岷江上游不同植被類型的土壤水分和物理性質

蒲 焱,左建梅

(1.理縣環(huán)境保護和林業(yè)局，四川 阿壩 611130；2.攀枝花市林業(yè)局，四川 攀枝花 611130)

土壤是人類生產和生活中重要的自然資源，是人類賴以生存的物質基礎。土壤理化性質的狀況能直接反映土壤肥力狀況[1]。不同土地利用類型的土壤水、氣、熱等條件可能不同，從而使土壤的物理化學性質發(fā)生一系列變化[2]。許多自然過程和人為活動，如氣候波動、植被演替、人為經營管理活動等都影響著土壤質量[3,4]。

土壤容重、孔隙度等指標與土壤的持水、保水及滲水能力相關。土壤孔隙狀況還影響著土壤的通水性、透氣性能，間接反映土壤水分和熱量狀況，從而影響植物生長狀況[5]。土壤水分是林木和作物生長發(fā)育的必須環(huán)境因子，同時也是土壤生態(tài)系統(tǒng)中最具影響力的環(huán)境因子之一[6]。土壤最大持水量不僅是制約坡面徑流、土壤侵蝕的重要因子，也是調節(jié)土壤水分、評價土壤質量的重要物理指標[7]。土壤質量評價在植被恢復和生態(tài)環(huán)境建設中得到了廣泛應用[8]。一般而言，在一定范圍內，減小土壤容重，增加土壤孔隙度和土壤毛管持水量，有利于提高根系對水分和營養(yǎng)元素的吸收，同時土壤田間最大持水量越大，土壤抗旱的能力越強，土壤質量越高[5,7]。

岷江上游是長江流域重要的水源保護區(qū)，該區(qū)域的植被恢復和生態(tài)環(huán)境建設對長江流域生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性具有重要意義[9]。雖然已有學者對該區(qū)域植被恢復和生態(tài)系統(tǒng)建設做了相關研究[10]，但由于岷江上游地質活動(地震、泥石流)頻發(fā)[11]，加之干旱河谷地帶植被恢復和生態(tài)系統(tǒng)建設難度較大，該區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)較為脆弱[12]?；诖耍疚耐ㄟ^調查理縣4種典型植被類型的土壤物理性質特征，為岷江上游地區(qū)植被恢復和生態(tài)環(huán)境建設提供參考。

1 研究區(qū)概況與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究地點位于四川省岷江上游理縣(103°25′～103°28′ E、31°31′～31°33′ N)，該地區(qū)屬山地季風氣候，地形復雜、海拔 2 100 m～3 500 m，是干旱河谷向山地森林過渡的典型地帶，也是岷江上游植被類型差異最大的地段。年均氣溫11.0 ℃，無霜期190 d，年降水量500 mm。土壤為褐土，顏色在淺褐與暗褐間，土壤母質為千枚巖。

1.2 研究方法

2016年5月，在研究區(qū)域內選擇云杉人工林、經濟林、農耕地和灌木林4種典型植被類型，并在4種植被類型中建立10 m×10 m的樣地，調查樣地基本情況(見表1)。研究發(fā)現(xiàn)植被類型[2]、土地利用方式[3]和放牧活動[4]等主要影響淺層土壤的理化性質，因此本試驗以品字形方法在每塊樣地內布設3個采樣點，除去表層腐殖質、枯枝落葉等，用體積為100 cm3的環(huán)刀采集0～5 cm層土樣，做好標記。盡快帶回實驗室，并參照林標(LY/T 1215-1999)測定土壤物理性質。

表1

樣地基本情況

Tab.1

The basic information of the researched plots

1.3 數(shù)據統(tǒng)計與分析

用Excel 2010和SPSS 20.0對數(shù)據進行統(tǒng)計和分析。用單因素方差分析(ANOVA)比較不同植被類型土壤物理性質的差異(P<0.05)。

2 結果與分析

2.1 不同植被類型的土壤容重

土壤容重作為一個表征土壤結構狀況的指標，它與土壤質地、結構、腐殖質含量、土壤松緊狀況以及降雨情況等有關，降雨、灌水及重力的影響使土壤塌實、土粒密集、容重發(fā)生變化[2,5]。一般來說，土壤容重小則土壤疏松，有利于減緩地表徑流的沖刷[3]。從圖1可知，理縣不同植被類型的土壤容重存在明顯差異。云杉人工林土壤容重最低，顯著(P<0.05)低于其余3種植被類型；農耕地的土壤容重最高，但與經濟林差異不顯著(P>0.05)，與灌木林和云杉人工林差異顯著(P<0.05)。一方面是人為經營管理活動會影響土壤容重[2,6]。農耕地和經濟林由于人為經營管理活動密集，使土壤粘重板結，透氣性降低，土壤容重較大[7]。另一方面，該區(qū)域存在放牧的現(xiàn)象，牲畜踩踏可能造成土壤緊實[13]，通透性降低，因此灌木林的土壤容重比人工林高。而且，云杉人工林林下植被狀況較好，其中蕨類、莎草占40%，枯落物層8 cm，腐殖質4 cm，有效地改善了土壤質地，增強透氣性。這與王來等[14]人的研究結果相似。

圖1 不同植被類型的土壤容重Fig.1 The variation of soil bulk density under different types of vegetation

