浙江湖州不同經(jīng)營(yíng)類型竹林土壤持水能力比較

施惠江 計(jì)瑋瑋 章德友 白洪青 楊 健 俞婷婷 陳康康 朱 煒

(1 吳興區(qū)道場(chǎng)鄉(xiāng)農(nóng)業(yè)農(nóng)村辦公室，浙江湖州 313000；2 湖州市梁希森林公園管理處，浙江湖州 313000；3 吳興區(qū)妙西鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)農(nóng)村辦公室浙江湖州 313000；4 德清縣林業(yè)局浙江湖州 313000；5 湖州市林業(yè)局浙江湖州 313000；6 湖州市生態(tài)林業(yè)保護(hù)研究中心，浙江湖州 313000)

陸地生態(tài)系統(tǒng)具有調(diào)節(jié)氣候、涵養(yǎng)水源、保持水土、防風(fēng)固沙等功能，其巨大的生態(tài)經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)維持社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要[1]。森林水源涵養(yǎng)能力是森林生態(tài)系統(tǒng)功能評(píng)估的重要指標(biāo)，而林地土壤是一個(gè)天然的大水庫(kù)，具有涵養(yǎng)水源和保持水土的功能，是森林涵養(yǎng)水源的重要場(chǎng)所[2]。浙江省湖州市竹資源豐富，竹林面積達(dá)13.02 萬hm2，占全市有林地面積的50.20%，因此竹林林地的水源涵養(yǎng)能力在全市森林涵養(yǎng)水源功能中占有重要地位。湖州市竹林以毛竹林為主，面積為10.02 萬hm2，占竹林面積的76.96%。根據(jù)經(jīng)營(yíng)方式不同，毛竹林分為材用林和筍用林，小徑竹林分為早竹林和雜竹林。其中，毛竹筍用林和早竹林經(jīng)營(yíng)強(qiáng)度大，經(jīng)濟(jì)效益高。為了解不同經(jīng)營(yíng)類型竹林的持水能力，選擇4 種經(jīng)營(yíng)類型的典型竹林，對(duì)比分析了竹林土壤的物理性質(zhì)和持水能力，以期為竹林經(jīng)營(yíng)方式與經(jīng)營(yíng)措施的確定提供依據(jù)。

1 試驗(yàn)地概況

湖州市地處浙江省北部，地處長(zhǎng)三角中心地帶，地理位置位于 119° 14′—120° 29′ N、30° 20′—31°11′E。年均氣溫12.2～16.1 ℃，極端最高氣溫40.8 ℃，極端最低氣溫-17.4 ℃，年降水量1 050～1 850 mm，有效積溫3 800～5 130 ℃，無霜期224～246 d。全市土地總面積5 819.6 km2，其中山地丘陵28.7 萬hm2，大部分屬低山丘陵地貌，土壤以紅壤為主，成土母質(zhì)主要為酸性巖漿巖、沉積巖[3]。全市林業(yè)用地面積30.68 萬hm2，有林業(yè)地面積25.95萬hm2，森林覆蓋率50.9%。

2 材料與方法

2.1 樣地概況

湖州市竹林面積較大，各縣區(qū)除南潯區(qū)外，其他縣區(qū)竹林面積占有林地面積在36.9%～62.9%。在湖州市吳興區(qū)及長(zhǎng)興縣、德清縣、安吉縣不同經(jīng)營(yíng)類型的竹林內(nèi)設(shè)置調(diào)查樣地，其各樣地的基本概況見表1。

表1 不同經(jīng)營(yíng)類型竹林樣地基本情況

2.2 試驗(yàn)方法

在不同經(jīng)營(yíng)類型竹林中分別選擇有代表性的林分設(shè)置土壤樣方，在樣方內(nèi)挖掘土壤剖面，確保不破壞土壤各層的結(jié)構(gòu)，用環(huán)刀分別在0～20 cm、＞20～40 cm 的土層上取原狀土，每組重復(fù)3 次，土樣采好后貼上標(biāo)簽，帶回室內(nèi)測(cè)定土壤的各項(xiàng)物理性狀和持水性能指標(biāo)。

土壤密度、非毛管孔隙度、毛管孔隙度和總孔隙度采用環(huán)刀法測(cè)定[4-5]；土壤最大持水量、土壤毛管持水量和土壤有效持水量的計(jì)算依據(jù)參考文獻(xiàn)[6-7]。土壤樣品采集共47 個(gè)，其中毛竹材用林17 個(gè)、毛竹筍用林15 個(gè)、早竹林9 個(gè)、雜竹林6 個(gè)。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同經(jīng)營(yíng)類型竹林土壤孔隙度

