尾巨桉不同连栽代数林地土壤水文-物理性质的研究

生态环境2007,16(2):[e-mail]基金项目：教育部留学回国人员科研启动基金项目（教外司留[1997]832）；广西教育厅资助项目作者简介：黄承标（1948－），男（壮族），副教授，主要从事森林生态水文气象方面的研究。E-mail:[e-mail]收稿日期：2006-09-03尾巨桉不同连栽代数林地土壤水文-物理性质的研究黄承标，温远光，莫炯松广西大学林学院，广西南宁530004摘要：土壤水文-物理性质是森林生态系统水文生态功能研究的重要组成部分，但对于巨尾桉人工林不同连栽代数水文_物理性质的研究少见报导。本文于2001—2005年在广西东门林场尾巨桉不同连栽代数(1,2,3代)人工林中进行土壤水文-物理性质的测定。结果表明：①不同代数土壤容重均随土层深度的增加而递增，其递增量为0.0060~0.2804g·cm-3；造林后的土壤容重一般比造林前小0.0043~0.3148g·cm-3；相同土层的多年平均容重显示出3代1代2代,但差异不显著。②不同代数土壤总孔隙度的多年平均值一般随土层深度的增加而递减；造林后土壤总孔隙度随林龄增加有所递减；总孔隙度平均值显示出2和1代略大于3代的规律。③造林后的第4年，不同代数土壤持水量（最大、毛管、田间）比造林前有所增加，以后一般随林龄的增加有所递减；1m土层贮水量的多年平均值变动在833.2~1100.8t·hm-2之间，显示出3代大于1和2代的规律。④不同代数土壤通气度的多年平均值变动在12.5%~24.0%之间，并随土层深度的增加而降低；相同层次土壤通气度随着代数增加而减小。关键词：尾巨桉；连栽；土壤水文-物理性质；广西东门林场中图分类号：S715文献标识码：A文章编号：1672-2175（2007）02-0538-05土壤水文-物理性质是森林生态系统水文生态功能研究的重要组成部分。它主要是指在大气降水到达土壤表层后，由重力、分子吸引和毛管力等作用保持在林地土壤中的水分，它不仅是森林植物养分转运的载体和溶剂等的来源，同时是土壤径流的供源[1]。林地土壤的水分状况与气候、植被、土壤性质等自然因素有关，它对森林的生长起着重要的调节和制约作用，而森林也会对周围环境的气候条件和林地土壤水分亦会产生影响[2,3]。森林土壤水文-物理性质，包括土壤容重、比重、孔隙度（毛管和非毛管孔隙度）及各种持水量等[1]。本文通过对广西国营东门林场尾巨桉（Eucalyptusurophylla×E.grandis）人工林的不同连栽代数（1,2,3代）造林前后的土壤容重、孔隙度、持水量、通气度等进行定位监测，定量地分析尾巨桉人工林不同连栽代数土壤水分的动态特征，旨在揭示森林与水分的关系，并为有效地控制与改善林地水分状况、提高林地生产力、科学经营林分等提供必要的理论依据和基础数据。1研究区自然概况研究区位于广西南宁市西南部约80km的低丘地带，海拔80~130m，坡度为8°~12°,地理坐标在22°17′~22°30′N，107°14′~108°00′E。据扶绥县气象站（海拔88.2m）的气候资料，年平均气温21.9℃，最冷月（1月）平均气温13.2℃，最热月（7月）平均气温28.4℃，极端最高温度41.0℃，极端最低温度-1.9℃，全年≥10℃的年积温7590℃，全年无霜日361.9天。年均降雨量1222.7mm，其中5~9月雨量占全年总雨量的73.63%；蒸发量1675.4mm，除夏季（6—8月）比降雨量略小外，其他月份分别比同期降雨量增大20.1~270.0％；年均相对湿度75%；年均日照时数1715.0h；年均风速1.8m.s-1，属南亚热带季风气候区。土壤以砂页岩发育的赤红壤为主，质地粘重，土层厚度80cm以上，pH值4.5~5.6之间。2研究方法2.1试验样地的设置及概况选择土壤类型（砂页岩、赤红壤）、海拔（86~110m）及坡度（7°~11°）等立地因子基本相似的地段，分别设置1、2、3代尾巨桉林地作为固定标准样地，样地面积为20m×30m，于造林前后进行定位监测。原森林植被经砍伐后炼山、机耕，全垦、穴植、施肥、抚育等管理措施一致，各代数均于1998年4月造林。林下灌木层主要种类有山油麻(Tremadielsiana)、潺稿树(Litseaglutinosa)、路边青(Clerodendrumbungei)、三叉苦(Evodialepta)等；草本主要种类有五节芒(Miscanthusfloridulus)、白茅(Imperatacylindrica)、飞机草(Eupatoriumodoratun)等。样地概况见表1（下页）。2.2土壤水文-物理性质的测定在各样地面积为20m×30m中，划分成均等面积的6个小样方，每个小方块100m2，然后分别选黄承标等：尾巨桉不同连栽代数林地土壤水文-物理性质的研究539取1、3、5序号挖土壤剖面，每个土壤剖面按0~20cm，20~40cm，40~100cm三个土壤层次，用100cm3不绣钢环刀采集土样，每个土壤层次取3个重复样品带室内。按国颁标准测定与计算土壤水文-物理性质[4,5]，数据运用数理统计方法[6]进行统计与分析。3结果与分析3.1土壤容重的比较土壤容重是土壤物理性质的重要指标，其大小反映土壤透水性、通气性和根系伸展时的阻力状况。从表2可看出，尾巨桉人工林不同连栽代数1m深度的土壤容重变化在1.0066~1.4625g·cm-3之间，随土层深度的增加而递增，其递增量为0.0060~0.2804g·cm-3。存在这一规律的原因主要是土壤中的有机质含量随深度增加而减少，而矿质比例则随深度增加而递增所致。各代数土壤容重的年际变化表现各异，其中第3代相对较稳定，造林前后相差不明显，其平均变异系数为2.22％；而第1、2代相对波动较大，为5.05~6.37％，并随林龄的增大呈现波浪式递减趋势。这是森林植被恢复过程中对土壤物理性质起到改良作用的结果。