刺槐林枯落物持水性能及土壤理化性状研究

刺槐林枯落物持水性能及土壤理化性状研究

分散层由从森林中落下的树枝、叶子、树枝、芽、鳞片、花、果实、果皮等分散层组成。它是森林结构中重要的组成部分,是森林地表的一个重要覆盖面。枯落物层可以吸收地表水,使地表径流转变为流速缓慢的层间流和层下流,它对改善土壤结构具有重要的作用,能增加土壤入渗,削减地表径流量,对减少土壤侵蚀有重要作用。在土壤形成过程中,枯落物层是土壤有机质养分的重要来源之一。因此,研究枯落物层水容量及其对表层土壤理化性状的影响具有重大意义。以往对枯落物性能的研究比较单一,只侧重于枯落物在水源涵养及土壤水分等方面的作用。本文则全面地对不同林分的枯落物持水性能以及枯落物覆被下的表层土壤性状进行了定量研究分析。1土壤土层厚度试验地设在泰安市林业科学研究所试验林场,该林场位于泰山罗汉崖,海拔高度400~700m,岩石为花岗片麻岩,土壤为粗骨棕壤,坡位为山坡中部,土层厚度30~40cm,坡度15°~25°;属半湿润大陆性季风气候,多年平均气温12.1℃,极端最低气温-20.8℃,极端最高气温40.3℃,多年平均降水量690.3mm,≥10℃积温4300℃,无霜期198d。主要植被有黑松、赤松、侧柏、麻栎、栓皮栎、刺槐、五角枫、车梁木、黄栌、黄连木、黄荆、胡枝子、扁担木、白羊草、黄背草、鬼针草等2枯落层厚度的测量以小区为单元打出标准地,在标准地内按不同坡位选出10~20个样方(每个样方50cm×50cm),测量枯枝落叶层的厚度及其分布,将样方内所有的枯枝落叶收入尼龙袋中。用环刀和铝盒在样方内取0~20cm层的土壤作为土样。将枯落物和土样带回实验室进行测定。2.1枯落物持水率测定用电子天平称枯落物的鲜重及烘干重。用浸水法测定枯落物持水量,分别测定15min,30min,1h,2h,4h,8h,15h,24h时间段内枯落物的持水量。2.2土壤孔隙度指标采用烘干法测定土壤含水量,用环刀法测定土壤容重、毛管孔隙度、非毛管孔隙度、土壤总孔隙度。用环刀法和浸水法测定毛管最大持水量、土壤饱和含水量、土壤贮水量,用渗透筒法测定土壤渗透速度。用森林土壤分析国家标准方法测定土壤养分。3结果与分析3.1不同物种的干决策水处理3.1.1枯落物蓄积量及持水速度林分枯落物层吸水作用的大小,取决于其本身的厚度和性质。由表1可知,阔叶林的枯落物层比针叶林枯落物层厚度大,蓄积量大。阔叶林中,麻栎林的枯落物厚度最大,为5.30cm,但其蓄积量较小,仅为10.60t/hm2。这主要是由于麻栎的叶片较大,且叶片表面有一层蜡质层,枯落物分解较慢,未分解层在枯落物中占的比例较大,为35.85%。黄连木林枯落物层的蓄积量最大,为14.00t/hm2,其次为刺槐林、刺槐麻栎混交林、麻栎林、五角枫林、侧柏林、赤松林、油松林。枯落物的持水速度与枯落物的性质和分解程度有关,还与枯落物中的水分含量有关。由表2可以看出,各林分不同层次的枯落物平均持水速度都是在0.25h内最大,随着时间的推移,持水速度逐渐降低,在24h后,枯落物平均持水速度趋近于0,此时枯落物持水量达到最大值。从各层次枯落物的平均持水速度来看,各林分分解层和半分解层的平均持水速度皆大于未分解层。在0.25h内,刺槐林的枯落物平均持水速度最大,分解层和半分解层的持水速度分别为2.38kg/h和0.49kg/h,其次是黄连木林、五角枫林、刺槐麻栎混交林、麻栎林、侧柏林、赤松林、油松林。3.1.2林分枯落物最大持水量与持水率林地枯落物层的水文性质可以用它的最大持水量来评价。枯落物层最大持水量约为自身干重的2~4倍。不同林分枯落物层的最大持水量与枯落物的种类、厚度、蓄积量、湿度及分解程度有密切关系。由表3可以看出,黄连木林内枯落物的最大持水量最大,为3.84mm,其次是刺槐林,最大持水量为3.59mm,油松林内枯落物最大持水量最低,仅为1.47mm。该试验区内各林分最大持水量的大小顺序为:黄连木林>刺槐林>五角枫林>刺槐麻栎混交林>麻栎林>侧柏林>赤松林>油松林;最大持水率的大小顺序为刺槐林>黄连木林>五角枫林>刺槐麻栎混交林>麻栎林>侧柏林>油松林>赤松林。总体来看,阔叶林枯落物的最大持水量大于针叶林。这是因为试验区内针叶林地的水分条件较差,林内枯落物层蓄积量较小,且枯落物层中未分解层占的比重较大。枯落物层最大截留量与其最大持水量接近。由表3可知,该试验区内,黄连木林内枯落物层截持降雨的能力最强,其次是刺槐林,油松林的最弱。3.2枯落物的水容量枯落物的持水能力可通过枯落物饱和水容量来反映。