蒲 焱,左建梅

(1.理縣環(huán)境保護(hù)和林業(yè)局，四川 阿壩 611130；2.攀枝花市林業(yè)局，四川 攀枝花 611130)

土壤是人類生產(chǎn)和生活中重要的自然資源，是人類賴以生存的物質(zhì)基礎(chǔ)。土壤理化性質(zhì)的狀況能直接反映土壤肥力狀況[1]。不同土地利用類型的土壤水、氣、熱等條件可能不同，從而使土壤的物理化學(xué)性質(zhì)發(fā)生一系列變化[2]。許多自然過(guò)程和人為活動(dòng)，如氣候波動(dòng)、植被演替、人為經(jīng)營(yíng)管理活動(dòng)等都影響著土壤質(zhì)量[3,4]。

土壤容重、孔隙度等指標(biāo)與土壤的持水、保水及滲水能力相關(guān)。土壤孔隙狀況還影響著土壤的通水性、透氣性能，間接反映土壤水分和熱量狀況，從而影響植物生長(zhǎng)狀況[5]。土壤水分是林木和作物生長(zhǎng)發(fā)育的必須環(huán)境因子，同時(shí)也是土壤生態(tài)系統(tǒng)中最具影響力的環(huán)境因子之一[6]。土壤最大持水量不僅是制約坡面徑流、土壤侵蝕的重要因子，也是調(diào)節(jié)土壤水分、評(píng)價(jià)土壤質(zhì)量的重要物理指標(biāo)[7]。土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)在植被恢復(fù)和生態(tài)環(huán)境建設(shè)中得到了廣泛應(yīng)用[8]。一般而言，在一定范圍內(nèi)，減小土壤容重，增加土壤孔隙度和土壤毛管持水量，有利于提高根系對(duì)水分和營(yíng)養(yǎng)元素的吸收，同時(shí)土壤田間最大持水量越大，土壤抗旱的能力越強(qiáng)，土壤質(zhì)量越高[5,7]。

岷江上游是長(zhǎng)江流域重要的水源保護(hù)區(qū)，該區(qū)域的植被恢復(fù)和生態(tài)環(huán)境建設(shè)對(duì)長(zhǎng)江流域生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性具有重要意義[9]。雖然已有學(xué)者對(duì)該區(qū)域植被恢復(fù)和生態(tài)系統(tǒng)建設(shè)做了相關(guān)研究[10]，但由于岷江上游地質(zhì)活動(dòng)(地震、泥石流)頻發(fā)[11]，加之干旱河谷地帶植被恢復(fù)和生態(tài)系統(tǒng)建設(shè)難度較大，該區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)較為脆弱[12]?；诖?，本文通過(guò)調(diào)查理縣4種典型植被類型的土壤物理性質(zhì)特征，為岷江上游地區(qū)植被恢復(fù)和生態(tài)環(huán)境建設(shè)提供參考。

1 研究區(qū)概況與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究地點(diǎn)位于四川省岷江上游理縣(103°25′～103°28′ E、31°31′～31°33′ N)，該地區(qū)屬山地季風(fēng)氣候，地形復(fù)雜、海拔 2 100 m～3 500 m，是干旱河谷向山地森林過(guò)渡的典型地帶，也是岷江上游植被類型差異最大的地段。年均氣溫11.0 ℃，無(wú)霜期190 d，年降水量500 mm。土壤為褐土，顏色在淺褐與暗褐間，土壤母質(zhì)為千枚巖。

1.2 研究方法

2016年5月，在研究區(qū)域內(nèi)選擇云杉人工林、經(jīng)濟(jì)林、農(nóng)耕地和灌木林4種典型植被類型，并在4種植被類型中建立10 m×10 m的樣地，調(diào)查樣地基本情況(見(jiàn)表1)。研究發(fā)現(xiàn)植被類型[2]、土地利用方式[3]和放牧活動(dòng)[4]等主要影響淺層土壤的理化性質(zhì)，因此本試驗(yàn)以品字形方法在每塊樣地內(nèi)布設(shè)3個(gè)采樣點(diǎn)，除去表層腐殖質(zhì)、枯枝落葉等，用體積為100 cm3的環(huán)刀采集0～5 cm層土樣，做好標(biāo)記。盡快帶回實(shí)驗(yàn)室，并參照林標(biāo)(LY/T 1215-1999)測(cè)定土壤物理性質(zhì)。

