杜阿朋，趙知淵，鄧玉華，王志超，吳志華＊

(1. 國家林業(yè)局桉樹研究開發(fā)中心，廣東 湛江 524022；2. 廣西壯族自治區(qū)國有黃冕林場，廣西 鹿寨 545600)

不同林分密度鄧恩桉凋落物及土壤持水特性

杜阿朋1，趙知淵1，鄧玉華2，王志超1，吳志華1＊

(1. 國家林業(yè)局桉樹研究開發(fā)中心，廣東 湛江 524022；2. 廣西壯族自治區(qū)國有黃冕林場，廣西 鹿寨 545600)

以廣西10年生的3個(gè)密度鄧恩桉人工林為研究對(duì)象，對(duì)比分析了不同林分密度林下凋落物和土壤及持水特征的變化規(guī)律。結(jié)果表明： 3個(gè)密度林分的林下凋落物貯量為18.5 ~ 19.6 t·hm-2，最大持水量為31.5 ~ 40.7 t·hm-2，均是高密度的最??； 3個(gè)密度鄧恩桉林地的土壤總孔隙度、毛管孔隙度、飽和持水量、毛管持水量和田間持水量均是高密度最大，土壤容重是高密度最小，但土壤非毛管孔隙度為中密度最大，低密度最小。

鄧恩桉人工林；凋落物持水性；土壤持水性

桉樹(Eucalyptus)作為世界三大速生人工林樹種之一，自19世紀(jì)末引入我國，截至到2013年8月種植面積已達(dá)450萬hm2，成為我國南方的重要戰(zhàn)略樹種之一。由于桉樹人工林的發(fā)展和我國其他人工林一樣都存在樹種單一、輪伐期短、多代連作等特點(diǎn)[1-3]，桉樹人工林的經(jīng)營中也出現(xiàn)了水資源匱乏、土壤肥力下降、土壤和水資源污染等生態(tài)環(huán)境退化問題，這成為森林與環(huán)境、林業(yè)可持續(xù)發(fā)展中備受關(guān)注的重大問題。近年來，隨著人工林可持續(xù)立地管理技術(shù)研究的開展，免煉山、保留采伐剩余物等措施逐漸被提倡，其核心便是由凋落物和采伐剩余物的蓄積、覆蓋和轉(zhuǎn)化促進(jìn)的土壤水分和養(yǎng)分的改善[4-5]，凋落物和采伐剩余物結(jié)構(gòu)松散，可有效減輕雨滴對(duì)地面的直接擊濺侵蝕，也可攔截天然降水，使土壤水分緩慢下滲，降低土壤水分蒸發(fā)，提高土壤水分含量。因此，凋落物對(duì)于保持水土和涵養(yǎng)水源具有重要作用[6-10]，隨著林木生長，根系數(shù)量、地被物多樣性及凋落物數(shù)量等也相應(yīng)發(fā)生變化，這些都對(duì)林地土壤微生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生較大影響[11]。

廣西木材生產(chǎn)量居全國第一，其中桉樹速生材所占比例超過60%，大面積種植桉樹對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和相應(yīng)的生態(tài)功能產(chǎn)生的影響不容小覷。本研究以廣西區(qū)國有黃冕林場3個(gè)鄧恩桉(E. dunnii)林分密度的人工林為研究對(duì)象，對(duì)比分析不同密度條件下鄧恩桉人工林的林分凋落物儲(chǔ)量及持水特性、土壤持水性能，研究桉樹人工林林地持水性能的密度效應(yīng)，從而為廣西桉樹人工林建設(shè)中的生態(tài)服務(wù)功能的評(píng)價(jià)、保育和可持續(xù)管理提供理論基礎(chǔ)和科學(xué)依據(jù)。

