不同人工林分枯落物和土壤持水能力研究

不同人工林分枯落物和土壤持水能力研究

周永文1，黄文辉1，陈红跃2，薛立2，徐庆华1，黎容根1

1. 东莞市大岭山林场，广东 东莞 523926；2. 华南农业大学林学院，广东 广州 5102

摘要：对大岭山林场尾叶桉、马占相思、黑木相思、厚荚相思、卷荚相思、杉木和马尾松林分的枯落物和土壤持水功能进行研究。结果表明，林地枯落物持水量的大小顺序为：马占相思林>杉木林>厚荚相思林>黑木相思林>尾叶桉林>马尾松林>卷荚相思林；土壤持水量大小则为：杉木林>厚荚相思林>卷荚相思林>马尾松林>尾叶桉林>马占相思林>黑木相思林。对于尾叶桉林来说，随着林分年龄的增加，其枯落物持水能力增加，但持水量降低。

关键词：大岭山；人工林；枯落物；持水能力

中图分类号：S718.5        文献标识码：A        文章编号：1672-2175（2003）04-0449-03

    枯落物层是森林土壤的发生层次[1]，是森林结构的重要组成部分，是森林地表的重要覆盖面，对改善土壤结构具有重要的作用；同时，它也是土壤有机养分的重要来源之一。研究枯落物层水容量及其对表层土壤物理性状的影响具有重要的意义[2]。

    国内对于枯落物持水功能研究较多，但对同一地区不同林分类型枯落物和土壤持水功能的比较研究较少，仅见一些报道[2~7]，而对热带、南热带地区赤红壤上的松林、桉林、相思林来说，这方面则尚未报道。

表1  不同林分调查样地的基本特征

样地	树种	坡向	坡度 /	坡位	坡型	郁闭度	造林 年份
1	尾叶桉	南偏西25°	26	中	斜	0.6	1990
2	尾叶桉	南偏西30°	23	上	斜	0.6	1990
3	尾叶桉	南偏东60°	25	中	斜	0.7	1995
4	尾叶桉	正南	28	上	凹	0.7	1995
5	马占相思	北偏东30°	28	下	斜	0.9	1997
6	马占相思	北偏东35°	28	中	斜	0.9	1997
7	黑木相思	北偏西50°	32	中	斜	0.8	1997
8	黑木相思	南偏西80°	27	中	斜	0.8	1997
9	厚荚相思	北偏西60°	27	中	斜	0.8	1997
10	厚荚相思	北偏西60°	28	中	斜	0.8	1997
11	卷荚相思	正北	20	中	斜	0.8	1997
12	卷荚相思	正北	18	中	斜	0.8	1997
13	杉木	北偏西60°	23	中	斜	0.8	1981
14	杉木	北偏西60°	24	中	斜	0.8	1981
15	马尾松	北偏西30°	28	中	斜	0.7	1981
16	马尾松	北偏西30°	25	中	斜	0.7	1981

广东省目前尚有大面积的松、桉、相思林，目前大部分正向生态公益林转化，这些林分的生态效益如何，亟待评价。

本文的研究正是针对广东目前的普遍情况，对具有很强代表性的松、桉、相思林分进行研究，这对于生态公益林的建设、评价，具有重要意义。它可为用材林向生态公益林转变过程中的林分改造提供理论参考，填补这些林分研究的空白。

1  调查地区概况

大岭山林场位于广东东莞虎门镇，拥有优良的地理、社会、经济环境。该地地处南亚热带，温暖多雨。年平均气温22.1 ℃；最热月（7月）平均温度28.2 ℃，极端最高温37.9 ℃；最冷月（1月）平均气温13.4 ℃，极端最低气温低于0 ℃。年均降水量1800 mm，每年4～9月为雨季，其降雨量均占全年的80％。常有台风灾害。

土壤为花岗岩、页岩等发育的赤红壤。土层多为厚土层，部分地段为薄中层土，且石砾含量较多，有机质含量较低。地表植被以人工林为主，主要有马尾松（Pinas massoniana）、杉木（Cunninghamia lanceolata）、尾叶桉（Eucalyptus urophylla），以及相思属树种。林下植被主要有鸭脚木（Schefflera octophilla）、毛叶冬青（Ilex pubilimba）、三丫苦（Evodia lepta）、乌毛蕨（Blechnum orientale）、九节（Psychotria rubra）等。

