SCI缙云山不同林地类型土壤特性及其水源涵养功能

JournalofSoilandWaterConservation.20No.2Vol

Apr.,2006　

缙云山不同林地类型土壤特性及其水源涵养功能

孙艳红,张洪江,程金花,王玉杰,石　健,程　云

(北京林业大学水土保持学院,北京1000)

①

摘要:通过分析不同林地类型土壤特性及林地枯落物水文特性,对缙云山4种类型(针阔混交林、常绿阔叶林、楠竹林和灌木林)林地涵养水源功能进行了研究。结果表明,灌木林表土层有机质含量为楠竹林的3175倍,针阔混交林有机质含量为楠竹林的2122倍,常绿阔叶林有机质含量为楠竹林的1153倍。枯落物蓄积量为16121～32142

t󰃗hm2,枯落物最大持水率次序为针阔混交林>灌木林>常绿阔叶林>楠竹林,最大持水量为灌木林>针阔混交

林>常绿阔叶林>楠竹林。土壤非毛管持水量由大到小依次是灌木林(6612mm)>针阔混交林(57152mm)>常绿阔叶林(47199mm)>楠竹林(46198mm)。灌木林土壤饱和蓄水量最好,为266148mm;针阔混交林较好,为

19014mm;常绿阔叶林次之,为18618mm;楠竹林最差,为17418mm。灌木林和针阔混交林较楠竹林有更好的

涵养水源功能。在今后的森林经营中,应考虑营造灌木林和混交林。关键词:林地类型;　土壤水分;　土壤孔隙度;　水源涵养

中图分类号:S715.7;S727.21;S725.2　　　文献标识码:A　　　文章编号:100922242(2006)0220106204

SoilCharacteristicsandWaterConservationofDifferentForestTypesinJinyunMountain

SUNYan2hong,ZHANGHong2jiang,CHENGJin2hua,WANGYu2jie,SHIJian,CHENGYun

(CollegeofSoilandWaterConservation,BeijingForestryUniversity,Beijing1000)

Abstract:Thesoilcharacteristicsandhydrologicaleffectsofforestlitterwerecarriedout,andthesoiloffourforesttypes(mixedwood,broadleafforest,bambooforestandshrubforest)inJinyunmountainofChongqingcitywereselectedtotesttheirwaterconservation.Theresultsindicatedthatorganicmattercontentofshrubforestis3.75timesthanthatofbambooforest,organicmattercontentofmixedwoodis2122timesthanthatofbambooforest,organicmattercontentofbroadleafforestis1153timesthanthatofbambooforest1Thelitteramountis

216.21～32.42t󰃗hm.Thesequenceofmaximallitterwaterretentionrateismixedwood>shrubforest>broadleaf

forest>bambooforest.Thesequenceofmaximallitterwaterretentionisshrubforest>mixedwood>broadleafforest>bambooforest.Thenon-capillaryholdingcapacityfromhightolowisshrubforest(6612mm)>mixedwood>(57152mm)>broadleafforest(47199mm)>bambooforest(46198mm)1Thesaturationholdingcapacityofshrubforestis266148mm,19014mm;inmixedwood,18618mminbroadleafforest,and17418mminthebambooforest.Theshrubforestandmixedwoodhavehigherwaterconservationfuctionthanthebambooforest.Therefore,itisproposedthatinthefuturetheshrubforestandmixedwoodshouldbeafforestedandmanagedfirstly.

Keywords:foresttypes;　soilwater;　soilporosity;　waterconservation

森林具有保持水土、涵养水源、改善生态环境等功能,探讨不同类型林地与涵养水源功能的关系,对合理经营森林资源,改善水环境、实现水资源的科学管理和利用具有重要意义[1]。本文选择缙云山针阔混交林、常绿阔叶林、楠竹林和灌木林林地,研究其水源涵养功能。

1　研究地概况

研究区缙云山位于重庆市北碚区境内,其地理坐标为北纬29°45′,东经106°22′。最高处海拔95115m,相对高差600m。缙云山已被列为国家级自然保护区,属典型的中亚热带常绿阔叶林气候带,年均气温1316℃,年平均降水量161118mm,年平均蒸发量77711mm。土壤以酸性黄壤及水稻土为主。缙云山保护区内主要植被类型为常绿阔叶林、暖性针叶林、竹林和常绿阔叶灌丛。主要树种为马尾松、杉木、香樟、丝栗、华山松、四川大头茶

