針葉林對祁連山森林褐土理化性質和水源涵養功能的影響

摘要：本文以祁連山針葉林樹種青海云杉、祁連圓柏為研究對象，探討不同樹種與祁連山森林灰褐土理化性質和水源涵養功能的關系。研究結果表明：土壤孔隙度、團粒結構、物理性粘粒含量均為青海云杉＞祁連圓柏，土壤容重、物理性沙粒含量均為祁連圓柏＜青海云杉；土壤有機質、CEC均為青海云杉＞祁連圓柏，CaCO3、PH、全鹽含量均為祁連圓柏＜青海云杉；土壤蓄水量和樹種苦落物持水量均為青海云杉＞祁連圓柏。

關鍵詞：針葉林 祁連山 森林灰褐土 理化性質 水源涵養

祁連山位于東經93°30′～103°，北緯36°30′～39°30′，總面積2.65×106km2^[1]，山體海拔高度1800～5808m。海拔2250～2685m，生長著茂密的針葉林，是祁連山重要的水土保持樹種。為了揭示不同針葉林樹種與祁連山森林灰褐土理化性質的變化規律，探討針葉林樹種與祁連山森林灰褐土水源涵養功能的關系，本文以祁連山的針葉林樹種青海云杉、祁連圓柏為研究對象，采集土樣，室內化驗分析，探討不同針葉林樹種對祁連山森林灰褐土理化性質和水源涵養功能的關系，從而為祁連山針葉林所處的土壤水源涵養研究提供科學依據。

1 試驗

1.1 試驗地點概況。試驗地點位于祁連山馬蹄林場，屬典型的半濕潤森林草原氣候，海拔高度2600～3200m，年均降水量230～350mm，年均蒸發量1488mm，年均溫度17℃，成土母質是坡積物。土壤類型是森林灰褐土，其剖面形態特征是：0～10cm是苔蘚層混有云杉枝葉凋落物，松軟具有彈性；10～40cm是腐殖質層，呈黑褐色，植物根系較多，無石灰反應，PH6.50；40～72cm是淋溶淀積層，灰褐色，粘粒和石灰物質溶淀，石灰反應弱，PH6.78；72～125cm，灰棕色，碎塊狀結構，有石礪混入，植物根系較少，有石灰反應，PH7.10。針葉林樹種是：青海云杉、祁連圓柏。闊葉林樹種：山楊、白樺、紅樺。灌叢樹種是：金露梅、銀露梅、小葉錦雞兒。草本植物是：針茅、棘豆。

1.2 研究方法。

1.2.1 樣品采集區概況調查。以祁連山馬蹄林場的針葉林樹種青海云杉、祁連圓柏為研究對象，依據不同林分郁閉度、林齡、坡度等主要因子在典型地段選擇標準地2塊，在樣地劃出10×10m方格網點，對不同林木進行每木檢尺，測定樹徑、林木密度、林木高度、郁閉度（表1）

表1 樣品采集區基本情況

針葉林樹種坡度（°）海拔（m）林齡（a）樹徑(cm)林木密度(株/hm2)林木高度（m）郁閉度

青海云杉24～2526213032.35240012.630.80

祁連圓柏24～2526213018.6412005.640.50

1.2.2 樣品采集方法。于2006～2008年，每年11月中旬（枯落物凋謝后）在2個標準樣品采集區內按S形布點挖掘土壤剖面，每個標準樣品采集區挖掘3個土壤剖面點，每個剖面點采集0～40cm土樣2kg，用四分法帶回1kg混合土樣室內分干化驗分析。土壤容重、團粒結構用環刀在每個土壤剖面點0～40cm中部采集平行樣3個。在2個標準樣品采集區對角線交點及四角處設面積為100×100cm的枯落物調查樣方5個，收集枯落物供最大持水率測定用。

1.2.3 測定項目及方法^[7]。土壤容重（環刀法）；孔隙度（計算法）；自然含水量（烘干法）；土壤飽和蓄水量（面積×總孔隙度×土層深度）；土壤毛管蓄水量（面積×毛管空隙度×土層深度）；土壤非毛管蓄水量（面積×非毛管孔隙度×土層深度）；枯落物最大持水率[（浸水后枯落物質量－枯落物干質量）/枯落物干質量×100%]；枯落物持水量（枯落物積累干質量×枯落物最大持水率）；團粒結構（約爾得法）；物理性沙粒、物理性粘粒（鮑氏比重計法）；土壤有機質（K2Cr2O7法）；陽離子交換量（CEC）(NH4OAc—NH4Cl法)；全鹽（電導法，水：土=5:1）；（酸度計法，水提）；CaCO3（氣量法）

