北京八達(dá)嶺地區(qū)典型林分林地土壤抗蝕性分析

周瑋，查同剛?，孫懷寧，黃俊威，楊瀚

(1.北京林業(yè)大學(xué)水土保持學(xué)院,100083,北京; 2.林業(yè)生態(tài)工程教育部工程研究中心,100083,北京)

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北京八達(dá)嶺地區(qū)典型林分林地土壤抗蝕性分析

周瑋1,2，查同剛1,2?，孫懷寧1,2，黃俊威1,2，楊瀚1,2

(1.北京林業(yè)大學(xué)水土保持學(xué)院,100083,北京; 2.林業(yè)生態(tài)工程教育部工程研究中心,100083,北京)

為研究八達(dá)嶺地區(qū)不同森林植被對(duì)土壤抗蝕性的影響，揭示不同林分林地土壤抗蝕性特征，以該地區(qū)典型植被類型(油松林、針闊混交林、闊葉林和灌木林)為研究對(duì)象，運(yùn)用主成分分析及相關(guān)分析方法，研究該區(qū)域內(nèi)，不同林分類型土壤的抗蝕性。結(jié)果表明:八達(dá)嶺地區(qū)林分林地土壤干篩時(shí)，團(tuán)聚體主要集中于5～2 mm粒徑范圍內(nèi)，在0.5～0.25 mm粒徑范圍內(nèi)質(zhì)量分?jǐn)?shù)最少；濕篩后，<0.25 mm小粒徑范圍內(nèi)質(zhì)量分?jǐn)?shù)最大，在10～5 mm大粒徑范圍內(nèi)質(zhì)量分?jǐn)?shù)最少。為比較各典型林分林地土壤抗蝕性，選取土壤理化性質(zhì)、土壤團(tuán)聚特征等12種指標(biāo)，以主成分分析方法為基礎(chǔ)，確定評(píng)價(jià)北京八達(dá)嶺地區(qū)土壤抗蝕性的最佳指標(biāo)體系，同時(shí)，經(jīng)相關(guān)分析選定干篩時(shí)，土壤幾何平均直徑(GMD)為八達(dá)嶺地區(qū)各典型林分林地最佳土壤抗蝕指標(biāo)。經(jīng)分析，八達(dá)嶺地區(qū)各典型林分土壤表層(0～10 cm)抗蝕性由強(qiáng)到弱依次為闊葉林>灌木林>針闊混交林>油松林；對(duì)于主要發(fā)生土壤侵蝕的0～20 cm土壤表層抗蝕性由強(qiáng)到弱為灌木林>油松林>闊葉林>針闊混交林；在各土層平均值綜合情況下，評(píng)價(jià)結(jié)果選取抗蝕性綜合指數(shù)表示，得出各林地土壤抗蝕性由強(qiáng)到弱依次為灌木林>油松林>針闊混交林>闊葉林。

林地土壤； 土壤團(tuán)聚體； 土壤抗蝕性； 八達(dá)嶺地區(qū)

