饭、木荷等，林分郁闭度为0.7，密度每亩现存量324株。（3）、马尾松林样地概况：坡向朝南，坡位为中下坡，坡度270，土壤类型为红壤，母质为坡积母质，质地为砂壤土，土层厚度0.40.6m之间，土层可分为A、B、C层，该马尾松林为1980年人工造林而成，主要经营措施有：造林后，为了使幼树能顺利生长，每年在56月份松土除草一次，严禁放牧，防止牛、羊践踏和扯食嫩叶、嫩芽等。林下植被有：继木、青冈、木荷、乌饭、连蕊茶，老鼠矢等，林分郁闭度为0.7，密度每亩现存量133株。表1各标准地基本状况类型海拔(m)年龄(a)树高(m)胸径(cm)蓄积量(m3hm-2)郁闭度pH值阔叶林5631916.519.8169.50.95.80毛竹林585217.55.74860株/hm20.75.33马尾松林5502511.212.5135.70.74.922.2土壤化学分析将5个剖面同层土样充分均匀混合处理后，测定其pH值、有机质、大量营养元素（全N、全P、全K、速效N、速效P、速效K）、CEC（阳离子交换量）、代换性阳离子及盐基饱和度。pH值用电位法测定；有机质采用外加热法；全N用开氏定氮法；速效N用碱基扩散法，速效P用钼锑抗比色法；速效K用1mol/NH4OAC浸提火焰光度法；阳离子交换量（CEC）用lmol/NH4OAC中和法；盐基测定用火焰光度法测定K+、Na+；用原子吸收分光光度法测定Ca、Mg含量。2.3枯落物持水量测定每平方米枯落物现存量=标准地内5个小样方的枯落物干质量总和/5。每公顷枯落物现存量=每平方米枯落物现存量10000。从外业小样方内收集的枯落物总量中抽取50150g作为标本，先烘干称重，然后在水中浸泡称质量至恒质量（一般浸泡24h）。枯落物最大吸水率（%）=（浸泡后的枯落物质量枯落物干质量）/干质量100。枯落物持水量计算：V=LC/100，式中：V枯落物持水量（thm-2），L枯落物现存量（thm-2），C枯落物最大吸水率（%）。2.4土壤持水量测定土壤容质量测量：采用环刀法（环刀容积为100cm3）；土壤总孔隙度测定：利用测定容质量的环刀浸入水中24h，称重至恒质量。饱和含水率（%）（浸泡后土质量烘干土质量）/烘干土质量100总孔隙度（%）饱和含水率容质量土壤毛管孔隙度的测定：将测定过的总孔隙度的环刀置于铝盒（内含与环刀相同的土壤）上，中间用滤纸隔开，放置12h称重至恒质量。土壤毛管含水率（%）（放置后的土质量烘干的土质量）/烘干的土质量100土壤毛管孔隙度（%）=土壤毛管含水率容质量土壤非毛管孔隙度（P，%）=总孔隙度土壤毛管孔隙度土壤持水量V=10 000PD，D为土层深度（m）土壤水分测定：采用恒温箱烘干法。3 结果与分析3.1 土壤肥力状况3.1.1 不同森林植被类型土壤有机质状况 不同森林植被类型土壤有机质状况也不同，从表2不难看出各林分类型土壤有机质含量均为中上层土壤明显高于下层，不同林分类型同一层土壤比较，阔叶林、竹林各土层有机质含量均高于马尾松林。具体表现为在第一层的土壤中竹林有机质含量是马尾松林的2.01倍，阔叶林为马尾松林的1.67倍；在第二层、第三层土壤中有机质含量总的变化趋势也是竹林阔叶林马尾松林；另外，表2中的全N、全P、全K在各层土壤中总的变化趋势也是这样。这表明竹林、阔叶林下的土壤熟化程度较高。土壤肥力较高，相反马尾松林则较差。表2各植被类型土壤有机质及营养元素含量类型土层有机质/%全N/%全P/%全K/%速效N/mgkg-1速效P/mgkg-1速效K/mgkg-1阔叶林0-202.420.1150.0944.4174.32.3667.620-402.250.1130.0754.3071.51.5966.540-601.820.1220.0814.3851.11.4261.8毛竹林0-202.910.1040.0842.4878.11.6361.520-402.680.1050.0902.3077.31.5846.340-601.770.1000.0822.1578.01.6551.2马尾松林0-201.450.0510.0531.8235.64.3235.120-401.270.0300.0521.7722.91.8320.540-600.950.0260.0531.5723.12.3021.0由此可见，不同森林植被类型对土壤有机质状况具有很大影响，并且对中上层土壤影响较大，阔叶林、毛竹林能很好地促进土壤全N、全P、全K及有效性全N、全P、全K含量的不断增加，改善土壤养分状况，提高土壤肥力；马尾松林能提高土壤有效P的含量。3.1.2不同森林类型土壤阳离子代换量及代换性元素 阳离子代换量（CEC）是表征土壤供肥、蓄肥能力的指标，代换量大，土壤保存有效养分的能力强，不易造成养分的淋失。调查地的CEC及代换性离子数据分析结果如表3。表3各植被类型下各土层阳离子代换量(CEC)类型土层CEC/mekg-1代换性K+/mekg-1代换性Na+/mekg-1代换性Ca2+/mekg-1代换性Mg2+/mgkg-1盐基饱和度/%阔叶林0-20108.41.71.121.317.138.020-40109.82.11.525.718.643.640-60115.22.91.639.617.853.7毛竹林0-20102.21.81.631.55.239.220-40104.51.51.632.64.938.940-60106.31.61.738.15.343.9马尾松林0-2046.20.80.59.61.326.420-4043.80.50.44.70.914.840-6042.50.20.23.90.711.8由上表数据可看出，阔叶林和毛竹林各层的CEC值都大于100，而马尾松各层CEC值均小于100。