寶雞市幾種典型水保林土壤持水能力分析

馮芳莉，季志平

(1.寶雞市金臺區(qū)水利水保工作站，陜西 寶雞 721000；2.西北農(nóng)林科技大學，陜西 楊凌 712100)

水源涵養(yǎng)是森林生態(tài)系統(tǒng)重要的生態(tài)服務(wù)功能之一，而持水能力是衡量森林水源涵養(yǎng)功能的直接指標，其主要取決于枯落物層和土壤層[1-3]。不同林分的枯落物層結(jié)構(gòu)、組成、種類、數(shù)量和性質(zhì)都存在一定差異，因而其林地截持降水、儲蓄水分、調(diào)節(jié)徑流的功能不同[4]；林地土壤的持水能力與植被、地形、土壤性質(zhì)等有密切關(guān)系，因而不同林分類型的水源涵養(yǎng)能力有所差異，主要體現(xiàn)于林地最大和有效持水能力方面的變化[5]。

寶雞地處陜、甘、寧、川四省(區(qū))結(jié)合部，秦嶺群峰與渭河平原互為映襯，構(gòu)成了寶雞市的地貌主體，屬于暖溫帶半濕潤氣候區(qū)。 寶雞市金臺區(qū)是寶雞市 3 個市轄區(qū)之一，地處寶雞市區(qū)北半部，全區(qū)水土流失面積276 km2。近20年來，在國家農(nóng)發(fā)水保項目的支持下，綜合運用工程、生物、耕作措施，先后在市區(qū)北坡、東區(qū)代家灣等地開展了以綠化、美化為主要內(nèi)容的城市景觀建設(shè)，在六川河、硤石河等小流域開展了以控制水土流失、改善生態(tài)環(huán)境和生產(chǎn)生活條件、提高郊區(qū)農(nóng)民生活質(zhì)量為目的的水土保持綜合治理，累積水土流失治理面積超過226 km2[6]。本文僅就幾種典型水保林水源涵養(yǎng)能力進行分析對比，以求為水土保持林建設(shè)和管理提供依據(jù)。

1 試驗地概況與研究方法

1.1 項目區(qū)概況

金臺區(qū)位于寶雞市城區(qū)北部，地理坐標為東經(jīng)106°54′10″～107°10′06″；北緯 34°24′40″～34°31′57″。全區(qū)總面積 309 km2，耕地面積16 187.6 hm2，其中坡耕地10 303.6 hm2，地貌類型主要為黃土低山丘陵，溝梁相間，臺塬地帶塬面相對較緩，塬坡較陡；丘陵區(qū)地形支離破碎，溝壑縱橫，溝壑密度。低海拔621.9～1 332.0 m。由于受地形、母質(zhì)的影響，土壤養(yǎng)分比較貧乏，結(jié)構(gòu)較為疏松，黏力小，抗蝕性和耕種性都比較差。項目區(qū)植被稀疏，覆蓋率相對較低，現(xiàn)有植被以天然野草和人工林為主，人工林以刺槐、側(cè)柏、油松、臭椿、榆樹、楊樹、蘋果、核桃、柿子、梨等居多，草本以菊科蒿類植物為主。 全區(qū)水土流失面積276 km2，占總面積89.32%，侵蝕形式以水力侵蝕為主，侵蝕方式以面蝕、細溝侵蝕為主，土壤侵蝕模數(shù)3 640 t·km-2·a-1，屬渭北丘陵溝壑次強度流失綜合治理區(qū)[6]。

1.2 樣地基本特征

在項目區(qū)選擇刺槐林、側(cè)柏林、油松林3個最典型的林分為研究對象。在林分內(nèi)布設(shè)20 m×20 m的樣方進行調(diào)查，調(diào)查樣地內(nèi)所有喬木的樹高、胸徑、冠幅、郁閉度；在樣地的中心和四角設(shè)置5個2 m×2 m的灌木樣方，調(diào)查灌木的種類、株數(shù)、株高、蓋度等；在每個灌木樣方旁設(shè)置1 m×1 m的草本樣方，調(diào)查草本的種類、株高、叢幅、蓋度等；在每個草本樣方旁設(shè)置1 m×1 m的枯落物樣方，根據(jù)枯落物的顏色、形態(tài)將其分為未分解層與分解層，調(diào)查各層厚度，并全部收集。各標準地基本特征見表1。