土壤侵蝕不僅會(huì)引起土壤質(zhì)量的下降，還會(huì)帶來水體富營(yíng)養(yǎng)化等一系列生態(tài)環(huán)境問題，如地表徑流挾帶土壤氮進(jìn)入水體，是造成水體面源污染的主要途徑之一[1-2]。地表植被通過調(diào)節(jié)凋落物輸入、熱量與水分分配和土壤微生物類群與活動(dòng)等途徑，影響林地土壤層的抗侵蝕能力和侵蝕過程。土壤抗蝕性是指土壤抵抗水分散和懸浮的能力[3]，是評(píng)定土壤抵抗侵蝕能力的重要參數(shù)之一，且與土壤理化性質(zhì)等內(nèi)在因素密切相關(guān)[4-9]；此外，土壤抗蝕性大小，還與植被類型等外部因素有關(guān)[10]。因土壤抗蝕性能受多指標(biāo)影響，且時(shí)空變異性較大，故即便為同一林地，在不同時(shí)間下也有差異[11]。關(guān)于土壤抗蝕性的研究頗多：韓魯艷等[13]通過聚類分析等方法，對(duì)黃土丘陵溝壑區(qū)人工林地土壤進(jìn)行抗蝕性評(píng)價(jià)；薛萐等[14]以時(shí)空互代法，研究黃土丘陵區(qū)不同年限人工灌木林的土壤抗蝕性演變特征；王儉成等[15]在北川地區(qū)，以主成分分析方法對(duì)典型林分抗蝕性進(jìn)行了研究。筆者選擇作為重要景觀和水源涵養(yǎng)功能區(qū)的北京八達(dá)嶺地區(qū)為研究區(qū)，通過選擇4種典型林分(油松(Pinus tabulifomis)林、針闊混交林、闊葉林和灌木林)，采用主成分分析法研究不同植被類型對(duì)土壤抗蝕性影響，揭示不同林分林地土壤抗蝕性特征。研究結(jié)果對(duì)科學(xué)評(píng)價(jià)研究區(qū)不同林分的水土保持功能，具有重要實(shí)踐意義，對(duì)揭示土壤抗侵蝕機(jī)理，服務(wù)區(qū)域水土流失的防治，以及協(xié)調(diào)區(qū)域土地利用具有參考價(jià)值。

1　研究區(qū)概況

研究區(qū)位于北京市西北部延慶縣內(nèi)八達(dá)嶺林場(chǎng)(E 115°55′,N 40°17′)。林場(chǎng)總面積2 940 hm2，平均海拔780 m，相對(duì)高差788 m。屬大陸性季風(fēng)氣候，具半濕潤(rùn)、半干旱暖溫帶氣候特點(diǎn)，年均氣溫10.8 ℃，年均降雨量454 mm。土壤主要有典型褐土、碳酸鹽褐土和淋溶褐土3種，典型褐土垂直和水平分布最廣，土層厚30 cm左右，各海拔及坡向均有分布[16-18]。該區(qū)自20世紀(jì)50年代實(shí)施封山育林與人工造林，目前森林覆蓋率達(dá)60.7%。闊葉林360 hm2，針葉林1 478 hm2，針闊混交林52.2 hm2，灌木林1 003.5 hm2，均為水源保護(hù)林,部分因沿長(zhǎng)城分布，兼有游憩觀賞功能,較好反映該區(qū)森林的多效益性,是華北地區(qū)山地森林的典型代表[17]。 在該區(qū)選取油松林、針闊混交林、闊葉林和灌木林4種典型林分，進(jìn)行土壤抗蝕性研究。各林地基本情況見表1和表2。

表1　典型林分代表性標(biāo)準(zhǔn)樣地基本情況

表2　典型林分基本組成

2　材料與方法

2.1取樣方法

選擇具有典型性與代表性的4種林分，并分別在4種林分下，選擇坡向、坡度和海拔等條件基本一致的4個(gè)調(diào)查樣地(20 m×20 m)，在每個(gè)樣地的上、中和下3個(gè)部分，以土壤深度為標(biāo)準(zhǔn)，10 cm為一層，分3層挖掘土壤剖面，并將挖掘的3個(gè)土壤剖面作為3個(gè)重復(fù)。共開挖12個(gè)剖面，獲取36個(gè)土壤層及土壤樣本。

2.2土壤團(tuán)聚體指標(biāo)選取

多項(xiàng)研究表明，土壤自身性質(zhì)是土壤侵蝕的內(nèi)因，特別是土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性，它與土壤易蝕性間存在顯著負(fù)相關(guān)性[19-20]。土壤團(tuán)聚體水穩(wěn)性則是評(píng)價(jià)土壤可蝕性的重要指標(biāo)[21]。土壤團(tuán)聚體相關(guān)指標(biāo)計(jì)算方法如下:

>0.25 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體數(shù)量(Water Stable aggregates,WSA)可反映土壤結(jié)構(gòu)好壞，越大結(jié)構(gòu)越好[22]。