由此可见阔叶林、毛竹林土壤的供肥、蓄肥能力较强，马尾松林则较差。这除了受母质及土壤发育程度的影响外，主要是受林木枯落物归还量和土壤淋溶作用强度以及土壤酸化的影响。马尾松林枯落物所含的K、Na、Ca、Mg等灰分元素低于阔叶林和毛竹林枯落物，通常情况下枯落物的分解速度为针叶林慢于阔叶林；另外，针叶林下土壤的淋溶作用一般强于阔叶林；而枯落物分解产生的有机酸导致土壤酸化也是重要因素之一。从表3中还可看出，同一森林植被类型的不同土层CEC值比较，阔叶林和毛竹林随着土层深度的增加，CEC值略有增加；马尾松林随着土层的加深CEC值略有减少。这可能是阔叶林和毛竹林根系吸收表层土中的阳离子，使其含量减少；马尾松林由于根系分布较深，因而随着深度增加CEC值略有减少。3.2不同森林植被类型土壤容重与孔隙质不同森林植被类型土壤的容重与孔隙度，受林地土壤发育状况的影响，而土壤发育的好坏又直接受森林植被的影响。森林植被类型的不同，林地表层的枯落物构成及地下根系的生长发育状况，枯落物的分解等均存在差异，因而所造成的林地土壤物理化学性质也存在差异，反映土壤物理性质的指标主要有土壤容重与孔隙度，通过对3种不同森林类型土壤容重与孔隙度指标计算结果如表4。表4不同森林植被类型土壤的孔隙度和持水指标类型土层深度/cm容重g/cm3总孔隙度/%毛管孔隙度/%非毛管孔隙度/%总持水量/thm-2非毛管持水量/thm-2阔叶林0-201.38749.29736.43512.862985.94257.2420-401.41544.25733.98610.271885.14205.4240-601.51439.88931.2698.620797.78172.4044.48133.89710.5842668.86635.06毛竹林0-201.13347.82528.47319.352956.50387.0420-401.32545.18225.86519.317903.64386.3440-601.34142.45525.31317.142849.10342.8445.15426.55018.6042709.241116.22马尾松林0-201.44540.28932.7817.508805.78150.1620-401.35741.534.3567.144830.00142.8840-601.41240.45633.4357.021809.12140.4240.74833.5247.2242444.90433.46从表4可看出，3种类型土壤容重变动的总趋势是随着土层深度的增加而增加；相反土壤孔隙度则随土层深度的增加而降低。造成这种现象的主要原因是：近地表层（020m）土壤受枯落物积累、腐烂形成腐殖质层的影响；在2040 cm的土壤层为森林植被主要根系分布区，由于根系的生长发育，有利于土壤的发育，改善了土壤结构，所以土壤孔隙度又较4060cm的土层为高。3种类型的土壤总孔隙度依各土层厚度加权平均由大到小依次是毛竹林地、阔叶林地、马尾松林地。3.3不同森林植被下枯枝落叶物涵养水源效益森林植被涵养水源和保持水土的作用,很重要的部分是借助林下地表的枯落物。枯落物不仅能很好地防止雨水直接冲击地面，而且自身也有很好的吸水率和吸水量，不同的森林植被下的枯落物量差别较大。由表5知阔叶林的枯落物高达6.132thm-2，而马尾松林的枯落物为1.688thm-2，两者相差3.63倍。3种森林植被枯落物量由多到少依次是阔叶林、毛竹林、马尾松林。从吸收率看阔叶林和毛竹林的枯落物吸水率最高，分别为268.31%和189.75%；吸收率从高到低依次为阔叶林毛竹林马尾松林。森林枯落物的吸水量受枯落物量和吸水率的共同影响，并与两者成正比关系。阔叶林地枯落物量和吸水率都最高，它的单位面积枯落物吸水量也最高，达到16.453 thm-2，相对而言马尾松林的枯落物量最少，吸水率最低，其枯落物的吸水量仅为2.656 thm-2。不同森林植被的枯落物的吸水量由高到低依次为阔叶林毛竹林马尾松林。表5不同森林植被下枯落物持水能力毛竹林马尾松林阔叶林枯落物现存量/ thm-23.7641.6886.132枯落物最大吸水率/%189.75157.326268.310枯落物最大吸水量/ thm-27.1422.65616.4533.4不同森林类型土壤蓄水能力林地蓄水量包括枯落物层蓄水量和土壤层蓄水量。有关研究表明土壤的渗透性能主要取决于非毛管孔隙，在饱和持水量中，非毛管孔隙中滞带的重力水在调节土壤蓄水能力方面具有更为重要的作用。因此，近年来有不少研究提出，将土壤非毛管孔隙度大小作为判断森林土壤蓄水能力大小的主要指标，并以它作为计算土壤蓄水量的基本标准。据此，本人对以上3种类型土壤非毛管孔隙持水量进行了比较，结果是3种类型的土壤非毛管持水量由大到小依次是毛竹林地、阔叶林地、马尾松林地。（如表4）。4结论和讨论不同森林植被类型对土壤有机质状况具有很大的影响，并且以中上层土壤影响较大，阔叶林、毛竹林能很好地促进