1、第 20卷第 2期 2006年4月 水土保持學報Journal of So il and W ater Con servati onV o l.20N o.2A p r.,2006縉云山不同林地類型土壤特性及其水源涵養功能孫艷紅,張洪江 ,程金花 ,王玉杰 ,石 健,程 云(北京林業大學水土保持學院 ,北京 100089摘要:通過分析不同林地類型土壤特性及林地枯落物水文特性 ,對縉云山 4 種類 型(針闊混交林、常綠闊葉林、楠竹林和灌木林林地涵養水源功能進行了研究。結果表明 ,灌木林表土層有機質 含量為楠竹林的 3175 倍,針闊混交林有機質含量為楠竹林的 2122 倍,常綠闊葉林有機質含量為

2、楠竹林的 1153 倍。枯落物蓄積量為 1612132142t hm2,枯落物最大持水率次序為針闊混交林 灌木林 常綠闊葉林 楠竹林 ,最大 持水量為灌木林 針闊混交林常綠闊葉林 楠竹林。土壤非毛管持水量由大到小依次是灌木林 (6612mm 針闊混交林 (57152mm常綠闊葉林 (47199mm楠竹林 (46198mm。灌木林土壤飽和蓄水量最好 ,為 266148mm;針闊混交林較好 ,為19014mm;常綠闊葉林次之 ,為 18618mm;楠竹林最差 ,為 17418mm。灌木林和針 闊混交林較楠竹林有更好的涵養水源功能。在今后的森林經營中 ,應考慮營造灌木林和混交林。關鍵詞:林地類型;

3、土壤水分; 土壤孔隙度 ; 水源涵養中圖分類號 :S715.7;S727.21;S725.2 文獻標識碼 :A 文章編 號:100922242(2006022*Soil Character isti cs andWater Con servati on of D i fferen t Forest Types i n J i n yun M oun ta i n SUN Yan2hong,ZHAN G Hong2jiang,CH EN G J in2hua,WAN G Yu2jie,SH I J ian,CH EN G Yun (Colleg e of S oil and W ater Con

4、servation,B eij ing F orestry U niversity,B eij ing100089Abstract:T he s o il characteristics and hydro l ogical effects of fo rest litter w ere carried out,and the s o il of four fo rest types(m ixed w ood,broadleaf fo rest,ba m boo fo rest and sh rub fo restin J inyun moun tain of Chongqing city w

5、 ere selected to test their w ater con servati on.T he results indicated that o rgan ic m atter con ten t of sh rub fo rest is 3.75ti m es than that of m boo fo rest,o rgan ic m atter con ten t of m ixed w ood is2122ti m es than that of ba m boo fo rest,o rgan ic m atter con ten t of broadleaf fo re

6、st is1153ti m es than that of ba m boo fo rest1T he litter a moun t is 16.2132.42t hm2.T he sequence of m ax i m al litter w ater reten ti on rate ism ixed w oodsh rub fo restbroadleaf fo restba m boo fo rest.T he sequence of m ax i m al litter w ater reten ti on is sh rub fo restm ixed w oodbroadle

7、af fo restba m boo fo rest.T he non-cap illary ho lding capacity from h igh to l ow is sh rub fo rest(6612mmm ixed w ood(57152mmbroadleaf fo rest(47199mmba m boo fo rest(46198mm1T he saturati on ho lding capacity of sh rub fo rest is266148mm,19014mm;in m ixed w ood,18618mm in broadleaf fo rest,and17

8、418mm in the ba m boo fo rest.T he sh rub fo rest and m ixed w ood have h igher w ater con servati on fucti on than the ba m boo fo rest. T herefo re,it is p ropo sed that in the future the sh rub fo rest and m ixed w ood should be affo rested and m anaged firstly.Key words:fo rest types; s o il w a

9、ter; s o il po ro sity; w ater con servati on 森林具有保持水土、涵養水源、改善生態環境等功能 ,探討不同類型林地與涵 養水源功能的關系 ,對合理經營森林資源 ,改善水環境、實現水資源的科學管理和利 用具有重要意義 1 。本文選擇縉云山針闊混交林、常綠闊葉林、楠竹林和灌木林 林地 ,研究其水源涵養功能。1 研究地概況研究區縉云山位于重慶市北碚區境內 ,其地理坐標為北緯 2945東經, 10622。 最高處海拔 95115m,相對高差 600m。縉云山已被列為國家級自然保護區 ,屬典型的 中亞熱帶常綠闊葉林氣候帶 ,年均氣溫 1316,年平均降水量 1