式中：WSA為>0.25 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體數(shù)量，%；i為土壤團(tuán)聚體的級(jí)數(shù)，i=1,2,…,n;mi為第i級(jí)土壤團(tuán)聚體質(zhì)量,g；m為土壤團(tuán)聚體總質(zhì)量,g。

團(tuán)聚體破壞率(Percentage of Aggregate Destruction,PAD)

式中：PAD為團(tuán)聚體破壞率，%；Md為>0.25 mm干篩團(tuán)聚體質(zhì)量比例，%；Mw為>0.25 mm濕篩團(tuán)聚體質(zhì)量比例，%。

平均重量直徑(Mean Weight Diameter,MWD)。常用評(píng)定土壤結(jié)構(gòu)的指標(biāo)之一，愈大結(jié)構(gòu)性愈好[23]。

式中：wi為第i粒級(jí)中土壤團(tuán)聚體質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%;di為相鄰兩粒級(jí)土壤團(tuán)聚體的平均粒徑，mm。

團(tuán)聚體平均重量直徑變化(Mean Weight Diameter changes,MWDC):差值較小的，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較好[23]。

MWDC=MWD干篩-MWD濕篩。

幾何平均直徑(Geometric Mean Diameter,GMD)[24]

2.3數(shù)據(jù)處理分析

主要利用統(tǒng)計(jì)分析軟件SPSS18.0，進(jìn)行相關(guān)性以及主成分分析。

3　結(jié)果與分析

3.1典型林分林地土壤理化性質(zhì)

土壤有機(jī)質(zhì)、氮磷鉀等質(zhì)量分?jǐn)?shù)可反映土壤肥力狀況，在一定程度上反映土壤結(jié)構(gòu)的好壞(表3)。在各典型林分林地土壤中，隨土層的加深，各林分土壤中有機(jī)質(zhì)、全氮、速效鉀及速效磷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)均呈遞減趨勢(shì)。土壤有機(jī)質(zhì)中，含有植物生長(zhǎng)所需要的多種營(yíng)養(yǎng)元素，是土壤肥力的物質(zhì)基礎(chǔ)。各林分中土壤有機(jī)質(zhì)在土壤表層(0～10 cm)質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，各林分平均值為49.86 g/kg，質(zhì)量分?jǐn)?shù)最大的為闊葉林(60.58 g/kg)，各典型林分林地有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)順序?yàn)殚熑~林>針闊混交林>油松林>灌木林。這可能與闊葉林枯落物較針葉林更易降解，或與不同樹種間的立地條件不同有關(guān)。土壤全氮反映土壤氮素總量，0～10 cm全氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均值為1.51 g/kg，10～20 cm為0.908 g/kg，2土層均表現(xiàn)為針闊混交林質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，油松林和闊葉林次之，灌木林質(zhì)量分?jǐn)?shù)最少。不同林分的速效鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)有明顯差異，針闊混交林質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，灌木林質(zhì)量分?jǐn)?shù)較少。0～10 cm速效鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均值為143.3 mg/kg，10～20 cm為87.92 mg/kg，20～30 cm為66.99 mg/kg，各典型林分林地3個(gè)土壤層次中，速效鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)由高到低都表現(xiàn)為：針闊混交林>油松林>闊葉林>灌木林。磷是植物生長(zhǎng)所需要元素之一，0～10 cm各林分速效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均值為42.18 mg/kg，針闊混交林速效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)明顯高于其他3種林分，油松林的速效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)最少。10～20 cm速效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均值為33.56 mg/kg，灌木林與針闊混交林質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，闊葉林質(zhì)量分?jǐn)?shù)最少。這表明各典型林分林地下，土壤有機(jī)質(zhì)、氮、磷及鉀等養(yǎng)分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，具有較明顯差異。

