枯落物層對(duì)六盤山華北落葉松人工林土壤性質(zhì)的影響

樊亞鵬 高迪 王曉

摘要：為探究枯落物層對(duì)六盤山華北落葉松人工林土壤物理、水文性質(zhì)的影響，于2017年通過(guò)設(shè)置不同密度的華北落葉松人工林枯落物保留/去除樣地，調(diào)查了枯落物保留/去除樣地林下土壤物理和水文性質(zhì)的差異。結(jié)果表明：枯落物層能夠增加土壤的孔隙度、土壤蓄水和滲透能力，去除地表枯落物（LR）和保留枯落物（CK）兩種林分在0～100 cm土層中平均容重分別為1.38 g/cm³和1.30 g/cm³，平均總孔隙度分別為44.88%和49.74%，毛管孔隙度分別為36.33%和42.56%，非毛管孔隙度表現(xiàn)為8.55%和7.19%，LR和CK土壤初滲速率變化為6.25和7.98 mm/min，土壤穩(wěn)滲速率范圍為3.81和5.22 mm/min，土壤平均入滲速率LR和CK分別為4.38和5.64 mm/min。以上結(jié)果說(shuō)明了枯落物層會(huì)顯著影響華北落葉松人工林的土壤物理水文性質(zhì)。

關(guān)鍵詞：六盤山;華北落葉松;枯落物;土壤物理一水文性質(zhì)

中圖分類號(hào)：$714 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-9944（2019）20-0006-05

1引言

為治理嚴(yán)重的水土流失和荒漠化，我國(guó)幾十年間連續(xù)斥巨資實(shí)施了全球規(guī)模最大的人工造林，目前人工林面積高達(dá)全球的1/3，而且作為積極應(yīng)對(duì)氣候變化的國(guó)家行動(dòng)與重要措施，仍將計(jì)劃大規(guī)模造林，且主要在北方干旱地區(qū)。盡管人工林建設(shè)取得了顯著成就，但也存在一些負(fù)面問(wèn)題，如導(dǎo)致土地地力退化和林下植被多樣性降低，一個(gè)主要的原因是由于過(guò)厚的枯落層改變了林下植被組成、土壤性質(zhì)及養(yǎng)分循環(huán)。因此，對(duì)于林下枯落物層的科學(xué)管理，就成為我國(guó)現(xiàn)有人工林資源經(jīng)營(yíng)與管理不可忽視的一個(gè)重要問(wèn)題。

枯落層是森林生態(tài)系統(tǒng)重要組份，是土壤和林木間物質(zhì)交換的中間環(huán)節(jié)，直接影響著土壤理化性質(zhì)和現(xiàn)代成土過(guò)程。研究發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)期去除枯落物對(duì)土壤容重、地表徑流、侵蝕和溫度波動(dòng)有顯著影響，破壞了土壤水分平衡，可導(dǎo)致干旱期土壤含水量降低。枯落物對(duì)土壤性質(zhì)的影響與枯落物的數(shù)量、化學(xué)成分、分布位置和分解過(guò)程密切相關(guān)。盡管已經(jīng)開展了一些關(guān)于枯落物層對(duì)土壤理化性質(zhì)影響的研究，但在寧夏地區(qū)還缺少枯落物層去除對(duì)針葉人工林林下土壤物理及水文性質(zhì)影響的研究。

華北落葉松（Larixprincipis-rupprechtii Mayr）是我國(guó)北方廣大地區(qū)的主要造林樹種之一，其人工林的水土保持和水源涵養(yǎng)等生態(tài)水文功能對(duì)于維持區(qū)域生態(tài)平衡發(fā)揮重要的作用。地處我國(guó)西北地區(qū)黃土高原的寧夏六盤山為涇河、葫蘆河、清水河等河流發(fā)源地，也是我國(guó)黃土高原的重要水源地，該地區(qū)生態(tài)環(huán)境脆弱，植被破壞嚴(yán)重，森林植被的生態(tài)水文功能亟待恢復(fù)和加強(qiáng)。然而目前存在樹種單一、間伐不及時(shí)、密度不合理等問(wèn)題，導(dǎo)致土壤地力退化、生物多樣性降低、水源涵養(yǎng)功能衰退等一系列問(wèn)題。本研究通過(guò)對(duì)六盤山華北落葉松人工林林下枯落物采取去除試驗(yàn)，探索了枯落物層對(duì)人工林土壤物理性質(zhì)的影響，該研究將有助于從枯落層角度提升我國(guó)西北地區(qū)人工林的合理經(jīng)營(yíng)和科學(xué)管理。

2研究區(qū)概況與研究方法

2.1研究區(qū)概況

研究區(qū)位于寧夏六盤山，是涇河、清水河的水源發(fā)源地。不僅是暖溫帶半干旱到半濕潤(rùn)過(guò)渡氣候區(qū)，還是黃土一土石過(guò)渡區(qū)，植被類型屬暖溫帶落葉闊葉林及油松側(cè)柏林地區(qū)，海拔最高2942 m，樣地布設(shè)在寧夏南部六盤山香水河小流域（106°10～106°30E，35°15～35°42N），流域面積約43.74 km。，屬暖溫帶半濕潤(rùn)氣候，年均氣溫5.8℃，年均相對(duì)濕度68%，無(wú)霜期90～130d，多年平均降水量632 mm，6～9月占全年降水量的72.2%，全年蒸發(fā)量1214～1426 mm，海拔為2300 m左右。土壤類型主要為灰褐土。小流域的森林植被生長(zhǎng)良好，森林覆蓋率高達(dá)73%，主要為天然次生林、人工林及灌叢，人工林以華北落葉松（Larixprincipis-rup-prechtii Mayr）為主，面積占23.62%。另有一些油松（Pinustabuliformis Carr.）、青海云杉（PiceacrassifoliaKom.）等人工林;天然次生林的樹種組成包括遼東櫟（Quercusliaotungensis Koidz.）、少脈椴（Tilia paucico-stata Maxim.）和華山松（Pinusarmandii Franch.）等;林下灌叢主要由華西箭竹（Fargesianitida（Mitford）Kengf.）、沙棘（Hippophaerhamnoides Linn.）、灰枸子（Cotoneasteracuti，0lius Turcz.）等組成;林下草本植物主要有苔草（Carexspp.）、東方草莓（FragariaorientalisLosinsk）等。

