不同林齡云杉林土壤持水性及影響因子分析

錢登峰+張志偉+張博

摘要：研究了云杉（Picea likiangensis var. linzhiensis）林土壤持水特性，結(jié)合團聚體和有機質(zhì)兩個因子進行分析。結(jié)果表明，云杉林表層土壤團聚體以>5.00 mm的大顆粒為主，25年生云杉土壤>5.00 mm的顆粒占48.4%，B層占42.2%。2.00～5.00 mm顆粒數(shù)量A層（21.1%）>B層（18.9%）。40年生云杉林團聚體特點與25年生具有相同的規(guī)律特征。比較兩個林齡A、B層團聚體特征，發(fā)現(xiàn)隨著林齡增長，A、B層土壤團聚體，大顆粒含量有減少的趨勢，但變化不太明顯。25年和40年生林齡云杉林，土壤A、B層最大持水量A層高于B層（75.60%>40.43%；100.20%>61.30%），從林齡大小看，A、B層土壤最大持水量40年生均優(yōu)于25年生云杉林。田間持水量也有上述規(guī)律出現(xiàn)。土壤有機質(zhì)含量A層>B層。隨著林齡增長，各層土壤有機質(zhì)含量也呈現(xiàn)增加的趨勢，土壤持水能力也表現(xiàn)出同樣的變化規(guī)律。

關(guān)鍵詞：云杉（Picea likiangensis var. linzhiensis）；土壤持水性；團聚體；林齡

中圖分類號：S714.7 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2017）02-0234-03

森林土壤是森林生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，也是森林生態(tài)系統(tǒng)發(fā)揮涵養(yǎng)水源功能的重要場所。森林土壤持水性能決定了土壤抗蝕性和土壤水分供給的有效性，是地表植被生長和發(fā)育的主導(dǎo)因子，也是森林涵養(yǎng)水源的主體，對改善生態(tài)環(huán)境具有積極作用。影響土壤持水性能的因素眾多，其中土壤質(zhì)地、土壤結(jié)構(gòu)和土壤含水量是影響土壤水分入滲的主導(dǎo)因素。土壤水分不僅影響土壤中氣、熱、生物狀況，而且影響土壤中植物營養(yǎng)元素的有效性和供應(yīng)能力。田間持水量被視為是探討土壤水分狀況的重要常數(shù)[1]，土壤有效性水分的降低對土壤生產(chǎn)力的影響最大[2，3]。土壤有效性水分的大小與土壤結(jié)構(gòu)、質(zhì)地、有機質(zhì)含量有關(guān)[4]。土壤保持水的能力主要是由土粒與水界面上的分子引力和土壤孔隙中水氣界面上的毛管力以及膠體性質(zhì)所決定[5]。持水性是土壤基本物理性質(zhì)之一[6]，它制約著土壤對水的吸持和貯存[7]，是影響土壤水源涵養(yǎng)功能最重要的因素。森林類型、林齡都會影響到土壤的持水性能，并進一步影響土壤的水源涵養(yǎng)功能。當前，森林土壤持水特征及其影響因素成為國內(nèi)外森林生態(tài)研究的重要內(nèi)容[8，9]。

西藏由于獨特的地理位置，區(qū)域內(nèi)森林對中國乃至全球的生態(tài)安全具有重要作用。西藏48%的森林為暗針葉林[10]，暗針葉林樹種主要為云杉屬（Picea）、冷杉屬（Abies）和鐵杉屬（Tsuga），廣泛分布在喜馬拉雅山脈、念青唐古拉山脈以及橫斷山脈的濕潤亞高山地帶。云杉屬中林芝云杉（P. likiangensis Var. linzhiensis Cheng et L.K.Fu.）主要分布在波密、林芝、米林等地區(qū)，上述區(qū)域豐沛的降水和溫和的氣候有利于林木生長，森林高聳挺拔，郁密粗壯，有些樹干直徑可達2 m，樹高80 m，每公頃立木蓄積量堪稱世界之最[11]。藏東南區(qū)域是研究森林水文功能的天然實驗室，針對該區(qū)域典型森林類型云杉林土壤的持水性進行研究，為合理經(jīng)營和科學(xué)評價森林土壤水源涵養(yǎng)功能提供一定的依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究地點位于色季拉山國家森林公園，坐標為94°31′E，29°39′N，該地區(qū)位于藏東南雅魯藏布江大拐彎西北側(cè)，處于藏東南濕潤氣候區(qū)與半濕潤氣候區(qū)的過渡地帶，日照輻射強。年均溫小于0 ℃，最暖月均溫小于6 ℃，日溫≥0 ℃天數(shù)少于120 d，0 ℃以上積溫小于1 000 ℃，年降水量675.0 mm，85%的雨水集中在6～9月。地貌以高山為主，土壤類型主要為高山棕壤土。

1.2 方法

選擇云杉林代表性區(qū)域，利用生長錐進行林齡判斷，采集土壤樣品。環(huán)刀法測定土壤物理性質(zhì)，環(huán)刀容積為100 cm3（d=50.46 mm，h=50.00 mm）。按照土壤發(fā)生層次自上而下分A、B兩層取3個樣，結(jié)果取平均值，分別計算土壤容重、最大持水量、田間持水量等。土壤團聚體樣品采用木盒帶回實驗室采用干篩法測定粒級組成，持水量采用雙環(huán)入滲法測定，計算方法參考文獻[12]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

