海南島3種森林類型的土壤特性及水源涵養功能

周玉杰　李建華　王春燕

摘要[目的]研究海南3種森林類型的土壤特性及水源涵養功能。[方法]以海南島瓊中地區天然次生林、馬占相思林和15年生的橡膠林為研究對象，對不同森林類型的土壤理化特性和水源涵養功能進行了研究。[結果]不同森林的土壤理化特性及其持水量差異明顯，天然次生林和馬占相思林土壤容重小、孔隙多、有機質含量豐富、持水量大，而橡膠林土壤容重較大、孔隙少、有機質含量低、持水量低。3種森林類型0～40 cm土層的飽和持水量、毛管持水量從大到小依次為天然次生林、馬占相思林、橡膠林。[結論]該研究可為海南島森林生態系統可持續發展提供科學依據。

關鍵詞土壤特性；森林類型；水源涵養功能；海南島

中圖分類號S714文獻標識碼

A文章編號0517-6611（2017）36-0165-03

Abstract[Objective]To study the soil characteristics and water conservation function of forest types in Hainan Island. [Method]The soil properties and water conservation function of three different type forests （Secondary forest， Acacia mangium forest and Hevea brasiliensis forest） in Hainan Island of Qiongzhong District were studied. [Result]The results showed that existed significant differences in soil properties and water conservation function among three types forest. The secondary forest and Acacia mangium forest had small bulk density， more soil porosity， rich organic matter and large waterholding capacity in soil. But the Hevea brasiliensis forest had large bulk density， fewer soil porosity， low organic matter and low waterholding capacity in soil. The saturation moisture capacity and capillary moisture capacity in soil （0-40 cm） for the three forest types from big to small were secondary forest， Acacia mangium forest， Hevea brasiliensis forest. [Conclusion]This study can provide a scientific basis for the sustainable development of Hainan Island forest ecosystem.

Key wordsSoil properties；Forest type；Water conservation function；Hainan Island

森林不僅在維持生態平衡方面具有極其重要的作用，還具有保持土壤結構、維護土地肥力和涵養水源的重要功能。森林土壤是天然的大水庫，降雨能沿著土壤孔隙下滲，成為土壤貯蓄水和地下徑流，是森林涵養水源的主體，但不同森林類型由于樹種生物學特性和林分結構的不同，其土壤理化特性和水源涵養效應亦有所差異[1-4]。研究不同森林類型的土壤理化特性和水源涵養功能，對于防止水土流失及實現森林可持續發展具有重要意義。

海南島是我國僅有的2個熱帶林區之一，森林資源極為豐富，森林覆蓋率達61.9%，被稱為“綠色之島”“生態之島”。近年來，隨著經濟的快速發展，人類盲目追求經濟價值，土地和植被資源被過度利用，致使森林資源遭受嚴重破壞，生態服務功能下降。尤其橡膠林是海南島重要的經濟林樹種，在產生巨大的經濟效益和社會效益的同時也帶來了諸多生態環境問題，目前已引起學術界和媒體的爭論，尤其橡膠林對某些地區水文過程的負面影響已引起社會各界的關注，但目前仍缺乏相關的科學量化數據來證明其影響程度[5-7]。天然次生林、馬占相思林與橡膠林是海南島地區典型的森林類型。筆者在海南瓊中地區選擇這3種不同的森林類型開展其土壤理化特性和水源涵養功能研究，探討它們之間土壤性質和涵養水源功能的差異，旨在為合理利用森林資源、維護地力、提高橡膠人工林生產力和可持續發展提供科學依據。

1研究區概況與研究方法

1.1研究區概況

研究區域位于海南省瓊中黎族苗族自治縣大豐農場，地理位置為109°45′ E， 19°16′ N，該區屬熱帶海島季風氣候類型，年均氣溫22.9 ℃，年均降水量2 278 mm，樣地土壤類型為磚紅壤酸性土壤。選擇區域內15年生橡膠林、馬占相思林、天然次生林3種不同森林類型為調查研究對象。3種森林的林下植被主要以草本植物、蕨類植物和藤本植物居多，如含羞草（Mimosa pudica Linn.）、竹葉草（Armgrass）、地膽頭（Elephantopus scaber L.）、雞屎藤[Paederia scandens （Lour.） Merr.]、鐵線蕨（Adiantum Capillusveneris L.）、腎蕨[Nephrolepis auriculata （L. ） Trimen]等。

