侯佳茗

（北京林業(yè)大學水土保持學院，北京100083）

森林是陸地上重要的生態(tài)系統(tǒng)類型，具有涵養(yǎng)水源、保持水土和維持生態(tài)系統(tǒng)平衡等重要生態(tài)服務功能[1]。特別是在干旱半干旱地區(qū)，森林水源涵養(yǎng)功能對維持區(qū)域的生態(tài)安全和水安全尤為重要。土壤作為森林生態(tài)系統(tǒng)的水分主要儲蓄庫，是森林水源涵養(yǎng)功能形成與發(fā)揮的關鍵。森林土壤的持水能力也成為了國內外學者在土壤水分調節(jié)能力和涵養(yǎng)水源研究中關注的重要指標。不同的森林植被擁有不同的林分組成、林冠結構、枯落物和根系，進而影響土壤理化性質、持水能力以及水分利用效率[2-3]。因此，研究不同類型林地與土壤持水能力的關系具有重要意義。

太行山是華北平原重要的水源補給區(qū)、京津冀地區(qū)重要的生態(tài)屏障和國家京津冀協(xié)同發(fā)展戰(zhàn)略的水源涵養(yǎng)功能區(qū)。因此，本文以中科院太行山山地生態(tài)試驗站內林地為例，采用野外定點采樣結合室內實驗的方法，以太行山低山丘陵花崗片麻巖區(qū)典型林型刺槐純林、油松×側柏混交林、核桃退耕還林地土壤為研究對象，對不同林型下土壤物理性質和持水量進行測定分析，揭示3種典型林地土壤持水能力的差異，以指導太行山低山丘陵花崗片麻巖區(qū)造林綠化和水源涵養(yǎng)林體系的建設及經營。

1 研究區(qū)概況

該研究在中科院太行山山地生態(tài)試驗站內進行，位于河北省元氏縣，E114°15′55″，N37°52′45″，海拔350m左右，屬于低山丘陵區(qū)。該區(qū)屬半干旱大陸性季風型氣候區(qū)，多年平均降雨量560mm，降雨集中在6~8月份（占全年80%以上），多年平均氣溫13℃，多年平均蒸發(fā)量為1600mm[4]。土壤主要為由花崗片麻巖成土母質發(fā)育而成的山地褐土，土層薄，有機質含量低[5]。典型林型是次生低矮刺槐闊葉林、退耕還林后的核桃經濟林，少量的油松側柏針葉混交林。

2 研究方法

2.1 樣地調查

在試驗站研究區(qū)內選取太行山低山丘陵花崗片麻巖區(qū)典型林型刺槐林、油松×側柏混交林、退耕還林后的核桃林3種林型設置標準地。所選3個標準地立地條件相近，海拔350m，均為陽坡，坡度15°左右，土壤類型系山地褐土。標準地面積為30m×30m，對各樣地的林分特征（樹高、胸徑、郁閉度等）進行調查記錄。各林地的基本情況見表1。

表1 標準地情況

2.2 土壤物理性質和持水量的測定

在各標準地選擇具有代表性的3個樣點，分別挖掘土壤剖面，用100cm3環(huán)刀分4層（10cm厚為一層）取原始土樣，帶回實驗室測定土壤容重、孔隙度及計算各項持水量指標，具體測定及計算按照中華人民共和國林業(yè)行業(yè)標準《森林土壤水分-物理性質的測定》（LY/T 1215—1999）操作。

3 結果與分析

3.1 不同林型土壤物理性質

土壤容重和孔隙度直接影響著土壤的透水性和通氣性。由圖1、表2可看出：每個林型各土層土壤容重有所變化，刺槐林各土層土壤容重在1.34~1.62g/cm3，油松×側柏混交林各土層土壤容重在1.35~1.61g/cm3，核桃林各土層土壤容重在1.30~1.42g/cm3。各個林地的土壤容重整體上隨土層深度增加呈上升趨勢，但刺槐林和核桃林30~40cm的土壤容重反而小于20~30cm的土壤容重。由表4可看出：各個林地的土壤容重均值排序為油松×側柏混交林（1.47g/cm）3＞刺槐林（1.46g/cm）3＞核桃林（1.36g/cm3）。方差分析顯示，各類型林地內不同土層深度的土壤容重差異不顯著，不同類型林地的土壤容重差異也不顯著。

圖1 不同類型林地各土壤層容重

由表2可看出，各個林地土壤孔隙度與土層深度之間的變化規(guī)律不同。隨著土層深度的增加，刺槐林各土層土壤毛管孔隙度由38.22%下降到33.28%，總孔隙度由10~20cm土層的38.47%增加到30~40cm土層的41.37%；油松×側柏混交林各土層土壤毛管孔隙度變化在33.44%~37.71%，總孔隙度變化在35.7%~41.13%；核桃林土壤毛管孔隙度變化在42.83%~46.84%，總孔隙度由47.06%下降到43.24%。3種林型各土層土壤孔隙度隨土層深度增加整體上呈下降趨勢，但并未全部呈現(xiàn)出隨著土層深度的增加而逐層降低的規(guī)律性變化。

表2 各林型不同土層土壤物理特征參數(shù)