10、61118mm,年平均蒸發 量 77711mm。土壤以酸性黃壤及水稻土為主。縉云山保護區內主要植被類型為常 綠闊葉林、暖性針葉林、竹林和常綠闊葉灌叢。主要樹種為馬尾松、杉木、香樟、 絲栗、華山松、四川大頭茶收稿日期 :2005210227基金項目 :國家“973計”劃“長江上游環境變化與產水產沙作用機 理”(2003CB41520-23、I N TERNA T I ONAL FOUNDA T I ON FOR SC IEN CE“The s patial variability of s oil w ater move m ent p roperties w ith m acropores i

11、n forestland in J inyun M ountain regi on inChina(W 3430-1”、國家“十五”科技攻關課題 “退耕還林工程區水源涵養型植被 建設技術研究與示范 ”(2001BA510B02-01資助作者簡介 :孫艷紅 ,女,生于 1979年,在讀碩士。主要研究方向為水土保持與荒漠化防治。 E-m ail:syhong7601015和山礬等 2 。在該自然保護區內選取針闊混交林、常綠闊葉林、楠竹林和灌 木林,對其土壤特性及其水源涵養功能進行研究。表 1 標準地基本情況林地類型海拔(m 坡向坡度 ( 起源齡級郁閉度針闊混交林 760 西北 1625天然 019

12、常綠闊葉林 825西北 26天然 019楠竹林 800西北 11天然 0185灌木 林860西北10天然01952 研究方法211 外業調查在針闊混交林、常綠闊葉林、灌木林和楠竹林 4 種林地類型進行標準地常規調 查 ,記錄其坡度、坡向、齡級、郁閉度等 ,各標準地基本情況如表 1。在標準地內選 擇有代表性的地段開挖土壤剖面 4 個,按土壤發生層次采取原狀土 ,每層重復 2 個,供室內分析用。在標準地對角線交點 及其四角處設面積為 20c m 25c m 的枯落物調查樣方 5 個,收集其全部枯落物供持 水量測定用。 212 枯落物持水量測定用室內浸泡法測定林下枯落物的持水量和最大持水率。首先,對

13、所采集的枯落物進行風干并稱其重量 ,然后將稱重后的枯落物原狀放入土壤篩 ,再將裝有枯落物的 土壤篩置入盛有清水的容器中 ,水面高于土壤篩的上沿 ,在水中浸泡至其重量不變為 止。枯落物最大持水率 (%=(浸泡后的枯落物質量 -干質量 干質量 100%枯落物持水量計算 :V =L C ,其中,V 枯落物持水量 (t hm 2;L 枯落物積 累量(t hm 2;C 枯落物最大持水率 (%。213 土壤持水量測定土壤含水量測定采用烘干法 ,土壤容重、土壤總孔隙度和土壤毛管孔隙度測定 采用環刀法 36,土壤有機質含量測定采用重鉻酸鉀容量法。采用下式計算出土壤 飽和蓄水量和土壤非毛管持水量土壤蓄水性能指標

14、 ,即:W t =10000p t h ,W o =10000p o h ,W c =10000p c h 其, 中,W t 土壤飽和 蓄水量 (t hm 2;W o 土壤非毛管持水量 (t hm 2;W c 土壤毛管蓄水量 (t hm 2;p o 土壤非毛管孔隙度 (%;p c 土壤毛管孔隙度 (%;p t 土壤總孔隙度 (%;h 土層厚度(m 。對于整個土壤剖面的土壤飽和蓄水量和土壤非毛管持水量等采用統計學上的加 權平均法計算。3 結果與分析311 不同林地類型土壤有機質含量從表 2中可看出 ,不同林地類型土壤有機質含量均為中上層明顯高于下層。不 同林地類型同層土壤比較 ,灌木林、針闊混交

15、林和常綠闊葉林各層土壤有機質含量均高于楠竹林。灌木林表土層有機質含量為楠竹林的 3175 倍,針闊混交林土壤有機 質也較高 ,為楠竹林的 2122倍,常綠闊葉林有機質含量為楠竹林的 1153 倍。而第二層土壤中有機質含量的變化趨勢是灌木林 楠竹林 針闊混交林 常綠闊葉 林 ,這可能是由于楠竹林的根系在這一層分布比較多所致。可見 ,不同林地類型對土 壤有機質狀況具有很大影響 ,并且對表土層土壤影響較大。灌木林地 ,植物種類豐富 , 枯落物量多 ,分解迅速 , 能很好地促進土壤有機質增加。而楠竹林地 ,植物種類單一 ,枯 落物量較少 ,土壤有機質含量低。 312 不同林地類型土壤容重與孔隙度在同一

