賈茜,宋淑霞,曹航,郭建軍,楊新兵

(1保定職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河北 保定 071000；2張家口市森林病蟲害防治檢疫站，河北 張家口 075000；3河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 林學(xué)院，河北 保定 071000；4張家口市塞北林場(市國有林場管理處)，河北 張家口 075000)

土壤不僅為林木生長提供養(yǎng)分，也是森林生態(tài)系統(tǒng)的重要支撐部分。土壤通過蓄水和保水不斷發(fā)揮著涵養(yǎng)水源、調(diào)節(jié)徑流等土壤水文生態(tài)功能，因此又被稱為“土壤水庫”“綠色水庫”[1]。坡位是重要的地形因子，通過直接或間接(水熱分配、土壤侵蝕、淋溶等)原因影響著土壤的理化性質(zhì)。楊賢均等研究表明，土壤孔隙對水源涵養(yǎng)與水分運動具有重要影響，原因是土壤動物、植物活動和死亡后可有效增大土壤孔隙狀況，從而提高土壤蓄水能力[2]。張雷燕等在寧夏六盤山地區(qū)不同森林類型土壤的蓄水和滲透能力研究中發(fā)現(xiàn)，不同植被類型土壤蓄水能力及理化性質(zhì)差異明顯，灌木林的滲透與持水能力更強[3]。李文政等研究三峽山地不同坡位土壤水分特征曲線發(fā)現(xiàn)，坡上土壤滲透性能更強，但持水能力弱，坡中、坡下及坡底土壤持水能力高于坡上[4]。寧鵬等對貢嘎山不同海拔峨眉冷杉根際土壤化學(xué)性質(zhì)研究中發(fā)現(xiàn)，全氮、硝態(tài)氮及有機碳均隨海拔的升高先降后增，在海拔2 800 m最大，海拔3 200 m為轉(zhuǎn)折點，全磷與速效磷含量隨海拔升高而增加[5]。李傳人等研究鐵路邊坡不同坡位土壤理化性質(zhì)差異時發(fā)現(xiàn)，含水率表現(xiàn)為坡下=坡中>坡上，土壤有效磷、堿解氮與速效鉀含量在坡下最高[6]。綜合表明，不同坡位土壤理化性質(zhì)存在一定的差異性。

油松(Pinustabuliformis)是我國特有樹種，具有耐貧瘠、耐干旱、適應(yīng)性強及根系發(fā)達(dá)等特點，在國內(nèi)森林生態(tài)系統(tǒng)中具有非常重要的地位，油松也是河北省分布面積和蓄積最大樹種之一[7]。試驗地涿鹿林場處于北京官廳水庫上游河北省張家口市營造水源保護林項目的范圍內(nèi)，選取冀西北張家口市涿鹿縣涿鹿林場最典型的油松林作為研究對象，對不同坡位油松林土壤理化性質(zhì)進行研究，以期為油松水源林的建設(shè)和管理提供一些參考。

1 研究區(qū)域概況

試驗地位于張家口市涿鹿林場寇家溝林區(qū)(E 115°6′18″，N 40°12′50″)，與河北省最高峰小五臺山的直線距離約20 km，屬海河流域永定河上游桑干河流域，懷涿盆地周邊，寇家溝林區(qū)海拔在1 200～1 800 m，土壤多為碳酸鹽褐土。涿鹿縣屬溫帶半干旱大陸性季風(fēng)氣候，年均無霜期100～145 d，年均日照時數(shù)2 875 h，年均溫度9.1 ℃，年均降水385～600 mm。研究區(qū)常見的喬木樹種有油松、華北落葉松(Larixprincipis-rupprechtii)、白樺(Betulaplatyphylla)、山楊(Populusdavidiana)等。

2 研究方法

根據(jù)研究目的，通過野外踏查，試驗油松林選擇在涿鹿林場寇家溝林區(qū)。設(shè)置樣地面積50 m×50 m，將樣地按每10 m距離分格調(diào)查，獲取的樣地基本特征見表1。由于研究地坡長相對較短，因此土壤采樣點分為坡上、坡下，分別選取3個點位，挖取剖面。土壤水分物理性質(zhì)測定采環(huán)刀浸泡法，用100 cm3環(huán)刀從上至下分層采集樣品，按照每10 cm 1層取樣，室內(nèi)環(huán)刀浸泡，測定容重、孔隙度、持水量等指標(biāo)。

表1 不同坡位油松林基本特征Table 1 Basic characteristics of Pinus tabulaeformis forest at different slope positions