3.2土壤團(tuán)聚體

3.2.1土壤團(tuán)聚體分布特征干篩時(shí)，各林分土壤團(tuán)聚體主要集中在5～2 mm粒徑范圍內(nèi)，各層質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為：0～10 cm土壤層團(tuán)聚體質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均值為31.14%，10～20 cm為34.57%，20～30 cm為34.31%。土壤團(tuán)聚體在0.5～0.25 mm粒徑范圍內(nèi)最少，在10～5 mm和2～1 mm內(nèi)，分布較相似，幾乎都分布于10%～15%內(nèi)。濕篩后，各林分土壤團(tuán)聚體主要集中在<0.25 mm粒徑內(nèi)，各林分0～10 cm質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均值為28.27%，10～20 cm為30.03%，20～30 cm為33.3%。在10～5 mm粒徑范圍內(nèi)，質(zhì)量分?jǐn)?shù)最少，在0～10 cm土層團(tuán)聚體質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7.44%，10～20 cm為11.95%，20～30 cm為6.07%。濕篩時(shí)，5～2 mm粒徑范圍內(nèi)，團(tuán)聚體質(zhì)量分?jǐn)?shù)相對(duì)于干篩時(shí)明顯減少，減少量達(dá)16%左右。可見濕篩后，大團(tuán)聚體數(shù)量明顯減少，而小團(tuán)聚體數(shù)量明顯增加，即土壤團(tuán)聚體具有干篩時(shí)大團(tuán)聚體數(shù)量多，而濕篩時(shí)小團(tuán)聚體數(shù)量多的特點(diǎn)，這是干燥的土壤團(tuán)聚體遇水分散的原因(圖1)。

表3　典型林分林地土壤有機(jī)質(zhì)及氮磷鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)

3.2.2土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性特征MWD與GMD是土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性重要指標(biāo)[24]。研究表明，MWD與GMD能較好反映團(tuán)聚體及水穩(wěn)性團(tuán)聚體分布和穩(wěn)定性特征，其值越大，團(tuán)聚體平均直徑團(tuán)聚度越高，穩(wěn)定性也就越強(qiáng)[25]。如圖2所示，MWD與GMD在各林分土壤層的分布趨勢(shì)具有一致性。油松林中，10～20 cm土壤層的團(tuán)聚度最高、穩(wěn)定性最好，20～30 cm次之，0～10 cm最低；針闊混交林中，20～30 cm土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性最好，0～10 cm土壤穩(wěn)定性最低；闊葉林中，土壤團(tuán)聚體的穩(wěn)定性隨深度增加而降低，0～10 cm土層團(tuán)聚體穩(wěn)定性最好，可能與該層有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高(60.58 g/kg)有關(guān)；灌木林10～20 cm層土壤穩(wěn)定性最好，0～10 cm土壤穩(wěn)定性最差?？傮w來說，各典型林分中，10～20 cm土壤團(tuán)聚體的穩(wěn)定性最好，0～10 cm土層團(tuán)聚體穩(wěn)定性最差。土壤可蝕性與土壤團(tuán)聚體水穩(wěn)定性關(guān)系密切，WSA可在一定程度上反映出土壤結(jié)構(gòu)的好壞。PAD反映土壤團(tuán)聚體遇水的破壞程度，其值越小團(tuán)聚體穩(wěn)定性越好。圖2中WSA在各典型林分各土壤層的分布趨勢(shì)，與MWD和GMD一致，PAD值大小的分布情況與MWD、GMD和WSA值大小的分布情況正好相反；故PAD與WSA所反映的土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性與其他2個(gè)指標(biāo)相同。

MWD:mean weight diameter; GMD:geometric mean diameter; PAD:percentage of aggregate destruction; WSA:water-stable aggregate.The same below.圖2　各典型林分下不同穩(wěn)定性指標(biāo)大小分布圖Fig.2　Distribution diagram of each stability index of four typical forest stands