表1

樣地基本情況

Tab.1

The basic information of the researched plots

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

用Excel 2010和SPSS 20.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析。用單因素方差分析(ANOVA)比較不同植被類型土壤物理性質(zhì)的差異(P<0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同植被類型的土壤容重

土壤容重作為一個(gè)表征土壤結(jié)構(gòu)狀況的指標(biāo)，它與土壤質(zhì)地、結(jié)構(gòu)、腐殖質(zhì)含量、土壤松緊狀況以及降雨情況等有關(guān)，降雨、灌水及重力的影響使土壤塌實(shí)、土粒密集、容重發(fā)生變化[2,5]。一般來(lái)說(shuō)，土壤容重小則土壤疏松，有利于減緩地表徑流的沖刷[3]。從圖1可知，理縣不同植被類型的土壤容重存在明顯差異。云杉人工林土壤容重最低，顯著(P<0.05)低于其余3種植被類型；農(nóng)耕地的土壤容重最高，但與經(jīng)濟(jì)林差異不顯著(P>0.05)，與灌木林和云杉人工林差異顯著(P<0.05)。一方面是人為經(jīng)營(yíng)管理活動(dòng)會(huì)影響土壤容重[2,6]。農(nóng)耕地和經(jīng)濟(jì)林由于人為經(jīng)營(yíng)管理活動(dòng)密集，使土壤粘重板結(jié)，透氣性降低，土壤容重較大[7]。另一方面，該區(qū)域存在放牧的現(xiàn)象，牲畜踩踏可能造成土壤緊實(shí)[13]，通透性降低，因此灌木林的土壤容重比人工林高。而且，云杉人工林林下植被狀況較好，其中蕨類、莎草占40%，枯落物層8 cm，腐殖質(zhì)4 cm，有效地改善了土壤質(zhì)地，增強(qiáng)透氣性。這與王來(lái)等[14]人的研究結(jié)果相似。

圖1 不同植被類型的土壤容重Fig.1 The variation of soil bulk density under different types of vegetation

2.2 不同植被類型的土壤水分

由圖2表明，不同植被類型的土壤水分存在一定的差異，云杉人工林與經(jīng)濟(jì)林的土壤水分差異不顯著(P>0.05)，但均顯著(P<0.05)高于灌木林和農(nóng)耕地。農(nóng)耕地的土壤水分最低，顯著(P<0.05)低于其余3種植被類型。一方面，云杉人工林植被覆蓋率大，因林木的覆蓋作用，水分蒸發(fā)速度慢，保水能力較強(qiáng)，土壤水分值最高[15]。另一方面，農(nóng)耕地受人為擾動(dòng)程度強(qiáng)烈，過(guò)度開(kāi)墾，常年翻耕、除草等，加大土壤水分蒸發(fā)，土壤水分值偏低[16]。灌木林的土壤水分低于經(jīng)濟(jì)林。一方面可能是因?yàn)檗r(nóng)民常年在灌木林中放牧，破壞了土壤結(jié)構(gòu)[13]，影響土壤水分的貯存性能，有的地方甚至還出現(xiàn)了裸露地，因此土壤水分含量不高。另一方面經(jīng)濟(jì)林人為經(jīng)營(yíng)活動(dòng)較多，農(nóng)民澆水灌溉活動(dòng)可能導(dǎo)致其土壤水分含量提高[7]。

圖2 不同植被類型的土壤水分Fig.2 The variation of soil water under different types of vegetation

