周福健, 戴全厚, 聶林紅, 喻理飛, 彭旭東

(1.貴州大學 林學院, 貴陽 550025; 2.貴州省水土保持科技示范園管理處, 貴陽 550002)

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茅臺水源功能區(qū)不同植被類型的枯落物及土壤特征

周福健1,2, 戴全厚1, 聶林紅1, 喻理飛1, 彭旭東1

(1.貴州大學 林學院, 貴陽 550025; 2.貴州省水土保持科技示范園管理處, 貴陽 550002)

運用野外調查與室內分析的方法，對茅臺水源功能區(qū)幾種不同植被類型下的枯落物和土壤特征進行了研究，結果表明：不同植被類型的枯落物特征存在一定差異，其中柏木林的枯落物儲量、有效持水量及最大持水量均最大，而撐綠竹林枯落物儲量最小、白茅草叢枯落物有效持水量及最大持水量最?。徊煌脖活愋涂萋湮镂俣染S著吸水時間增加呈冪函數(shù)關系降低。不同植被類型土壤特征中針闊混交林的土壤養(yǎng)分含量普遍較高，馬尾松林和白櫟灌叢下的土壤養(yǎng)分含量普遍較低；柏木林、針闊混交林土壤層的滲透能力較強，白茅草叢的滲透能力最小。

茅臺水源功能區(qū); 植被類型; 土壤養(yǎng)分; 枯落物

森林枯落物作為森林生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分[1]，它不僅可以抑制土壤水分蒸發(fā)、減緩地表徑流、防止土壤濺蝕、減少水流對土壤沖刷[2-3]，增強土壤抗蝕抗沖性[4]，而且枯落物還可以通過分解作用改善土壤結構，增加土壤養(yǎng)分，起到調節(jié)土壤肥力作用[5]，而土壤肥力狀況對植被生長起著至關重要的作用。茅臺水源功能區(qū)作為茅臺酒廠重要生態(tài)功能區(qū)，其位于赤水河中上游，河谷區(qū)山高坡陡，土地貧瘠，且功能區(qū)植物多樣性與森林群落結構呈退化趨勢[6]。近年來赤水河流域由于植被破壞嚴重，水土流失日益加劇，水土流失面積為9 521.84 km2，年均土壤侵蝕量可達2 732 t/(km2·a)，生態(tài)環(huán)境日益惡化[7]。目前國內對林地枯落物及土壤持水性能研究較多[8-9]，而針對貴州赤水河流域植被系統(tǒng)研究較少，尤其是作為重要的茅臺水源功能區(qū)的研究則更少。為了美酒河上游的青山綠水，確保國酒茅臺酒廠的水源安全、生態(tài)環(huán)境建設及可持續(xù)發(fā)展，我們對貴州省茅臺水源功能區(qū)的幾種主要植被類型的枯落物及土壤特征做了調查和研究，可為今后該流域的治理提供一定的理論依據(jù)。

1　研究區(qū)概況

研究區(qū)位于茅臺水源功能區(qū)，104°45′—106°51′E，27°20′—28°50′N，該區(qū)屬于南方亞熱帶區(qū)域的川黔湘鄂山地丘陵立地區(qū)的西部立地亞區(qū)[10]，主要河流為赤水河。氣候屬亞熱帶季風濕潤，年平均氣溫15 ℃左右，≥10 ℃的年積溫在5 000～5 500 ℃，無霜期達340 d 左右[11]，年平均降雨量在1 000 mm 以上，其中大于80 mm 的降雨主要集中在4—10月份，最大降雨出現(xiàn)在6月，7月份[12]。森林土壤主要有紫色土、黃壤、石灰土、黃紅壤等[12]。

2　調查與研究方法

2.1樣地設置及采樣

在對試驗區(qū)所有植被類型實地踩踏了解的基礎上，選定需要調查的植被類型。樣地的基本情況如表1所示。喬灌按20 m×20 m，草坡按10 m×10 m 為1個樣地進行調查?？萋湮镌跇拥貎劝措S機設定的3個1 m×1 m 的小樣方內分別進行收集和取樣，并測定枯落物厚度和重量，土樣則在樣地內按隨機選擇的3個樣點分別進行取樣。

2.2土壤指標測定

土壤測定項目包括自然含水率、飽和含水率、速效磷、速效鉀、堿解氮、全磷、全鉀、全氮、有機質、pH值等，測定方法以《土壤分析技術規(guī)范》[13]的試驗方法為準；土壤初滲值、穩(wěn)滲值，初滲速率、穩(wěn)滲速率測定方法以《森林土壤滲透性的測定》(GB7838—1987)[14]為準。