林地土壤是儲(chǔ)存降水的主要場(chǎng)所，影響土壤持水的因素有土壤結(jié)構(gòu)、土壤鹽分、土壤有機(jī)質(zhì)、土壤總孔隙度、土壤粘粒含量、非毛管孔隙度、土壤粉粒含量等，其中土壤孔隙度以及粘粒含量為主要影響因素[8]。土壤孔隙度的大小及其分配比例，影響著土壤的持水能力和特性，當(dāng)土壤的總孔隙度在50%左右，而其中非毛管孔隙度占1/5～2/5 時(shí)，土壤的通氣性、透水性和持水能力比較協(xié)調(diào)[9]。統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果表明(表2)，4 種經(jīng)營(yíng)類型的竹林土壤容重為1.10～1.36 g/cm3，其中毛竹筍用林的土壤容重最大，為1.36 g/cm3，雜竹林的土壤容重最小，為1.10 g/cm3；土壤容重從大到小依次為毛竹筍用林＞早竹林＞毛竹材用林＞雜竹林。4 種經(jīng)營(yíng)類型的竹林土壤總孔隙度的變化范圍為48.79%～58.68%，非毛管孔隙度的變化范圍為12.79%～21.74%，非毛管孔隙度占總孔隙度的比例為26.21%～37.51%，說明4 種類型竹林土壤的通氣性和透水性均較好，適宜于土壤的蓄水和保水。從孔隙度指標(biāo)來看，毛竹材用林和雜竹林的土壤總孔隙度、毛管孔隙度和非毛管孔隙度均比經(jīng)營(yíng)強(qiáng)度大的毛竹筍用林和早竹林高。

表2 不同經(jīng)營(yíng)類型竹林土壤的孔隙度

從總體上看，各經(jīng)營(yíng)類型竹林的土壤物理性質(zhì)良好，可為水分的暫時(shí)貯存提供較好的空間。經(jīng)方差分析，毛竹筍用林的各項(xiàng)物理指標(biāo)，除毛管孔隙度與其他經(jīng)營(yíng)類型差異不顯著外，非毛管孔隙度與毛竹材用林存在極顯著差異，容重和總孔隙度與毛竹材用林和雜竹林存在極顯著差異。早竹林的各項(xiàng)指標(biāo)雖然低于毛竹材用林和雜竹林，但差異未達(dá)到顯著水平，說明人為的強(qiáng)度經(jīng)營(yíng)對(duì)林地土壤的物理性質(zhì)有明顯影響。因?yàn)槊窆S用林除了春季挖筍外，6—10 月是挖鞭筍的時(shí)期，即人為干擾比早竹林時(shí)間長(zhǎng)、強(qiáng)度大。盡管墾復(fù)、施有機(jī)肥等措施有利于土壤結(jié)構(gòu)的改善，但對(duì)土壤的容重及孔隙度等仍產(chǎn)生一定的負(fù)面影響。

3.2 不同經(jīng)營(yíng)類型竹林土壤持水量

透過林冠和枯枝落葉層后的降水大部分直接從土壤孔隙滲入到土層中，竹林單位面積土壤層的蓄水量可直觀地表現(xiàn)不同經(jīng)營(yíng)類型竹林土壤的持水能力。由表3 可知，4 種經(jīng)營(yíng)類型的竹林土壤(0—40 cm) 的毛管持水量、非毛管持水量和最大持水量分別為1 436.24～1 609.17、510.67～868.94 和1 951.68～2 352.47 t/hm2，其最大持水量從大到小依次為毛竹材用林＞雜竹林＞早竹林＞毛竹筍用林。經(jīng)方差分析，毛竹筍用林的毛管持水量與毛竹材用林和雜竹林無顯著差異，非毛管持水量和最大持水量與毛竹材用林存在極顯著差異，其余兩兩之間無顯著差異。毛竹筍用林的持水量最低，這與上述土壤容重和孔隙度的差異是相一致的。經(jīng)營(yíng)強(qiáng)度大的毛竹筍用林，由于人為活動(dòng)頻繁，造成土壤容重增大，孔隙度及持水量相對(duì)減少，與毛竹材用林和雜竹林相比，均達(dá)到了極顯著差異水平。

表3 不同經(jīng)營(yíng)類型竹林土壤的持水量 t/hm2

3.3 不同深度土壤的物理性質(zhì)和持水能力比較

3.3.1 不同深度土壤的物理性質(zhì)

從表4 可以看出，各經(jīng)營(yíng)類型竹林其0～20 cm的土壤容重均小于＞20～40 cm 的土壤容重，但兩者之間無顯著差異；各經(jīng)營(yíng)類型竹林土壤的總孔隙度，0～20 cm 均大于＞20～40 cm，其中人為活動(dòng)大的毛竹筍用林和早竹林2 層土壤之間存在極顯著差異，毛竹材用林和雜竹林無顯著差異；各經(jīng)營(yíng)類型竹林土壤的毛管孔隙度，除早竹林外，其他竹林0～20 cm均小于＞20～40 cm，毛竹材用林和早竹林2 層土壤之間存在極顯著差異，毛竹筍用林和雜竹林2層土壤之間則無顯著差異；各經(jīng)營(yíng)類型竹林土壤的非毛管孔隙度，0～20 cm 均大于＞20～40 cm，除雜竹林外，2 層土壤之間均存在極顯著差異。