1.2土樣采集

每個樣地內設置5個取樣點，采用環刀法分層采集0～20和20～40 cm自然土壤樣品各2份，1份用于測定土壤自然含水量及容重，另1份用于測定土壤持水量。同時，采用分層多點混合取土樣方法采集各樣地土壤，自然風干，撿去石塊、草根等雜質，過篩，測定土壤養分含量。

1.3土壤理化性質測定

1.3.1土壤容重及孔隙度。將環刀法采集的土樣轉移至已知重量的鋁盒內，稱重，并將樣品帶回實驗室，置于105 ℃烘箱內烘干至恒重，稱量烘干土及鋁盒重量，計算土壤容重和孔隙度。

1.3.2土壤飽和持水量、毛管持水量及非毛管持水量。環刀采集的土樣稱重后帶回實驗室放入平底盤中，注入并保持盆中水層高度至環刀上沿，浸泡吸水12 h，環刀內土壤所有毛管孔隙及非毛管孔隙都充滿水分后取出，立即稱量，計算土壤飽和持水量、毛管持水量及非毛管持水量。

1.3.3土壤養分。土壤有機質含量采用重絡酸鉀容量法測定；全氮含量采用半微量開氏法測定；全磷含量采用鉬銻抗比色法測定；全鉀含量采用火焰光度計法測定。

2結果與分析

2.1不同森林類型土壤容重與孔隙狀況

土壤容重和孔隙度是反映土壤物理性質的重要參數，直接影響土壤的通氣性和透水性[8-9]。土壤容重綜合反映了土壤松緊度、通氣性及透水性，土壤容重大，表明土壤緊實、板結，土壤退化趨勢愈強；土壤容重小，則表明土壤疏松多孔，結構性良好[10]。由表1可知，3種森林類型0～20和20～40 cm土層的土壤容重從大到小依次為橡膠林、馬占相思林、次生林，其中橡膠林0～20 cm土層土壤容重極顯著大于次生林，馬占相思林和次生林的土壤容重差異不顯著。土壤孔隙是土壤中水分、空氣、養分及微生物的遷移通道和活動場所，尤其毛管孔隙是土壤水分貯存和水分運動相當強烈的地方[11-12]。3種森林類型0～20和20～40 cm土層的土壤總孔隙度和毛管孔隙度從大到小依次為次生林、馬占相思林、橡膠林，其中次生林和馬占相思林0～20 cm土層的總孔隙度極顯著高于橡膠林，馬占相思林和橡膠林0～20和20～40 cm的總孔隙度和毛管孔隙度差異不顯著，3種森林類型間土壤非毛管孔隙度差異不顯著。

從3種森林的土壤容重和空隙狀況可以看出，次生林和馬占相思林土壤容重較小，孔隙多，而橡膠林土壤容重大，孔隙少。因此，次生林和馬占相思林土壤疏松、透氣，結構較好，橡膠林土壤緊實、結構相對較差，原因可能是橡膠林由于耕作、施肥等影響，受人為活動擾動較為頻繁，林下植被稀少，使得林地土壤板結、孔隙度降低、透氣性變差、結構退化。

2.2不同森林類型土壤養分狀況

不同森林類型由于受到植被類型、土壤結構、物理性質及凋落物等因素的影響，土壤養分狀況存在差異。由表2可知，0～20 cm土層的土壤養分狀況：次生林、馬占相思林土壤有機質和全氮含量大于橡膠林，3種森林土壤全磷和全鉀含量差異不顯著。20～40 cm土層的土壤養分狀況：次生林土壤有機質和全鉀含量顯著高于馬占相思林和橡膠林；3種森林土壤全氮、全磷含量差異不顯著。