3.3土壤抗蝕性能

3.3.1抗蝕指標(biāo)的選定經(jīng)主成分分析確定，該區(qū)典型林分林地土壤抗蝕性的最佳指標(biāo)體系。3個(gè)主成分Y1、Y2和Y3的特征根累積貢獻(xiàn)率為85.882%>85%，可滿足主成分分析對(duì)信息損失量的要求；故可用第1、第2及第3主成分作為評(píng)價(jià)綜合指標(biāo),且評(píng)價(jià)可信度為85.882%。第1主成分貢獻(xiàn)率為47.080%，特征值為5.650；第2主成分貢獻(xiàn)率為24.628%，特征值為2.955；第3主成分貢獻(xiàn)率為14.173%，特征值為1.701(表4)。

表4　典型林分林地土壤抗蝕性指標(biāo)PCA分析的因子負(fù)荷量、特征值和貢獻(xiàn)率

注：X1:土壤密度；X2：有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)；X3：全氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)；X4：速效鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)；X5：速效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)；X6:MWD干篩；X7：MWD濕篩；X8：MWDC；X7：GMD干篩；X8：GMD濕篩；X11:PAD;X12:WSA; Y1：第1主成分；Y2：第2主成分；Y3：第3主成分。Note:X1:soil bulk density; X2:organic matter; X3:total nitrogen; X4:available potassium; X5:available phosphorus; X6:MWDDry seived; X7:MWDWet seived; X8:MWDWet sleved; Y1:the first principal component; Y2:the second principal component; Y3:the third principal component.

第1主成分與X6(MWD干篩)、X9(GMD干篩)、X8(MWDC)關(guān)系較密切，其中，X6因子負(fù)荷量最大(0.921)，即MWD干篩是所有指標(biāo)中最重要的指標(biāo)；第2主成分中負(fù)荷量較大的為X12(WSA)、X5(速效磷)、X7(MWD濕篩)、X11(PAD)與X10(GMD濕篩)?？梢?，WSA所占比例越大速效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)越多，MWD濕篩和GMD濕篩越大，PAD越小，土壤抗蝕性就越強(qiáng)；第3主成分中X11(PAD)與X2(有機(jī)質(zhì))指標(biāo)負(fù)荷量較大。以各因子負(fù)荷量主成分線性函數(shù)，確定各典型林分林地土壤的第1、2、3主成分值，再根據(jù)各主成分提供信息量所占權(quán)重，得到各典型林分林地土壤抗蝕性綜合指數(shù)的計(jì)算方法:Y=0.548 2Y1+0.286 8Y2+0.165 0Y3，見表5。

表5　典型林分林地土壤抗蝕性綜合指數(shù)

經(jīng)相關(guān)分析土壤綜合抗蝕指數(shù)(Y)與GMD干篩(x)間存在較明顯線性關(guān)系(R2=0.928 6，n=12，P<0.01)。說明GMD干篩可代表該區(qū)典型林分的土壤抗蝕性能，故可選擇GMD干篩為該區(qū)最佳抗蝕指標(biāo)(表6)。

表6　典型林分林地土壤抗蝕性參數(shù)與土壤抗蝕性綜合指數(shù)之間的相關(guān)系數(shù)

注：MWDC=平均質(zhì)量直徑變化。Note:MWDC=mean weight cliameter changes.

3.3.2土壤抗蝕性能經(jīng)相關(guān)分析，GMD干篩可較好代表該區(qū)土壤抗蝕情況。表7中各林分土壤0～10 cm層GMD干篩較小，其余2層基本隨土層深度增加，GMD干篩逐漸遞減。灌木林變異系數(shù)(CV)最小(0.18)，說明灌木林各層土壤間的抗蝕性差異最??；油松林的CV值最大(0.35)，說明油松林各土壤層間抗蝕性差異較大。各林分林地土壤抗蝕性，在0～10 cm層具顯著差異，CV值最大(0.18)，說明該地區(qū)土壤抗蝕性的差異主要體現(xiàn)在0～10 cm層。