枯落物饱和水容量取决于枯落物的吸水率和单位面积内枯落物的蓄积量,饱和水容量越大,吸收和过滤地表径流的作用越强,其水文作用越大。吸水率的大小可反映水容量的大小,吸水率越大,水容量也越大。不同类型林分的枯落物的吸水率不同,因此,其水容量也发生相应的变化。由表4可以看出,刺槐林枯落物的吸水率最大,为261.5%,因此,其水容量最大。赤松林枯落物的吸水率最小,仅为141.3%,赤松林枯落物的水容量最小。刺槐麻栎混交林枯落物的吸水率为210.9%,明显高于麻栎纯林枯落物的吸水率,这表明刺槐麻栎混交林的枯落物水容量要明显高于麻栎纯林,具有较好的蓄水效果。由表4还可以看出,阔叶林枯落物的蓄水效果要好于针叶林。3.3不同林型黄连木林土壤孔隙结构森林对土壤物理性状的影响是多方面的,但是对0~20cm土壤层影响最显著的是森林的枯落物。枯落物覆盖地面,保护地表免遭雨滴击溅侵蚀,土壤结构疏松,吸收和调节地表径流能力强。由表5看出,枯落物蓄积量最大的黄连木林内土壤容重最小,仅为1.07g/cm3,其总孔隙度最大,为52.33%,其中毛管孔隙度为41.00%。其次是刺槐林、刺槐麻栎混交林、五角枫林、麻栎林、侧柏林、赤松林和油松林。土壤孔隙度越大,说明土壤结构越疏松,这有利于雨水迅速下渗,减少地表径流的冲刷。由表5还可以看出,刺槐麻栎混交林的毛管最大持水量和土壤饱和含水量最大。毛管孔隙中所保存的水分包括一部分膜状水和毛管水的全部,可以完全被植物根系利用。因此,刺槐麻栎混交林内受枯落物影响的0~20cm土壤层最有利于林下植物生长,在林内形成较好的第三作用层,更有助于截留降雨和减少雨滴击溅侵蚀。3.4林地表层土壤渗透速度土壤的渗透能力是评价森林土壤涵养水源的重要指标。土壤的渗透速度是由渗入土壤的水量和水分通过土层所用的时间来衡量的。林地内枯落物蓄积量越大,表层土壤的孔隙度越大,土壤结构越好,质地越疏松,越容易使大量的地表径流渗入土壤,并在重力作用下渗透到土壤下层变成地下水。孔隙度的增加不仅有利于纵向水分渗透,而且有利于横向的水分渗透,缩短了渗透时间。由表6看出,林地表层土壤的渗透速度受林内枯落物的蓄积量及枯落物性质的影响。在该试验区内的各林分表层土壤渗透速度中,阔叶林明显大于针叶林,阔叶林中以黄连木林的渗透速度最快,为30.24mm/min。其次是刺槐林、刺槐麻栎混交林、五角枫林、麻栎林。针叶林中赤松林的渗透速度最慢,为10.95mm/min。3.5表层土壤养分含量林地枯落物分解后形成的腐殖质和有机质是森林表层土壤养分的最主要来源。另外,由于枯落物层的存在,林地土壤中产生了大量的动物、微生物,它们不但促进了土壤肥力的提高,而且能有效地将部分底土搬运到表土层,减少养分的淋失,保持表土的富含养分,改善表层土壤养分的分布状况。枯落物拦蓄地表径流,有效地防治水土流失,减免雨水对表土的侵蚀作用,使表层土壤的养分和肥力提高。由表7看出,试验区内各林分表层土壤养分含量,阔叶林明显高于针叶林。阔叶林中以黄连木林地表层土壤养分含量最高,其次是刺槐林、刺槐麻栎混交林、五角枫林、麻栎林,在针叶林中,以侧柏林最高,其次是赤松林和油松林。阔叶林枯落物含有较丰富的营养元素,它们又比针叶林容易矿化,而且阔叶林中多形成使土壤团粒结构多、肥力较高的柔软死地被物,针叶林中多形成使土壤酸化、肥力较低的粗糙死地被物,因而阔叶林更容易积累土壤养分,更有利于林地肥力的提高和持续。4林分枯落物互结合物分异性分析(1)枯落物的持水速度在0.25h内最大,随着时间推移,持水速度逐渐降低,在24h后趋近于零。枯落物分解层和半分解层的平均持水速度大于未分解层。由于不同林分内枯落物的蓄积量和分解程度不同,枯落物持水速度和最大持水量也不同,持水速度的大小顺序为:刺槐林>黄连木林>五角枫林>刺槐麻栎混交林>麻栎林>侧柏林>赤松林>油松林;最大持水量的大小顺序为:黄连木林>刺槐林>五角枫林>刺槐麻栎混交林>麻栎林>侧柏林>赤松林>油松林。这说明黄连木林和刺槐林枯落物的持水性能较好。(2)林分内的枯落物蓄积量越大、吸水率越大,则该林分的饱和水容量越大,枯落物过滤和减小地表径流的作用就越强。该试验区内各林分的吸水率大小顺序为:刺槐林>黄连木林>刺槐麻栎混交林>五角枫林>麻栎林>侧柏林>油松林>赤松林。由此可以看出,阔叶林枯落物的蓄水效果要优于针叶林枯落物的蓄水效果。(3)不同林分枯落物覆被下表层土壤的物理性状不同,该试验区各林分表层土壤的物理性状由好到差依次为:黄连木林>刺槐林>刺槐麻栎混交林>五角枫林>麻栎林>侧柏林>赤松林>油松林。这表明阔叶林枯落物覆被下的表层土壤物理性状优于针叶林。(4)林分内枯落物的性质和