表4 不同深度土壤的孔隙度

林地土壤中存在大量的植物根系，植物根系的死亡腐爛和土壤微生物活動(dòng)的增加也增加了土壤非毛管孔隙。一般樹木為深根性，其大量根系主要分布在20 cm 土層深度以下，腐根形成的粗大孔隙在20 cm 以下土層較多，非毛管孔隙度在0～40 cm 深度范圍內(nèi)是隨土層深度的增加而增加的。但竹子的竹鞭分布與一般的樹木不同，毛竹林的竹鞭主要分布在10～30 cm 深的土層，早竹林和雜竹林的竹鞭主要分布在10～25 cm 深的土層，大量的腐殖質(zhì)和人工所施的有機(jī)肥(毛竹筍用林和早竹林) 也以10～20 cm 深的土層居多。本次調(diào)查顯示，各經(jīng)營(yíng)類型竹林的非毛管孔隙度均表現(xiàn)為0～20 cm 大于20～40 cm，這與竹林的竹鞭分布相一致。

3.3.2 不同深度的土壤持水能力

土壤對(duì)降水的貯水能力，在0～40 cm 深度范圍內(nèi)隨著土層的加深而呈現(xiàn)出一定的變化趨勢(shì)。由表5 可以看出，各經(jīng)營(yíng)類型竹林＞20～40 cm 土層的毛管持水量均大于0～20 cm 的毛管持水量，但兩者差異除毛竹材用林外均未達(dá)到顯著水平；從非毛管持水量來看，各經(jīng)營(yíng)類型竹林則表現(xiàn)為0～20 cm 的土壤持水量大于＞20～40 cm 的土壤持水量，兩者差異均達(dá)到極顯著水平；最大持水量變化與非毛管持水量變化一致，但毛竹材用林兩層土壤之間差異不顯著，這是受毛管持水的影響所致。土壤對(duì)降水的貯存主要取決于土壤的非毛管孔隙度，4 種經(jīng)營(yíng)類型竹林土壤的持水量變化與土壤非毛管孔隙度的變化相一致，這一現(xiàn)象表明，在竹林經(jīng)營(yíng)中要注重竹鞭的分布，通過人為措施引導(dǎo)竹鞭向20 cm 以下土壤生長(zhǎng)，特別是每年施有機(jī)肥的毛竹筍用林和早竹林，應(yīng)開深溝施肥，改善＞20—40 cm 土壤層的結(jié)構(gòu)，提高非毛管孔隙度和持水能力。

表5 不同深度土壤的持水量

4 小結(jié)與討論

從本次調(diào)查表明，不同經(jīng)營(yíng)類型竹林的水源涵養(yǎng)功能有一定的差異，最大持水量從大到小依次是毛竹材用林＞雜竹林＞早竹林＞毛竹筍用林；毛竹材用林地上部分的最大持水量最高，達(dá)2 352.47 t/hm2，雜竹林的最大持水量居第2，為2 347.17 t/hm2，最差的是毛竹筍用林，為1 951.68 t/hm2。經(jīng)方差分析，土壤最大持水量除毛竹筍用林與毛竹材用林之間存在極顯著差異外，其余兩兩之間均無顯著差異。

湖州市4 種經(jīng)營(yíng)類型竹林的土壤總空隙度均在50%左右，其中非毛管空隙度占26.2%～37.5%。從土壤的水源涵養(yǎng)能力來看，人為活動(dòng)少的毛竹材用林和雜竹林優(yōu)于人為活動(dòng)多的早竹林和毛竹筍用林，其土壤容重、孔隙度和持水量均比毛竹筍用林和早竹林好。人為活動(dòng)最多的毛竹筍用林，其土壤容重、孔隙度和持水量與毛竹材用林和雜竹林之間存在極顯著差異，說明大量的人為活動(dòng)，雖然施用了大量有機(jī)肥，但仍造成土壤容重增加，非毛管孔隙度和總孔隙度下降，從而影響土壤的持水能力。由此可見，在竹林經(jīng)營(yíng)中，應(yīng)盡量減少人為活動(dòng)，以保持良好的土壤結(jié)構(gòu)和持水能力。在發(fā)展毛竹筍用林和早竹林時(shí)，應(yīng)選擇坡度平緩、土層深厚的地塊，并通過墾復(fù)、深施有機(jī)肥等措施，保持土壤的良好結(jié)構(gòu)，提高土壤的持水能力，從而確保竹林資源開發(fā)的可持續(xù)性。

從各經(jīng)營(yíng)類型竹林0～20 cm 和＞20～40 cm 土壤的物理性質(zhì)來看，土壤容重在兩個(gè)土層之間均無顯著差異，總孔隙度均表現(xiàn)為上層大于下層，且毛竹筍用林和早竹林的上下層之間的差異達(dá)到極顯著水平。同樣，最大持水量也均表現(xiàn)為上層大于下層，除毛竹材用林外，其余類型的上下層之間土壤最大持水量均存在極顯著差異。說明竹鞭分布的深淺及人為增施有機(jī)肥，影響著竹林土壤的物理性質(zhì)和持水能力。