0～10 cm層土壤抗蝕性表現(xiàn)為闊葉林(2.09 mm)>灌木林(1.53 mm)>針闊混交林(1.31 mm)>油松林(0.99 mm)。這可能與闊葉林表層有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高有關(guān)。油松林的枯落物雖較厚，但較難分解，抗蝕性最差。生長(zhǎng)多種灌木類型的灌木林有相對(duì)較多的枯落物，形成較厚的腐殖質(zhì)層，抗蝕性好于針闊混交林。在較深的土壤層中，除針闊混交林外，由10～20 cm土壤層至20～30 cm土壤層，隨著土層加深，土壤抗蝕性減弱。

表7　典型林分林地土壤干篩GMD

注：CV為變異系數(shù)。Note:CV:coefficient of variation.

0～10 cm土壤層，土壤抗蝕性綜合指數(shù)與最佳抗蝕指標(biāo)GMD干篩均表現(xiàn)為闊葉林>灌木林>針闊混交林>油松林，即0～10 cm的表層土壤，闊葉林的抗蝕性最好，其次為灌木林，油松林的抗蝕性最差；但在各層次平均值評(píng)價(jià)時(shí)，兩者出現(xiàn)了差異，土壤抗蝕性綜合指數(shù)表現(xiàn)為灌木林(1.705)>油松林(0.291)>針闊混交林(-0.707)>闊葉林(-1.300)，而最佳土壤抗蝕指標(biāo)GMD干篩表現(xiàn)為灌木林(2.10)>針闊混交葉林(1.96)>油松林(1.92)>闊葉林(1.60)。二者均表現(xiàn)為灌木林抗蝕性最好，闊葉林抗蝕性最差。二者評(píng)價(jià)不同的關(guān)鍵在于油松林與針闊混交林；但因抗蝕性綜合指數(shù)受多因子制約，攜帶更多信息量，故更具可信度，因而以其平均為準(zhǔn)?？紤]土壤侵蝕多發(fā)生于0～20 cm土層，兩者評(píng)價(jià)表現(xiàn)為灌木林(2.04)>油松林(1.95)>闊葉林(1.81)>針闊混交林(1.74)；故GMD干篩可較好地反映各典型林地的土壤抗蝕性。

4　結(jié)論

1)在各典型林地土壤中，隨土層加深，各林地的土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、速效鉀及速效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)均呈遞減趨勢(shì)，養(yǎng)分物質(zhì)在不同的土壤層次表現(xiàn)不同的林分排列順序。干篩時(shí)，各林分林地土壤團(tuán)聚體主要分布在5～2 mm粒徑范圍內(nèi)，在0.5～0.25 mm粒徑范圍內(nèi)最少；濕篩后，土壤團(tuán)聚體主要集中在<0.25 mm粒徑內(nèi)，在10～5 mm粒徑范圍內(nèi)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)最小。濕篩后大團(tuán)聚體數(shù)量明顯減少，小團(tuán)聚體數(shù)量明顯增加。除闊葉林外，各典型林分的MWD、GMD、WSA與PAD均反映10～20 cm土層的土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性最好，0～10 cm土層的穩(wěn)定性最差。

2)選取土壤理化性質(zhì)、土壤團(tuán)聚特征等12種指標(biāo)，基于主成分分析，篩選出評(píng)價(jià)八達(dá)嶺地區(qū)土壤抗蝕性的最佳指標(biāo)體系：Y=0.548 2Y1+0.286 8Y2+0.165 0Y3，再經(jīng)相關(guān)分析，選定干篩條件下，GMD是該地區(qū)典型林分林地最佳土壤抗蝕指標(biāo)。在2種評(píng)價(jià)中，各典型林分0～10 cm土壤層抗蝕性由強(qiáng)到弱為闊葉林>灌木林>針闊混交林>油松林；易發(fā)生土壤侵蝕的0～20 cm土壤層，土壤抗蝕性強(qiáng)度為灌木林>油松林>闊葉林>針闊混交林；在各土壤層平均值綜合情況下，評(píng)價(jià)結(jié)果以抗蝕性綜合指數(shù)表示，抗蝕性由強(qiáng)到弱依次為灌木林>油松林>針闊混交林>闊葉林。