①

收稿日期:2005210227

(2003CB415202-3)、基金项目:国家“973”计划“长江上游环境变化与产水产沙作用机理”INTERNATIONALFOUNDATIONFOR

SCIENCE“ThespatialvariabilityofsoilwatermovementpropertieswithmacroporesinforestlandinJinyunMountainregionin

(20013430-1)”、国家“十五”科技攻关课题“退耕还林工程区水源涵养型植被建设技术研究与示范”China(W󰃗BA510B02-01)资助

作者简介:孙艳红,女,生于1979年,在读硕士。主要研究方向为水土保持与荒漠化防治。E-mail:syhong7601015@163.com

第2期孙艳红等:缙云山不同林地类型土壤特性及其水源涵养功能107

和山矾等[2]。在该自然保护区内选取针阔混交林、常绿阔叶林、楠竹林和灌木林,对其土壤特性及其水源涵养功能进行研究。

2　研究方法

211　外业调查

林地类型针阔混交林常绿阔叶林楠竹林灌木林

表1　标准地基本情况

海拔

(m)760825800860

坡向西北西北西北西北

在针阔混交林、常绿阔叶林、灌木林和楠竹林4种林地类型进行标准地常规调查,记录其坡度、坡向、龄级、郁闭度等,各标准地基本情况如表1。在标准地内选择有代表性的地段开挖土壤剖面4个,按

坡度(°)16～25

261110

起源天然天然天然天然

龄级󰂯󰂯󰂮󰂮

郁闭度

01901901850195

土壤发生层次采取原状土,每层重复2个,供室内分析用。在标准地对角线交点及其四角处设面积为20cm×25cm的枯落物调查样方5个,收集其全部枯落物供持水量测定用。212　枯落物持水量测定

用室内浸泡法测定林下枯落物的持水量和最大持水率。首先,对所采集的枯落物进行风干并称其重量,然后将称重后的枯落物原状放入土壤筛,再将装有枯落物的土壤筛置入盛有清水的容器中,水面高于土壤筛的上沿,在水中浸泡至其重量不变为止。

枯落物最大持水率(%)=(浸泡后的枯落物质量-干质量)󰃗干质量×100%22

枯落物持水量计算:V=L×C,其中,V——枯落物持水量(t󰃗hm);L——枯落物积累量(t󰃗hm);C——枯落物最大持水率(%)。213　土壤持水量测定

土壤含水量测定采用烘干法,土壤容重、土壤总孔隙度和土壤毛管孔隙度测定采用环刀法[3～6],土壤有机质含量测定采用重铬酸钾容量法。采用下式计算出土壤饱和蓄水量和土壤非毛管持水量土壤蓄水性能指标,

2

即:Wt=10000pth,Wo=10000poh,Wc=10000pch,其中,Wt——土壤饱和蓄水量(t󰃗hm);Wo——土壤非

22毛管持水量(t󰃗hm);Wc——土壤毛管蓄水量(t󰃗hm);po——土壤非毛管孔隙度(%);pc——土壤毛管孔隙度(%);pt——土壤总孔隙度(%);h——土层厚度(m)。

对于整个土壤剖面的土壤饱和蓄水量和土壤非毛管持水量等采用统计学上的加权平均法计算。

3　结果与分析

311　不同林地类型土壤有机质含量

从表2中可看出,不同林地类型土壤有机质含量均为中上层明显高于下层。不同林地类型同层土壤比较,灌木林、针阔混交林和常绿阔叶林各层土壤有机质含量均高于楠竹林。灌木林表土层有机质含量为楠竹林的3175倍,针阔混交林土壤有机质也较高,为楠竹林的2122倍,常绿阔叶林有机质含量为楠竹林的1153倍。而

第二层土壤中有机质含量的变化趋势是灌木林>楠竹林>针阔混交林>常绿阔叶林,这可能是由于楠竹林的根系在这一层分布比较多所致。可见,不同林地类型对土壤有机质状况具有很大影响,并且对表土层土壤影响较大。灌木林地,植物种类丰富,枯落物量多,分解迅速,能很好地促进土壤有机质增加。而楠竹林地,植物种类单一,枯落物量较少,土壤有机质含量低。312　不同林地类型土壤容重与孔隙度

在同一气候和土壤条件下,所覆盖的植被类型不同,土壤的物理性质存在差异,反映了土壤物理性质除了与其成土母质、气候条件有密切关系外,且植被的作用不可忽视。植物主要通过以下2种途径对土壤特性产生作用,一是通过改变光热条件直接影响土壤的发育环境,二是通过其根系和枯枝落叶回归土壤而直接参与土壤的成土过程。