1.2.4 數據統計法。取2006～2008年平均數進行統計分析，多重比較，LSR檢驗。

2 結果與分析

2.1 不同樹種對土壤物理性質的影響。如表2所示，土壤孔隙度、團粒結構、物理性粘粒含量均為青海云杉＞祁連圓柏。其中青海云杉0～40cm土層土壤總孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度、團粒結構、物理性粘粒含量分別為50.56%、24.14%、26.42%、28.32%、26.62%，與祁連圓柏比較分別增加9.43%、3.69%5.74%、6.45%、16.44%。而土壤容重、物理性沙粒含量均為祁連圓柏＜青海云杉，其中青海云杉0～40cm土層土壤容重、物理性砂粒含量分別為1.31g/cm3和20.69%，與祁連圓柏比較分別降低0.25g/cm3和12.61%。從不同樹種與土壤物理性質的變化規律可以看出，在同一氣候和土壤條件下，所覆蓋的針葉林樹種不同，灰褐土的物理性質存在差異，灰褐土的物理性質除了與氣候、地形、時間、成土母質有密切關系外，針葉林樹種在成土過程中起主導作用，針葉林樹種不但通過改變光熱條件影響灰褐土的物理性質，而且通過其根系和枯落物回歸土壤直接參與灰褐土的成土過程改變了灰褐土的物理性質。不同樹種間的差異顯著性經LSR檢驗達到顯著和極顯著水平（表2）

表2 不同樹種對土壤物理性質的影響

針葉林樹種采樣深度（cm）土壤容重（g/cm3）總孔度（%）毛管孔度(%)非毛管孔度(%)＞0.25mm團粒（%）物理性沙粒（%）物理性粘粒（%）

青海云杉0～401.31b B50.56aA50.56 a A50.56 a A28.32 a A20.69 bB26.62 a A

祁連圓柏0～401.56a A41.13b B20.45cB20.68bB21.87 bB33.30 a A10.18 bB

2.2 不同樹種對土壤蓄水量的影響。如表2所示，2種樹種土壤水源涵養功能具有明顯的差異^[8—11]，土壤蓄水量為青海云杉＞祁連圓柏。其中青海云杉土層0～40cm自然含水量、飽和蓄水量、毛管蓄水量、非毛管蓄水量分別為184.28g/kg、2022.40t/km2、965.60t/km2、1056.80t/km2；與祁連圓柏比較分別增加53.19g/kg、377.20t/km2、147.60t/km2、229.60t/km2。不同樹種間的差異顯著性經LSR檢驗達到顯著和極顯著水平（表3）

表3 不同樹種對土壤蓄水量的影響

針葉林樹種采樣深度（cm）自然含水量（g/kg）飽和蓄水量（t/km2）毛管蓄水量（t/km2）非毛管蓄水量（t/km2）

青海云杉0～40184.28 aA2022.40aA965.60a A1056.80a A

祁連圓柏0～40131.09b B1645.20b B818.00bB827.20bB

2.3 不同樹種枯落物持水量。地表枯落物是土壤涵養水源的主要物質，枯落物積累厚度、積累數量對水土保持、涵養水源具有重要的作用^[12—13]。不同樹種枯落物積累厚度、枯落物積累干質量、持水量、最大持水率均為青海云杉＞祁連圓柏。這是因為青海云杉林木密度和郁閉度大，枯落物積累數量朵。如表4所示，青海云杉枯落物積累厚度、枯落物積累干質量、持水量、最大持水率分別為5.24cm、17.22t/km2、37.88t/km2、219.98%，與祁連圓柏比較分別增加4.38cm、14.68t/km2、26.98t/km2、39.27%。不同樹種間的差異顯著性經LSR檢驗達到顯著性和極顯著水平。（表4）

表4 不同樹種枯落物持水量

針葉林樹種枯落物積累厚度（cm）枯落物積累干質量（t/km2）浸水后枯落物質量（t/km2）持水量（t/km2）最大持水率（%）

青海云杉5.24 aA17.22aA55.10aA37.88aA219.98aA

祁連圓柏0.86 bB2.54bB7.13bB4.59bB180.71bB

2.4 不同樹種對土壤化學性質的影響。如表5所示，土壤有機質、CEC均為青海遠山＞祁連圓柏。其中青海云杉0～40cm土層有機質、CEC分別為172.40g/kg和28.15cmol/kg，與祁連圓柏比較，分別增加71.55g/kg和7.81cmol/kg。而CaCO3、PH、全鹽含量均為祁連圓柏＜青海云杉，其中青海云杉0～40cm土層CaCO3、PH、全鹽含量分別為162.40g/kg、6.83、3.51g/kg，與祁連圓柏比較，分別降低34.10g/kg、0.29、1.12g/kg。不同樹種見的差異顯著性經LSR檢驗達到顯著和極顯著水平（表5）。

表5 不同樹種對土壤化學性質的影響

針葉林樹種采樣深度（cm）有機質（g/kg）CEC（cmol/kg）PHCaCO3（t/km2）全鹽（g/kg）

青海云杉0～40172.40 aA28.15aA6.83bB162.40bB3.51bA

祁連圓柏0～40100.85bB20.34b B6.54aA196.50aA4.63aA

3 結論

青海遠山、祁連圓柏2種樹種土壤理化性質和水源涵養功能的影響具有顯著地差異。土壤孔隙度、團粒結構、物理性粘粒含量均為青海云杉＞祁連圓柏，而土壤容重、物理性砂粒含量均為祁連圓柏＜青海云杉；土壤有機質、CEC均為青海云杉＞祁連圓柏，而CaCO3、PH、全鹽含量均為祁連圓柏＜青海云杉；土壤蓄水量和樹種枯落物持水量均為青海云杉＞祁連圓柏，即祁連山不同針葉林樹種對土壤水源涵養功能的作用：青海云杉＞祁連圓柏。

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