安徽大别山库区不同林分类型的土壤特性及其水源涵养功能

水土保持学报

Journal of So il and W ater Con servati on

V o l.17N o.3

Sep.,2003

安徽大别山库区不同林分类型的土壤特性及其水源涵养功能Ξ

王　勤1,张宗应2,徐小牛1

(1.安徽农业大学森林利用学院,合肥230036;2.合肥林业学校,合肥230031)

摘要:对安徽大别山库区7种不同林分土壤理化性质、凋落物持水量以及林地土壤贮水性能等进行了研究。结果

表明,不同林分的土壤理化性质及其水源涵养功能差异明显。在相同的立地条件下,天然次生林和混交林具有更

好的维持地力作用和更高的水源涵养功能。依据林地总贮水量的大小,7种林分的水源涵养功能依次为:天然次生

林(2360.3t hm2)>杉木黄山松混交林(2318.3t hm2)>马尾松枫香混交林(2193.2t hm2)>杉木林(2121.3

t hm2)>黄山松林(2055.1t hm2)、马尾松林(2053.0t hm2)>板栗林(2002.0t hm2)。

关键词:混交林;　水源涵养;　天然次生林;　土壤渗透性能

中图分类号:S714.7;S727.21　　　文献标识码:A　　　文章编号:100922242(2003)0320059204

So il Properti es and W a ter Con serva ti on Functi on of D i fferen t Forest Types

i n Dabi eshan D istr i ct,Anhui

WAN G Q in1,ZHAN G Zong2ying2,XU X iao2n iu1

(1.Colleg e of F orest U tilization,A nhu i A g ricu ltu ral U niversity,H ef ei230036;2.H ef ei F orestry S chool,H ef ei230031) Abstract:A n investigati on on s o il p roperties,w ater2ho lding capacity of litter and s o il fo r seven fo rest types w as conducted in D abieshan district,A nhui P rovince.R esults from the study show ed that there ex isted sign ifican t dif2 ferences in s o il p roperties and w ater con servati on functi on a mong fo rest types.U nder the si m ilar site conditi on, the secondary fo rest and the m ixed p lan tati on s had greater w ater con servati on functi on and better m ain tenance of s o il fertility than the pure stands did.Based on the to talw ater2ho lding capacity of litter and s o il(0～50c m),the o rder of the w ater con servati on functi on fo r the seven fo rest types w as:secondary fo rest(2360.3t hm2)> m ixed stand of C unning ha m ia lanceolata and P inus tai w anensis(2318.3t hm2)>m ixed stand of P inus m assoniana and L iqu id a m bar f or m osana(2193.2t hm2)>C.lanceolata stand(2121.3t hm2)>P. tai w anensis,and P.m assoniana stands(2055.1,2053.0t hm2)>C astanea m allissi m a stand(2002.0t hm2). Key words:m ixed fo rest;　w ater con servati on functi on;　secondary fo rest;　s o il perco lati on capacity

森林的水源涵养功能是森林生态系统的重要功能之一,不同森林类型由于其树种生物学特性与林分结构的不同,其林分的水源涵养效应存在一定的差异[1～4]。森林群落的地上部分通过截留降雨,能削弱降雨侵蚀力,降低径流冲刷力。但是林木地上部分的持水量通常仅占林分水源涵养能力的15%以下;而森林土壤则是森林涵养水源的主体[3,5,6]。林地土壤是一座天然的大水库,降雨能沿着土壤空隙下渗,成为土壤贮水和地下径流,从而表现出林分涵养水源和保持水土的功能。

安徽大别山是我国著名的库区,其间分布着5大水库,即梅山、响洪甸、佛子岭、磨子潭和花凉亭水库,以及淠史杭灌溉枢纽,5大水库的总库容达100亿m3。同时,大别山区还是安徽省水土流失最严重的地区,水土流失面积达67万hm2,占该地区面积的33.1%。因此,保护大别山区的森林植被,提高森林植被的生态功能,特别是涵养水源和保持水土的功能,在大别山库区的生态林业建设中具有十分重要的作用,是保障水库和淠史杭灌区安全、使其发挥长期效益的根本保证。鉴于此,我们对大别山库区不同森林类型的土壤特性及其水源涵养性能等进行了调查分析,旨在为大别山库区的森林经营,特别是提高森林的生态防护效能提供依据。

1　调查地区概况

调查地区分别选在霍山县境内的佛子岭水库和金寨县境内的梅山水库上游地段。属亚热带北缘,年均气温15℃,极端高温和低温分别为43.3℃和-17.4℃;年降雨量为1200～1400mm。土壤系花岗片麻岩风化母质上

