基巖質(zhì)海岸防護林主要林分類型土壤抗沖性研究

張曉勉，高智慧，高洪娣，陳賢田，柳方考，宋其巖，林 蔭，王 泳

（1.南京林業(yè)大學，江蘇 南京 210037；2.浙江省林業(yè)科學研究院，浙江 杭州 310023；3.浙江省林業(yè)生態(tài)工程管理中心，浙江 杭州 310020；4.浙江省三門縣林業(yè)特產(chǎn)局，浙江 三門 317100）

土壤抗沖性是指土壤抵抗徑流的機械破壞和推動下移的能力，表征土壤抗侵蝕能力的強弱，與地表水流量、坡度、植被類型、土壤性質(zhì)、地被物、根系等因素密切相關(guān)[1～5]。沿海巖質(zhì)海岸由于長期受到鹽風、臺風暴雨的襲擊，土壤貧瘠，水土流失嚴重，沿?；鶐r質(zhì)海岸防護林建設(shè)對于保持水土、減小土壤侵蝕有重要作用[6]。本文通過對浙江省沿海基巖質(zhì)海岸防護林主要林分類型土壤抗沖性的研究，為基巖質(zhì)海岸防護林建設(shè)和沿海地區(qū)水土流失治理提供理論依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于浙江省三門縣浬浦鎮(zhèn)草頭村，該區(qū)屬典型的亞熱帶海洋性季風氣候，年平均氣溫 16.2℃，降水量l 628.8 mm，但季節(jié)分配不均，夏秋降水量占全年的71.9%，冬季僅占9.4%，暴雨多集中于6－8月，且常受臺風影響。土壤母巖大多為花崗巖和凝灰?guī)r，地帶性土壤為紅壤，土層厚度中等，含石量高，質(zhì)地輕粘，干燥時疏松多孔，pH4.7 ～ 6.5，呈酸性或強酸性反應(yīng)。該區(qū)典型的森林植被屬中亞熱帶常綠闊葉林，現(xiàn)大多為次生群落或人工林取代，樹種較為單一，主要樹種有馬尾松（Pinus massoniana）、濕地松（P.elliottii）、木荷（Schima superba）等[7]。

2 研究方法

2.1 樣地選擇及樣品采集

在研究區(qū)內(nèi)選擇北江蕘花（Wikstroemia monnula）—檵木（Loropetalum chinense）混交林、化香（Platycarya strobilacea）純林、濕地松純林、楓香（Liquidambar formosana）純林、濕地松—木荷混交林、濕地松—楓香混交林6種有代表性的沿海防護林類型作為研究對象，并選擇無林地作對照。在這7種不同類型中分別設(shè)置20 m×20 m的標準樣地進行調(diào)查，在每一種林分內(nèi)的典型地段挖土壤剖面，分0 ～ 20 cm、 > 20 ～ 40 cm兩個層次采用C.C.索波列夫抗沖儀進行土壤抗沖實驗，并在每層取3個土樣進行室內(nèi)理化性質(zhì)分析。

2.2 樣品分析

對于進行理化性質(zhì)測定的土壤樣品進行風干、過篩，分別測定有機質(zhì)含量、pH、有效磷、全鉀、速效鉀、總空隙度、毛管孔隙度等土壤理化性質(zhì)指標。

本文土壤抗沖性采用抗沖指數(shù)來衡量?？箾_指數(shù)為在一個大氣壓力下，以 0.7 mm直徑的水柱沖擊土體 1 min，使其產(chǎn)生水蝕穴，測定每個水蝕穴的平均口徑和深度。每10個水蝕穴深與寬乘積的平均值的倒數(shù)，即為該土層的抗沖指數(shù)[8]。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同林分類型土壤抗沖性研究