2.2研究方法

2.2.1樣地設(shè)置和調(diào)查

2017年11月在香水河小流域內(nèi)，選取不同密度華北落葉松人工林樣地4塊，各樣地落葉松林齡均為34a，立地條件基本一致，單個(gè)樣地面積為20 m×20 m，調(diào)查樣地內(nèi)所有樹木樹高、胸徑、枝下高等林分結(jié)構(gòu)指標(biāo)，記錄海拔、坡度、坡向等地形指標(biāo)。在每個(gè)密度樣地內(nèi)，選取對(duì)照樣地和枯落物去除樣地各一塊，對(duì)照樣地不做處理，枯落物去除樣地于2017年11月進(jìn)行枯落物去除，之后于每月中旬進(jìn)行樣地內(nèi)枯落物清除工作，直至2018年10月底（生長(zhǎng)季末），各林分樣地基本情況見表1。

2.2.2土壤采集

2018年10月，在不同樣地（枯落物去除/對(duì)照）隨機(jī)挖取5處土壤剖面，調(diào)查有無(wú)枯落物覆蓋下土壤物理特征差異，機(jī)械劃分土層，共計(jì)6個(gè)層次，用容積為200cm³的環(huán)刀在O～10、10～20、20～40、40～60、60～80、80～100 cm土層深度取土，每層3個(gè)重復(fù)。

4討論

森林土壤物理水文性質(zhì)在森林生態(tài)水文功能中至關(guān)重要，是用于衡量森林水源涵養(yǎng)功能的重要參數(shù)㈨。森林土壤物理水文性質(zhì)受到林分組成、結(jié)構(gòu)、枯枝落葉層等多方面因素的影響。本文通國(guó)對(duì)枯落物層的去除試驗(yàn)，探討枯落物層對(duì)人工林土壤物理水文性質(zhì)的影響。結(jié)果表明：枯落物層會(huì)顯著影響華北落葉松林土壤的物理性質(zhì)，且對(duì)表層土壤影響顯著。枯落物層造成華北落葉松林下容重降低和土壤孔隙度的增加，這是由于去除枯落物層后，造成降雨直接接觸地表，形成土壤板結(jié)，從而增加土壤容重，減少了孔隙度，而枯落物的分解過(guò)程可以產(chǎn)生土壤有機(jī)質(zhì)，提高養(yǎng)分含量，改善土壤結(jié)構(gòu)，促使土壤表層孔隙發(fā)達(dá)。

土壤入滲能力決定降水再分配過(guò)程中地表徑流量大小，良好的表土結(jié)構(gòu)有利于水分的入滲。有研究認(rèn)為土壤入滲速率與土壤有機(jī)質(zhì)含量、砂礫含量、孔隙度、機(jī)械組成和初始含水量有關(guān)。本研究表明，枯落層顯著增加了林下土壤的人滲能力，這是因枯落物層同時(shí)的積累和分解，發(fā)達(dá)的植物根系能明顯改善土壤表層孔隙狀況，本研究中有枯落物覆蓋下的土壤入滲能力較好，這可能由于土壤中植被根系殘?bào)w以及枯落物的分解是土壤有機(jī)質(zhì)主要來(lái)源，能夠改善土壤結(jié)構(gòu)，使土壤表層疏松，使得林分土壤入滲速率較大。同時(shí)，枯落物能抑制土壤蒸發(fā)，增加了土壤蓄水能力。這是由于土壤蒸發(fā)失去的水分受到枯落物層的阻隔，枯落物越厚，蒸發(fā)阻力越大，蒸發(fā)量就越小。

5結(jié)論

本文通過(guò)以香水河小流域華北落葉松人工林為研究對(duì)象，分析枯落物覆蓋對(duì)土壤水分物理性質(zhì)影響，主要研究結(jié)論如下。

（1）枯落物層顯著影響落葉松林土壤的物理性質(zhì)，CK（枯落物保留）和LR（枯落物去除）樣地林下土壤（0～100 cm）平均容重分別為1.30 g/cm³和1.38 g/cm³，其中在淺層土壤O～10 cm，LR的土壤容重顯著大于CK的土壤容重（P<0.05），增加為14.58%，在土壤層10～20 cm，LR的土壤容重大于CK土壤容重，增長(zhǎng)為8.03%;

（2）枯落物層能夠增加華北落葉松人工林土壤的蓄水能力，CK和LR土壤在O～100 cm深度平均最大持水量表現(xiàn)為39.61%和34.97%;毛管持水量依次為33.84%和27.20%;最小持水量大小為27.85%和23.32%;

（3）受枯落物層覆蓋的影響，華北落葉松人工林樣地內(nèi)LR和CK的土壤初滲速率為6.25和7.98 mm/min;土壤穩(wěn)滲速率分別為3.81和5.22 mm/min;土壤平均人滲速率LR和CK分別為為4.38和5.64 mm/min，地表枯落物保留（CK）土壤滲透性能均優(yōu)于枯落物去除土壤（LR）。