1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于廣西國有黃冕林場白墳試驗(yàn)林地，地處北緯 24°44′46″，東經(jīng) 109°51′27″，海拔218m。黃冕林場位于廣西鹿寨縣黃冕鄉(xiāng)和永福縣廣福鄉(xiāng)境內(nèi)，地處中亞熱帶與南亞熱帶的過渡地帶，屬于天平山支脈和駕橋嶺南麓支脈，多為丘陵和低山地貌，最高海拔達(dá)895.9m。光照充足，水熱同季，冬夏干濕明顯，平均氣溫19℃，降雨量集中在4—8月，年平均降雨量1 750 ~ 2 000mm；年均蒸發(fā)量1 426 ~ 1 650mm，為水分充足區(qū)。林場林地土壤主要以砂巖、砂頁發(fā)育而成的紅壤、山地黃紅壤為主，適宜馬尾松(Pinusmassoniana)、杉木(Cunninghamia lanceolata)和各種闊葉林樹種生長[12]。

2 試驗(yàn)方法

2.1 樣地設(shè)置和林分調(diào)查

本研究在黃冕林場白墳試驗(yàn)林地選取了3個(gè)林分密度的鄧恩桉人工林(造林時(shí)間均為2002年，實(shí)生苗)，試驗(yàn)樣地情況如表1，每個(gè)林分密度設(shè)置3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)地(20m×20m)。對(duì)每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)地的鄧恩桉樣樹進(jìn)行每木檢尺，得到各林分密度的林木胸徑、樹高和冠幅等生長性狀(表2)[13]。

表1 鄧恩桉人工林樣地基本情況

表2 不同林分密度鄧恩桉林木生長特征

2.2 凋落物貯量和持水性的測定

在每種林地類型設(shè)1m×1m的樣方3個(gè)，收集凋落物量后烘干稱重，測定其貯量。凋落物的持水量和持水率采用室內(nèi)浸泡法測定。

2.3 土壤持水性測定

在每種林地類型均勻布點(diǎn)，取土壤剖面3個(gè)，機(jī)械分層(0 ~ 10 cm、10 ~ 20 cm、20 ~ 30 cm、30 ~ 40 cm、40 ~ 60 cm和60 ~ 80 cm)環(huán)刀取土，帶回室內(nèi)，采用環(huán)刀法測定土壤容重、孔隙度和持水量。

2.4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)分析采用EXCEL 2003和SPSS 17.0對(duì)所有數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析和單因素方差分析。

3 結(jié)果分析

3.1 鄧恩桉林地凋落物貯量及持水特征

圖1是不同林分密度鄧恩桉林分凋落物貯量及持水特性，隨著林分密度增加，鄧恩桉林下凋落物未分解層和半分解層的厚度均呈減小趨勢，但差異不顯著；3個(gè)密度的鄧恩桉林下凋落物未分解層的貯量差異不明顯，而高密度鄧恩桉林下半分解層顯著較小，林下凋落物總貯量不同密度鄧恩桉林分表現(xiàn)為：中密度(19.6 t·hm-2)>低密度(18.7 t·hm-2)>高密度(18.5 t·hm-2)；3個(gè)密度下鄧恩桉林下凋落物未分解層最大持水率為143.6% ~ 200.7%，半分解層最大持水率為186.1% ~ 231.2%，但差異均不顯著；3個(gè)密度下鄧恩桉林下凋落物未分解層最大持水量為12.1 ~ 18.0 t·hm-2，差異不顯著，但高密度半分解層最大持水量顯著較小，林下凋落物最大持水量不同密度鄧恩桉林分表現(xiàn)為：中密度(40.7 t·hm-2)>低密度(39.4 t·hm-2)>高密度(31.5 t·hm-2)。