16、氣候和土壤條件下 ,所覆蓋的植被類型不同 ,土壤的物理性質存在差異 ,反 映了土壤物理性質除了與其成土母質、氣候條件有密切關系外,且植被的作用不可忽視。植物主要通過以下 2 種途徑對土壤特性產生作用 ,一是通過改變光熱條件直 接影響土壤的發育環境 ,二是通過其根系和枯枝落葉回歸土壤而直接參與土壤的成 土過程。土壤容重和孔隙度是反映土壤物理性質的重要參數 ,兩者直接影響著土壤蓄水 和通氣性能。從表 2 可看出 ,4種林地類型土壤容重變動的總趨勢是隨著土層深度的 增加而增加 ,而土壤孔隙度則隨土層深度的增加而降低。從土壤容重的均值看,灌木林林地 針闊混交林林地 常綠闊葉林林地 楠竹林林地。不同林地

17、土壤容重變動范圍為 1120911471g c m 3就孔隙度來看 ,灌木林林地明顯大于楠竹林林地 , 總孔隙均值表現為 :灌木林林 地 針闊混交林林地 常綠闊葉林林地 楠竹林林地 ,不同林地土壤總孔隙度變動在 44132%55120%之間 ,其中表土層的最大 ,均在 52%以上 ,這與林地表層枯落物分解 腐爛后增加了腐殖質的含量 ,有利于表層土壤團粒結構的形成有關。01第 2 期孫艷紅等 :縉云山不同林地類型土壤特性及其水源涵養功能表 2 不同林地類型土壤的孔隙度和持水性林地類型土壤層次土壤容重孔隙度 (%飽和持水量非毛管持水量毛管蓄水量有機質含量(c m (g c m 3總孔隙非毛管毛管

18、(t hm 2(t hm 2(t hm 2(%針闊混交林081105162196151934710350316813614367128416285711394501421213238110247015822517224418801695799115114914312127 371162076106783.0129310601399912311716381148173291419151361371277811601 1201231141850124121313719319041485721521331196114常6 綠闊葉林01111184581921414844144648112127155

19、201623118114311389441612173119 1427126031982313001343101116894012391913013223331345151218181140108101 115115294214491993214559411618313410186011011511448461551117734178186 810047918513881150192楠竹林06112445210212143916231211272142391722108646114584416101263413417 84.06341911491101114680115383812381929

20、1331758158337.014211580132801101 1642421449183216412731219918107314001201101147144132101343319817481394 6917912781600193灌木林02501732731331619456139183312423151409177179255711174571851412143 1641851134541713961611415713011458451291114333186330612834152471170129 0130112095512013123411972664180661197200

21、21832160表 3 不同林地枯落物持水能力林地類型枯落物厚度枯落物蓄積量最大持水量最大持水率(c m (t hm 2(t hm 2(%針闊混交林 3151612947110289113常綠闊葉林 3141718443120242115楠竹林1141612133140206105灌木林 4153214280160248161313 不同林地類型枯枝落葉涵養水源效益枯枝落葉層是林地結構中重要的組成部分 ,是林地水文效應的第二活動層 ,對改善土壤結構具有重要的作用 7。同時 ,它也是土壤 有機養分的重要來源之一。林地涵養水源和保持水土的作用。最重要的部分是借助 林下地表的枯落物。枯落物不僅能很好

22、地防止雨滴直接沖擊地面 ,還可增加地表粗糙度 ,并且枯落物自身也有很好的吸水特性 ,不同的林地類型下的枯落物量差別較大。由表 3 可知,灌木林 的枯落物蓄積量高達 32142t hm 2,而楠竹林的枯落物為 16121t hm 2,兩者相差 2 倍。4種林地類型枯落物蓄積量由多到少依次是灌木林、常綠闊葉林、針闊混交 林、楠竹林。這是由于灌木林樹種組成多 ,郁閉度大 , 而楠竹林樹種組成單一。枯落物的持水能力多用干物質的最大持水量和最大持水率來表示 ,其值的大小 與林分類型、林齡、枯落物的組成、分解狀況、累積狀況等有關8,9。最大持水率的順序為針闊混交林 (289113%灌木林(248161%常

23、綠闊葉林 (242115%楠竹林 (206105%(見表 3。持水率的大小與枯落物的特性有關 ,針闊混交林中的枯落物可能 因分解速度、葉片大小及表層特性更有利于吸水能力的提高,所以持水率較高。枯落物的最大持水量為灌木林 針闊混交林 常綠闊葉林 楠竹林。最大持水量反映了 林地持水能力 ,可知 ,灌木林林地枯落物持水能力優于針闊混交林和常綠闊葉林等。 314 不同林地類型土壤蓄水能力土壤蓄水能力是評價水源涵養、調節水循環的主要指標之一 10 。從土壤保水 能力看 ,毛管孔隙中的水分可以長時間保持在土壤中 ,主要用于植物根系吸收和土壤 蒸發。從土壤蓄水能力看 ,非毛管孔隙能較快容納降水并及時下滲 ,

