西秦嶺森林生態(tài)旅游區(qū)不同林分類型土壤水文效應(yīng)研究
——以麥積山風景區(qū)為例

王具元，何鵬

(甘肅林業(yè)職業(yè)技術(shù)學院，甘肅 天水 741020)

森林土壤系統(tǒng)作為森林生態(tài)系統(tǒng)的一部分，決定著各種林業(yè)生產(chǎn)的物質(zhì)基礎(chǔ)，森林植物進行光合作用的光，植物生長所需的二氧化碳、水、養(yǎng)分等除少部分來自于大氣外，絕大部分都依賴于森林土壤的補充。土壤水影響著土壤的各種性質(zhì)(物理、化學、生物)，依賴土壤水分森林植物才能開展進行各種生理活動。影響土壤持水能力的因素很多，但主要依賴于土壤中各種孔隙的類型、數(shù)量的多少和孔隙大小等因素，它們決定著土壤水分空間性和有效性。 關(guān)于麥積山(小隴山)森林植物群落特性的研究較多[1-4]，但對于不同林分類型土壤持水能力的研究很少，通過對麥積山不同林地土壤的物理性質(zhì)、水分涵養(yǎng)能力，對比分析不同林地土壤水分的動態(tài)變化情況，探討不同林分土壤物理性質(zhì)和蓄水能力，目的在于為該地區(qū)水源涵養(yǎng)林的保護和利用、科學經(jīng)營提供理論依據(jù)，將對麥積山森林生態(tài)系統(tǒng)的保護具有現(xiàn)實意義。

1 研究區(qū)概況

麥積山風景區(qū)位于甘肅省天水市麥積區(qū)，地理位置為105°56′—106°10′ E，34°07′—34°28′N，麥積山風景區(qū)海拔1 400～1 800 m，最高峰可達2 200 m以上，年平均降雨量為600～700 mm，氣溫最高為33 ℃，最低為-15 ℃，一般冬季在-8 ℃左右，無霜期為230 d，年日照2 307 h左右，空氣相對濕度為85%左右，巖層構(gòu)造是由紅色沙礫巖層和淺色變質(zhì)巖所構(gòu)成，土壤類型多為棕壤土和黃綿土。麥積山風景區(qū)內(nèi)自然資源豐富，風景秀麗，形成自己獨特的山水景觀，觀賞及藥用植物品種繁多，珍禽奇獸較為豐富。風景區(qū)內(nèi)植物約有111種，分屬于50個科106個屬。其中有很多是園林中的珍品：黃花杠柳、蒼松、翠柏、云杉、冷杉、水杉、白皮松、紅豆杉，玉蘭和野生紫竹、野生百合、金背杜鵑、甘肅瓊花等。

2 研究方法

2.1 樣地調(diào)查

2017年8—9月在麥積山風景區(qū)選擇銳齒櫟林、油松+遼東櫟林、油松+銳齒櫟林、油松林、白皮松林等5種不同林分林下土壤為研究對象，在不同林分內(nèi)布設(shè)20 m×20 m的試驗樣地，在各林分樣地不同坡位(上、中、下)取3個剖面，用環(huán)刀分別在0～10、10～20、20～30 cm取樣，每層取三個重復(fù)，樣地基本情況見表1。

2.2 土壤水分與物理性質(zhì)測定

2.2.1 物理指標測定 采用常規(guī)方法測定土壤含水量(烘干法)，土壤容重、土壤孔隙度(環(huán)刀法)。各個指標的計算公式為[4]：

土壤容重r=(W4-W0)/V×100%

土壤總孔隙度P=(W2-W4)/V×100%

土壤毛管孔隙度P1=(W3-W4)V×100%

土壤非毛管孔隙度P2=(W2-W3)/V×100%

式中：W0為環(huán)刀重，W2為環(huán)刀吸水飽和質(zhì)量，W3為環(huán)刀吸水飽和后靜置12 h后的質(zhì)量，W4為環(huán)刀烘干后質(zhì)量。

2.2.2 土壤持水量測定[5]

土壤持水量W=10 000P×h

W為土壤持水量(thm-2)，P為土壤總孔隙度(%)，h為土層厚度(m)。

2.2.3 土壤入滲性能測定 雙環(huán)是直徑為10和20 cm、高30 cm、厚2 cm的兩個鐵環(huán)。試驗樣地內(nèi)選擇微地形較為平坦的地段作為測定點，將直徑10 cm的內(nèi)環(huán)和直徑20 cm的外環(huán)輕輕地壓入土壤，鐵環(huán)頂部距土壤表面的高度不超過5 cm，沿環(huán)刀的小環(huán)內(nèi)壁土壤插入一小鋼尺，外環(huán)與內(nèi)環(huán)的空隙間持續(xù)加入2 cm的水，并不斷保持外環(huán)中的水深不變[5]。