圖1 不同密度鄧恩桉林分凋落物貯量及持水特性

3.3 鄧恩桉林地土壤持水特征

由圖2可看出，3個(gè)密度鄧恩桉人工林地土壤容重均隨著土層深度增加呈現(xiàn)逐步增大的趨勢，低密度土壤容重顯著較高其他兩個(gè)密度間，表現(xiàn)為：低密度(1.62 g·cm-3)>中密度(1.47 g·cm-3)>高密度(1.46 g·cm-3)。在林地0 ~ 80 cm不同土層中，低密度和中密度的鄧恩桉人工林地的總孔隙度和毛管孔隙度總體表現(xiàn)：隨著土層深度增加總孔隙度呈現(xiàn)降低趨勢；在非毛管孔隙度上，中密度和低密度卻表現(xiàn)出相反的趨勢；在3個(gè)孔隙度指標(biāo)上，高密度在不同土層中變化不一。

圖2 不同密度鄧恩桉林地土壤容重特征

圖3 不同密度鄧恩桉林地土壤孔隙度特征

圖3顯示，在林地0 ~ 80 cm不同土層中，低密度和中密度鄧恩桉人工林地的總孔隙度和毛管孔隙度總體表現(xiàn)為：隨著土層深度增加，總孔隙度呈現(xiàn)降低趨勢；在非毛管孔隙度上，中密度和低密度卻表現(xiàn)出相反的趨勢；在3個(gè)孔隙度指標(biāo)上，高密度在不同土層中變化不一。不同密度間總孔隙度(F值1.224，P值0.334 6)和毛管孔隙度(F值2.705，P值0.115)均無顯著性差異，林地0 ~ 80 cm土壤總孔隙度在不同密度間表現(xiàn)為：高密度(43.88%)>中密度(41.35%)>低密度(39.72%)；土壤毛管孔隙度不同密度間表現(xiàn)為：高密度(39.08%)>低密度(36.24%)>中密度(30.90%)。不同密度鄧恩桉人工林地的非毛管孔隙度差異較顯著(F值5.804，P值0.021 2)，林地0 ~ 80 cm土壤非毛管孔隙度不同密度間表現(xiàn)為：中密度(10.46%)>高密度(4.81%)>低密度(3.47%)。

對(duì)于土壤持水量，不同密度鄧恩桉人工林對(duì)林地土壤飽和持水量、毛管持水量和田間持水量均無顯著影響(表3)。林地土壤飽和持水量不同密度間表現(xiàn)為：高密度(31.3%)>中密度(28.2%)>低密度(25.9%)；林地土壤毛管持水量和田間持水量不同密度間均表現(xiàn)為：高密度>低密度>中密度。

表3 不同密度鄧恩桉林地土壤持水量特征 %

4 結(jié)論與討論

不同密度對(duì)鄧恩桉林分的樹高和胸徑生長產(chǎn)生顯著性的影響，同時(shí)也影響林分的生物量及生產(chǎn)力、林下凋落物和立地土壤特性。本研究中3個(gè)密度鄧恩桉人工林(10年生)林下凋落物貯量范圍是18.5 ~ 19.6 t·hm-2；林下凋落物未分解層最大持水率為143.6% ~ 200.7%，半分解層為186.1% ~ 231.2%；最大持水量為31.5 ~ 40.7 t·hm-2，均是高密度的最小，這與林分密度對(duì)林分生物量及生產(chǎn)力的影響有關(guān)。與其他桉樹相關(guān)研究相比，本研究10年生鄧恩桉林與時(shí)忠杰等[14]在廣東省高要市6年生尾巨桉(E.urophylla×E.grandis)林的林下凋落物特征相比，雖高于其139.99%的最大持水率，但較其凋落物貯量(42.09 t·hm-2)和最大持水量(42.7 t·hm-2)均低；與韓藝師等[15]對(duì)海南連載桉樹研究結(jié)果相比，本研究中林下凋落物的最大持水率略低，但凋落物貯量和最大持水量要高。這可能是由于鄧恩桉與尾巨桉相比其速生性稍差，凋落物總量相對(duì)較少，但其生長時(shí)間長故分解程度要高一些，持水率相應(yīng)較高；與海南熱帶氣候相比本研究中的凋落物分解程度稍低，持水率隨之降低。與其它林分類型的凋落物最大持水量相比，低于武夷山甜櫧(Castanopsis eyrei)林(5.2mm)和滇中常綠闊葉林(5.4mm)，但顯著高于海南島山地雨林和熱帶次生林(0.7 ~ 1.1mm)[16]，這主要是由于桉樹速生性較其他樹種要好，葉片和樹皮更新較快，凋落率較大，但其分解速度較慢，從而導(dǎo)致凋落物蓄積量較大。