2  材料与方法

2.1  调查样地的建立

    在尾叶桉、马占相思（Acacia mangium）、黑木相思（A. melanoxylon）、厚荚相思（A. crassicarpa）、卷荚相思（A. plectocarpa）、杉木、马尾松林地中建立16个样地，相同造林年度每树种建立2个样地。样地面积为20 m×30 m。各样地基本特征见表1。

2.2  土壤样品的采集与调查

2.2.1  枯落物层调查

    在样地中均匀分布5个调查点，每点调查枯落物层厚度，采集31.7 cm×31.7 cm的枯落物，带回实验室，按照《森林土壤定位研究法》[8]进行含水率、饱和持水率等的测定，并据此计算蓄积量和持水量。

2.2.2  土壤持水功能调查

    在各样地中采集0～20 cm土层的土壤铝盒样品和环刀样品，带回室内，按照《土壤物理性质测定法》作土壤含水量、持水量和孔隙度的测定，并计算各种物理性状指标[9]。各样地3次重复。

3  结果与分析

3.1  不同林分类型枯落物层特征

3.1.1  不同林分枯落物层厚度和蓄积量

表3  不同林分土壤物理性状

样地	林分	自然含水率 /％	体积质量 ρ/(g·cm-3)	毛管持水率 /%	毛管持水量 /(t·hm-2)	总孔隙度	毛管孔隙度	非毛管孔隙度	通气孔隙度
						φ(体积分数)/%
1，2	尾叶桉	17.00	1.310	29.49	38.52	51.50	38.52	12.98	49.28
3，4	尾叶桉	19.75	1.414	32.74	46.31	48.09	46.31	1.78	45.30
5，6	马占相思	19.40	1.430	30.29	43.33	47.03	43.33	3.70	44.25
7，8	黑木相思	18.25	1.298	32.96	42.68	52.38	42.68	9.69	50.02
9，10	厚荚相思	20.45	1.184	41.79	49.51	56.15	49.51	6.	53.73
11，12	卷荚相思	19.70	1.120	43.70	48.28	58.87	48.28	10.59	56.69
13，14	杉木	20.40	1.335	37.65	49.97	51.47	49.97	1.50	48.76
15，16	马尾松	19.60	1.277	39.62	47.70	56.19	47.70	8.49	53.82

表2为不同林分类型枯落物层特征。从表2可看出，枯落物层厚度较大的是尾叶桉和厚荚相思（尾叶桉只以1995年造林的作比较，因与相思类造林时间较接近，下同），马尾松最薄，为2.3 cm；蓄积量则以马占相思和杉木居大，马尾松仍最小。尽管马尾松林林龄已达22年，比桉、相思林的林龄大，但其林地枯落物的储存量却较低，说明其林地对降水的截留能力较差。

3.1.2  不同林分枯落物层持水能力

从枯落物的持水能力看，其饱和持水率大小顺序是：黑木相思林>马尾松林>尾叶桉林>马占相思林>杉木林>厚荚相思林>卷荚相思林。持水率的大小与枯落物的特性有关，黑木相思、马尾松、尾叶桉树叶相对于其它相思类树种以及杉木，可能是因分解速度、叶片大小及表层特性更有利于吸水能力的提高，所以持水率较高。枯落物的饱和持水量大小顺序则为：马占相思林>杉木林>厚荚相思林>黑木相思林>尾叶桉林>马尾松林>卷荚相思林。饱和持水量反映了林地持水能力，由此可知，马占相思、厚荚相思和杉木林林地枯落物持水能力优于尾叶桉和马尾松等。在广东省推出的100种水土公益林树种中，尾叶桉未列入，而马占相思在列，本研究可从枯落物持水能力这一个侧面说明这一做法是科学的。当然，相思类与桉类林分更多的生态功能差异还有待进一步的比较研究。

表2  不同林分枯落物层厚度、蓄积量和最大持水量

样地	林分	枯落物 层厚度 /cm	枯落物 蓄积量 /(t·hm-2)	枯落物饱 和含水率 /％	枯落物饱 和持水量 /(t·hm-2)
1，2	尾叶桉	6.5	5.99	123.08	7.38
3，4	尾叶桉	5.0	5.66	118.97	5.96
5，6	马占相思	2.5	11.03	105.74	11.84
7，8	黑木相思	3.5	5.59	132.99	7.41
9，10	厚荚相思	5.0	8.56	99.31	8.33
11，12	卷荚相思	4.0	6.87	87.84	5.91
13，14	杉木	3.0	10.74	100.46	10.80
15，16	马尾松	2.3	4.	262.50	11.98