利用Excel 2003對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計和分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 云杉林土壤團聚體特征

土壤團聚體是良好的土壤結(jié)構(gòu)體，其特點是多孔性與水穩(wěn)性。大團聚體含量在土壤表層增加，使得表層土壤孔隙度增加、入滲能力和土壤持水能力加強[13]，團聚體孔隙狀況為土壤水、肥、氣、熱的協(xié)調(diào)創(chuàng)造了良好的條件。由表1可知，25年生云杉A層土壤粒徑>5.00 mm的顆粒占48.4%，重量大約占到總干篩土壤的1/2，在B層，土壤團聚體組成粒徑 >5.00 mm的土壤顆粒占42.2%。

2.00～5.00 mm顆粒數(shù)量A層（21.1%）>B層（18.9%）。40年生云杉林團聚體特點與25年生具有相同的規(guī)律特征。比較兩個林齡A、B層團聚體特征，發(fā)現(xiàn)隨著林齡增長，A、B層土壤團聚體大顆粒含量有減少的趨勢，但變化不明顯。云杉林土壤中有大量的枯枝落葉，在水熱條件參與下，枯落物分解增加了土壤腐殖質(zhì)含量，有利于土壤團聚體的形成。

2.2 土壤持水特性及有機質(zhì)對土壤持水能力的影響

2.2.1 土壤持水特性 由表2可知，土壤A、B層最大持水量A層高于B層（75.60%>40.43%；100.20%>61.30%），從林齡大小看，A、B層土壤最大持水量40年生均優(yōu)于25年生云杉林。同樣，對于田間持水量也有上述規(guī)律出現(xiàn)，這與一般規(guī)律是吻合的。出現(xiàn)上述規(guī)律的主要原因是由林芝云杉林下枯落物數(shù)量決定的，由于土壤表層的枯落物的厚度較厚，為上層的土壤進行了較好的改良，使之提高了土壤的疏松性、通氣性和透水性，土壤表層至下層分散量逐漸增大，所以林齡越長的林分其土壤的通透性越強。該林分下土壤枯枝落葉積累厚度大，在當?shù)厮疅釛l件下產(chǎn)生的土壤腐殖質(zhì)較多，為微生物提供了良好的場所，利于森林土壤向著健康的方向發(fā)展。

2.2.2 有機質(zhì)對土壤持水能力的影響 土壤持水性是許多自然影響因子綜合作用的結(jié)果，土壤中有機質(zhì)含量的提高使得土壤中的微生物數(shù)量增加，進而對提高土壤孔隙度有極大促進作用。有機質(zhì)本身吸水能力比無機膠體高許多倍，有機質(zhì)吸水能力是使土壤持水性增加的一個重要因素；而對于有機質(zhì)含量較高的土壤，其作用更加明顯。上述兩種機理共同作用的結(jié)果是使土壤有機質(zhì)含量增加，土壤持水能力增強。由表2可知，云杉林A層有機質(zhì)含量明顯高于B層（38.6 g/kg>29.1 g/kg，45.9 g/kg>37.7 g/kg），林齡越長土壤有機質(zhì)含量越高，持水能力也表現(xiàn)出同樣的變化規(guī)律。

3 小結(jié)與討論

持水性是土壤基本物理性質(zhì)之一，是影響土壤水源涵養(yǎng)功能最重要的因素。土壤團聚體的形成增大土壤入滲、孔隙度等指標，進而提高土壤持水能力。研究結(jié)果表明，25年生云杉A層土壤粒徑>5.00 mm的顆粒占48.4%，重量大約占到總干篩土壤的1/2，在B層，土壤團聚體組成粒徑>5.00 mm的土壤顆粒占42.2%。2.00～5.00 mm的顆粒數(shù)量A層（21.1%）>B層（18.9%）。40年生云杉林團聚體特點與25年生具有相同的規(guī)律特征。比較兩個林齡A、B層團聚體特征，發(fā)現(xiàn)隨著林齡增長，A、B層土壤團聚體的大顆粒含量有減少的趨勢，但變化不太明顯。25年和40年生林齡云杉林，土壤A、B層最大持水量A層高于B層（75.60%>40.43%；100.20%>61.30%），從林齡大小看，A、B層土壤最大持水量40年生均優(yōu)于25年生云杉林。同樣，對于田間持水量也有上述規(guī)律出現(xiàn)，這與一般規(guī)律是吻合的。土壤在垂直方向上有機質(zhì)含量分布不均勻，A層有機質(zhì)含量高于B層。并且，隨著林齡增長，各層土壤有機質(zhì)含量也呈現(xiàn)增加的趨勢，土壤持水能力也表現(xiàn)出同樣的變化規(guī)律。

本研究僅探討了有機質(zhì)對土壤持水能力的影響，眾所周知，影響土壤持水能力的因素不僅局限于土壤有機質(zhì)一個因子。因此，在今后的研究中，將會利用數(shù)學(xué)方法和計算機技術(shù)，深入分析土壤其他因子與土壤持水性之間的關(guān)系。

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