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公别拉河流域主要森林类型的土壤肥力与涵养水源功能图文XX精
第34卷第1期东 北 林 业 大 学 学 报Vol.34No.1
2006
1JOURNALOFNORTHEASTFORESTRYUNIVERSITYJan.2006
公别拉河流域主要森林类型的土壤肥力与涵养水源功能1
肖 洋 满秀玲 范金凤
(东北林业大学,哈尔滨,150040
摘 要 对公别拉河流域5种主要森林类型的土壤有机质、全氮、水解氮、有效磷、活性酸(pH、有效钾、容重、持水状况和孔隙状况进行了分析,并用主成分分析方法对土壤肥力状况进行了综合评价,结果表明:
不同森林类型对土壤理化性质影响较大,天然阔叶混交林>天然针阔混交林>天然白桦林>落叶松人工林>樟子松人工林;不同森林类型枯落物持水量由高到低依次为:
天然针阔混交林>天然白桦林>樟子松人工林>天然阔叶混交林;林地最大蓄水量和有效蓄水量由高到低依次为:
天然针阔混交林>>落叶松人工林>天然阔叶混交林>樟子松人工林。
关键词 森林类型;土壤肥力;涵养水源
分类号 S714.5
SoilFertilityandWaterConservationFunctionofMaininiverWatershed/XiaoYang,ManXiuling,FanJinfeng(NortheastForestryChina//JournalofNortheastForestryUniversity.-2006,34(1.-28~30
Thesoilfertilityof5mainforestwasevaluatedintermsoforganicmatter,totalni2trogen,hydrolysablenitrogen,acid,availablekalium,volumeweight,water2holdingcapacityandtotalporositybyofpanalysis.Resultsshowedthattherearebigdifferencesinphysicalandchemicalrforesttypes,andtheyareintheorderofnaturalmixeddeciduousforest,natu2ralmixed2naturalBetulaplatyphyllaforest,LarixgmeliniLinn.plantation,Pinussylvestrisvar.monfrhightolow.Whileintheholdingwatercapacityoflitter,theorderisnaturalmixedconifer2ous2deciduousnaturalBetulaplatyphyllaforest,Larixgmeliniplantation,Pinussylvestrisvar.mongolicaplanta2tion,naturalmixeddeciduousforest.Naturalmixedconiferous2deciduousforesthasthemaximumholdingwatercapacityandavailableholdingwatercapacity,followedbynaturalBetulaplatyphyllaforest,Larixgmeliniplantation,naturalmixeddeciduousforest,Pinussylvestrisvar.mongolicaplantationinadecreasingsequence.
Keywords Foresttypes;Soilfertility;Waterconservation
森林具有维护土地肥力、保持土壤、涵养水源的功能。
