高媛李剛袁斌倪兆睿趙晶晶

(甘肅祁連山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)管護(hù)中心，甘肅 張掖 734000)

祁連山所處的地理位置具有一定的特殊性,在遭受到其它氣候條件的干擾下,又具有面積較大、地形高差較大等特點(diǎn),造成祁連山區(qū)氣候差異較大,對(duì)所在區(qū)域和周圍大面積地區(qū)的環(huán)境產(chǎn)生了十分重要的影響,形成了以多種生態(tài)系統(tǒng)和形式并存的復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)。在這個(gè)復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)中,動(dòng)植種類繁多、群落結(jié)構(gòu)復(fù)雜多樣,往往成為人們廣泛研究的熱點(diǎn)和重要場(chǎng)所。

土壤為植物生長(zhǎng)和發(fā)育提供重要的保障,在土壤的物理性質(zhì)方面,主要是通過(guò)改善土壤的蓄水性和透氣性,從而對(duì)土壤調(diào)節(jié)水分和涵養(yǎng)水源方面都起到重要作用,使得土壤的肥力和植被生長(zhǎng)狀況都發(fā)生變化。同時(shí),水資源也是必不可少的重要因素,而在人類生活和生產(chǎn)過(guò)程中,水資源的開(kāi)發(fā)利用和保護(hù)成為人們關(guān)注的熱點(diǎn),受到人們的廣泛關(guān)注,在水資源短缺的西北干旱和半干旱地區(qū),植被生長(zhǎng)和發(fā)育往往受到水分的限制。水是自然環(huán)境中最積極、最活躍的因素,在植被建設(shè)中,亟待解決的難題就是在水資源短缺的情況下怎樣處理好生態(tài)用水增加的問(wèn)題,找到這兩者的平衡關(guān)系,既是在生態(tài)環(huán)境建設(shè)過(guò)程中的核心問(wèn)題,也是目前科學(xué)研究中的一項(xiàng)重要的熱點(diǎn)問(wèn)題。

不同植被具有不同的有機(jī)質(zhì)組成,導(dǎo)致進(jìn)入土壤的植物凋落物的性質(zhì)和數(shù)量不同,從而影響土壤的性質(zhì)和狀態(tài),使其產(chǎn)生差異。本研究選擇位于祁連山東段西營(yíng)河流域的不同植被類型土壤為研究對(duì)象,該區(qū)主要分布有云杉林、高寒灌叢和高寒草甸等不同的植被類型,選擇喬木林、灌叢、草地3種不同植被類型的土壤容重、孔隙度、持水量及土壤持水性能等土壤特性及其水源涵養(yǎng)性能為研究對(duì)象,分析不同植被類型下土壤物理性狀和蓄水性能,旨在為該研究區(qū)域森林資源的經(jīng)營(yíng)和利用提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于武威市西營(yíng)河流域(E101°5′～102°5′,N37°0′～38°0′),面積約1727.5km2,海拔高度1880～4854m。流域?qū)贉貛Т箨懶詺夂?日照時(shí)間長(zhǎng),太陽(yáng)輻射強(qiáng),晝夜溫差大。年平均降水量為450mm,年潛在蒸發(fā)量為700～1200mm。流域內(nèi)主要分布有干旱半干旱草原、寒溫性針葉林和高寒灌叢等類型,土壤種類主要有灰褐土、黑鈣土、寒漠土等[1,2]。

2 研究方法

2.1 樣地設(shè)置

供試土樣于2020年8月取自西營(yíng)河流域。按照植被類型選取3塊典型樣地,分別為青海云杉喬木林、金露梅灌叢和草本。為了減少除了植被類型的差異以外的其它因素對(duì)土壤物理特性和蓄水特性產(chǎn)生的影響,選擇海拔高度相對(duì)一致的3種不同植被類型的地塊進(jìn)行試驗(yàn)和研究。樣地詳細(xì)情況見(jiàn)表1。

表1 采樣地詳情

2.2 樣品采集與分析

從每個(gè)樣地隨機(jī)選取3個(gè)未受干擾的土壤剖面。采用環(huán)刀法,在每個(gè)樣地按土層深度0～10cm、10～20cm、20～30cm和30～40cm分4層取土,每層重復(fù)3次。將土壤樣品帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行土壤容重、孔隙度、土壤含水量、持水量等物理性質(zhì)的測(cè)定。采用稱重法測(cè)定土壤含水量；采用烘干法測(cè)定土壤容重；采用環(huán)刀法測(cè)定土壤孔隙度、毛管持水量和最大持水量[3]。

土壤最大蓄水量(t·hm-2)＝土壤總孔隙度×10000m2×土壤深度

土壤非毛管孔隙蓄水量(t·hm-2)＝土壤非毛管孔隙度×10000m2×土壤深度

2.3 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2016軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 3種植被類型土壤容重與孔隙度變化特征

土壤容重值的大小在一定程度上能夠反映土壤透水和通氣性能的強(qiáng)弱[4]。在祁連山東段不同植被類型和土層厚度研究中,土壤容重也存在一定差異。在0～40cm土壤中,灌叢、喬木林、草本的平均土壤容重分別為1.01g·cm-3、0.74g·cm-3、0.92g·cm-3,灌叢平均土壤容重最大,約是喬木林平均土壤容重的1.36倍。在0～10、10～20、20～30cm土層中,土壤容重從大到小為灌叢＞草本＞喬木林；在30～40cm土層中,土壤容重從大到小為喬木林＞灌叢＞草本。同一植被類型下,土壤容重隨土層深度的增加呈現(xiàn)出先增加后減小的趨勢(shì)。

