针叶林对祁连山森林褐土理化性质和水源涵养功能的影响

摘要：本文以祁连山针叶林树种青海云杉、祁连圆柏为研究对象，探讨不同树种与祁连山森林灰褐土理化性质和水源涵养功能的关系。研究结果表明：土壤孔隙度、团粒结构、物理性粘粒含量均为青海云杉＞祁连圆柏，土壤容重、物理性沙粒含量均为祁连圆柏＜青海云杉；土壤有机质、CEC均为青海云杉＞祁连圆柏，CaCO3、PH、全盐含量均为祁连圆柏＜青海云杉；土壤蓄水量和树种苦落物持水量均为青海云杉＞祁连圆柏。

关键词：针叶林 祁连山 森林灰褐土 理化性质 水源涵养

祁连山位于东经93°30′～103°，北纬36°30′～39°30′，总面积2.65×106km2^[1]，山体海拔高度1800～5808m。海拔2250～2685m，生长着茂密的针叶林，是祁连山重要的水土保持树种。为了揭示不同针叶林树种与祁连山森林灰褐土理化性质的变化规律，探讨针叶林树种与祁连山森林灰褐土水源涵养功能的关系，本文以祁连山的针叶林树种青海云杉、祁连圆柏为研究对象，采集土样，室内化验分析，探讨不同针叶林树种对祁连山森林灰褐土理化性质和水源涵养功能的关系，从而为祁连山针叶林所处的土壤水源涵养研究提供科学依据。

1 试验

1.1 试验地点概况。试验地点位于祁连山马蹄林场，属典型的半湿润森林草原气候，海拔高度2600～3200m，年均降水量230～350mm，年均蒸发量1488mm，年均温度17℃，成土母质是坡积物。土壤类型是森林灰褐土，其剖面形态特征是：0～10cm是苔藓层混有云杉枝叶凋落物，松软具有弹性；10～40cm是腐殖质层，呈黑褐色，植物根系较多，无石灰反应，PH6.50；40～72cm是淋溶淀积层，灰褐色，粘粒和石灰物质溶淀，石灰反应弱，PH6.78；72～125cm，灰棕色，碎块状结构，有石砺混入，植物根系较少，有石灰反应，PH7.10。针叶林树种是：青海云杉、祁连圆柏。阔叶林树种：山杨、白桦、红桦。灌丛树种是：金露梅、银露梅、小叶锦鸡儿。草本植物是：针茅、棘豆。

1.2 研究方法。

1.2.1 样品采集区概况调查。以祁连山马蹄林场的针叶林树种青海云杉、祁连圆柏为研究对象，依据不同林分郁闭度、林龄、坡度等主要因子在典型地段选择标准地2块，在样地划出10×10m方格网点，对不同林木进行每木检尺，测定树径、林木密度、林木高度、郁闭度（表1）

表1 样品采集区基本情况

针叶林樹种坡度（°）海拔（m）林龄（a）树径(cm)林木密度(株/hm2)林木高度（m）郁闭度

青海云杉24～2526213032.35240012.630.80

祁连圆柏24～2526213018.6412005.640.50

1.2.2 样品采集方法。于2006～2008年，每年11月中旬（枯落物凋谢后）在2个标准样品采集区内按S形布点挖掘土壤剖面，每个标准样品采集区挖掘3个土壤剖面点，每个剖面点采集0～40cm土样2kg，用四分法带回1kg混合土样室内分干化验分析。土壤容重、团粒结构用环刀在每个土壤剖面点0～40cm中部采集平行样3个。在2个标准样品采集区对角线交点及四角处设面积为100×100cm的枯落物调查样方5个，收集枯落物供最大持水率测定用。

1.2.3 测定项目及方法^[7]。土壤容重（环刀法）；孔隙度（计算法）；自然含水量（烘干法）；土壤饱和蓄水量（面积×总孔隙度×土层深度）；土壤毛管蓄水量（面积×毛管空隙度×土层深度）；土壤非毛管蓄水量（面积×非毛管孔隙度×土层深度）；枯落物最大持水率[（浸水后枯落物质量－枯落物干质量）/枯落物干质量×100%]；枯落物持水量（枯落物积累干质量×枯落物最大持水率）；团粒结构（约尔得法）；物理性沙粒、物理性粘粒（鲍氏比重计法）；土壤有机质（K2Cr2O7法）；阳离子交换量（CEC）(NH4OAc—NH4Cl法)；全盐（电导法，水：土=5:1）；（酸度计法，水提）；CaCO3（气量法）