不同森林类型由于其树种生物学特性与林分结构的不同,其土壤肥力状况和水源涵养效应存在一定的差异。
探讨不同森林类型与土壤肥力和水源涵养功能的关系,对防止地力衰退,合理经营森林资源,改善水分环境,实现水资源的科学管理,具有重要的现实意义。
笔者以黑龙江省黑河市公别拉河流域内的5种主要森林类型为对象,对其土壤肥力和水源涵养功能进行研究,探讨森林类型与土壤肥力的关系,以最大限度保持土壤肥力和发挥森林的水源涵养功能。
1 研究区域概况
公别拉河流域位于黑龙江省黑河市的西南部,是黑龙江的一级支流,流域面积2765km2,地理坐标为北纬49°40′~50°10′,东经126°30′~127°30′,海拔300~700m;属寒温带湿润季风气候区,年平均气温-1.5℃,年平均降雨量551.6mm,且多集中在6~9月份;年平均相对湿度为66%,全年干湿季明显。
本区主要植被类型是天然次生林和人工林,主要树种是白桦(Betulaplatyphylla、黑桦(Betuladavurica、山杨(Populusdavidiana、蒙古栎(Quercusmongolica、兴安落叶松(Larixgmelini、樟子松(Pinussylvesstris、紫椴(Tiliaamurensis和毛赤扬(Alnussibirica等。
土壤以暗棕壤为主,另外还有棕色针叶林土、草甸土和沼泽土。
1黑龙江省科技攻关项目(Z98-14,GB01B237,GC04B608。
第一作者简介:
肖洋,男,1978年12月生,东北林业大学林学院,硕士研究生。
收搞日期:
2005年1月26日。
责任编辑:
张建华。
2 研究方法
选设本区有代表性的林分类型———樟子松人工林、落叶松人工林、天然白桦林、天然阔叶混交林和天然针阔混交林,在典型地段设置标准地,面积为20m×20m,进行标准地常规调查,分别树种记录其胸径、树高、林龄等,见表1。
在各标准地内采用S型布点方式设置土壤样点,剖面分层取样,深度为0~20cm和20~40cm,用环刀、铝盒和布袋分别在各层取样,并带回实验室进行测定和化学分析[1,2]。
同时在标准地对角线交点及其四角处设1m×1m的枯落物样方5个,收集其全部枯落物进行持水性测定。
表1 各标准地基本状况
样地号森林类型优势种林龄/a树高/m胸径/cmⅠ樟子松人工林樟子松201613.8Ⅱ落叶松人工林落叶松181013.3Ⅲ天然针阔混交林落叶松181012.4蒙古栎18125.6山 杨1875.9黑 桦1888.2Ⅳ天然阔叶混交林黑 桦1897.7山 杨188.56.2蒙古栎188.52.8Ⅴ天然白桦林白 桦181319.6 土壤物理性质测定指标主要有:
容重、饱和含水量、毛管持水量、田间持水量、毛管孔隙度、非毛管孔隙度、总孔隙度。
化学性质测定指标有:
pH值、有机质、速效氮、速效磷、速效钾、全氮和全磷。
枯落物持水性测定指标主要包括:
最大吸水率、枯落物积累量、枯落物持水量。
采用电位法测定土壤pH
值;重铬酸钾氧化—外加热法测定土壤有机质;凯氏法测定土壤全氮;碱解—扩散法测定水解性氮;酸溶—钼锑抗比色法测定全磷;盐酸—硫酸浸提法测定有效磷;1mol/L乙酸铵浸提—火焰光度法测定速效钾[2]。
3 结果与分析
3.1 不同森林类型的土壤肥力3.1.1 土壤容重和持水状况
土壤容重和持水能力是土壤物理性质的一个重要指标,能反映土壤透水性、通气性和根系伸展时的阻力状况[3],更重要的是影响土壤团聚体内营养元素的释放和固定[4]。
从图1可以看出,针叶人工纯林的土壤容重较大,天然阔叶林次之,天然针阔混交林最小;饱和含水量、毛管含水量和田间持水量的对比结果一致,天然针阔混交林较大,天然阔叶林次之,人工针叶纯林最小。
主要原因除了人工林人为干扰使土壤紧实之外,还与人工针叶林凋落物不易分解与转化有关[5],因此增加了土壤容重,影响了土壤的持水能力。