土壤抗沖性主要取決于土粒間、微結(jié)構(gòu)間的膠結(jié)力和土壤結(jié)構(gòu)體間抵抗離散的能力，受土壤理化性質(zhì)、土壤剖面構(gòu)造及生物因素的影響[7]。林分類型不同，林下土壤狀況不同，土壤抗沖性能也不同。研究區(qū)不同林分類型不同土層深度抗沖性測定結(jié)果見圖1。由圖1可見，不同類型樣地或同一類型樣地不同土壤層次，土壤的抗沖指數(shù)間存在較大的差異，并表現(xiàn)出一定的規(guī)律。對于同一土層不同類型樣地而言，6種林分類型各土層抗沖指數(shù)都高于無林地。對于同一類型樣地而言，0 ～ 20 cm土層的抗沖性指數(shù)均高于 > 20 ～ 40cm土層，差距在1.3 ～ 0.07。

圖1 不同林分類型土壤抗沖性分布Figure1 Soil antiscourability under different types of coastal protective forest

分析原因為各林分類型土壤表層由于枯落物較多，使土壤有機質(zhì)含量較高，同時由于土壤表土層根系數(shù)量多，尤其是根徑 < 1.0 mm的須根數(shù)量較多，改善了土壤結(jié)構(gòu)，使土壤空隙度增加，容重變小，增加了土壤的通氣透水性。植物細根還具有強大的抗拉能力和彈性，加之網(wǎng)絡(luò)串聯(lián)、根土黏結(jié)、根系生物化學等作用，強化了抗沖性作用[9～12]。

3.2 不同林分類型土壤抗沖性與土壤理化性質(zhì)的關(guān)系

土壤作為被侵蝕的對象，影響土壤抗沖性的因素很多，土壤自身的物理化學性質(zhì)是影響土壤侵蝕的內(nèi)在因素，土壤自身的理化性質(zhì)與土壤抗沖性能之間有密切關(guān)系[13]。土壤容重、孔隙度作為土壤物理性質(zhì)的重要指標，可以較大程度的反映土壤的松緊程度，與土壤抗沖性能密切相關(guān)[13]。

本文對土壤抗沖指數(shù)（X1）、土壤容重（X2）、土壤毛管空隙度（X3）、土壤總空隙度（X4）、土壤非毛管空隙度（X5）、土壤有機質(zhì)含量（X6）、有效磷含量（X7）、全鉀含量（X8）、速效鉀含量（X9）進行相關(guān)分析，結(jié)果見表1。

表1 土壤抗沖指數(shù)與土壤理化性質(zhì)指標相關(guān)系數(shù)Table1 Correlation coefficient of soil antiscourability index and physiochemical properties

由表1可以看出，土壤抗沖指數(shù)與土壤容重、土壤有機質(zhì)含量成顯著相關(guān)，與土壤總空隙度成極顯著相關(guān)。土壤空隙度反映了土壤結(jié)構(gòu)的性狀。土壤空隙度大，說明土壤結(jié)構(gòu)良好，質(zhì)地疏松，降雨后大量的地表徑流快速滲透到土壤中，從而減少水分對土壤的沖刷，使土壤具有較強的的抗沖刷能力[14]。土壤容重是對土壤物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)密實程度的綜合反映[13]，土壤容重越大，土體的結(jié)構(gòu)就越密實，土壤抗沖性就越強[15]。土壤有機質(zhì)含量反映了土壤養(yǎng)分情況，土壤有機質(zhì)含量越高，土壤中水穩(wěn)性團粒聚體含量和土壤本身膠結(jié)物質(zhì)含量也較高，從而增大土壤的粘聚力，提高土壤的抗沖能力。

為了進一步研究土壤抗沖性與土壤理化性質(zhì)的關(guān)系，以土壤抗沖指數(shù)（Y1）為因變量，容重（X1）、總空隙度（X2）、有機質(zhì)含量（X3）為自變量進行多元線性回歸分析，線性回歸方程為：Y1= 163.2X1＋4.8X2－0.095X3－448.5 R2= 0.95

方程R2為0.95，顯著性水平小于0.05，表明在浙江沿?；鶐r質(zhì)海岸防護林中，土壤抗沖指數(shù)與土壤容重、總空隙度、有機質(zhì)含量這三個土壤理化性質(zhì)指標之間具有顯著的線性函數(shù)關(guān)系，使用此回歸方程能很好地預測出土壤抗沖性指數(shù)，為土壤抗沖性的研究提供重要依據(jù)。

