南甕河自然保護區典型林分土壤水文效應研究

劉芳蕊，王立中，劉學爽，韋昌雷(大興安嶺林業集團公司農業林業科學研究院，黑龍江嫩江源森林生態系統國家定位觀測研究站，黑龍江 大興安嶺 165000)

森林土壤作為載體參與大氣降水分配，在陸地生態系統水分分布和養分循環過程中起著重要的作用[1，2]。森林土壤對森林生態系統功能的影響，主要體現在土壤物理性質和持水能力。森林土壤物理性質是森林水文功能一個基礎參數，對其具有重要的影響，不同林型土壤物理性質因林分結構、生物學特性不同而不同[3-7]。土壤持水能力是反映森林土壤水文效應研究的重要指標，而土壤持水能力與其物理性質有一定關系。研究發現，林冠截留和枯落物持水量占森林涵養水源的15%，說明土壤水文功能已成為主體部分[8-10]。為探究南甕河保護區不同林型土壤水文效應，本文對3種典型林型的土壤物理性質、持水能力及其差異進行研究，旨在為了解該區水源涵養功能提供科學依據。

1 研究區概況

研究地區位于大興安嶺南甕河國家級自然保護區，是中國寒溫帶最大的森林-濕地生態系統保護區之一，125°13′40″—125°14′53″ E，51°12′38″—51°13′94″ N，總面積22.9 hm2，平均海拔459 m。由于地理位置特殊，具有典型的寒溫帶季風性氣候特征。冬季嚴寒，夏季酷暑多雨。年平均氣溫-3.5 ℃，有效積溫1 700～2 100 ℃°，無霜期80～110 d，年降水量為500 mm左右，集中在7—8月份。主要喬木有興安落葉松(Larixgemelii)、白樺(Betulaplatyphylla)和山楊(Populusdavidiana)，土壤類型有針葉棕色土，暗棕壤和泥炭土等。

2 研究方法

每個林型設置25 m×30 m標準樣地，標準樣地內隨機設置3個土壤剖面，用環刀和鋁盒分層( 0～10、10～20和20～30 cm) 取樣, 拿回實驗室進行土壤容重和土壤總孔隙度的測定。采用環刀法測土壤最大持水量、非毛管持水量和毛管持水量等土壤蓄水性能指標。計算公式如下：

Wt=10 000PthWo=10 000Poh

Wc=10 000Pch

式中:Wt—土壤最大持水量(thm-2)；Wo—土壤非毛管持水量(thm-2)；Wc—土壤毛管持水量(thm-2)；Pt—土壤總孔隙度(%)；Po—土壤非毛管孔隙度(%)；Pc—土壤毛管孔隙度(%)；h—土壤厚度(cm)

3 結果與分析

3.1 土壤物理性質

不同林型土壤持水能力是評價其水源涵養功能的重要指標之一，土壤中的水分是森林植被生長所需水分的重要來源。不同林型的土壤物理性質差異對其持水能力產生影響，持水力大小取決于容重和孔隙度。由表1可知，3個林型的土壤容重在垂直方向上的變化規律相同，均隨土壤深度增加而增加。表層土壤容重以草類興安落葉松林最小，草類山楊林最大。在0～30 cm土層范圍內，不同林型土壤容重的順序：草類興安落葉松林(1.22 gcm-3)<草類白樺林(1.29 gcm-3)<草類山楊林(1.32 gcm-3)。

在0～30 cm的土層范圍內，各林型土壤非毛管孔隙度大小順序為草類興安落葉松林(4.24%)<草類白樺林(4.52%)<草類山楊林(6.73%)。土壤的非毛管孔隙度越大，通透性越好，越有利于土壤水分的滲透，減少水土流失，起到良好的涵養水源功能。而毛管的大小反映了森林植被吸收水分維持生命力。各林型的毛管孔隙度大小順序為草類白樺林(42.06%)<草類山楊林(43.75%)<草類興安落葉松林(43.86%)，各林型土壤毛管孔隙度均隨土壤深度增加逐漸減小，其中草類興安落葉松林毛管孔隙度最大，說明其持水能力較強。

表1 南甕河保護區不同林分類型土壤物理性質

3.2 不同林型持水能力

土壤蓄水能力越強，能夠接納的降水就越多，從而可為林木生長提供更加良好的土壤水分環境。土壤最大持水量是指土壤孔隙全部充滿水時的土壤含水量，它是由土壤毛管持水量和土壤有效貯水量兩部分組成，反映了土壤貯存和調節水分的潛在能力。土壤非毛管持水量是評價林地土壤涵養水源功能的重要指標。由表2得知，土壤最大持水量均隨土層增加而下降趨勢，不同林型土壤最大持水量差異較大，0～30 cm土壤最大持水量順序依次為草類白樺林(1 397.53 thm-2)<草類興安落葉松林(1 443.14 thm-2) <草類山楊林(1 514.78 thm-2)。

表2 南甕河保護區不同森林類型土壤持水量

毛管持水量是易被森林植被吸收和利用的水分，隨毛管孔隙度進行移動，可長時間貯存于土壤里，非毛管持水量可在重力作用下進行一定移動的水，可不同層次補給河流、湖泊，起到調節徑流作用。土壤的非毛管孔隙度的大小直接影響其土壤有效貯水量，從而增強接納降水的能力，防止土壤侵蝕災害的發生，不易發生水土流失。不同林型土壤有效貯水量分別為草類白樺林(127.33tffffdfhm-2)<草類興安落葉松林(135.81tffffdehm-2)<草類山楊林(202.01tffffddhm-2)。

4 結論

4.1 南甕河保護區3種典型林型土壤容重均隨土壤深度增加而增加。不同林型土壤容重均值草類興安落葉松林最小，不同林型土壤容重的順序依次為草類興安落葉松林(1.22 gcm-3)<草類白樺林(1.29 gcm-3)<草類山楊林(1.32 gcm-3)。

4.2 0～30 cm土層，土壤非毛管孔隙度草類興安落葉松林最小，草類山楊林最大；毛管孔隙度草類白樺林最大，草類興安落葉松林最小，總毛管孔隙度草類興安落葉松林最小，草類山楊林最大。

4.3 不同林型土壤最大持水量差異較大，草類山楊林最大持水量(1 514.78 thm-2)明顯高于草類興安落葉松林(1 397.53 thm-2)。不同林型土壤有效貯水量分別變為草類白樺林(127.33 thm-2)<草類興安落葉松林(135.81 thm-2) <草類山楊林(202.01 thm-2)。

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