表1　不同植被類型立地情況

3　結果與分析

3.1不同植被類型枯落物特征分析

試驗結果(表2)表明，不同植被類型下的枯落物特征存在一定差異，枯落物厚度中針闊混交林較大，數(shù)值為5.57 cm，其次為柏木(CupressusfunebrisEndl.)林、馬尾松(PinusmassonianaLamb.)林、白櫟(QuercusfabreiHance)灌叢和白茅(Imperatacylindrica(L.)P.Beauv.)草叢，撐綠竹(Bambusapervariabilis×DendrocalamopsisoldhamiShelterbelt)林的最小僅為0.76 cm?？萋湮飪α恳园啬玖肿畲?，數(shù)值為8.34 t/hm2，針闊混交林和馬尾松林次之，數(shù)值分別為5.72，5.91 t/hm2，其他植被類型枯落物則較小，其中以撐綠竹林最小(1.48 t/hm2)。有效持水量和最大持水量以柏木林和針闊混交林的較大，分別在26%以上和29 t/hm2以上，其次是馬尾松林，其有效持水量和最大持水量分別為15.18%，17.38 t/hm2，而其他植被類型較小。最大持水率以撐綠竹林最大，數(shù)值為347.41%，白櫟灌叢最小(135.58%)，其他植被類型則在200%～300%之間。

表2　不同植被類型的枯落物特征

圖1為不同植被類型枯落物不同間隔時段的吸水速度比較圖，從圖中可以看出，不同植被類型下枯落物吸水速度各不相同，但均表現(xiàn)出相同的趨勢，隨著吸水時間增加，不同間隔時段的吸水量在減少，且吸水速度也越來越慢，隨著時間不斷增加枯落物吸水速度逐漸趨近于0。其中各植被類型的枯落物在1/12 h 到間隔1/2 h 時吸水速度較快，且以1/12 h 的吸水速度最大，間隔2 h后吸水速度開始減慢，并趨于穩(wěn)定。

圖1　不同植被類型枯落物不同時段吸水速度

植被類型方程模型RFSig.柏木林Y=255.306t-1.4320.990400.7870.000針闊混交林Y=250.097t-1.3840.987299.4900.000撐綠竹林Y=366.600t-1.3880.994620.7340.000馬尾松林Y=215.799t-1.1820.986280.0770.000白櫟灌叢Y=114.003t-1.2920.992507.1430.000白茅草叢Y=196.211t-1.3050.985266.9280.000

以枯落物不同間隔時段t為自變量，以枯落物不同間隔時段的吸水速度Y為因變量，對二者相關關系進行回歸分析，相關參數(shù)及方程如表3所示。從表中可以看出，不同植被類型枯落物吸水速度回歸方程的Sig.均為0.000，且相關系數(shù)R均在0.980以上，表明方程的精確度均較高，各種植被類型枯落物吸水速度均可以利用冪指數(shù)曲線Y=a·tb進行估測。

由以上分析可知，不同植被類型下的枯落物特征存在一定差異，柏木林、針闊混交林、馬尾松的枯落物儲量較大，其中柏木林的最大為8.34 t/hm2，這種枯落物的儲量差異與枯落物厚度、分解速度及植被種類密切相關。其次在有效持水量和最大持水量中以柏木林、針闊混交林的較大，分別在26%和29 t/hm2以上，而在最大持水率中撐綠竹林最大達347.41%，這種不同類型枯落物的持水能力差異與枯落物組成及吸水性能密切相關。另外不同植被類型的枯落物不同間隔吸水速度也存在一定差異，但均表現(xiàn)出相同趨勢，隨著吸水時間增加，不同時段的吸水速度在減少，且越來越慢逐漸趨近于0(表3)，這種不同時段的吸水速度均可以利用冪函數(shù)回歸方程進行估測，且精確度較高。

3.2土壤特征分析

調查測試結果(表4)表明，不同植被類型其土壤石礫含量、根系含量、自然含水率、飽和含水率均有所差異。土壤石礫含量中其植被類型為針闊混交林、撐綠竹林和白茅草叢的含量較高，均在20%以上，其他類型較小，均在10%以下；土壤根系含量中，植被類型為白茅草叢的最大為0.46%，馬尾松林的最小僅為0.01%，其他則在0.1%～0.3%；土壤自然含水率和飽和含水量中植被類型為柏木林、針闊混交林、白茅草叢的較大，均在18%和30%以上，其中柏木林均為最大，數(shù)值分別為22.13%，32.14%，其他植被類型的土壤自然含水率和飽和含水量則在13%～16%及19%～23%。