而针阔混交林的凋落物组分多样,且阔叶比针叶易于分解,营养物质的转化与归还,,壤结构向良性发展
[4]。
图1 土壤容重和持水状况
3.1.2 土壤孔隙状况
土壤孔隙是土壤中养分、水分、空气和微生物等的迁移通道、贮存库和活动场地,是表征土壤结构的重要指标之一[6,7]。
从图2可以看出,针阔混交林的孔隙度较大,天然阔叶林次之,人工针叶纯林最小。
主要与植物根系组成、分布以及有机质含量有关。
针阔混交林凋落物的分解速度虽然没有阔叶林快,但是在土壤不同层次上根系分布广、数量多,在生长过程中的物理穿插使土壤变得疏松,有利于改善土壤的孔隙状况。
有机质含量越大,对于形成良好的土壤团聚体就越有利,从土壤有机质和总孔隙度相关分析表明,它们呈正相关关系(r=0.74133
n=45。
图2 土壤孔隙度状况
3.1.3 土壤有机质及养分状况
有机质含量通常被作为衡量土壤肥力水平高低的重要指标[8]
。
从图3可以看出,土壤有机质含量的顺序为:
天然白桦林>天然阔叶混交林>天然针阔混交林>落叶松人工林>樟
子松人工林,其原因主要是受凋落物成分、组分及分解速度的影响所致。
土壤活性酸(pH影响土壤溶液中铝化合物的溶解与沉淀以及离子的吸附和代换。
土壤活性酸(pH人工针叶纯林较小,针阔混交林次之,天然阔叶林较大。
说明阔叶林有利于土壤中氮的矿化以及磷有效性的提高[3,9,10]。
这是由于针叶树凋落物中含有大量不易分解的单宁、树脂等,分解后产生酸性物质使土壤的活性酸
(pH降低。
3 土壤有机质、活性酸(pH状况
、全氮和全磷的含量能反映土壤“营养库”
中养分总储量水平。
水解氮、速效磷和速效钾的含量则能反映出可被树木生长利用的养分水平[8]。
如图4和图5所示,土壤全氮、水解氮和有效磷含量与土壤有机质的变化结果趋于一致,含量顺序为天然白桦林>天然阔叶混交林>针阔混交林>落叶松人工林>樟子松人工林。
进行相关分析得出,全氮(R1、水解氮(R2、有效磷(R3含量与有机质(R4含量
(r14=0.79233
r24=0.83433,r34=0.84633,n=45呈极显著正相关
这也说明土壤有机质不仅是植物营养元素的源泉之一,而且对土壤的理化性质有很大的影响。
图4 土壤氮素、速效钾状况
图5 土壤磷素状况
天然阔叶混交林速效钾含量最高,天然针阔混交林含量最低,但是经过相关分析,土壤速效钾与有机质呈显著正相关(r=0.70133,n=45。
这是因为土壤中的氮、磷、钾来源主要靠凋落物归还,所以受凋落物分解程度的影响。
同时也说明,经过针阔混交之后,虽然使土壤中的有机质、全氮、全磷、水解氮和有效磷含量增加,但是没有提高土壤速效钾的含量,
9
2第1期
肖 洋等:
公别拉河流域主要森林类型的土壤肥力与涵养水源功能
其它有关研究也证明了这一点[4],这可能是由于混交后钾素的物质循环受到限制,不如其它元素剧烈。
3.1.4 主成分分析方法进行土壤肥力评价
用以上测得的土壤各指标作为土壤肥力综合评价指标,运用主成分分析方法,以各主成分特征贡献率为权重,加权计算各林地土壤肥力综合指标值[11]。
从图6可以看出,土壤肥力综合评价指标值的顺序是:
天然阔叶混交林>天然针阔混交林>天然白桦林>落叶松人工林>樟子松人工林。
说明针叶林的自肥能力较差,阔叶林的自肥能力较强,而进行针阔混交模式,对于改善土壤结构,增加有机质和养分含量,提高林地土壤的肥力和蓄水能力有很大作用
。
3.2 3.2.1 ,很重要的部分是依靠地表的枯落物。
枯落物可以截持降水,更有吸收和阻延地表径流、抑制土壤蒸发的功能
。
图7 不同林型枯落物持水能力
不同森林类型的枯落物量差别较大。
由图7可知,天然白桦林枯落物积累量最高,其次为针阔混交林,樟子松人工林和落叶松人工林相差不多,阔叶混交林最低。
这主要是由于在天然白桦林下不同空间分布较多的亚乔木和灌木等,混杂了一些它们的枯落物,使得贮量较多。