土壤容重和孔隙度是反映土壤物理性质的重要参数,两者直接影响着土壤蓄水和通气性能。从表2可看出,4种林地类型土壤容重变动的总趋势是随着土层深度的增加而增加,而土壤孔隙度则随土层深度的增加而降低。从土壤容重的均值看,灌木林林地<针阔混交林林地<常绿阔叶林林地<楠竹林林地。不同林地土壤容

3

重变动范围为11209～11471g󰃗就孔隙度来看,灌木林林地明显大于楠竹林林地,总孔隙均值表现为:灌木cm。

林林地>针阔混交林林地>常绿阔叶林林地>楠竹林林地,不同林地土壤总孔隙度变动在44132%～55120%

之间,其中表土层的最大,均在52%以上,这与林地表层枯落物分解腐烂后增加了腐殖质的含量,有利于表层土壤团粒结构的形成有关。

108水土保持学报

表2　不同林地类型土壤的孔隙度和持水性

第20卷

林地类型

土壤层次

(cm)0～88～5757～9999～1230～1230～1111～4343～101101～1150～1150～66～46～8080～1100～1100～2525～5757～1300～130针阔混交林

常绿阔叶林

楠竹林

灌木林

土壤容重

(g󰃗cm3)11051113941151111716114181118411311611529114481124411458115381121147101732111741145811209总孔隙6219650142491433811450124581924410123421444615552102441638123421444413273133571854512955120孔隙度(%)非毛管15193121321212781731213114148121791919199111771214101268199181013416194141211114313123毛管4710338110371162914137193441443119301323214534178391623413429133321331985613943133181197饱和持水量非毛管持水量毛管蓄水量(t󰃗(t󰃗(t󰃗hm2)hm2)hm2)5031681361436712824701582251722441882076106783.012931069151361371277811619041485721521331196811212715520162142712603198231302333134515121818114594116183134101861868100479185138811531211272142391721784.06341911491101758158337.0142115812731219918107314017481394691791278160183312423151409171851134541713961633061283415247117261806611972002183有机质含量

(%)4162

01690139011211463118013010801101922108111013201201937179114101292160313　不同林地类型枯枝落叶涵养水源效益表3　不同林地枯落物持水能力

林地类型针阔混交林常绿阔叶林楠竹林

枯落物厚度枯落物蓄积量最大持水量

(cm)315314114

(t󰃗hm2)161291718416121

(t󰃗hm2)471104312033140

枯枝落叶层是林地结构中重要的组成部分,是林地水文效应的第二活动层,对改善土壤结构具有重要的作用[7]。同时,它也是土壤有机养分的重要来源之一。林地涵养水源和保持水土的作用。最重要的部分是借助林

最大持水率

(%)2113242115206105

下地表的枯落物。枯落物不仅能很好地防止雨滴直接

灌木林4153214280160248161

冲击地面,还可增加地表粗糙度,并且枯落物自身也有

很好的吸水特性,不同的林地类型下的枯落物量差别较大。由表3可知,灌木林的枯落物蓄积量高达32142t󰃗22

4种林地类型枯落物蓄积量由多到少依次是灌木林、常hm,而楠竹林的枯落物为16121t󰃗hm,两者相差2倍。

绿阔叶林、针阔混交林、楠竹林。这是由于灌木林树种组成多,郁闭度大,而楠竹林树种组成单一。

枯落物的持水能力多用干物质的最大持水量和最大持水率来表示,其值的大小与林分类型、林龄、枯落物的组成、分解状况、累积状况等有关[8,9]。最大持水率的顺序为针阔混交林(2113%)>灌木林(248161%)>常绿阔叶林(242115%)>楠竹林(206105%)(见表3)。持水率的大小与枯落物的特性有关,针阔混交林中的枯落物可能因分解速度、叶片大小及表层特性更有利于吸水能力的提高,所以持水率较高。枯落物的最大持水量为灌木林>针阔混交林>常绿阔叶林>楠竹林。最大持水量反映了林地持水能力,可知,灌木林林地枯落物持水能力优于针阔混交林和常绿阔叶林等。314　不同林地类型土壤蓄水能力

土壤蓄水能力是评价水源涵养、调节水循环的主要指标之一[10]。从土壤保水能力看,毛管孔隙中的水分可以长时间保持在土壤中,主要用于植物根系吸收和土壤蒸发。从土壤蓄水能力看,非毛管孔隙能较快容纳降水并及时下渗,更加有利于涵养水源。不同的植被类型土壤非毛管的孔隙度不同,林地的蓄水能力不一样。