2.2 不同植被類型的土壤水分

由圖2表明，不同植被類型的土壤水分存在一定的差異，云杉人工林與經濟林的土壤水分差異不顯著(P>0.05)，但均顯著(P<0.05)高于灌木林和農耕地。農耕地的土壤水分最低，顯著(P<0.05)低于其余3種植被類型。一方面，云杉人工林植被覆蓋率大，因林木的覆蓋作用，水分蒸發(fā)速度慢，保水能力較強，土壤水分值最高[15]。另一方面，農耕地受人為擾動程度強烈，過度開墾，常年翻耕、除草等，加大土壤水分蒸發(fā)，土壤水分值偏低[16]。灌木林的土壤水分低于經濟林。一方面可能是因為農民常年在灌木林中放牧，破壞了土壤結構[13]，影響土壤水分的貯存性能，有的地方甚至還出現(xiàn)了裸露地，因此土壤水分含量不高。另一方面經濟林人為經營活動較多，農民澆水灌溉活動可能導致其土壤水分含量提高[7]。

圖2 不同植被類型的土壤水分Fig.2 The variation of soil water under different types of vegetation

2.3 不同植被類型的土壤孔隙度

土壤是多孔體，土粒之間、土壤團聚體之間以及團聚體內部均有孔隙存在[17]。土壤孔隙的量度用土壤孔隙度表示，即單位體積內土壤孔隙所占的百分數(shù)。土壤孔隙度說明了土壤孔隙的多少，可以反映土壤浸水和通氣狀況[18]。毛管孔隙是土壤水分貯存和水分運動相當強烈的地方，對植物吸收和利用水分、營養(yǎng)養(yǎng)分具有重要意義[19]。在土壤各種孔隙中以土壤的非毛管孔隙對降水水分疏通作用最大，成為自然降雨后土壤水分流動的主要通道，對于土壤水土流失與保持具有十分重要的意義[20]。由圖3可以看出，4種植被類型的毛管孔隙度大小排序為經濟林>云杉人工林>農耕地>灌木林，但差異不顯著(P>0.05)。從非毛管孔隙度來看(見圖4)，云杉人工林土壤非毛管孔隙最大，且顯著(P<0.05)高于其余3種植被類型。灌木林和經濟林土壤非毛管孔隙度差異不顯著(P>0.05)。農耕地土壤非毛管孔隙度顯著(P<0.05)低于其余3種植被類型。云杉人工林的非毛管孔隙度高于經濟林，這可能是因為人工林的植被覆蓋高，林下根系發(fā)達，這有利于降水沿土壤非毛管孔隙向下滲透，減少土層表面水土流失。這與龐學勇等[21]人的研究結果相似。灌木林和經濟林的非毛管孔隙度高于農耕地，主要是因為農耕地表層土壤非毛管孔隙受人為活動的影響，過度的人為施肥[2]、除草[16]、噴灑農藥[22]等經營活動可能降低了非毛管孔隙。

圖3 不同植被類型的毛管孔隙度Fig.3 The variation of soil capillary void under different types of vegetation

圖4 不同植被類型的非毛管孔隙度Fig.4 The variation of soil non-capillary void under different types of vegetation

2.4 不同植被類型的土壤持水量

土壤持水量能反映土壤抗水抗蝕能力，是衡量土壤生態(tài)功能的重要指標[19]。由圖5和圖6可知，田間最大持水量和毛管持水量受植被類型影響明顯，云杉人工林土壤田間最大持水量和毛管持水量最大，均顯著(P<0.05)高于灌木林和農耕地，且云杉人工林土壤田間最大持水量還顯著(P<0.05)高于經濟林。農耕地的土壤田間最大持水量和毛管持水量顯著(P<0.05)低于其余3種植被類型。

圖5 不同植被類型土壤毛管持水量Fig.5 The variation of soil capillary moisture capacity under different types of vegetation

圖6 不同植被類型土壤最大持水量Fig.6 The variation of soil maximum moisture capacity under different types of vegetation

3 小結

(1)云杉人工林林下植被狀況較好，枯落物和土壤腐殖質層較厚，土壤容重最小，土壤毛管孔隙度和非毛管孔隙度較大，透氣性較好，同時田間最大持水量和毛管持水量最大，土壤抗侵蝕和抗旱能力最強，土壤水分-物理性能較好。

(2)灌木林存在常年放牧行為，其土壤容重顯著大于云杉人工林，非毛管孔隙度、毛管持水量、田間最大持水量顯著小于云杉人工林。較云杉人工林而言，灌木林的土壤較板結，通透性和水熱傳導能力降低。減少放牧、增加枯落物和土壤腐殖質層厚度可能會改善土壤通氣狀況，增加土壤的抗侵蝕能力。

(3)人為管理活動最多的農耕地，土壤容重最大，通氣性和持水性最低，土壤板結，且抗侵蝕和抗旱能力最差，土壤質量較差。同樣存在人為經營管理活動的經濟林，其土壤持水性和非毛管孔隙度顯著高于農耕地。

綜上所述，4種植被類型的土壤物理性質存在較大差異，選擇合理的植被類型和減少人為干擾對于岷江上游地區(qū)植被恢復和生態(tài)功能改善具有重要的作用。