而从吸水率看,针阔混交林的枯落物吸水率最高,落叶松人工林和樟子松人工林的吸水率最低,这主要和枯落物的组成有关。
森林枯落物的持水量受枯落物量和吸水率的共同影响,枯落物持水量由高到低依次为:
针阔混交林>白桦林>落叶松人工林>樟子松人工林>落叶阔叶混交林。
3.2.2 土壤层的蓄水能力
森林土壤是整个森林生态系统对水分起涵养和调节作用的主体。
有关研究表明,土壤层持水量占林分持水量的98%以上[12]。
土壤层的最大蓄水量一般指土壤饱和持水量,而土壤有效蓄水量是指土壤非毛管孔隙持水量。
从图8可以看出,土壤最大蓄水量和有效蓄水量变化规律一致,均属针阔混交林最高,分别为1480.27t/hm2和199.9
t/hm2
其它依次为天然白桦林,落叶松人工林,天然阔叶混交林,樟子松人工林。
由此可见,针阔混交林对土壤结构的改良作用较大,与纯林相比具有较高调节和涵养水源的功能。
把
土壤最大蓄水量和土壤理化性质进行相关分析得出,土壤最
大蓄水量和土壤有机质(r=0.6893,n=45呈显著相关,其它相关性不显著,这说明有机质对于土壤蓄水量影响较大
。
5种主要森林类型进行土壤肥力与
针叶纯林无论是土壤肥力还是水源涵,而针阔混交林的土壤肥力和水源涵养能力都较高。
具体结论如下:
(1不同森林类型对土壤理化性质影响较大,从容重、持水状况和孔隙状况分析,阔叶林和针阔混交林对土壤结构有较强的改良作用,与纯林相比具有较高调节和涵养水源的功能。
各林型有机质、全氮、水解氮、有效磷含量的变化规律基本趋于一致,即:
天然白桦林>天然阔叶混交林>天然针阔混交林>落叶松人工林>樟子松人工林;全磷含量樟子松人工纯林最低,白桦林最高;活性酸(pH则为阔叶混交林最大,而落叶松人工林最低;有效钾含量为阔叶混交林最大,针阔混交林最低。
(2运用主成分分析方法进行土壤肥力综合评价,结果为:
天然阔叶混交林>天然针阔混交林>天然白桦林>落叶松人工林>樟子松人工林。
(3不同森林类型林地枯落物持水量由高到低依次为:
天然针阔混交林>天然白桦林>落叶松人工林>樟子松人工林>天然阔叶混交林。
林地最大蓄水量和有效蓄水量由高到低依次为:
天然针阔混交林>天然白桦林>落叶松人工林>天然阔叶混交林>樟子松人工林。
参 考 文 献
1 关继义,陈喜全.森林土壤实验教程.哈尔滨:
东北林业大学出版
社,19922 中华人民共和国林业行业标准.森林土壤分析方法.北京:
中国标准出版社,19993 严升.土壤肥力研究方法.北京:
农业出版社,19884 陈立新.人工林土壤质量演变与调控.北京:
科学出版社,20045 HuH,LiuSQ,ChenQH,etal.Changesofsoilpropertyinthecourse
ofsubalpineconiferousforestsartificialrecoveryinwesternSichuan.Chi2neseJApplicationEnvironmentBiology,2001,7(4:
308~3146 杨玉盛,李振问,俞新妥.杉木油桐仙人草复合经营的土壤结构特性与水分性质的研究.南京林业大学学报,1993,17(3:
75~797 三好洋,丹原一宽.土壤物理性质与土壤诊断.北京:
农业出版社,
19868 陈立新.东北山地人工林生态系统土壤肥力的研究.哈尔滨:
东北林业大学出版社,20009 北京林学院.土壤学.北京:
中国林业出版社,198210 中国科学院南土所.土壤理化分析.上海:
上海科学技术出版社,
197811 余建英,何旭宏.数据统计分析与SPSS应用.北京:
人民邮电出版
社,200312 王光玉.杉木混交林水源涵养和土壤性质研究.林业科学,2003,
39(1:
15~20
03 东 北 林 业 大 学 学 报 第34
卷
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