3.2  不同林分土壤物理性状及其持水能力

    从表3可看出，黑木相思林林地土壤含水量最小，土壤较为干燥，而厚荚相思和杉木林地则较高，质量分数均在20％以上。厚荚相思、卷荚相思林地土壤体积质量小（在1.12 g/cm3以下），总孔隙度大（体积分数达56％以上），说明其林地土壤结构疏松，这有利于土壤层尽快下渗降雨，在一定程度上减少地表经流。从表3还可以看出，不同林分土壤毛管持水率大小顺序为：厚荚相思>卷荚相思 >马尾松林>杉木林>黑木相思林>尾叶桉林>马占相思林。土壤毛管持水量反映了土壤保水能力，毛管孔隙中所保存的水分，可以完全被植物根系利用。因此厚荚相思和卷荚相思林地表土层相对更有利于植物对水分的利用，而尾叶桉，马占相思林则较差一些。不同林分的土壤毛管持水量大小的顺序则为：杉木林>厚荚相思林>卷荚相思林>马尾松林>尾叶桉林>马占相思林>黑木相思林。从总体上看，厚荚相思林、卷荚相思林土壤持水能力较强。

3.3  同一树种不同造林年度林分枯落物和土壤物理性状的变化

从表2还可以看出，同一树种，随着林龄的增大，其枯落物层特性逐步优化，如尾叶桉，1990年造林的林地比1995年的，其枯落物层厚度、蓄积层、饱和持水量分别提高了133.3%、5.6%、23.8%。而土壤物理性状也不一样，随着林龄的增加，土壤相对变得疏松一些，即渗透水分能力增强，如1990年造林的比1995年造林土壤体积质量减少了0.104 g/cm3，总孔隙度则高出3.41%，但毛管持水量则降低了3.25%。这说明尾叶桉随林分年龄增加，林地土壤毛管持水功能降低，但非毛管孔隙度和通气孔隙度却提高，渗透水分、减少地表径流能力增强。

4  结语

（1）在7种林分中，林地枯落物厚度以厚荚相思、尾叶桉最厚，马尾松最低。枯落物蓄积量则马占相思、杉木较高，马尾松较低。枯落物持水率则以黑木相思，马尾松较高（在130%以上），而卷荚相思、厚荚相思较低，而林地枯落物的饱和持水量大小顺序则为：马占相思林>杉木林>厚荚相思林>黑木相思林>尾叶桉林>马尾松林>卷荚相思林。

（2）在7种林分的表层土壤中，土壤疏松、孔隙度较大、渗透性较强的有卷荚相思、厚荚相思林，而相对较差的是黑木相思和尾叶桉林。土壤持水量大小则为：杉木林>厚荚相思林>卷荚相思林>马尾松林>尾叶桉林>马占相思林>黑木相思林。

（3）本研究因林分局限性，如选择年份或林龄一致，则能更好地比较不同林分之间的差异性。虽然松、杉林的年龄较大，但其枯落物、土壤持水量功能并未优于相思类树种，这说明在生态公益林发展中，该类树种应优先予以改造；特别是马尾松林，多数已发生严重的病灾害，应予以更新。

参考文献：

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中国科学院南京土壤研究所土壤物理室. 土壤物理性质测定法[M]. 北京：科学出版社，1978.

Water-holding ability of litter and soil in different plantations

ZHOU Yong-wen1, HUANG Wen-hui1, CHEN Hong-yue2, XUE Li2, XU Qing-hua1, LI Rong-gen1

1. Dalingshan Forestry Station, Dongguan, Guangdong 523926, China; 2. South China Agricultural University, Guangzhou 5102, China

Abstract: A study on the water-holding ability of litter and soil in different plantations of Eucalyptus urophylla, Acacia mangium, A. melanoxylon, A. crassicarpa, A. plectocarpa, Cunninghamia lanceolata, Pinas massoniana was carried on at Dalingshan Forestry Station, Guangdong, China. The results showed that the order of the water-holding ability of litter is A. mangium＞C. lanceolata＞A. crassicarpa＞A. melanoxylon＞E. urophylla＞P. massoniana＞A. plectocarpa, and the order of the water-holding ability of soil is C. lanceolata＞A. crassicarpa＞A. plectocarpa＞P. massoniana＞E. urophylla＞A. mangium＞A. melanoxylon. The water-holding ability of litter in E. urophylla planted in 1990 was higher than that of being planted in 1995 but for the ability of soil, it is lower.

Key words: Dalingshan; plantation; litter, water-holding ability