郭寶寶

(三明市梅列區(qū)洋溪林業(yè)工作站，福建三明365000)

土壤是森林植被存在與發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，同時，由于森林植被的存在和發(fā)展，反過來也將影響土壤的形成與發(fā)育［1］。大氣降水是植被生長發(fā)育所需水分的主要來源，土壤貯存大氣降水的能力對植被生長尤其重要，土壤水分物理性質(zhì)則決定了土壤水的儲存和供給能力［2］。另外，土壤水分物理性質(zhì)常被作為評價土壤質(zhì)量的重要指標，不僅決定土壤中水、氣、熱和生物狀況，而且影響土壤中植物營養(yǎng)元素的有效性和供應(yīng)能力［3-4］。中亞熱帶山地海拔在＜500 m以下的地帶性植被多以米櫧為主的常綠闊葉林。福建三明格氏栲自然保護區(qū)內(nèi)現(xiàn)存有面積近190 hm2，樹齡在260～300年的米櫧天然林 (約200年左右未受干擾)。同時，在鄰近的保護區(qū)周圍分布著由米櫧天然林受不同強度人為干擾后形成的年齡大致相近 (約40年)的次生林，包括米櫧天然林經(jīng)過強度擇伐后經(jīng)天然更新形成的米櫧天然更新次生林;經(jīng)過強度擇伐后天然更新，并在更新過程中人為去除其他樹種形成的米櫧人促天然更新次生林。這些不同的森林類型構(gòu)成了不同的人為干擾梯度，為對研究不同人為干擾梯度下土壤水分物理性質(zhì)差異提供了良好的天然試驗地。

1 研究地概況

試驗地設(shè)在福建省三明市金絲灣森林公園陳大林業(yè)采育場 (26°19'N，117°36'E)和三明市格氏栲自然保護區(qū) (26°11'N，117°28'E)內(nèi)，兩者直線距離不超過30 km，距離三明市城區(qū)距離分別為12 km和26 km。屬于中亞熱帶季風氣候，試驗地附近的三明市年均溫20.1℃，年降水量1 670 mm，降水多集中于3—8月。土壤為沙質(zhì)頁巖發(fā)育的紅壤，土層厚度超過1 m。各林分情況見表1。

2 研究方法

2.1 土壤樣品采集與測定方法

2012年7月份對3個林分進行基本調(diào)查，并在每個樣地按“S”形選擇3～5個土壤剖面，深度為100 cm。按照0～10 cm、10～20 cm、20～40 cm、40～60 cm、60～80 cm、80～100 m 6個土層。土壤物理性質(zhì)指標的測定方法分別為:用容積100 cm3的環(huán)刀按自然發(fā)生層次分別取6個土層的原狀土樣，同時用鋁盒取土，每層重復(fù)2個，用環(huán)刀法測定土壤的容重、總孔隙度、毛管孔隙度及非毛管孔隙度等物理性質(zhì)［5］，根據(jù)常規(guī)分析方法，測定并計算3個林分土壤的最大持水量、最小持水量、毛管持水量［6］。

表1 不同林分標準地基本情況Table1 The basic situation of different forest stands

2.2 數(shù)據(jù)處理與分析

通過SPSS 17.0軟件的單因素方差分析 (ANOVA)，相關(guān)分析檢驗不同林分土壤物理性質(zhì)和水文性能的差異 (α=0.05)，數(shù)據(jù)匯總和作圖由Excel軟件完成。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同人為干擾對土壤物理性質(zhì)的影響