Ξ收稿日期:2003203227

基金项目:国家教育部留学回国人员科研启动基金项目([2002]14)的部分内容

作者简介:王勤,女,生于1962年,工程师。主要从事林木生态与养分循环方面的研究,发表论文10余篇。

发育起来的山地黄壤,土层较厚,多在70c m以上,理化性状较好。其地带性植被在低海拔山地(400m以下)为常绿落叶阔叶混交林,而海拔400m以上的山地多为落叶阔叶林。

2　研究方法

2.1　标准地设置与调查

在全面踏查的基础上,选择代表性林分设置调查研究标准地,标准地面积为20m×20m或25m×25m。调查林分包括黄山松林、马尾松林、杉木林、黄山松杉木混交林、马尾松枫香混交林、板栗林和天然次生落叶阔叶林等。同一调查地的各标准地立地条件(包括坡度、微地形、海拔高、土壤类型等)相对一致。对标准地进行每木检尺,实测林木胸径、树高和冠幅等,各林分的生长状况详见表1。同时调查林下植被、地表凋落物层蓄积量和土壤特性。

表1　调查林分的生长状况

林分类型树　种郁闭度平均胸径平均树高平均冠幅密度胸高断面积

调查地点(c m)(m)(m)(株 hm2)(m2 hm2)

混交林

杉木0.8016.811.72.11117026.9

黄山松14.510.81.6599016.7霍山县佛子

纯　林

杉木0.7513.910.32.25232536.8岭水库上游黄山松0.7014.211.51.95234037.5

混交林马尾松0.8014.210.52.85122519.7

枫香10.811.83.558257.8金寨县梅山

纯　林马尾松0.7011.19.92.85242523.2水库上游

　　天然次生阔叶林0.659.67.9-282020.9板栗林0.4514.34..65750-

　　林下植被调查采用小样方法,即在标准地内按机械随机方式设置1m×1m的小样方5个,主要调查其组成种类、盖度及生长情况。同时收集样方内的全部凋落物,按未分解、半分解和全分解分类称重,并取样测定其持水率和持水量。

土壤调查采用剖面法,在各标准地内随机设置主、副土壤剖面2个,详细观察并记载各剖面特征,用环刀法分别按0～20c m和20～50c m取自然状态土样,重复3次,带回室内用于土壤物理性分析。同时,按土层取混合土样用于测定其化学性质。

2.2　含水量的测定和土壤养分分析

2.2.1　凋落物的持水量和持水率的测定　将所提取的凋落物各组分的样品精确称重(w1)后,置于烘箱中在80℃下烘至恒重后称重(w2),凋落物的持水量(W C,g)和持水率(W R,%)按下式计算[7,8]:

W C=w1-w2,　W R=(w1-w2)×100 w2

　　再将烘干后的凋落物装入纱布袋中置于水中浸泡24h,取出将其空干(以无水滴滴下为标准)后称重(w3),则凋落物的最大持水量(W CM,g)和最大持水率(W RM,%)为[7,8]:

W CM=w3-w2,　W RM=(w3-w2)×100 w2

2.2.2　土壤持水量和持水率的测定　利用环刀法所取的原状土样,根据常规分析方法[9],测定土壤自然含水量、毛管持水量和最大持水量。

2.2.3　土壤养分分析　土壤有机质采用硫酸重铬酸钾法;全氮采用重铬酸钾-硫酸消化法;pH值采用酸度计法;速效钾采用火焰光度计法测定[9]。

3　结果与分析

3.1　不同林分类型的土壤性质

土壤性质,特别是土壤的空隙状况直接影响土壤通气、透水性,是决定森林土壤水源涵养功能的重要因素。不同林分类型其土壤性质存在一定的差异(表2)。在6种人工林中,混交林的土壤理化性质比相应的针叶纯林优越。与马尾松林、黄山松林相比,马尾松枫香混交林和杉木黄山松混交林表层土壤非毛管孔隙度分别增加20.3%和29.4%,而总孔隙度则分别提高6.2%和10.2%;下层土壤亦表现出相同规律(表2)。从土壤养分状况来看,混交林的土壤有机质、全氮、速效P和K的含量均显著高于其相应的针叶纯林。与马尾松纯林相比,马尾松枫香混交林表层土壤有机质含量提高31.4%,全氮提高38.9%,速效P和K分别提高18.2%和41.2%。这表明混交林有利于提高土壤肥力,改善土壤结构,增强容蓄能力,更有利于林地蓄水保土和林木生长。

　　在所调查的7种林分中,天然阔叶次生林的土壤理化性质表现最好,两种混交林次之,而板栗林则最差。其06水土保持学报第17卷

原因可能是板栗林的郁闭度较低,人为活动频繁,林下植被稀少,且没有明显的凋落物层,林地易受雨水冲刷,使得林地土壤结构和肥力条件变差,导致林地蓄水保土性能恶化。

表2　不同林分的土壤理化性质

林分类型土层

有机质

全氮

速效磷速效钾土壤容重总孔隙度

非毛管孔隙度

(c m )(%)(%)(m g kg )

(g kg )

(g c m 3)

(%)(%)杉松混交林0～203.

