粤北不同林龄杉木人工林下土壤层及枯落物层持水能力研究

粤北不同林龄杉木人工林下土壤层及枯落物层持水能力研究邓厚银;晏姝;王润辉;胡德活;郑会全;韦如萍;梁机【摘要】[目的]为了研究粤北地区不同林龄杉木人工林土壤层及枯落物层水源涵养能力情况,并对粤北杉木人工林质量提升和生态改善提供依据.[方法]以广东韶关市3个林场中的杉木幼龄林(7～8年)、中龄林(16～18年)、近熟林(23～25年)为试验对象,采用环刀浸泡法和室内浸泡法对其林下土壤及枯落物持水能力进行比较.[结果]0～30 cm土层土壤容重大小表现为幼龄林(1.22 g/cm3)＞中龄林(1.17 g/cm3)＞近熟林(1.14 g/cm3),毛管孔隙度大小表现为幼龄林(39.66％)＞中龄林(34.04％)＞近熟林(32.93％),土壤有效持水量大小表现为幼龄林(650.70 t/hm2)＞近熟林(627.60 t/hm2)＞中龄林(619.78 t/hm2),但差异均不显著.枯落物有效拦蓄量大小为中龄林(11.01 t/hm2)＞近熟林(10.95 t/hm2)＞幼龄林(4.04 t/hm2),且中龄林显著高于幼龄林.回归分析表明枯落物在浸水0.5 h内吸水速率最大,其后迅速降低,至12h时持水量达到稳定;枯落物持水量与浸泡时间成对数关系(R2＞0.92),其吸水速率与浸泡时间成幂函数关系(R2＞0.97),且吸水速率均表现为近熟林＞中龄林＞幼龄林.[结论]不同林龄杉木人工林土壤层持水能力表现为幼龄林＞近熟林＞中龄林,枯落物层持水能力表现为近熟林＞中龄林＞幼龄林.【期刊名称】《广东农业科学》【年(卷),期】2019(046)002【总页数】8页(P51-58)【关键词】杉木;林龄;土壤;枯落物;涵养水源;持水量【作者】邓厚银;晏姝;王润辉;胡德活;郑会全;韦如萍;梁机【作者单位】广西大学林学院,广西南宁530004;广东省森林培育与保护利用重点实验室/广东省林业科学研究院,广东广州510520;广东省森林培育与保护利用重点实验室/广东省林业科学研究院,广东广州510520;广东省森林培育与保护利用重点实验室/广东省林业科学研究院,广东广州510520;广东省森林培育与保护利用重点实验室/广东省林业科学研究院,广东广州510520;广东省森林培育与保护利用重点实验室/广东省林业科学研究院,广东广州510520;广东省森林培育与保护利用重点实验室/广东省林业科学研究院,广东广州510520;广西大学林学院,广西南宁530004【正文语种】中文【中图分类】S715【研究意义】涵养水源是森林生态系统的重要功能，其主要表现在调节径流量、净化水质和增加水资源等方面，在恢复生态中发挥着重要作用［1］，其发生层主要包括土壤层、枯枝落物层、林冠层［2-3］。

首先，土壤层水源涵养能力的调节占综合调节能力的90%以上，可储藏大量雨水，一部分雨水储藏于土壤毛管孔隙中，供林木使用；另一部分雨水通过非毛管孔隙下渗，形成地下径流，利于涵养水源，对生态系统水分循环意义重大［4］。