1.2.4 数据统计法。取2006～2008年平均数进行统计分析，多重比较，LSR检验。

2 结果与分析

2.1 不同树种对土壤物理性质的影响。如表2所示，土壤孔隙度、团粒结构、物理性粘粒含量均为青海云杉＞祁连圆柏。其中青海云杉0～40cm土层土壤总孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度、团粒结构、物理性粘粒含量分别为50.56%、24.14%、26.42%、28.32%、26.62%，与祁连圆柏比较分别增加9.43%、3.69%5.74%、6.45%、16.44%。而土壤容重、物理性沙粒含量均为祁连圆柏＜青海云杉，其中青海云杉0～40cm土层土壤容重、物理性砂粒含量分别为1.31g/cm3和20.69%，与祁连圆柏比较分别降低0.25g/cm3和12.61%。从不同树种与土壤物理性质的变化规律可以看出，在同一气候和土壤条件下，所覆盖的针叶林树种不同，灰褐土的物理性质存在差异，灰褐土的物理性质除了与气候、地形、时间、成土母质有密切关系外，针叶林树种在成土过程中起主导作用，针叶林树种不但通过改变光热条件影响灰褐土的物理性质，而且通过其根系和枯落物回归土壤直接参与灰褐土的成土过程改变了灰褐土的物理性质。不同树种间的差异显著性经LSR检验达到显著和极显著水平（表2）

表2 不同树种对土壤物理性质的影响

针叶林树种采样深度（cm）土壤容重（g/cm3）总孔度（%）毛管孔度(%)非毛管孔度(%)＞0.25mm团粒（%）物理性沙粒（%）物理性粘粒（%）

青海云杉0～401.31b B50.56aA50.56 a A50.56 a A28.32 a A20.69 bB26.62 a A

祁连圆柏0～401.56a A41.13b B20.45cB20.68bB21.87 bB33.30 a A10.18 bB

2.2 不同树种对土壤蓄水量的影响。如表2所示，2种树种土壤水源涵养功能具有明显的差异^[8—11]，土壤蓄水量为青海云杉＞祁连圆柏。其中青海云杉土层0～40cm自然含水量、饱和蓄水量、毛管蓄水量、非毛管蓄水量分别为184.28g/kg、2022.40t/km2、965.60t/km2、1056.80t/km2；与祁连圆柏比较分别增加53.19g/kg、377.20t/km2、147.60t/km2、229.60t/km2。不同树种间的差异显著性经LSR检验达到显著和极显著水平（表3）

表3 不同树种对土壤蓄水量的影响

针叶林树种采样深度（cm）自然含水量（g/kg）饱和蓄水量（t/km2）毛管蓄水量（t/km2）非毛管蓄水量（t/km2）

青海云杉0～40184.28 aA2022.40aA965.60a A1056.80a A

祁连圆柏0～40131.09b B1645.20b B818.00bB827.20bB

2.3 不同树种枯落物持水量。地表枯落物是土壤涵养水源的主要物质，枯落物积累厚度、积累数量对水土保持、涵养水源具有重要的作用^[12—13]。不同树种枯落物积累厚度、枯落物积累干质量、持水量、最大持水率均为青海云杉＞祁连圆柏。这是因为青海云杉林木密度和郁闭度大，枯落物积累数量朵。如表4所示，青海云杉枯落物积累厚度、枯落物积累干质量、持水量、最大持水率分别为5.24cm、17.22t/km2、37.88t/km2、219.98%，与祁连圆柏比较分别增加4.38cm、14.68t/km2、26.98t/km2、39.27%。不同树种间的差异显著性经LSR检验达到显著性和极显著水平。（表4）

表4 不同树种枯落物持水量

针叶林树种枯落物积累厚度（cm）枯落物积累干质量（t/km2）浸水后枯落物质量（t/km2）持水量（t/km2）最大持水率（%）

青海云杉5.24 aA17.22aA55.10aA37.88aA219.98aA

祁连圆柏0.86 bB2.54bB7.13bB4.59bB180.71bB

2.4 不同树种对土壤化学性质的影响。如表5所示，土壤有机质、CEC均为青海远山＞祁连圆柏。其中青海云杉0～40cm土层有机质、CEC分别为172.40g/kg和28.15cmol/kg，与祁连圆柏比较，分别增加71.55g/kg和7.81cmol/kg。而CaCO3、PH、全盐含量均为祁连圆柏＜青海云杉，其中青海云杉0～40cm土层CaCO3、PH、全盐含量分别为162.40g/kg、6.83、3.51g/kg，与祁连圆柏比较，分别降低34.10g/kg、0.29、1.12g/kg。不同树种见的差异显著性经LSR检验达到显著和极显著水平（表5）。

表5 不同树种对土壤化学性质的影响

针叶林树种采样深度（cm）有机质（g/kg）CEC（cmol/kg）PHCaCO3（t/km2）全盐（g/kg）

青海云杉0～40172.40 aA28.15aA6.83bB162.40bB3.51bA

祁连圆柏0～40100.85bB20.34b B6.54aA196.50aA4.63aA

3 结论

青海远山、祁连圆柏2种树种土壤理化性质和水源涵养功能的影响具有显著地差异。土壤孔隙度、团粒结构、物理性粘粒含量均为青海云杉＞祁连圆柏，而土壤容重、物理性砂粒含量均为祁连圆柏＜青海云杉；土壤有机质、CEC均为青海云杉＞祁连圆柏，而CaCO3、PH、全盐含量均为祁连圆柏＜青海云杉；土壤蓄水量和树种枯落物持水量均为青海云杉＞祁连圆柏，即祁连山不同针叶林树种对土壤水源涵养功能的作用：青海云杉＞祁连圆柏。

参考文献

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