060.2383.365.771.1359.414.120～501.330.1141.612.091.2353.612.7杉木纯林0～202.570.2172.4.231.1954.713.220～501.210.0933.451.881.3848.612.9黄山松纯林0～201.940.1765.594.171.2153.910.920～500.0.0730.321.791.4146.88.5松枫混交林0～202.970.2573.616.031.1756.914.220～501.860.1340.113.591.3150.712.4马尾松纯林0～202.260.1862.2.271.2453.611.820～501.050.1033.291.991.3848.18.7天然次生林0～203.520.31108.347.591.0861.518.720～501.660.1769.713.931.2254.214.9板栗林

0～201.730.1567.473.551.1553.210.720～50

0.79

0.06

32.46

2.02

1.39

46.

6

8.1

3.2　不同林分类型的林地凋落物层蓄积量与持水量

凋落物层在森林涵养水源中起着极其重要的作用,既能截持降水,使地表免受雨滴的直接冲击,又能阻滞径流和地表冲刷。同时,凋落物的分解形成土壤腐殖质,能显著地改善土壤结构,提高土壤的渗透性能[10]。不同林分类型由于其树种组成不同,年凋落物产量及其分解难易程度差异显著,从而导致不同林分的林地凋落物层蓄积量及其持水能力存在明显差异(表3)。在调查林分中,针叶林凋落物的持水率明显低于阔叶林和针阔混交林。因此,针叶林凋落物层的持水能力较差。在相同立地条件下,杉木黄山松混交林的凋落物层持水量达58.3

t hm 2,分别高于杉木、黄山松纯林的5.4%和41.8%。马尾松枫香混交林凋落物层的持水量为41.2t hm 2

,是同

立地条件的马尾松纯林的2.2倍。在所调查的7种林分中,天然次生林凋落物层的持水性能最好,其最大持水率

高达353.6%,凋落物层的持水量为46.3t hm 2

;板栗林因其凋落物层蓄积量极低,其持水能力亦最低,仅6.0

t hm 2

,不足天然次生林的13.0%。

表3　不同林分的凋落物层蓄积量及其持水量林分类型凋落物层蓄积量

自然含水率

最大持水率

最大持水量(t hm 2)

(%)(%)(t hm 2)

杉松混交林27.2113.7214.558.3杉木纯林28.7102.5192.755.3黄山松纯林21.597.9190.941.1松枫混交林16.9117.7243.1.2马尾松纯林10.8103.6176.319.0天然次生林13.1131.5353.6.3板栗林

2.2

109.2

275.

1

6.0

3.3　不同林分土壤的水源涵养能力地土壤是森林涵养水源的主体,林地具

有大量腐根所形成的孔隙、动物孔穴和其它非毛管孔隙;同时具有较多的有机质和水稳性团聚体。因此,地表凋落物层截持的降水可沿着土壤孔隙下渗,贮存于土壤孔隙中或转变为地下径流。林地土壤对降雨的调节能力主要表现在对降雨的动态调蓄能力(即表4　不同林分的土壤渗透性能

林分类型初渗速率(mm m in )稳渗速率(mm m in )0～20c m 20～50c m

0～20c m 20～50c m

马尾松枫香混交林28.617.324.513.6马尾松纯林18.710.915.98.2天然次生阔叶林

37.525.132.719.7板栗林

18.

9

9.7

15.