表1 3種林分標準地基本特征

1.3 研究方法

利用環(huán)刀法對土壤層的物理性質(zhì)進行測定，用烘干法測定土壤含水量[7-8]。在每樣地中分別設(shè)置3個土壤取樣點，土壤剖面深度60 cm，每10 cm層次取1個土樣。

土壤持水量公式為：

W=10 000P·H

式中：W為土壤持水量(t·hm-2)；P為土壤孔隙度(%)；H為土壤厚度(m)

采用Excel 2016進行圖表制作與分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 3種林分土壤孔隙度測定與分析

土壤孔隙度的大小能反映出林分的土壤結(jié)構(gòu)和持水能力。從表2測定的各林地土壤孔隙狀況可以看出，3種林地土壤總孔隙度排序為：油松人工林(51.16%)>側(cè)柏人工林(48.15%)>刺槐人工林(44.96 %)，且均差異顯著(P<0.05)。產(chǎn)生這種差異的原因是多方面的，土壤質(zhì)地和結(jié)構(gòu)是主要的，但林分根系的分布對土層結(jié)構(gòu)影響較大，根系的密集分布促進了土壤發(fā)育，改善了土壤結(jié)構(gòu)，使土壤變得疏松，空隙增多。油松根系主要生長在0～60 cm土層內(nèi)，因而在這一土層內(nèi)土壤孔隙度相對較高；側(cè)柏根系僅集中于0～40 cm土層中，下層孔隙度相對較小，非毛管孔隙度在40 cm處出現(xiàn)一定明顯下降陡度，毛管孔隙度也有下降趨勢；而刺槐根系分布極深，可達60 cm以下或更深，但分布均勻，所以在計算范圍內(nèi)，孔隙度較小，這一點與趙忠[9]研究結(jié)果相似。

表2 3種林分土壤孔隙度

2.2 3種林分土壤持水能力分析

土壤孔隙狀況與土壤持水能力有直接關(guān)系，也影響著土壤的通氣、透水性能。從根據(jù)各層土壤的孔隙狀況和土層厚度可以推算出的土壤毛管孔隙和非毛孔隙持水能力，以及兩項相加計算出的各土層持水能力和整個土壤層總持水能力圖(圖1)可看出，在各土層中，油松人工林地持水能力最大，側(cè)柏人工林地居中，刺槐人工林地最弱。這3種林地最大持水能力分別為3 069.71、2 888.75、2 697.40 t·hm-2，且各林地持水能力之間均存在顯著差異。非毛管持水能力和毛管持水能力呈現(xiàn)相似結(jié)果，依次為油松人工林地>側(cè)柏人工林地>刺槐人工林地，但非毛管的持水能力占總持水能力的比例都較低，分別為3.76%、4.94%、5.81%。

圖1 3種林地土壤持水能力比較

3 討論

林地生態(tài)系統(tǒng)的水源涵養(yǎng)能力是植被層、枯落物層、土壤層共同作用的結(jié)果。不同林分類型水源涵養(yǎng)能力的主導因素也各不相同。土壤孔隙度雖只是土壤持水性指標，但卻能反映出林地生態(tài)系統(tǒng)水源涵養(yǎng)能力的基本面。在根系與枯落物的多重作用下，林地土壤結(jié)構(gòu)和性能都不同程度地發(fā)生了變化，在土壤毛管孔隙度和非毛管孔隙度方面表現(xiàn)得尤為突出。

土壤孔隙度大小不僅取決于土壤本身，也受林地狀況綜合因素的影響，包括林分的郁閉度、灌草蓋度、枯落物的多少及其分解狀況等因素。如凋落物分解后給土壤表層補充腐質(zhì)殖，林木根系在林地土層的密集分布，都不同程度地促進了土壤發(fā)育，改善了土壤結(jié)構(gòu)，增加了土壤孔隙度，表現(xiàn)出更好的蓄水性能，反過來又促進植物生長。

本研究結(jié)果表明，雖然3種林地的土壤持水能力存在顯著差異，但不影響其水土保持功能的存在。由于水土保持林在一定程度上改善了土壤結(jié)構(gòu)，增加了土壤毛管孔隙度和土壤持水量，因而在水土流失較嚴重的山地營造水土保持林，能提高土壤蓄、調(diào)水量的能力，達到水土保持目的。林地土壤持水能力與土壤孔隙狀況有直接關(guān)系，但也受其他因素的綜合影響，所以，加強林地管理有利于提升人工林的水土保持功能。