2.3不同森林類型土壤水源涵養功能

土壤是森林水源貯藏的主要場所，飽和持水量是土壤全部孔隙充滿水時所保持的水量，是毛管孔隙和非毛管孔隙貯存水分之和，為土壤所能容納的最大持水量，反映土壤貯存和調節水源的潛在能力[13]。毛管持水量為吸持貯存水，供植物根系吸收供其正常生理活動所需的有效水分和土壤蒸發。非毛管持水量通過重力作用在土壤中可做上下運動，能夠調節土壤水分流量和穩定水位。

由表3可知，從0～20 cm土層土壤持水量來看，次生林、馬占相思林的飽和持水量顯著高于橡膠林，次生林土壤自然含水量顯著高于

橡膠林，毛管持水量極顯著高于橡膠林，次生林和馬占相思林間的自然含水量差異不顯著，3種森林類型的土壤非毛管持水量差異亦不顯著。從20～40 cm土層的持水量來看，次生林的自然含水量顯著高于馬占相思林和橡膠林，飽和持水量和毛管持水量均顯著高于橡膠林；3種森林類型的土壤非毛管持水量差異不顯著。0～40 cm土層土壤的飽和持水量和毛管持水量從大到小依次為次生林、馬占相思林、橡膠林，其中次生林的飽和持水量顯著高于橡膠林，3種森林類型彼此間毛管持水量差異顯著，土壤非毛管持水量差異不顯著。

2.4不同森林土壤水源涵養功能與土壤性質的相關性

由表4可知，3種森林土壤水分蓄積量受土壤容重和孔隙度的影響很大，但不同類型持水量與土壤容重和孔隙度的關系不同。3種森林土壤的飽和持水量與土壤容重呈極顯著負相關，與總孔隙度、毛管孔隙度和非毛管孔隙度均呈極顯著正相關，說明土壤容重小、孔隙多的森林土壤水分蓄積量大，水源涵養功能強；毛管持水量與土壤容重呈顯著負相關，與總孔隙度、毛管孔隙度呈極顯著正相關；非毛管持水量與毛管孔隙度呈極顯著負相關，與非毛管孔隙度呈極顯著正相關。

3結論與討論

人工林與天然林由于林分起源和結構不同，人工林多為單一樹種，在功能上存在較大差異。研究表明，人工林在涵養水源、土壤維持、生物多樣性等方面的功能較天然次生林差[14-15]。海南島橡膠林多為單一人工樹種群落，且第1代膠園基本上都是在自然植被土地上建立起來的，在長期大規模替代自然植被的背景下，再加上不合理的經營管理，必定對橡膠林人工林生態系統生態服務功能產生一定影響。

土壤持水能力受植被、土壤物理性質、土層厚度、地質、地形等自然因素及人為因素的長期影響，其中土壤物理性質尤為重要[16]。該研究中3種森林土壤持水量與土壤物理性質中的土壤容重、孔隙度關系密切。從3種森林類型的土壤性質和持水量可以看出，天然次生林和馬占相思林土壤疏松、孔隙多，土壤保水、通氣性能好，土壤持水量大，具有較高的水源涵養功能，其0～40 cm土層的飽和持水量分別為1 993.26和1 865.03 t/hm2，而橡膠林土壤相對較為緊實、孔隙少，土壤保水、通氣性能較差，土壤持水量較小，水源涵養功能相對最低，0～40 cm土層的飽和持水量為1 669.91 t/hm2。總體來看，橡膠林水源涵養功能要低于次生林和馬占相思林，表明橡膠林已經出現了土壤衰退和水土流失現象，但其仍具有一定的水源涵養能力，通過合理種植、加強經營管理可增強其水源涵養功能。建議在追求經濟效益的同時，改善橡膠林現有的種植和經營管理模式，嚴禁超海拔、超坡度種植橡膠樹，并嚴格做好水土保持工程措施，以防止水土流失；同時，充分利用橡膠種植空間時間生態位，采用膠園間作技術，在橡膠林中間作豆科、南藥、牧草等作物，改善林分結構，改良土壤結構，以提高橡膠林的水源涵養功能。

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