表4　不同植被類型土壤特征

室內測試分析結果(表5)表明，不同植被類型的土壤養(yǎng)分及pH值存在一定差異，馬尾松林的土壤呈酸性，白茅草叢的呈堿性，其他的呈中性，其pH值在7.00左右。

表5　不同植被類型土壤養(yǎng)分特征

同時，圖2，圖3和圖4表明，在速效磷中，植被類型為柏木林、撐綠竹林的較大在26 mg/kg以上，其他植被在20～25 mg/kg之間。在速效鉀中，柏木林、白茅草叢的較大在100 mg/kg以上，其次為針闊混交林，其他植被則較小。在全鉀中，白茅草叢的含量較高為9.15 g/kg，其次為撐綠竹林為6.10 g/kg，其他較小在5 g/kg以下。而在其他養(yǎng)分中，針闊混交林的堿解氮、全磷、全氮、和有機質的含量均較高分別為228.20 mg/kg，0.70 g/kg，4.27 g/kg，132.64 g/kg。而馬尾松的這幾種營養(yǎng)成分則均較低，其他居中?？傮w來看，針闊混交林的土壤養(yǎng)分含量普遍較高，馬尾松林和白櫟灌叢下的土壤養(yǎng)分含量普遍較低，表明針闊混交林相對于單一林種及草坡對土壤養(yǎng)分具有明顯的改善作用。

圖2　不同植被類型土壤養(yǎng)分

圖3　不同植被類型土壤全磷

圖4　不同植被類型土壤全氮、全鉀

不同植被類型土壤初滲值和穩(wěn)滲值的差異較大(表6)，其中針闊混交林的初滲值和穩(wěn)滲值都較大，分別為8.19，3.91 mm/min，其次為撐綠竹林，初滲值和穩(wěn)滲值分別為4.22，2.05 mm/min，其他類型的均較小，初滲值和穩(wěn)滲值均在1.00 mm/min以下。在滲透速度中，各植被類型差異也較大，針闊混交林的初滲速率和穩(wěn)滲速率均較大，分別為18.60，6.56 mm/min，其次為撐綠竹林，分別為11.03，5.35 mm/min，柏木林、馬尾松林、白櫟灌叢和白茅草叢的則均較小。

表6　不同植被類型土壤滲透性能

綜上分析，不同植被類型中針闊混交林、撐綠竹林的土壤石礫含量較大，這種土壤石礫含量的差別與土壤類型和土壤風化程度密切相關。在根系含量中，白茅草叢的土壤根系含量較大，而馬尾松林最小。在土壤自然含水率和飽和含水量中柏木林、針闊混交林、白茅草叢的較高。在各植被類型土壤養(yǎng)分中，針闊混交林的土壤養(yǎng)分含量普遍較高，馬尾松林和白櫟灌叢下的土壤養(yǎng)分含量普遍較低，表明針闊混交林相對于單一林種及草坡對土壤養(yǎng)分具有明顯的改善作用。在土壤滲透能力中，針闊混交林、撐綠竹林的滲透能力較強，白茅草叢的滲透能力較弱，這與土壤類別及特征有密切的聯(lián)系。

4　結 論

(1) 不同植被類型下的枯落物特征存在一定差異，柏木林、針闊混交林、馬尾松的枯落物儲量較大，其中柏木林的最大為8.34 t/hm2，這種枯落物的儲量差異與枯落物厚度、分解速度及植被種類密切相關。其次在有效持水量和最大持水量中以柏木林、針闊混交林較大，分別在26%和29 t/hm2以上，而在最大持水率中撐綠竹林最大為347.41%，這種不同類型枯落物的持水能力差異與枯落物組成及吸水性能密切相關。

(2) 不同植被類型的枯落物不同間隔時段吸水速度存在一定差異，但均表現(xiàn)出相同趨勢，隨著吸水時間增加，不同時段的吸水速度在減少，且越來越慢逐漸趨近于0。另外不同間隔時段的吸水速度均可以利用冪函數(shù)Y=a·tb回歸方程進行估測，且精確度較高。

(3) 不同植被類型中針闊混交林、撐綠竹林的土壤石礫含量較大，土壤風化速度較慢，其次，柏木林、針闊混交林、白茅草叢的土壤自然含水率和飽和含水量均較高，另外在各植被類型的土壤養(yǎng)分中，針闊混交林的土壤養(yǎng)分含量普遍較高，馬尾松林和白櫟灌叢下的土壤養(yǎng)分含量普遍較低，表明針闊混交林相對于單一林種及草坡對土壤養(yǎng)分具有明顯的改善作用。

(4) 不同植被類型中針闊混交林的土壤層滲透能力較強，其次為撐綠竹林，而白茅草叢的滲透能力最小，這與不同植被類型對土壤結構的改善作用及土壤本身的特性和結構有關。

[1]劉玉國,劉長成,李國慶,等.貴州喀斯特山地5種森林群落的枯落物儲量及水文作用[J].林業(yè)科學,2011,47(3):82-88.