在挖好的土壤剖面從下而上分層取土，坡上(或坡下)3個剖面的土壤混合后用土袋帶回實驗室測定土壤化學(xué)性質(zhì)。酸度計測定pH值，重絡(luò)酸鉀-分光光度法測定土壤有機碳，凱氏定氮儀法測定全氮，鉬銻鈧比色法測定全磷及有效磷，火焰原子吸收分光光度法測定全鉀，堿解擴散法測定堿解氮，NH4OAc浸提火焰光度法測定速效鉀。

3 結(jié)果與分析

3.1 土壤物理性質(zhì)

不同坡位油松林土壤容重及孔隙度見表2。

表2 不同坡位油松林土壤容重及孔隙度Table 2 Soil bulk density and porosity of Pinus tabulaeformis forest at different slope positions

表2(續(xù))

3.1.1 土壤容重 容重越小，土壤越疏松；容重越大，土壤越緊實。容重受土壤發(fā)育的影響，可以反映對植被根系生長阻力大小[8]。由表2可知，油松林土壤容重變化范圍在0.63～1.25 g/cm3，土壤容重平均值從大到小排序為：III(1.09 g/cm3)>I(1.06 g/cm3)>VI(1.04 g/cm3)>II(1.03 g/cm3)>V(1.02 g/cm3)>IV(1.01 g/cm3)。進行差異性分析可知，坡上與坡下土壤容重差異顯著，除樣地II外，坡上容重大于坡下。從垂直梯度上看，土壤容重大多隨土層深度增加而增加。

3.1.2 土壤孔隙度 孔隙是土壤水分的儲存空間，影響著土壤持水能力、肥力及植被生長狀況。毛管孔隙存儲植物吸收的有效水，對維持植被的生長發(fā)育至關(guān)重要。非毛管孔隙的作用主要是調(diào)節(jié)土壤的滲透能力，涵養(yǎng)水源，減少山洪[9]。由表2可知，土壤總孔隙度均值最大的是坡下VI(61.48%)，最小的是坡上III(43.48%)，其排序為：VI(61.48)>V(52.33)>I(52.07)>II(49.67)>IV(47.40)>III(43.48)，除樣地IV外，坡下高于坡上。毛管孔隙度均值由大到小排序為：VI(44.23%)>V(36.38%)>I(32.27%)>II(29.03%)>IV(25.72%)>III(24.93%)，除樣地IV外，坡下高于坡上。非毛管孔隙度均值由大到小排序為：IV(21.68%)>II(20.63%)>I(19.80%)>III(18.55%)>VI(17.25%)>V(15.95%)，除樣地IV外，坡上高于坡下。對土壤孔隙度進行差異性分析可知，坡上與坡下土壤總孔隙度及毛管孔隙度差異顯著，非毛管孔隙差異不顯著，但結(jié)合土壤容重、毛管孔隙度及總孔隙度等上述分析可知，坡下土壤通透性、水土保持及涵養(yǎng)水源能力更好。

3.1.3 土壤持水能力 土壤持水能力的高低反映了土壤孔隙的分布狀況[12]。不同坡位油松林土壤持水量見表3。

表3 不同坡位油松林土壤持水量Table 3 Soil water holding capacity of Pinus tabulaeformis forest at different slope positions

表3(續(xù))

由表3可知，土壤飽和持水量均值排序為：VI(368.90 t/hm2)>V(314.00 t/hm2)>I(312.40 t/hm2)>II(298.00 t/hm2)>IV(284.40 t/hm2)>III(260.90 t/hm2)，平均來看坡下高于坡上。毛管持水量最大的是VI(265.40 t/hm2)，最小的是III(149.60 t/hm2)。有效持水量最大的是IV(130.10 t/hm2)，最小的是V(95.70 t/hm2)。對坡上與坡下土壤持水量進行差異性分析可知，坡上與坡下土壤飽和持水量及毛管持水量差異顯著，有效持水量差異顯著。綜合分析，坡下土壤持水能力普遍高于坡上。

3.2 土壤化學(xué)性質(zhì)

土壤化學(xué)性質(zhì)的優(yōu)劣決定了地上植物的生長狀況，氮、磷、鉀等營養(yǎng)元素，在植物生長發(fā)育過程中起到合成碳水化合物與有機物質(zhì)的作用，直接對植物生長、品質(zhì)和產(chǎn)量具有重要影響[13]。不同坡位土壤養(yǎng)分，見表4。