圖1 不同林分的土壤容重Figure1 The soil bulk density in different forest

3.1.1 不同林分的容重

土壤容重是用來表示單位原狀土壤固體的質(zhì)量，是衡量土壤松緊狀況的指標。容重大小是土壤質(zhì)地、結(jié)構(gòu)、孔隙等物理性狀的綜合反映，因此土壤容重與孔隙度有一定的關(guān)系。土壤過松、過緊均不適宜植物生長發(fā)育的要求:過松跑墑，作物根扎不牢;過緊透水透氣不良。且土壤容重不是固定不變的，尤其是土壤表層常常因自然條件和人為措施而改變。在0～100 cm土層，天然林、天然更新林及人促更新林3個林分的土壤容重為:1.42、1.44、1.70 g·cm－3，均隨土層深度的增加而增加，為上松下緊的土壤類型。人促更新林的容重在各個土層都最大，天然林容重最小，這說明天然林的土壤結(jié)構(gòu)更優(yōu)。表層0～10 cm，3個林分的土壤容重分別為:1.12、1.23、1.53 g·cm－3，天然林與天然更新林不存在顯著差異，而與人促更新存在顯著差異 (P＜0.05)。10～20 cm土層土壤容重，人促更新林＞天然更新林＞天然林，天然林與天然更新林不存在顯著差異，人促更新林與其他2個林分均存在顯著差異 (P＜0.05);20～40 cm土層土壤容重，人促更新林＞天然更新林＞天然林。后3個土層的土壤容重，人促更新林＞天然林＞天然更新林，天然林與天然更新林沒有顯著差異，但與人促更新林均有顯著差異 (P＜0.05)。

3.1.2 土壤孔隙度

土壤孔隙度是土壤物理特性的重要因素之一，是反映土壤通透性的重要指標，土壤孔隙狀況受質(zhì)地、結(jié)構(gòu)和有機質(zhì)含量等的影響。毛管孔隙使土壤具有貯水性能，而非毛管孔隙不具有持水能力，但能使土壤具有透水性，因此土壤中毛管孔隙和非毛管孔隙的分配狀況，對土壤的水、肥、氣、熱及耕作性能都有較大的影響。土壤總孔隙度大，土壤的通氣性就好，有利于植物根系的生長。一般來說，總孔隙度在50%左右，而其中非毛管孔隙占1/5～2/5為好，這種情況使得土壤的通氣性、透水性和持水能力比較協(xié)調(diào)。若土壤的非毛管孔隙度小于10%時，便不能保證通氣良好。小于6%時，許多作物便不能正常生長［6］。研究區(qū)不同人為干擾下各層次土壤孔隙度的變化各異 (表2)。

表2 不同人為干擾下土層孔隙度比較/%Table2 The difference of soil porosity under different human interference

在0～100 cm土層中，天然林，天然更新林，人促更新林3個林分非毛管孔隙度為:4.95%、7.34%、3.94%，隨著土層深度增加沒有呈現(xiàn)明顯遞減的趨勢，整體上天然更新林＞天然林＞人促更新林。天然林0～10 cm與10～20 cm土層的非毛管孔隙度無顯著差異，但與其他4個土層有顯著差異(P＜0.05);天然更新林土壤非毛管孔隙度0～10 cm與10～20 cm、20～40 cm、40～60 cm土層沒有顯著差異，60～80 cm和80～100 cm存在顯著差異 (P＜0.05);人促更新林各土層非毛管孔隙度均沒有顯著差異;不同林分各個土層的非毛管孔隙度差異不顯著，這說明3個林分透水性相似。

在0～100 cm土層中，3個林分毛管孔隙度分別為:45.33%、31.72%、17.41%，天然林與人促更新林毛管孔隙度隨著土層深度的增加而減少，但天然更新林呈現(xiàn)增加的趨勢。天然林中0～10 cm土層的毛管孔隙度與其他土層有顯著差異 (P＜0.05)，10～20 cm土層與其他土層有顯著差異 (除20～40 cm)(P＜0.05)，底三層 (40～60 cm、60～80 cm、80～100 cm)之間沒有顯著差異，這說明底三層土壤熟化程度類似;天然更新林與人促更新林各層的毛管孔隙度均沒有顯著差異。林分之間，0～10 cm，10～20 cm、20～40 cm土層，天然林與天然更新林、人促更新林差異顯著 (P＜0.05)，3個土層天然林的毛管孔隙度遠大于其他林分，這表明天然林在表層的持水能力大于其他林分。40～60 cm、60～80 cm、80～100 cm土層天然林與天然更新林沒有顯著差異，天然林與人促更新林差異顯著 (P＜0.05)。

3個林分總孔隙度隨土壤深度的增加均為減少，總孔隙度大小為天然林 (50.28%)＞天然更新林(39.05%)＞人促更新林 (21.00%)，6個土層總孔隙度大小順序均為:天然林＞天然更新林＞人促更新林，隨著土壤深度的增加，天然林與天然更新林的總孔隙度差異也越來越小，這是因為人為干擾僅對土壤表層影響較大，而對于底層土壤，由于母質(zhì)基礎(chǔ)一致，因此差異不顯著。天然林毛管孔隙度與總孔隙度均最大，說明天然林土壤孔隙狀況最好，孔隙搭配合理，既保水也通氣。