表4　不同林分的土壤持水和蓄水特征值mm　土壤非毛管孔隙持水量作为评价林地土壤水源涵养能力的重要指标,不同林地之间的差别较大。4

种类型的土壤非毛管持水量由大到小依次是灌木林(6612mm)>针阔混交林(57152mm)>常绿阔叶林(47199mm)>楠竹林(46198mm)。

　　各林地整个土壤剖面土壤饱和蓄水量有较大差异,表现为灌木林土壤饱和蓄水量最好,为266148mm;针阔混交林较好,为19014mm;常绿阔叶林次

林地类型针阔混交林常绿阔叶林楠竹林灌木林

饱和蓄水量

190141861817418266148

非毛管持水量

5715247199461986612

前期持水量

121163128124118124180163

涵蓄降水量

68177581565615685185

毛管蓄水量

13312138181271920013

有效涵蓄降水量

1115710156916619167

第2期孙艳红等:缙云山不同林地类型土壤特性及其水源涵养功能109

之,为18618mm;楠竹林最差,为17418mm。灌木林土壤饱和蓄水量比楠竹林的多5214%。灌木林地土壤贮蓄水分和调节水分的潜在能力明显高于楠竹林地。同时,土壤蓄水性能的提高将使土壤具有更大的接纳降雨能力,从而为灌木林生长提供更为良好的土壤水分环境。因此,在重庆缙云山土壤水源涵养功能最强的是灌木林,最小的是楠竹林。

土壤蓄水性能与土壤前期含水量密切相关,当土壤湿度大时,土壤蓄水量减少,即使降雨量很小,也会产生地表径流;因此,把饱和蓄水量与土壤前期含水量之差作为衡量土壤涵蓄降水量的指标[11]。整个剖面土壤涵蓄降水量最大为灌木林(85185mm),其次为针阔混交林(68177mm)、常绿阔叶林(58156mm),楠竹林(56156mm)最差。该山区土壤饱和蓄水量以毛管蓄水量为主,故毛管蓄水量与土壤土壤前期含水量之差更反映土壤的蓄水特性,称其为有效涵蓄量[11],不同林地的大小表现与土壤涵蓄降水量一致(表4)。有效涵蓄量大,有利于减少地表径流,减少降水的无效损失和表土流失。

4　结论和讨论

(1)不同林地类型对土壤有机质状况有很大影响,其对中上层土壤影响较大。同层土壤比较,灌木林、针阔

混交林和常绿阔叶林3种林地,各层土壤有机质含量均高于楠竹林。灌木林表土层有机质含量为楠竹林的3175倍,针阔混交林土壤有机质也较高,为楠竹林的2122倍,常绿阔叶林有机质含量为楠竹林的1153倍。

(2)土壤容重的均值为:灌木林林地<针阔混交林林地<常绿阔叶林林地<楠竹林林地。不同林地土壤容

3

重变动范围为11209～11471g󰃗土壤总孔隙度均值表现为:灌木林林地>针阔混交林林地>常绿阔叶林林cm。

地>楠竹林林地,不同林地土壤总孔隙度为44132%～55120%。不同林地类型枯落物蓄积量由多到少依次是灌木林、常绿阔叶林、针阔混交林、楠竹林,灌木林的枯落物蓄22

积量高达32142t󰃗最大持水率大小顺序为:针阔混交林hm,而楠竹林的枯落物为16121t󰃗hm,两者相差2倍。

(2113%)>灌木林(248161%)>常绿阔叶林(242115%)>楠竹林(206105%),最大持水量为:灌木林>针阔混交林>常绿阔叶林>楠竹林。最大持水量反映了林地持水能力,由此可知,灌木林林地枯落物持水能力优于针阔混交林和常绿阔叶林。

(3)4种类型的土壤非毛管持水量是灌木林(6612mm)>针阔混交林(57152mm)>常绿阔叶林(47199mm)>楠竹林(46198mm)。灌木林土壤饱和蓄水量最好,为266148mm;针阔混交林较好,为19014mm;常绿

阔叶林次之,为18618mm;楠竹林最差,为17418mm。灌木林土壤饱和蓄水量比楠竹林的多5214%。可见,在重庆缙云山土壤水源涵养功能最强的是灌木林,最小的是楠竹林。从土壤涵蓄降水量和有效涵蓄量2个指标来看,灌木林对水分的贮蓄和调节能最好,分别为85185mm和19167mm,楠竹林对水分的贮蓄和调节能力最差,分别为56156mm和9166mm。

(4)建议在现有林分的经营管理中,注重地表植被和枯落物的保护,进一步采取措施保护现有的天然阔叶林,并加大混交林的营造力度,以更好地发挥缙云山森林涵养水源的生态效益。

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