枯落物層對六盤山華北落葉松人工林土壤性質的影響

樊亞鵬 高迪 王曉

摘要：為探究枯落物層對六盤山華北落葉松人工林土壤物理、水文性質的影響，于2017年通過設置不同密度的華北落葉松人工林枯落物保留/去除樣地，調查了枯落物保留/去除樣地林下土壤物理和水文性質的差異。結果表明：枯落物層能夠增加土壤的孔隙度、土壤蓄水和滲透能力，去除地表枯落物（LR）和保留枯落物（CK）兩種林分在0～100 cm土層中平均容重分別為1.38 g/cm³和1.30 g/cm³，平均總孔隙度分別為44.88%和49.74%，毛管孔隙度分別為36.33%和42.56%，非毛管孔隙度表現為8.55%和7.19%，LR和CK土壤初滲速率變化為6.25和7.98 mm/min，土壤穩滲速率范圍為3.81和5.22 mm/min，土壤平均入滲速率LR和CK分別為4.38和5.64 mm/min。以上結果說明了枯落物層會顯著影響華北落葉松人工林的土壤物理水文性質。

關鍵詞：六盤山;華北落葉松;枯落物;土壤物理一水文性質

中圖分類號：$714 文獻標識碼：A 文章編號：1674-9944（2019）20-0006-05

1引言

為治理嚴重的水土流失和荒漠化，我國幾十年間連續斥巨資實施了全球規模最大的人工造林，目前人工林面積高達全球的1/3，而且作為積極應對氣候變化的國家行動與重要措施，仍將計劃大規模造林，且主要在北方干旱地區。盡管人工林建設取得了顯著成就，但也存在一些負面問題，如導致土地地力退化和林下植被多樣性降低，一個主要的原因是由于過厚的枯落層改變了林下植被組成、土壤性質及養分循環。因此，對于林下枯落物層的科學管理，就成為我國現有人工林資源經營與管理不可忽視的一個重要問題。

枯落層是森林生態系統重要組份，是土壤和林木間物質交換的中間環節，直接影響著土壤理化性質和現代成土過程。研究發現長期去除枯落物對土壤容重、地表徑流、侵蝕和溫度波動有顯著影響，破壞了土壤水分平衡，可導致干旱期土壤含水量降低。枯落物對土壤性質的影響與枯落物的數量、化學成分、分布位置和分解過程密切相關。盡管已經開展了一些關于枯落物層對土壤理化性質影響的研究，但在寧夏地區還缺少枯落物層去除對針葉人工林林下土壤物理及水文性質影響的研究。

華北落葉松（Larixprincipis-rupprechtii Mayr）是我國北方廣大地區的主要造林樹種之一，其人工林的水土保持和水源涵養等生態水文功能對于維持區域生態平衡發揮重要的作用。地處我國西北地區黃土高原的寧夏六盤山為涇河、葫蘆河、清水河等河流發源地，也是我國黃土高原的重要水源地，該地區生態環境脆弱，植被破壞嚴重，森林植被的生態水文功能亟待恢復和加強。然而目前存在樹種單一、間伐不及時、密度不合理等問題，導致土壤地力退化、生物多樣性降低、水源涵養功能衰退等一系列問題。本研究通過對六盤山華北落葉松人工林林下枯落物采取去除試驗，探索了枯落物層對人工林土壤物理性質的影響，該研究將有助于從枯落層角度提升我國西北地區人工林的合理經營和科學管理。

2研究區概況與研究方法

2.1研究區概況

研究區位于寧夏六盤山，是涇河、清水河的水源發源地。不僅是暖溫帶半干旱到半濕潤過渡氣候區，還是黃土一土石過渡區，植被類型屬暖溫帶落葉闊葉林及油松側柏林地區，海拔最高2942 m，樣地布設在寧夏南部六盤山香水河小流域（106°10～106°30E，35°15～35°42N），流域面積約43.74 km。，屬暖溫帶半濕潤氣候，年均氣溫5.8℃，年均相對濕度68%，無霜期90～130d，多年平均降水量632 mm，6～9月占全年降水量的72.2%，全年蒸發量1214～1426 mm，海拔為2300 m左右。土壤類型主要為灰褐土。小流域的森林植被生長良好，森林覆蓋率高達73%，主要為天然次生林、人工林及灌叢，人工林以華北落葉松（Larixprincipis-rup-prechtii Mayr）為主，面積占23.62%。另有一些油松（Pinustabuliformis Carr.）、青海云杉（PiceacrassifoliaKom.）等人工林;天然次生林的樹種組成包括遼東櫟（Quercusliaotungensis Koidz.）、少脈椴（Tilia paucico-stata Maxim.）和華山松（Pinusarmandii Franch.）等;林下灌叢主要由華西箭竹（Fargesianitida（Mitford）Kengf.）、沙棘（Hippophaerhamnoides Linn.）、灰枸子（Cotoneasteracuti，0lius Turcz.）等組成;林下草本植物主要有苔草（Carexspp.）、東方草莓（FragariaorientalisLosinsk）等。