其次是枯枝落叶层的水源涵养调节作用［5］，枯落物层可防止土壤溅蚀、减少地表径流、增强土壤抗冲性［6-7］。

因此，研究土壤层与枯枝落物层持水特性对森林生态系统中水分循环和水量平衡具有重要的意义。

【前人研究进展】诸多学者在不同区域、不同尺度对多种森林类型的土壤层与枯枝落物层的持水性能做了研究［8-12］。

例如，刘璐璐等［13］研究表明，不同林龄比较，幼龄林对水源涵养贡献率最高、达45.95%。

蒋丽伟［14］认为枯落物层蓄水拦截主要发生在降水初期，对于调控降水再分配、减轻土壤侵蚀和流失有重要的作用。

胡静霞等［15］认为阔叶林涵养水源功能优于针叶林，土壤层的持水能力强于枯落物层。

由于我国森林类型多种多样、地形地貌复杂、气候条件差异明显，使得国内不同地区森林水源涵养功能存在较大差异。

【本研究切入点】杉木（Cunninghamia lanceolata）是我国南方主要的造林用材与生态树种之一［16-17］，其人工林面积约占全国人工林面积的21.4%［18-19］，广东境内现有杉木栽培面积83.28万hm2、占乔木林总量的9.52%，可见杉木在广东林业生产中占有举足轻重的地位。

韶关是广东省重点林区以及广东用材林、水源林和重点毛竹基地，被誉为华南生物基因库和珠江三角洲的生态屏障。

韶关也是广东省杉木中心产区，该地区属中亚热带湿润性季风气候，杉木生长迅速，一般15～20年可成材，且材质好，驰名省内外。

因此，研究韶关地区杉木林涵养水源具有十分重要的生态意义。

【拟解决的关键问题】本文以粤北不同龄林杉木人工林为研究对象，采用环刀浸泡法和室内浸泡法分析该区杉木人工林土壤层及枯落物层的水源涵养能力，可反映研究区不同龄林阶段杉木人工林涵养水源功能的差异，以期揭示该区不同林龄杉木人工林土壤层及枯落物层的持水特性及其变化规律，为制定合理有效的经营管理措施和抚育措施提供一定的理论依据。

1 材料与方法1.1 研究区概况研究区位于广东省韶关市（112°53′～114°45′E、23°53′～25°31′N）韶关林场、乐昌林场和龙山林场，海拔100～200 m，地处南岭山脉南部；试验地地貌以山地丘陵为主，土层深厚，年平均气温18.8～21.6℃，多年平均雨量1 400～2 400 mm，无霜冻期310 d，年平均日照时数1 468～1 892 h，年积温平均为6 862.0～7 884.0℃，光、热、水资源丰富。

1.2 研究方法1.2.1 标准地设置在研究区中选择立地条件相似的杉木人工林幼龄林（7～8年）、中龄林（16～18年）、近熟林（23～25年），标准地大小为20 m×20 m，3次重复。

供试杉木林基本情况见表1。

表1 供试杉木林基本情况Table 1 The basic situation of the tested Chinese fir plantations林龄Stand age坡度Slope坡向Slope aspect平均胸径Average DBH（cm）平均树高Average tree height（m）郁闭度Canopy density林下植被盖度Underforest vegetation coverage（%）林下植被Understory vegetation幼龄林Young forest 15° 南向 8.5 11.1 0.85 50 构树、毛叶榕、狗尾草、杜茎山、玉叶金花、求米草蕨类、细叶圆藤、三叶岸爬藤、尖叶清风藤中龄林Middle-aged forest 18° 东南向 17.8 15.5 0.95 45 三桠苦、野桐毛、叶榕野、牡丹、鸭脚木、玉叶金花漫山秀竹、蓬蘽、狗肝菜、弓果黍、蕨类、菝葜近熟林Near-mature forest 17° 南向 23.7 18.5 0.90 55 三桠苦、五指毛桃、构树、杜茎山、野牡丹、鸭脚木玉叶金花、狗肝菜、蕨类、菝葜、细叶圆藤、弓果黍1.2.2 土壤物理性质与水分含量测定 2017年9月，在标准样地中，按上、中、下坡部位（远离树根）分别挖取3个土壤剖面，在0～30 cm层中间位置各用环刀取样。