3.3 不同林分類型土壤抗沖性能評價

為了對不同林分類型土壤抗沖性能進行綜合評價和分類，以土壤抗沖性指數(shù)（X1）、容重（X2）、總空隙度（X3）、有機質(zhì)含量（X4）為自變量運用SAS軟件對不同林分類型土壤的抗沖性進行聚類分析，結(jié)果見圖2。

圖2 不同林分類型土壤抗沖性能聚類圖Figure2 Dendrograme of soil antiscourability index under different forest types

由聚類分析（圖2）可以看出，7種不同類型樣地土壤抗沖性可以分為4類。其中，北 江蕘花＋檵 木混交林歸為第一類，屬于抗沖性能最強級；化香純林為第二類，屬于抗沖性能較強級；濕地松＋木荷混交林、濕地松＋楓香混交林、濕地松純林、楓香純林歸為第三類，屬于抗沖性能一般級；無林地為第四級，屬于土壤抗沖性較弱級。北江蕘花和檵 木混交林經(jīng)人工促進植被恢復，土壤表層養(yǎng)分富集，有機質(zhì)含量、全氮、全磷含量均高于其他林分類型，土壤中水穩(wěn)性團粒聚體含量和土壤膠結(jié)物質(zhì)含量較高，有利于增大土壤的粘聚力，提高土壤的抗沖能力。同時該林地土壤總空隙度和非毛管空隙度最大，說明土壤結(jié)構(gòu)良好，質(zhì)地疏松，降雨后有利于地表徑流的快速滲透，從而減少水分對土壤的沖刷。

4 結(jié)論與討論

（1）不同類型樣地或同一類型樣地不同土壤層次，土壤的抗沖性能間存在較大的差異，并表現(xiàn)出一定的規(guī)律。對于同一土層不同類型樣地而言，6種林分類型各土層抗沖性都高于無林地。對于同一類型樣地而言，0 ～ 20 cm土層的抗沖性指數(shù)均高于 > 20 ～ 40 cm土層，差距在1.3 ～ 0.07。

（2）土壤理化性質(zhì)對土壤抗沖性有重要影響。經(jīng)相關(guān)分析表明，土壤抗沖指數(shù)與土壤容重、土壤有機質(zhì)含量成顯著相關(guān)，與土壤總空隙度成極顯著相關(guān)。建立土壤抗沖指數(shù)與土壤理化性質(zhì)之間的回歸方程，方程R2為0.95，表明在浙江沿?；鶐r質(zhì)海岸防護林中，土壤抗沖指數(shù)與土壤容重、總空隙度、有機質(zhì)含量這三個土壤理化性質(zhì)指標之間具有顯著的線性函數(shù)關(guān)系，使用此回歸方程能很好地預測出土壤抗沖性指數(shù)，為土壤抗沖性的研究提供重要依據(jù)。

（3）采用聚類分析對不同林分類型土壤抗沖性能進行綜合評價和分類，結(jié)果表明7種不同類型樣地土壤抗沖性可以分為4類。 北 江蕘花檵 木混交林歸為第一類，屬于抗沖性能最強級；化香純林為第二類，屬于抗沖性能較強級；濕地松木荷混交林、濕地松楓香混交林、濕地松純林、楓香純林歸為第三類，屬于抗沖性能一般級；無林地為第四級，屬于土壤滲透性較弱級。

（4）通過對沿?；鶐r質(zhì)海岸防護林6種不同林分類型土壤抗沖性能的研究，表明在適當?shù)娜斯ご龠M措施下，沿海基巖質(zhì)海岸地區(qū)如北江蕘花木混交林等原有植被能有效改善本區(qū)土壤的水、肥、氣、熱等條件，改良土壤的結(jié)構(gòu)性，增加保水保肥能力，提高土壤肥力，有效地控制水土流失，達到人工造林的水土保持能力。

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