[2]張振明,余新曉,牛健植,等.不同林分枯落物層的水文生態(tài)功能[J].水土保持學報,2005,19(3):139-143.

[3]彭云.不同森林類型水源涵養(yǎng)功能研究[D].貴陽:貴州大學,2008.

[4]戴全厚,喻理飛,薛萐,等.植被控制水土流失機理及功能研究[J].水土保持研究,2008,15(2):32-36.

[5]楊吉華,張永濤,李紅云,等.不同林分枯落物的持水性能及對表層土壤理化性狀的影響[J].水土保持學報,2003,17(2):141-144.

[6]肖衛(wèi)平,劉立斌,楊世海,等.貴州茅臺水源功能區(qū)植物群落的分類和排序[J].貴州農業(yè)科學,2012,40(6):34-38.

[7]鄒翔,薛小紅,趙健.赤水河流域水土流失特點與分區(qū)防治研究[J].長江科學院院報,2010,27(8):12-15.

[8]曾丹娟,徐廣平,黃玉清,等.北部灣經濟區(qū)枯落物及其林下土壤持水能力研究[J].水土保持研究,2015,22(4):210-213,220.

[9]唐洪輝,張衛(wèi)強,嚴峻,等.南亞熱帶杉木林改造對土壤及凋落物持水能力的影響[J].水土保持研究,2014,21(6):47-53.

[10]詹昭寧.中國森林立地類型[M].北京:中國林業(yè)出版社,1995.

[11]冷茂芳.仁懷市撐綠竹引種栽培研究[J].中國園藝文摘,2009,25(6):37-38.

[12]孫修貴.中國主要城市降雨雨強分布和Ku波段的降雨衰減[M].北京:氣象出版社,2004.

[13]杜森,高祥照,全國農業(yè)技術推廣服務中心.土壤分析技術規(guī)范[M]. 北京:中國農業(yè)出版社,2006.

[14]國家林業(yè)局.森林土壤滲透性測定[S].LY/T1218—1999.

The Litter and Soil Characteristics of Different Vegetation Types in the Maotai Water Function Areas

ZHOU Fujian1,2, DAI Quanhou1, NIE Linhong1, YU Lifei1, PENG Xudong1

(1.College of Forestry, Guizhou University, Guiyang 550025, China; 2.Management Office ofGuizhouScienceandTechnologyDemonstrationGardenforSoil&WaterConservation,Guiyang550002,China)

Using the methods of field investigation and indoor analysis, we examined the litter and soil characteristics of several different vegetation types in the Maotai water function areas. Results showed that there were some differences in litter characteristics for different vegetation types, in which the litter storage, effective water holding capacity and maximum water holding capacity of cedar forests were the greatest, while the litter storage ofBambusapervariabilis×DendrocalamopsisoldhamiShelterbeltand the effective water holding capacity and maximum water holding capacity of imperata grass were the smallest; the water absorption rates of litter for different vegetation types decreased with a power function of time. As for the soil characteristics, nutrient contents of mixed forest were generally higher, and those of pine and white oak thickets were lower; the permeability of soil layer in cedar forests and mixed forest were stronger while that of imperata grass was the weakest.

Maotai water function areas; vegetation type; soil nutrients; litter

2014-09-26

2015-09-21

貴州茅臺科技聯(lián)合基金(黔科合茅科聯(lián)字[2009]7007);貴州省社發(fā)攻關項目(黔科合SZ[2009]3003);貴州省應用基礎重大專項(黔科合JZ字[2014]2002)

周福健(1985—),男,貴州貴陽人,工程師,在職碩士研究生,主要從事水土保持工作。E-mail:297311534@qq.com

戴全厚(1969—),男,陜西長武人,博士,教授,博導,主要從事水土保持與生態(tài)恢復重建研究。E-mail:qhdairiver@163.com

S714.7

A

1005-3409(2016)02-0023-05