各连栽代数相同层次的多年平均土壤容重显示第3代（1.1484~1.3829g·cm-3）第1代（1.1357~1.3363g·cm-3）第2代（1.1126~1.3345g·cm-3），但不同代间没有达到显著差异(P0.05)，这一测定数值与田大伦等[5]对湖南樟树人工林（海拔50~200m，土层80cm）的土壤容重（1.431~1.754g·cm3）低，其标准差及变异系数都较小，这可能与不同的土壤发育环境和不同土类有关。就变异系数而言，显示出第1代（4.33％~10.20％）第2代（2.40%~8.29％）第3代（3.44％~3.80％）的规律，也就是说，土壤容重的变幅大体随连栽代数的增加而趋于稳定。再从土壤容重随深度的变异系数来看，各连栽代数均以0~40cm深度的变幅较大，为3.44%~10.20％，而40~100cm深度的变幅较小，为2.40%~5.78％。3.2土壤孔隙度的比较土壤孔隙度是土壤中养分、水分、空气以及微生物、植物根系等的通道、贮藏库和活动的场所，其组成可以直接影响土壤通气透水性以及水、肥、气、热及微生物活性等的调节功能，是反映整个土体结构状况和衡量土壤肥力的重要指标[7]。一般来说，当土壤中大小孔隙同时存在，总孔隙度在50%左右，其中非毛管孔隙占1/5~2/5为好，这种情况使得土壤的通气性、透水性和持水能力比较协调。一般情况下，若土壤非毛管孔隙度小于10%时，便不能保证通气良好[6]。表1广西东门林场尾巨桉人工林不同连栽代数的样地概况Table1Theconditionsof1,2,3rotationsinEucalyptusurophylla×E.grandiscontinuousplantations代数密度/hm-2林分平均树高/m林分平均胸径/cm林下灌草植物*枯枝落叶现存量*/(t·hm-2)2001年11月2003年11月2005年8月2001年11月2003年11月2005年8月高度/cm盖度/%1138014.818.018.69.211.712.11209013.332145013.917.518.28.711.111.91007011.283142514.418.019.48.810.813.11108513.40注：*为2005年8月测定表2广西东门林场尾巨桉人工林不同连栽代数土壤容重的比较Table2ComparisonofsoilbulkdensitiesinvariousrotationsunderE.urophylla×E.grandisplantations林分代数土层/cm土壤容重/(g·cm-3)1998年*2001年2003年2005年平均标准差变异系数/％10~201.13911.09871.21471.09041.13570.04924.3320~401.41951.10471.38041.19361.27460.130010.2040~1001.42671.29791.39031.23021.33630.07725.78平均1.32841.16711.32851.17141.24890.07966.3720~201.21381.00661.14971.08031.11260.07736.9520~401.31371.04071.19891.15831.17790.09768.2940~1001.36841.32361.28721.35891.33450.03202.40平均1.29861.12361.21191.19921.20830.06215.0530~201.16931.16501.08051.17881.14840.03953.4420~401.35481.22031.26651.29541.28430.04883.8040~1001.38991.39041.35881.46251.40040.05233.73平均1.30471.25861.23531.31221.27770.02842.22*表中1978年为造林前测定数据（以下同）540生态环境第16卷第2期（2007年3月）从表3可见，各连栽代数1m深度的土壤总孔隙度变动在45.7%~66.2%之间，从平均值来说，显示第2代（56.7%）和第1代（56.4%）略大于第3代（54.1％），且大体随土层深度的增加有所降低。这一数值与田大伦等[5]对湖南樟树人工林的土壤总孔隙度（41.116%~79.134％）相当。各连栽代数的毛管孔隙度变动在29.0%~55.3%之间，其多年平均值显示出第2代（48.9％）第1代（46.5％）第3代（41.8％），与总孔隙度变化趋势相似。非毛管孔隙度变动在5.1%~20.5%之间，大体随土层的增加有所降低，其平均值显示出第3代（12.3％）第1代（9.9％）和第2代（9.8％）的规律，与总孔隙度变化趋势略有不同。统计结果显示，各连栽代数土壤孔隙度（毛管、非毛管及总孔隙度）的变异系数在5.2%~36.5%之间（表中省略），其中以非毛管孔隙度的变异系数较大，为14.9%~36.5%。总孔隙度和毛管孔隙度的变异系数较小，为5.2%~17.0%。各连栽代数土壤毛管孔隙及非毛管孔隙的年际变化趋势表现各异，其中非毛管孔隙度大体随林龄的增大递增；而毛管孔隙度在造林后第4年比造林前有所增大，以后则随林龄的增大逐渐下降，并恢复到造林前的状态。3.3土壤持水量的比较土壤持水量包括最大持水量、毛管持水量及田间持水量等水分常数，其数值的大小与自身的土壤厚度、孔隙度及容重大小密切相关。从表4可以看出，在1m土层中，各连栽代数的土壤持水量包括最大持水量、毛管持水量及田间持水量平均值的变化规律相一致，其多年平均值均表现出第2代第1代第3代的规律，并随土层的增加有所降低。统计结果显示，各连栽代数持水量（最大、毛管、田间）的变异系数在4.7%~20.8%（表中省略），其中以0~40cm土层的变异