2.2研究方法

2.2.1樣地設置和調查

2017年11月在香水河小流域內，選取不同密度華北落葉松人工林樣地4塊，各樣地落葉松林齡均為34a，立地條件基本一致，單個樣地面積為20 m×20 m，調查樣地內所有樹木樹高、胸徑、枝下高等林分結構指標，記錄海拔、坡度、坡向等地形指標。在每個密度樣地內，選取對照樣地和枯落物去除樣地各一塊，對照樣地不做處理，枯落物去除樣地于2017年11月進行枯落物去除，之后于每月中旬進行樣地內枯落物清除工作，直至2018年10月底（生長季末），各林分樣地基本情況見表1。

2.2.2土壤采集

2018年10月，在不同樣地（枯落物去除/對照）隨機挖取5處土壤剖面，調查有無枯落物覆蓋下土壤物理特征差異，機械劃分土層，共計6個層次，用容積為200cm³的環刀在O～10、10～20、20～40、40～60、60～80、80～100 cm土層深度取土，每層3個重復。

4討論

森林土壤物理水文性質在森林生態水文功能中至關重要，是用于衡量森林水源涵養功能的重要參數㈨。森林土壤物理水文性質受到林分組成、結構、枯枝落葉層等多方面因素的影響。本文通國對枯落物層的去除試驗，探討枯落物層對人工林土壤物理水文性質的影響。結果表明：枯落物層會顯著影響華北落葉松林土壤的物理性質，且對表層土壤影響顯著。枯落物層造成華北落葉松林下容重降低和土壤孔隙度的增加，這是由于去除枯落物層后，造成降雨直接接觸地表，形成土壤板結，從而增加土壤容重，減少了孔隙度，而枯落物的分解過程可以產生土壤有機質，提高養分含量，改善土壤結構，促使土壤表層孔隙發達。

土壤入滲能力決定降水再分配過程中地表徑流量大小，良好的表土結構有利于水分的入滲。有研究認為土壤入滲速率與土壤有機質含量、砂礫含量、孔隙度、機械組成和初始含水量有關。本研究表明，枯落層顯著增加了林下土壤的人滲能力，這是因枯落物層同時的積累和分解，發達的植物根系能明顯改善土壤表層孔隙狀況，本研究中有枯落物覆蓋下的土壤入滲能力較好，這可能由于土壤中植被根系殘體以及枯落物的分解是土壤有機質主要來源，能夠改善土壤結構，使土壤表層疏松，使得林分土壤入滲速率較大。同時，枯落物能抑制土壤蒸發，增加了土壤蓄水能力。這是由于土壤蒸發失去的水分受到枯落物層的阻隔，枯落物越厚，蒸發阻力越大，蒸發量就越小。

5結論

本文通過以香水河小流域華北落葉松人工林為研究對象，分析枯落物覆蓋對土壤水分物理性質影響，主要研究結論如下。

（1）枯落物層顯著影響落葉松林土壤的物理性質，CK（枯落物保留）和LR（枯落物去除）樣地林下土壤（0～100 cm）平均容重分別為1.30 g/cm³和1.38 g/cm³，其中在淺層土壤O～10 cm，LR的土壤容重顯著大于CK的土壤容重（P<0.05），增加為14.58%，在土壤層10～20 cm，LR的土壤容重大于CK土壤容重，增長為8.03%;

（2）枯落物層能夠增加華北落葉松人工林土壤的蓄水能力，CK和LR土壤在O～100 cm深度平均最大持水量表現為39.61%和34.97%;毛管持水量依次為33.84%和27.20%;最小持水量大小為27.85%和23.32%;

（3）受枯落物層覆蓋的影響，華北落葉松人工林樣地內LR和CK的土壤初滲速率為6.25和7.98 mm/min;土壤穩滲速率分別為3.81和5.22 mm/min;土壤平均人滲速率LR和CK分別為為4.38和5.64 mm/min，地表枯落物保留（CK）土壤滲透性能均優于枯落物去除土壤（LR）。