圖1 3種植被類型土壤容重特征變化

土壤孔隙的數(shù)量和大小對(duì)土壤的水、肥、氣產(chǎn)生不同的影響,從而調(diào)節(jié)植物生長(zhǎng)所需的水分和空氣[5]。在0～40cm土層土壤中,3種植被類型土壤平均總孔隙度從大到小為喬木林(69.43%)＞草本(63.49%)＞灌叢(60.67%),平均毛管孔隙度從大到小為喬木林(62.31%)＞灌叢(57.57%)＞草本(55.36%),平均非毛管孔隙度從大到小為草本(8.13%)＞喬木林(7.12%)＞灌叢(3.09%)。在0～10cm表層土壤中,3種植被類型土壤總孔隙度從大到小為喬木林(71.81%)＞草本(65.24%)＞灌叢(59.80%),毛管孔隙度從大到小為喬木林(63.37%)＞灌叢(56.63%)＞草本(53.94%),非毛管孔隙度從大到小為草本(11.30%)＞喬木林(6.32%)＞灌叢(3.17%)。

表2 3種植被類型土壤孔隙度特征變化

3.2 3種植被類型土壤含水量和蓄水性能變化特征

作為土壤的重要組成部分,土壤中的水分及其形態(tài)將對(duì)土壤的形成和發(fā)展、肥力水平和自凈能力產(chǎn)生重要影響。在0～40cm土壤中,3種植被類型土壤平均含水量從大到小為喬木林(33.07%)＞草本(31.50%)＞灌叢(28.44%),3種植被類型土壤平均飽和持水量從大到小為喬木林(88.97%)＞草本(63.70%)＞灌叢(60.91%),3種植被類型土壤平均毛管持水量從大到小為喬木林(75.47%)＞草本(57.05%)＞灌叢(51.18%),3種植被類型土壤平均最大蓄水量從大到小為喬木林(694.27t·hm-2)＞草本(634.94t·hm-2)＞灌叢(606.66t·hm-2),3種植被類型土壤平均非毛管蓄水量從大到小為草本(81.32t·hm-2)＞喬木林(71.22t·hm-2)＞灌叢(30.92t·hm-2)。在0～10cm表層土壤中,3種植被類型土壤含水量從大到小為喬木林(34.07%)＞灌叢(31.66%)＞草本(28.70%),3種植被類型土壤飽和持水量從大到小為喬木林(99.52%)＞草本(65.91%)＞灌叢(58.00%),3種植被類型土壤毛管持水量從大到小為喬木林(82.81%)＞草本(56.11%)＞灌叢(51.41%),3種植被類型土壤最大蓄水量從大到小為喬木林(718.11t·hm-2)＞草本(652.41t·hm-2)＞灌叢(597.97t·hm-2),3種植被類型土壤非毛管蓄水量從大到小為草本(113.01t·hm-2)＞喬木林(84.41t·hm-2)＞灌叢(31.67t·hm-2)。不同土壤土層中,草本土壤含水量和毛管持水量隨土層深度增加而增加,灌叢和喬木林土壤含水量、飽和持水量等物理特性隨土層深度增加表現(xiàn)出先減小后增加趨勢(shì)。

表3 不同植被類型土壤含水量和蓄水性能特征變化

4 結(jié)論和討論

3種植被類型土壤容重和孔隙度存在明顯差異,具體表現(xiàn)為土壤容重從大到小為灌叢(1.01g·cm-3)＞草本(0.92g·cm-3)＞喬木林(0.74g·cm-3),土壤平均總孔隙度從大到小為喬木林(69.43%)＞草本(63.49%)＞灌叢(60.67%),土壤平均毛管孔隙度從大到小為喬木林(62.31%)＞灌叢(57.57%)＞草本(55.36%)。在0～10cm表層土壤中,土壤容重從大到小為灌叢(1.04g·cm-3)＞草本(0.87g·cm-3)＞喬木林(0.67g·cm-3),土壤總孔隙度從大到小為喬木林(71.81%)＞草本(65.24%)＞灌叢(59.80%),土壤毛管孔隙度從大到小為喬木林(63.37%)＞灌叢(56.63%)＞草本(53.94%)。植被土壤容重越大,土壤孔隙度越小,表現(xiàn)出相反趨勢(shì)。在周圍立地條件相同的情況下,在表層和0～40cm土壤物理形狀研究中,相比其它2種植被類型,喬木林土壤容重最小,孔隙度最高,較其它2種植被類型土體疏松,其物理性質(zhì)最好,這可能與喬木林林下根系分布和有機(jī)質(zhì)含量有關(guān)。

3種植被類型土壤平均含水量、平均飽和持水量、平均毛管持水量和平均最大蓄水量從大到小均表現(xiàn)為喬木林＞草本＞灌叢。綜合土壤容重、土壤孔隙度、土壤含水量、最大蓄水量,當(dāng)土壤容重較小時(shí),土體疏松,表現(xiàn)出土壤孔隙度也就越大,造成喬木林土壤持水能力就越強(qiáng),說(shuō)明喬木林的水源涵養(yǎng)功能強(qiáng)于其它2種植被類型,可能主要是喬木林土壤表層有大量的苔蘚層和枯枝落葉,很大程度上對(duì)改良當(dāng)?shù)赝寥牢锢硇誀詈吞嵘寥佬钏芰苡凶饔?使得土壤有很好的物理性狀和持水能力。