由表4可看出：3種林型土壤相比較，油松×側柏混交林的土壤毛管孔隙度和總孔隙度平均值均最?。缓颂伊值耐寥烂芸紫抖群涂偪紫抖绕骄稻畲?。

方差分析顯示，刺槐林、油松×側柏混交林各土層的土壤毛管孔隙度、總孔隙度差異不顯著；核桃林中0~10cm土層的土壤毛管孔隙度、總孔隙度顯著高于20~30cm，30~40cm土層。刺槐林與油松×側柏混交林的土壤毛管孔隙度、總孔隙度之間差異不顯著；核桃林與刺槐林、油松×側柏混交林的土壤毛管孔隙度、總孔隙度之間差異顯著。

結構良好的土壤總孔隙度為55%～70%，而這3種林型土壤的總孔隙度平均值在38.85%~44.74%之間，說明這3種林型林地土壤尚未達到結構良好。

3.2 不同林型土壤持水能力

我國的林學界和水土保持領域，通常用土壤非毛管蓄水量作為計量森林土壤蓄水量的基準。而半干旱地區(qū)，土壤毛管蓄水量是非毛管蓄水量的幾倍，土壤水分很難達到飽和，林地土壤水分經常處于虧缺狀態(tài)，土壤儲水以吸持蓄水為主，因此，用非毛管蓄水量評價土壤蓄水性能不全面，也不合理，應以非毛管孔隙和毛管孔隙蓄水（即飽和蓄水量）評價該區(qū)的土壤蓄水性能[6]。

由表3可知：刺槐林、油松×側柏混交林不同土層的土壤飽和蓄水量、毛管蓄水量之間差異不顯著；核桃林中0~10cm土層的土壤飽和蓄水量、毛管蓄水量與其他土層之間差異顯著。刺槐林與油松×側柏混交林的土壤飽和蓄水量、毛管蓄水量之間差異不顯著；核桃林與刺槐林、油松×側柏混交林的土壤飽和蓄水量、毛管蓄水量之間差異顯著（表4）。

表3 各林型不同土層土壤持水特性參數(shù)

由表4可看出：3種林分類型40cm厚土層內每10cm土層飽和蓄水量平均值大小排序依次為核桃林（447.38t/hm2）＞刺槐林（401.80t/hm2）＞油松×側柏混交林（388.49t/hm2），土壤毛管蓄水量表現(xiàn)為核桃林（443.63t/hm2）＞刺槐林（356.23t/hm2）＞油松×側柏混交林（354.41t/hm2）。

表4 不同林型40cm內土壤物理特征、土壤持水特性參數(shù)

由此可見，3種林型中核桃林的持水能力較強，刺槐林的持水能力次之，油松×側柏混交林的持水能力較弱。

4 結論與討論

森林類型和樹種的差異導致其地表凋落物構成及樹木根系生長發(fā)育存在一定差異，從而造成不同林地土壤物理性質不同。通過對太行山低山丘陵花崗片麻巖區(qū)3種典型林地土壤持水能力的研究發(fā)現(xiàn)，所測的刺槐林、油松×側柏混交林、核桃林3種林型的土壤容重整體上隨土層深度增加而增大，但刺槐林和核桃林30~40cm的土壤容重反而小于20~30cm的土壤容重，推測是因為刺槐和核桃都是深根性喬木，30cm以下的土壤中根系分布較多，改善了土壤結構，使得土壤容重變小。3種林型土壤容重均值變化在1.34~1.62g/cm3，差異不顯著，大小排序為油松×側柏混交林（1.47g/cm）3＞刺槐林（1.46g/cm）3＞核桃林（1.36g/cm）3?？偪紫抖却笮∨判驗楹颂伊郑?4.74%）＞刺槐林（40.19%）＞油松×側柏混交林（38.85%）。有研究表明，森林土壤總孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度均隨深度的增加而減低[7-9]。但本研究并未得出完全相同的結論，所測的刺槐林、油松×側柏混交林、核桃林3種林型各土層土壤孔隙度隨土層深度增加整體上呈下降趨勢，但并未全部呈現(xiàn)出隨著土層深度的增加而逐層降低的規(guī)律性變化，這可能是因為不同土層的土壤孔隙度受多種因素的影響，枯落物、根系生長、蟲類活動都會影響土壤結構，進而影響孔隙度。如：刺槐為深根性喬木，30cm以下的土壤中根系分布較多，改善了土壤結構，使得30cm以下的土壤總孔隙度、非毛管孔隙度均高于10~20cm的土壤。土壤飽和蓄水量、毛管蓄水量大小排序均為核桃林（447.38t/hm2，443.63t/hm2）＞刺槐林（401.90t/hm2，356.23t/hm2）＞油松×側柏混交林（388.49t/hm2，354.41t/hm2）?？傮w發(fā)現(xiàn)，3種林型中核桃林的持水能力較強，刺槐林的持水能力次之，油松×側柏混交林的持水能力較弱。說明闊葉林改善土壤質地結構、涵養(yǎng)水源的能力優(yōu)于針葉林。與各個林地飽和蓄水量、毛管蓄水量的排序規(guī)律不同，核桃林的非毛管蓄水量遠小于其他兩種林型，這是因為核桃林屬于經濟林，人工耕作增加了有機質，改善了土壤質地、結構和上下層孔隙狀況，非毛管孔隙度大大減少，土壤保存的水分可被吸收利用的較多，更加有效地減少地表徑流。這表明影響森林土壤持水能力的因素除樹種外還有其他復雜因素，在以后的研究中需加強綜合研究。