森林土壤水文物理性質(zhì)是森林生態(tài)系統(tǒng)水文功能的重要組成部分。本研究結(jié)果表明，從林地0 ~ 80 cm土層中比較，3個(gè)密度鄧恩桉人工林地土壤容重均隨著土層深度增加呈現(xiàn)逐步增大的趨勢；總孔隙度和毛管孔隙度指標(biāo)上，低密度和中密度的鄧恩桉人工林地的總體表現(xiàn)為隨著土層深度增加總孔隙度呈現(xiàn)降低趨勢；在非毛管孔隙度上，中密度和低密度卻表現(xiàn)出相反的趨勢；而高密度的不同孔隙度指標(biāo)在不同土層中變化不一。不同林分密度比較發(fā)現(xiàn)，3個(gè)密度鄧恩桉林地土壤總孔隙度、毛管孔隙度、飽和持水量、毛管持水量和田間持水量均是高密度最大，土壤容重為高密度最小，但土壤非毛管孔隙度為中密度最大，低密度最小。本研究中3個(gè)密度的林分種植時(shí)整地方式均采用了挖明穴(規(guī)格：50 cm×50 cm×40 cm)的方式且定植后前3 a每年全部鏟草2次[17]，這導(dǎo)致不同密度鄧恩桉人工林地的土壤受干擾程度存在很大差異(密度越大，土壤翻動(dòng)越多)，加上受密度影響各林分的生長差異、根系密度也不同，林地土壤的機(jī)械干擾和林分生物作用共同導(dǎo)致上述結(jié)果的出現(xiàn)。

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Effect of Stand Density Differences on Litterfall and Soil Water Holding Capacity ofEucalyptus dunniiPlantations

DU A-peng1, ZHAO Zhi-yuan1, DENG Yu-hua2, WANG Zhi-chao1, WU Zhi-hua1
(1.China Eucalypt Research Centre,Zhanjiang524022,Guangdong,China; 2.Huangmian Forest Farm of Guangxi,Luzhai545600,Guangxi,China)

Eucalyptus dunniiplantations with three stand densities were selected in Guangxi, and litterfall, water holding capacity and soil water holding capacity were investigated in these stands to understand relationships between stand density and these parameters. Results showed that the litter accumulation across the three stand densities ranged from 18.5 to 19.6 t·hm-2, and the range ofmaximum water holding capacity was 31.5 to 40.7 t·hm-2. All the indices of litterfall and accumulation were lowest at the highest stand density. For soil water holding capacity, the total soil porosity, capillary porosity, saturatedmoisture content, capillary water capacity and fieldmoisture capacity were all highest at the highest stand density, but soil bulk density was lowest at the same density. The lowest soil non-capillary porosity was found at the lowest stand density and was at its highest at the intermediate stand density.

Eucalyptus dunniiplantation; litterfall; litter accumulation; water holding capacity; soil water holding capacity

S152.5;S718.5

A

廣東湛江桉樹人工林生態(tài)系統(tǒng)定位研究站資助(2016-LYPT-DW-126)；桂科攻“耐寒桉樹良種的膠合板無性系選育技術(shù)研究”(1123004—3B)

杜阿朋(1979— )，男，博士，副研究員，主要從事森林生態(tài)等研究.

＊吳志華為通訊作者. E-mail:wzhua2889@163.com