2.3 不同植被類型的土壤孔隙度

土壤是多孔體，土粒之間、土壤團(tuán)聚體之間以及團(tuán)聚體內(nèi)部均有孔隙存在[17]。土壤孔隙的量度用土壤孔隙度表示，即單位體積內(nèi)土壤孔隙所占的百分?jǐn)?shù)。土壤孔隙度說(shuō)明了土壤孔隙的多少，可以反映土壤浸水和通氣狀況[18]。毛管孔隙是土壤水分貯存和水分運(yùn)動(dòng)相當(dāng)強(qiáng)烈的地方，對(duì)植物吸收和利用水分、營(yíng)養(yǎng)養(yǎng)分具有重要意義[19]。在土壤各種孔隙中以土壤的非毛管孔隙對(duì)降水水分疏通作用最大，成為自然降雨后土壤水分流動(dòng)的主要通道，對(duì)于土壤水土流失與保持具有十分重要的意義[20]。由圖3可以看出，4種植被類型的毛管孔隙度大小排序?yàn)榻?jīng)濟(jì)林>云杉人工林>農(nóng)耕地>灌木林，但差異不顯著(P>0.05)。從非毛管孔隙度來(lái)看(見(jiàn)圖4)，云杉人工林土壤非毛管孔隙最大，且顯著(P<0.05)高于其余3種植被類型。灌木林和經(jīng)濟(jì)林土壤非毛管孔隙度差異不顯著(P>0.05)。農(nóng)耕地土壤非毛管孔隙度顯著(P<0.05)低于其余3種植被類型。云杉人工林的非毛管孔隙度高于經(jīng)濟(jì)林，這可能是因?yàn)槿斯ち值闹脖桓采w高，林下根系發(fā)達(dá)，這有利于降水沿土壤非毛管孔隙向下滲透，減少土層表面水土流失。這與龐學(xué)勇等[21]人的研究結(jié)果相似。灌木林和經(jīng)濟(jì)林的非毛管孔隙度高于農(nóng)耕地，主要是因?yàn)檗r(nóng)耕地表層土壤非毛管孔隙受人為活動(dòng)的影響，過(guò)度的人為施肥[2]、除草[16]、噴灑農(nóng)藥[22]等經(jīng)營(yíng)活動(dòng)可能降低了非毛管孔隙。

圖3 不同植被類型的毛管孔隙度Fig.3 The variation of soil capillary void under different types of vegetation

圖4 不同植被類型的非毛管孔隙度Fig.4 The variation of soil non-capillary void under different types of vegetation

2.4 不同植被類型的土壤持水量

土壤持水量能反映土壤抗水抗蝕能力，是衡量土壤生態(tài)功能的重要指標(biāo)[19]。由圖5和圖6可知，田間最大持水量和毛管持水量受植被類型影響明顯，云杉人工林土壤田間最大持水量和毛管持水量最大，均顯著(P<0.05)高于灌木林和農(nóng)耕地，且云杉人工林土壤田間最大持水量還顯著(P<0.05)高于經(jīng)濟(jì)林。農(nóng)耕地的土壤田間最大持水量和毛管持水量顯著(P<0.05)低于其余3種植被類型。

圖5 不同植被類型土壤毛管持水量Fig.5 The variation of soil capillary moisture capacity under different types of vegetation

圖6 不同植被類型土壤最大持水量Fig.6 The variation of soil maximum moisture capacity under different types of vegetation

3 小結(jié)

(1)云杉人工林林下植被狀況較好，枯落物和土壤腐殖質(zhì)層較厚，土壤容重最小，土壤毛管孔隙度和非毛管孔隙度較大，透氣性較好，同時(shí)田間最大持水量和毛管持水量最大，土壤抗侵蝕和抗旱能力最強(qiáng)，土壤水分-物理性能較好。

(2)灌木林存在常年放牧行為，其土壤容重顯著大于云杉人工林，非毛管孔隙度、毛管持水量、田間最大持水量顯著小于云杉人工林。較云杉人工林而言，灌木林的土壤較板結(jié)，通透性和水熱傳導(dǎo)能力降低。減少放牧、增加枯落物和土壤腐殖質(zhì)層厚度可能會(huì)改善土壤通氣狀況，增加土壤的抗侵蝕能力。

(3)人為管理活動(dòng)最多的農(nóng)耕地，土壤容重最大，通氣性和持水性最低，土壤板結(jié)，且抗侵蝕和抗旱能力最差，土壤質(zhì)量較差。同樣存在人為經(jīng)營(yíng)管理活動(dòng)的經(jīng)濟(jì)林，其土壤持水性和非毛管孔隙度顯著高于農(nóng)耕地。

綜上所述，4種植被類型的土壤物理性質(zhì)存在較大差異，選擇合理的植被類型和減少人為干擾對(duì)于岷江上游地區(qū)植被恢復(fù)和生態(tài)功能改善具有重要的作用。