2.2.4 數(shù)據(jù)處理 采用Excel作圖，利用SPSS18.0軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，采用單因素方差進行差異性分析，利用最小顯著差異法(LSD)進行多重比較分析(α=0.05)。

3 結(jié)果分析

3.1 不同林分林地土壤物理特性

從表2可以看出，5種林分林下土壤物理特性具有一定差異，土壤容重差異性不顯著(P>0.05)，不同林分林地0～30 cm土壤容重均值范圍為1.14～1.48 gcm-3，其大小表現(xiàn)為油松+遼東櫟林(1.48 gcm-3)> 白皮松林(1.30 gcm-3)>銳齒櫟林(1.29 gcm-3)>油松+銳齒櫟林(1.22 gcm-3)>油松純林>(1.14 gcm-3)。土壤容重隨著土壤深度的變化而變化，但差異性不明顯。土壤非毛管孔隙均值白皮松林(4.37%)最大，油松+遼東櫟林(2.00%)最小。0～10 cm層中，非毛管孔隙度油松+銳齒櫟林(0.65%)最小，油松林最大(5.61%)。10～20 cm土壤層中，非毛管孔隙度銳齒櫟林(1.65%)最小，油松+銳齒櫟林(5.36%)最大。毛管孔隙度表現(xiàn)為銳齒櫟林(51.95%)最高，油松+遼東櫟林(41.40%)最小。土壤總孔隙度的大小隨著土層深度的增加表現(xiàn)出遞減的趨勢，不同林分林下土壤總孔隙度均值范圍為43.40%～54.86%，銳齒櫟林最大，油松+銳齒櫟林和油松林次之，油松+遼東櫟最林分小。

3.2 不同林分林地土壤持水能力

表2 不同林分林地土壤物理性狀及持水量

3.3.3 不同林分林地土壤入滲特征 土壤滲透速率是指單位時間內(nèi)水分在土壤中運移速度，它是影響地表徑流量大小的重要因素，也是反映植被改良土壤效果的主要指標。由表3可知，5種林分類型林下土壤初滲速率相差比較大，其中銳齒櫟林的初滲速率最高，為51.12 mmmin-1，白皮松林最小，為38.62 mmmin-1。不同林分林下土壤的穩(wěn)滲速率由大到小分別為油松+銳齒櫟林(1.52 mmmin-1)、油松+遼東櫟林(1.41)、白皮松林(1.23 mmmin-1)、銳齒櫟(1.24 mmmin-1)和油松林(1.21 mmmin-1)。不同林分林下土壤入滲過程中，達到穩(wěn)滲需要的時間有所不同，其中以油松+銳齒櫟林最大(28 min)，油松林最小(20 min)。利用SPSS軟件對5種不同林分林下土壤入滲時間和入滲速率進行回歸分析，發(fā)現(xiàn)它們之間存在著較好的冪函數(shù)關(guān)系：

F=atb(R2>0.94)，式中:F為土壤入滲速率，t為入滲時間，a為入滲系數(shù)，b為指數(shù)。

4 結(jié)論

4.1 不同林分林地0～30 cm土層土壤容重均值范圍為1.14～1.48 gcm-3，其大小表現(xiàn)為油松+遼東櫟林(1.48 gcm-3)> 白皮松林(1.30 gcm-3) >銳齒櫟林分(1.29 gcm-3)> 油松+銳齒櫟林分(1.22 gcm-3)>油松純林>(1.14 gcm-3 )。土壤非毛管孔隙白皮松林分(4.37%)最大，油松+遼東櫟林(2.00%)最小。毛管孔隙度表現(xiàn)為銳齒櫟林(51.95%)最高，油松+遼東櫟林分(41.40%)最小。不同林分林下土壤總孔隙度均值范圍為43.40%～54.86%。銳齒櫟林最大，油松+銳齒櫟林和油松林次之，油松+遼東櫟林最小。

4.2 土壤最大持水量平均值大小關(guān)系為銳齒櫟林(548.56 thm-2)>油松+銳齒櫟林(519.56 thm-2)>油松林(505.07 thm-2)>白皮松林(483.65 thm-2)>油松+遼東櫟林(434.02 thm-2)，說明銳齒櫟林分土壤持水能力最強。

4.3 5種林分類型林下土壤初滲速率銳齒櫟林分最高，為51.12 mmmin-1，白皮松林分最小，為38.62 mmmin-1。不同林分林下土壤的穩(wěn)滲速率由大到小分別為油松+銳齒櫟林(1.52 mmmin-1)、油松+遼東櫟林(1.41 mmmin-1)、白皮松林分(1.23 mmmin-1)、銳齒櫟林(1.24 mmmin-1)和油松林(1.21 mmmin-1)。不同林分林下土壤入滲過程中，達到穩(wěn)滲需要的時間有所不同，其中以油松+銳齒櫟林最大(28 min)，油松林最小(20 min)。