24、更加有利于涵養 水源。不同的植被類型土壤非毛管的孔隙度不同 ,林地的蓄水能力不一樣。表 4 不同林分的土壤持水和蓄水特征值 mm 林地飽和非毛管前期涵蓄毛管 有效涵蓄類型蓄水量持水量持水量降水量蓄水量降水量針闊混交林 1901457152121163681771331211157常綠闊葉林1861847199128124581561381810156楠竹林 174184619811812456156127199166灌 木林2661486612180163851852001319167土壤非毛管孔隙持水量作為評價林地土壤水源涵養能力的重要指標 ,不同林地 之間的差別較大。 4種類型的土壤非毛管

25、持水量由大到小依次是灌木林 (6612mm 針闊混交林 (57152mm 常綠闊葉林 (47199mm 楠竹林 (46198mm 。各林地整個土壤剖面土壤飽和蓄水量有較大差異 ,表現為灌木林土壤飽和 蓄水量最好 ,為 266148mm ;針闊混交林較好 ,為 19014mm ;常綠闊葉林次801水土保持學報第 20 卷之,為 18618mm ;楠竹林最差 ,為 17418mm 。灌木林土壤飽和蓄水量比楠竹林的 多 5214%。灌木林地土壤貯蓄水分和調節水分的潛在能力明顯高于楠竹林地。同 時 ,土壤蓄水性能的提高將使土壤具有更大的接納降雨能力 ,從而為灌木林生長提供 更為良好的土壤水分環境。因此

26、 ,在重慶縉云山土壤水源涵養功能最強的是灌木林 最小的是楠竹林。土壤蓄水性能與土壤前期含水量密切相關 ,當土壤濕度大時 ,土壤蓄水量減少 ,即 使降雨量很小 ,也會產生地表徑流 ;因此 ,把飽和蓄水量與土壤前期含水量之差作為衡量土壤涵蓄降水量的指標 11 。整個剖面土壤涵蓄降水量最大為灌木林 (85185mm , 其次為針闊混交林 (68177mm 、常綠闊葉林 (58156mm ,楠竹林(56156mm 最差。該 山區土壤飽和蓄水量以毛管蓄水量為主 ,故毛管蓄水量與土壤土壤前期含水量之差 更反映土壤的蓄水特性 ,稱其為有效涵蓄量 11, 不同林地的大小表現與土壤涵蓄降 水量一致 (表 4。有

27、效涵蓄量大 ,有利于減少地表徑流 ,減少降水的無效損失和表土流 失。4 結論和討論(1 不同林地類型對土壤有機質狀況有很大影響 ,其對中上層土壤影響較大。同 層土壤比較 ,灌木林、針闊混交林和常綠闊葉林 3 種林地,各層土壤有機質含量均高于楠竹林。灌木林表 土層有機質含量為楠竹林的 3175 倍 ,針闊混交林土壤有機質也較高 ,為楠竹林的 2122倍,常綠闊葉林有機質含量為楠竹林的 1153 倍。(2 土壤容重的均值為 :灌木林林地 針闊混交林林地 常綠闊葉林林地 楠竹林 林地。不同林地土壤容重變動范圍為 1120911471g c m 3土壤總孔隙度均值表現為 :灌木林林地 針闊混交林林地

28、常綠闊葉林林地 楠竹 林林地 ,不同林地土壤總孔隙度為 44132%55120%。不同林地類型枯落物蓄積量由多到少依次是灌木林、常綠闊葉林、針闊混交 林、楠竹林 ,灌木林的枯落物蓄積量高達 32142t hm 2,而楠竹林的枯落物為 16121t hm 2,兩者相差 2 倍。最大持水率大小順序為 :針闊混交林 (289113%灌木林 (248161%常綠闊葉林 (242115%楠竹林(206105%,最大持水量為 :灌木林針闊混交林常綠闊葉林 楠竹 林。最大持水量反映了林地持水能力 ,由此可知 ,灌木林林地枯落物持水能力優于針 闊混交林和常綠闊葉林。(34種類型的土壤非毛管持水量是灌木林 (6612mm 針闊混交林 (57152mm 常 綠闊葉林 (47199mm 楠竹林 (46198mm 。灌木林土壤飽和蓄水量最好 ,為 266148mm ;針闊混交林較好 ,為 19014mm ;常綠闊葉林次之 ,為 18618mm ;楠竹林最差 ,為 17418mm 。灌木林土壤飽和蓄水量比 楠竹林的多 5214%。可見 ,在重慶縉云山土壤水源涵養功能最強的是灌木林 ,最小的 是楠竹林。從土壤涵蓄降水量和有效涵蓄量 2 個指標來看 ,灌木林對水分的貯蓄和 調節能最好 ,分別為 85185mm 和 19167mm ,楠竹林對水分的貯蓄和調節能力最差 ,分 別為 56156mm 和 9166