6

7.2

渗透能力)和静态调蓄能力两方面[11]。

3.3.1　土壤渗透性能　土壤的渗透性能是土壤的重要水分物理性质之一,也是林分水

源涵养功能的重要指标,它与土壤质地、结构、孔隙度、有机质、土壤湿度和温度有关。渗透性能良好的土壤,在一定的降雨强度条

件下,水分可以充分地进入土壤贮存起来或转变为地下径流,不易形成地表径流,使林地水土流失得到有效控制[3]。不同林分的土壤渗透性能存在一定差异(表4)。与相同的立地条件下的针叶纯林相比,混交林的土壤渗透性能较好。马尾松枫香混交林的表层土壤(0～20c m )稳渗速率达24.5mm m in ,高于马尾松纯林的54.1%。天然次生林的土壤渗透性能最好,其稳渗速率达32.7mm m in ,是渗透性能较差的板栗林的2.1倍。

3.3.2　土壤的贮水性能　林地土壤是水分贮蓄的主要场所,土壤水分贮蓄量和贮蓄方式受其物理性质影响很大。土壤总贮水量是毛管孔隙和非毛管孔隙水分贮蓄量之和,反映了土壤贮蓄和调节水分的潜在能力。不同林分由于土壤物理性质差异明显,其土壤的持水性能和贮水量亦明显不同(表5)。在相同的立地条件下,混交林林

1

6第3期王勤等:安徽大别山库区不同林分类型的土壤特性及其水源涵养功能

林分类型土层自然含毛管持最大持蓄水量0～50c m总蓄(c m)水量(%)水量(%)水量(%)(t hm2)水量(t hm2)

杉松混交林0～2021.536.345.21188

2260 20～5020.832.141.61072

杉木纯林0～2019.633.443.81094

2066 20～5018.330.340.72

黄山松纯林0～2020.331.539.91078

2014 20～5019.528.235.3936

松枫混交林0～2030.137.546.21138

2152 20～5027.533.941.71014

马尾松纯林0～2026.332.840.81072

2034 20～5022.529.137.7962

天然次生林0～2023.938.548.41230

2314 20～5023.234.246.31084

板栗林0～2018.431.142.110

1996 20～5019.627.737.6932

的持水性能和贮水量高于针叶纯林。马尾

松枫香混交林表层土壤(0～20c m)的毛

管持水量和最大持水量分别为37.5%和

46.2%,分别高于马尾松纯林的14.3%

和13.2%;0～50c m土层的总贮水量高

达2152t hm2,高于纯林的5.8%。所调

查的7种林分中,天然次生林的土壤贮水

性能最优,其总贮水量达2314t hm2;而

板栗林最差,其总贮水量仅1996t hm2,

比天然次生林减少308t hm2。由此可见,

不同林分由于其树种组成不同,所形成的

土壤结构差异显著,土壤的贮水性能明显

不同[12]。天然次生林具有较高的调节和

涵养水源的功能。与纯林相比,混交林的涵养水源功能较高。

4　小结和讨论

不同林分由于树种组成不同,其土壤的理化性质差异明显。天然次生林的土壤理化性质较好。在相同立地条件下,混交林比纯林具有更显著的改善土壤理化性质的能力。

从土壤的涵养水源能力来看,林分间差异显著。天然次生林具有良好的水源涵养功能,其表层土壤的稳渗速率为32.7mm m in,毛管持水量和最大持水量分别为38.5%和48.4%,(凋落物层持水量+土壤贮水量)高达2360.3t hm2。与纯林相比,混交林具有较高的调节和涵养水源的功能。依据林地总贮水量的大小,7种林分的水源涵养功能依次为:天然次生林(2360.3t hm2)>杉木黄山松混交林(2318.3t hm2)>马尾松枫香混交林(2193.2t hm2)>杉木林(2121.3t hm2)>黄山松林(2055.1t hm2)、马尾松林(2053.0t hm2)>板栗林(2002.0t hm2)。

大别山区经济十分落后,森林资源利用强度大,天然次生林破坏殆尽,针叶林比重高达70%,森林质量特别是库区上游的林分质量低劣,生态防护功能差。鉴于上述研究结果,天然次生林和混交林具有较高的水源涵养功能,建议在大别山库区的林业生态工程建设中,加强对天然次生林的保护;同时,大力营造混交林,在营造过程中,可采用降低造林密度,促其形成人工-天然复合型乔灌草混交林。其次,应加强对库区现有林的经营管理,有效地改造现有的低效针叶林,可通过适度间伐,引入阔叶树促其形成高效的针阔混交林,提高林分的生态防护功能。此外,大别山库区在80年代营造了大面积板栗林,仅金寨县就有3.33余万hm2,由于不合理的经营,板栗林地力衰退和水土流失相当严重。为此,建议改善和调整现有板栗林的经营管理,严禁对坡度在20°以上的板栗林进行全面翻垦,必要时可采用窄带状垦复,并严格做好水土保持措施,以防水土流失。亦可采取复合经营的方式,在板栗林内带状套种多年生豆科牧草或豆科灌木树种,以改善林分结构,提高板栗林生态防护功能。对坡度在25°以上的低产低效板栗林,可采取封山育林,补植其它树种的方式,将其改造成水源涵养林。

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