3.2 不同人為干擾對土壤持水特性的影響

土壤持水供水能力是土壤團聚體、土壤孔隙狀況和土壤顆粒組成的綜合反映。不同強度的人為干擾影響土壤顆粒組成、團聚體數(shù)量及大小和土壤孔隙的大小及分布，必然影響到土壤的持水能力［7］。土壤持水量包含毛管持水量、最大持水量、最小持水量3個組分。研究區(qū)不同人為干擾下各層次土壤持水量的變化各異 (表3)。

隨著土層深度的增加，毛管持水量、最大持水量、最小持水量沒有出現(xiàn)明顯的減少或是增加的趨勢。在0～100 cm土層中，3個林分的毛管持水量分別為:285.10、220.34、104.70 g·kg－1，3個林分的最小持水量分別為:246.44、184.57、57.88 g·kg－1，3個林分的最大持水量分別為:316.97、273.98、129.13 g·kg－1。

0～10 cm、10～20 cm土層，天然林的毛管持水量、最大持水量和最小持水量與天然更新林和人促更新林有顯著差異 (P＜0.05)，底下3層 (40～60 cm、60～80 cm、80～100 cm)與天然更新林差異不顯著。

天然更新林各土層的毛管持水量和最小持水量均無顯著性差異;天然林毛管持水量和最小持水量0～10 cm土層與其余土層有顯著差異 (P＜0.05)，底下3層無顯著差異;人促更新林，表層0～10 cm的毛管持水量、最小持水量與底3層有顯著差異 (P＜0.05)。

表3 不同人為干擾下土層持水量狀況/(g·kg－1)Table3 The difference of water holding capacity under different human interference

3.3 土壤物理指標的相關(guān)分析

利用SPSS對土壤物理性質(zhì)的主要指標進行方差分析 (表4)，結(jié)果顯示:容重分別與總孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度成極顯著負相關(guān)，其中容重與總孔隙度的相關(guān)系數(shù)達到了0.776，與非毛管孔隙度和毛管孔隙度的相關(guān)系數(shù)分別為0.527和0.721;而容重與毛管持水量、最大持水量、最小持水量也成極顯著負相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為:0.857、0.908、0.851，相關(guān)度高于孔隙度，這說明土壤容重是土壤物理性質(zhì)中最為重要的因素，土壤容重對土壤孔隙和土壤水分特征的影響較大，土壤容重越大，土壤孔隙越少，土壤含水量也越少。

土壤總孔隙度與非毛管孔隙度的相關(guān)性不顯著，但與毛管孔隙度之間的相關(guān)系數(shù)達到0.988?？梢?，不同土地利用類型的土壤物理性質(zhì)差異較大。

表4 不同人為干擾土壤物理性質(zhì)相關(guān)性分析Table4 Correlation analysis of soil physical properties under different human interference

4 結(jié)論

土壤水分物理性質(zhì)隨著土壤深度變化顯著，這說明土壤深度是評價土壤孔隙狀況的主要因子。

1)3個林分0～100 cm的土壤容重為:1.42、1.44、1.70 g·cm－3，容重隨著土層深度的增加而增加，各個土層天然林轉(zhuǎn)化為其他林分，容重有顯著地增加。

2)3個林分毛管孔隙度與總孔隙度大小順序為天然林＞天然更新林＞人促更新林。3個林分非毛管孔隙度隨著土層深度增加沒有呈現(xiàn)明顯遞減的趨勢，為:4.95%、7.34%、3.94%，整體上天然更新林 ＞天然林＞人促更新林。

3)表層0～10 cm 3個林分的毛管持水量、最大持水量、最小持水量大小比較為:天然林＞天然更新林＞人促更新林，其余5個土層，3個持水量大小順序均為天然林＞天然更新林＞人促更新林。

4)容重分別與總孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度、毛管持水量、最大持水量、最小持水量成極顯著負相關(guān)，天然林有小的容重，最大的毛管孔隙度和總孔隙度，持水量也是最大的，這說明了隨著人為干擾程度的增加，對土壤物理性質(zhì)產(chǎn)生負作用。

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