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Analysis of anti-erodibility of forest soil at 4 typical forest stands in Beijing Badaling area

Zhou Wei1,2，Zha Tonggang1,2，Sun Huaining1,2，Huang Junwei1,2，Yang Han1,2

(1.School of Soil and Water Conservation，Beijing Forestry University，100083，Beijing，China；2.Forestry Ecological Engineering Research Center，Ministry of Education，100083，Beijing，China)

[Background] In order to study the impacts of different vegetation types in Badaling area on the soil anti-erodibility and further reveal the soil anti-erodibility under different vegetation types,researches were conducted on 4 forest stands of Pinus tabuliformis,mixed conifer and broadleaf,broadleaf and shrub.[Methods] Based on the data from adequate field investigation as well as sampling and laboratory analysis,principal components analysis (PCA) along with relevant analytical methods were adopted in the study.[Results] After dry sieving,the particle size of aggregates in Badaling area was mostly found in 5-2 mm and the least in 0.5-0.25 mm.By contrast,after wet sieving,most aggregates were in small particle size (<0.25 mm) while large-size (10-5 mm) aggregates accounted for the smallest proportion.The geometric mean diameter (GMD),mean weight diameter (MWD),percentage of aggregate destruction (PAD) as well as the content of soil water-stable aggregate (WSA) > 0.25 mm of P.tabuliformis forest,mixed conifer and broadleaf forest and shrub forest all showed that aggregates in 10-20 cm layer of the forestland were the most stable,while in 0-10 cm layer they were in the worst stability,however this was not applied to broadleaf forest.To make better comparisons about the capacity of soil anti-erodibility in the 4 types of forestland,12 indexes were defined,including the physical and chemical features of soil and aggregate characteristics.And based on the method of PCA,the best and most suitable index system was established for evaluating the soil anti-erodibility in Badaling area.Among all the indexes,the GMD of dry-sieved soil was then selected via analysis as the best one to describe the soil anti-erodibility of the different typical forestland.Analytically,in Badaling area,the topsoil (0-10 cm) of broadleaf forest showed the greatest resistance to soil erosion,followed by shrub forest,mixed conifer and broadleaf forest and P.tabulifomis forest.Analysis also showed the anti-erodibility of 0-20 cm layer,where erosion was most likely to take place,with the figures for the different types of vegetation,was shrub forest > P.tabulifomis forest > broadleaf forest > mixed conifer and broadleaf forest.Synthetically,considering the average conditions for each layer,the final result of the soil evaluation was presented in the form of comprehensive soil anti-erodibility index.And the comprehensive soil anti-erodibility of the 4 types of forestland was shrub forest > P.tabulifomis forest > mixed conifer and broadleaf forest > broadleaf forest.[Conclusions] The result has practical significance to the scientific evaluation of the soil and water conservation function of the different forest stand in the research area.Meanwhile,the results of the study has certain reference value for both regional soil and water conservation and the further study on the mechanism of soil erosion.Therefore,the research may contribute to the prevention and control of regional soil and water loss and the coordination of regional land use.

forest soil; soil aggregate; soil anti-erodibility; Badaling area

2015-06-12

2016-01-25

項(xiàng)目名稱：中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金資助“北京八達(dá)嶺地區(qū)典型林分土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性特征對(duì)土壤侵蝕過程的影響”(xs201404)

周瑋(1994—)，女，本科生。主要研究方向：水土保持與荒漠化防治。E-mail:18310233068@163.com

簡(jiǎn)介：查同剛(1972—)，男，副教授，碩士研究生導(dǎo)師。主要研究方向：土壤退化與生態(tài)修復(fù)。E-mail:zhtg73@bifu.edu.cn

S157.1

A

1672-3007(2016)04-0084-10

10.16843/j.sswc.2016.04.011