表4 不同坡位土壤養(yǎng)分Table 4 Soil nutrients at different slope positions

3.2.1 土壤全效養(yǎng)分 由表4可知，土壤全磷含量坡下(1.57 g/kg)>坡上(0.99 g/kg)，坡上與坡下差異顯著，土壤全磷含量隨土層厚度的增加而增加。土壤全氮含量坡下(1.48 g/kg)>坡上(0.88 g/kg)，坡上和坡下差異顯著，并隨土壤深度增加而增加。土壤全鉀含量坡下(11.38 g/kg)>坡上(10.87 g/kg)，差異顯著，土壤垂直梯度變化無規(guī)律。

3.2.2 土壤速效養(yǎng)分 由表4可知，有效磷含量坡下(0.67 mg/kg)>坡上(0.51 mg/kg)，差異顯著；從垂直梯度看，有效磷含量總體隨土壤深度增加而增加。堿解氮坡下(55.75 mg/kg)>坡上(44.16 mg/kg)，差異顯著，土壤垂直梯度變化不明顯。速效鉀坡下(115.27 mg/kg)>坡上(86.55 mg/kg)，差異顯著，總體上隨土層深度的增加而增加。

3.2.3 土壤pH值和有機碳含量 土壤pH值變化范圍在7.47～7.94，坡上與坡下土壤均呈弱堿性，無顯著差異，土壤垂直梯度變化也不明顯。土壤有機碳含量坡下(29.86 g/kg)>坡上(21.06 g/kg)，差異顯著，從土壤垂直梯度上看，土壤有機碳含量隨土壤深度的增加而減小。

4 討論

坡位是重要的地形因子，影響土壤有機質(zhì)礦化、腐化過程以及土壤水的分布，是環(huán)境主導(dǎo)因子之一[14]。李傳人等研究發(fā)現(xiàn)，土壤含水率坡下=坡中>坡上，土壤有效磷、堿解氮與速效鉀含量在坡下最高[6]。周萍等研究認(rèn)為，距離坡頂越遠(yuǎn)，容重越小，孔隙度、持水量越大，土壤養(yǎng)分有向坡下聚集的趨勢[5]。余明等在杉木林土壤化學(xué)性質(zhì)對林分改造及不同坡位的響應(yīng)研究中發(fā)現(xiàn)，土壤養(yǎng)分含量普遍為坡上<坡中<坡下，導(dǎo)致這一現(xiàn)象的原因是坡位不同會使土壤水熱資源及物質(zhì)循環(huán)產(chǎn)生差異，坡上光輻射更強，會減弱土壤水分固持能力，土壤侵蝕堆積使有機碳向坡下轉(zhuǎn)移；雨水沖刷也會導(dǎo)致土壤養(yǎng)分隨徑流從坡上到坡下，土壤養(yǎng)分在坡下匯聚[16]。本研究對不同坡位油松林土壤理化性質(zhì)研究發(fā)現(xiàn)，坡上土壤容重普遍高于坡下，原因可能是坡上長期受到雨水沖刷及陽光輻射，土壤密實且侵蝕嚴(yán)重。土壤pH值坡上與坡下無明顯變化。坡下土壤持水能力高于坡上，土壤全氮、全磷、全鉀、堿解氮、有機碳、有效磷與速效鉀坡上坡下差異顯著，呈現(xiàn)出坡下高于坡上的狀況，全氮、全磷與有效磷隨土層厚度增加而增加，全鉀、堿解氮與速效鉀在土層垂直梯度變化不明顯，有機碳隨土層厚度增加而減小，這表明坡下土壤養(yǎng)分及持水能力更好，原因可能是坡下植被茂密、枯落物較多，有機質(zhì)含量高，微生物生長條件較好，導(dǎo)致土壤孔隙度更大，增加土壤持水能力，使得土壤儲存水分及產(chǎn)生營養(yǎng)元素的條件更好，形成良好的生態(tài)循環(huán)。本研究結(jié)果與李傳人、周萍、余明等研究結(jié)果基本一致[6,15-16]。

5 結(jié)論

對不同坡位油松林的土壤理化性質(zhì)測定結(jié)果可知，坡下容重高于坡上，差異顯著，垂直梯度土壤容重隨土層厚度增加而增加。土壤總孔隙度坡下高于坡上，差異顯著，垂直梯度土壤孔隙度隨土層厚度增加而減小。土壤飽和持水量坡下高于坡上，差異顯著，土壤養(yǎng)分坡上和坡下差異顯著，均呈現(xiàn)出坡下>坡上。從土壤垂直梯度來看，全氮、全磷與有效磷隨土層厚度增加而增加，全鉀、堿解氮與速效鉀在土層垂直梯度變化不明顯，有機碳隨土層厚度增加而減小。土壤pH值坡上與坡下無明顯變化。綜上所述，坡下土壤通透性、持水能力、土壤養(yǎng)分條件優(yōu)于坡上，更有利于森林植被的生長發(fā)育。