采用环刀浸泡法计算土壤容重、总孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度、自然含水量、最大持水量、毛管持水量和有效持水量等指标［20］，各指标计算公式如下：土壤容重（g/cm3）=环刀内干土质量/环刀容积毛管孔隙度（%）=毛管持水量×土壤容重/水的密度×100非毛管孔隙度（%）=（最大持水量-毛管持水量）×土壤容重/水的密度×100总孔隙度（%）=毛管孔隙度+非毛管孔隙度自然含水量（%）=（铝盒内湿土重-铝盒内干土重）/铝盒内干土重×100式中，Pt为土壤中孔隙度（%），Pr为毛管孔隙度（%），Pe为土壤非毛管孔隙度（%），h为土层厚度（m）。

1.2.3 枯落物蓄积量测定按五点法在每个标准地内布设1 m×1 m小样方，在小样地内收集全部枯落物并现场称重；分别对枯落物进行取样，带回实验室在85℃恒温箱中烘干至恒重，由干质量/鲜质量计算含水率，由此推算枯落物蓄积量。

1.2.4 枯落物持水性测定采用室内浸泡法测定枯落物持水特性，将烘干后枯落物取样装入细网尼龙袋中，完全浸没于盛有清水的容器中；将枯落物浸入水中后（网袋之间尽量不要碰在一起），浸泡0.5 h后，将枯落物连同网袋一并取出，静置5 min，直至枯落物不滴水为止，迅速称枯落物的湿重；之后，分别浸泡1、2、4、6、12、24 h，将枯落物连同网袋一并取出静置后称重，方法同上。

由此计算枯落物在不同浸水时间的持水率、吸水速率和持水量，每个标准地重复3次。

一般情况下，枯落物浸水24 h的持水量为最大持水量，此时的持水率为最大持水率［21］。

根据枯落物蓄积量、自然持水率、最大持水率可推算其有效拦蓄量，参照庞梦丽等［22］方法计算枯落物持水量、枯落物持水率和有效拦蓄量：枯落物持水量（t/hm2）=枯落物湿质量-枯落物干质量枯落物持水率（%）=（枯落物持水量/枯落物干质量×100枯落物有效拦蓄量（t/hm2）=（0.85×最大持水率-自然持水率）×枯落物蓄积量［7，23］枯落物吸水速率=即时持水量/浸泡时间1.3 数据处理采用Excel 2010和SAS 9.4对数据进行方差分析、相关性分析和回归方程的显著性检验。

2 结果与分析2.1 粤北不同林龄杉木林土壤物理性质分析由表2可知，不同林龄段杉木林间土壤容重、总孔隙度和毛管孔隙度差异均不显著，土壤容重表现为近熟林＞中林龄＞幼龄林，变化范围在1.14～1.22 g/cm3；总孔隙度表现为幼龄林＞中龄林＞近熟林，毛管孔隙度表现为幼龄林＞中龄林＞近熟林。

幼龄林非毛管孔隙度显著大于中龄林，表现为幼龄林＞近熟林＞中龄林。

表2 粤北不同林龄杉木林土壤物理性质比较Table 2 Comparison of soil physical properties of Chinese fir plantations with different stand ages in northern Guangdong注：同列数据后小写英文字母不同者表示差异显著。

Note: The different lowercase letters in the same column represent significant differences.林龄Stand age容重Bulk density（g/cm3）总孔隙度Total porosity（%）毛管孔隙度Capillary porosity（%）非毛管孔隙度Non-capillary porosity（%）非毛管孔隙度/毛管孔隙度Non-capillary porosity/Capillary porosity幼龄林Young forest 1.14±0.08a 57.14±2.93a 35.45±3.11a21.69±1.29a 0.61中龄林Middle-aged forest 1.17±0.01a 55.73±0.28a35.07±1.02a 20.66±1.90b 0.59近熟林Near-mature forest 1.22±0.02a53.85±0.73a 32.93±7.72a 20.92±7.39a 0.642.2 粤北不同林龄杉木林土壤持水能力分析从表3可以看出，不同林龄杉木林间土壤自然含水量、最大持水量、毛管持水量和有效持水量差异均不显著。