头塘小流域不同植被类型土壤物理性质差异

　　土壤( soil) 是由固体、液体和气体组成的三相复合系统，是岩石圈表面能够生长动物、植物、微生物的疏松表层，是陆生生物生活的基质，是生态系统中生物部分和无机环境部分相互作用的产物，是生态系统中物质与能量交换的重要场所。

　　土壤在发生和发展过程中产生的一系列物理现象和性质，可概括分为一般物理性质、水分性质、热量性质和物理机械性质。土壤物理性质主要包括土壤颗粒大小组合比例和排列方式、土壤水分的保持和移动、热量传输和转化、土壤空气状况、土壤力学性质及其变化，以及土壤磁学性质和放射性等。常用来评价土壤物理性质的指标主要有土壤容重、土壤孔性、土壤水分特征等。

　　1 研究区概况

　　研究区位于云南省东北部会泽县城东郊的头塘小流域，属金沙江支流牛栏江水系上游，地理坐标为东经103°03' ～ 103°55'，北纬25°48' ～ 27°04'，东经103°24'，北纬 26°27'。流域面积为 3. 98 hm2。最高海拔 4 017. 3 m，最低海拔 695 m，相对高差 3 322. 3m。平均坡度为 26. 77°。该区域地处乌蒙山系主峰地段，滇东高原与黔西高原结合部，是中生代第三纪以来的夷平面( 也称准平面) ，由近代强烈隆起的各种外力作用改造形成。气候属于滇中高原与滇东北湿润气候区的过渡带，具备春季升温快和秋季降温快的云南北部高原气候的特点。夏、秋季常受赤道海洋的西南季风和来自热带海洋的东南季风影响，阴雨天多，雨量充沛; 冬季盛行大陆季风气候，雨量稀少，雨、旱季分明，降雨主要集中在 6 ～10 月。

　　2 研究技术与方法

　　采用空间代替时间的方法，利用宏观研究与微观研究相结合的手段，对头塘小流域退化山地不同植被类型经营模式的土壤物理特性进行研究。

　　在对研究区域进行全面勘察的基础上，以样点估算法和目测估计法相结合的手段选取不同植被类型各自具有代表性地段，设置面积为 20 m × 20 m的标准样地 3 个，各样地按“X”型布设 5 个采样点，每点挖取 2 个层次的土壤剖面，每个剖面深度 0～ 40 cm，分 0 ～ 20 cm、20 ～ 40 cm 2 层进行取样，用环刀采取原状土样品，以测定鲜土含水量、土壤容重、总孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度等土壤物理性质。

　　采用选取参照物进行对比研究的方法，以及野外研究与室内分析相结合的方法，根据典型性原则和代表性原则，在头塘小流域选取立地条件( 海拔、坡位、坡度、坡向、母质、土壤等) 基本一致的云南松( Pinus yunnanensis) ，华山松( Pinus armandi) 次生演替林，15 a 生滇杨( Populus yunnanensis) 人工纯林，17 a 生云南松人工纯林，20 a 生华山松人工纯林，云南松、华山松、混交林等作为研究对象，以人为干扰程度最小的云南松、华山松次生演替林作为参照。

　　通过野外调查采样、室内样品分析以及数据处理，从时间和空间上了解该流域不同植被类型对土壤物理特性的影响。

　　3 结果与分析

　　3. 1 不同植被类型土壤孔性的空间变化

　　土壤由固体土粒和粒间孔隙组成，粒间孔隙储存水分和空气。所谓土壤孔性就是指能够反映土壤孔隙总容积的大小，孔隙的搭配及孔隙在各土层中的分布状况等的综合特性。当土壤孔性良好时，土壤既能保蓄足够的水分供植物生长利用，也能保持良好的通气性以满足植物的呼吸作用。

　　对不同植被类型土壤孔性状况( 表 1) 的方差分析表明: 不同植被类型的土壤容重、总孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度在总体水平上差异显着。云南松、华山松次生演替林的土壤容重、总孔隙度、非毛管孔隙度上下层差异显着，毛管孔隙度上下层无显着差异，说明云南松、华山松次生演替林表层生物作用对土壤孔性产生明显影响，显着改善了土壤的孔性状况，形成了利于植物生长发育的良好生态环境; 17 a 生云南松人工纯林土壤上下层的孔性状况无显着差异，说明 17 a 生云南松人工纯林表层生物作用对土壤孔性的作用不明显，未改善土壤的孔性状况，云南松林地还没有形成有利于植物生长发育的良好生态环境; 20 a 生华山松人工纯林的土壤上下层容重和总孔隙度差异显着，毛管孔隙度和非毛管孔隙度的上下层差异不显着; 15 a 生滇杨人工纯林和 20 a 生华山松人工纯林比较，15 a 生滇杨人工纯林的土壤容重比 20 a 生华山松人工纯林的土壤容重小，而孔隙度均比 20 a 生华山松人工纯林大，这是由于容重和孔隙度受土壤质地的影响所成的15 a 生滇杨人工纯林的质地为黏土，而 20 a 生华山松人工纯林属于壤土; 云南松、华山松人工混交林的孔性变化和 17 a 生云南松人工纯林一样，都是土壤容重、总孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度上下层无显着差异，但云南松、华山松人工混交林的土壤容重比云南松、华山松次生演替林大，比云南松、华山松次生演替林小，孔隙度比云南松、华山松次生演替林小，这可能是由于云南松、华山松人工混交林的土壤质地是砂壤土的原因; 15 a 生滇杨人工纯林的土壤上下层容重、总孔隙度、非毛管孔隙度均差异显着，毛管孔隙度无显着差异，且容重大于云南松、华山松次生演替林，3 种孔隙度都小于云南松、华山松次生演替林，说明这种经营模式的孔性状况较山云南松、华山松次生演替林差，植被对土壤孔性状况的改善作用不如云南松、华山松次生演替林，这可能和滇杨人工林的土壤属于黏土，还有林龄及离居民区太近有关。

　　不同植被类型的土壤下层孔性状况差异不大，容重值 1. 355 ～1. 386，总孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度除云南松、华山松混交林偏高外，其余 4 种植被类型均无显着差异，这说明不同植被类型的土壤具有同源母质特性和一致的成土过程。

　　从土壤容重同土壤松紧度的关系来看，土壤容重越小，表明土壤越疏松，结构性越好; 反之，则表示土壤紧实而且缺乏团粒结构。不同植被类型土壤表层容重的变化趋势为( 图 1) : 云南松、华山松次生演替林 ＜15 a 生滇杨人工纯林 ＜ 云南松、华山松人工混交林 ＜20 a 生华山松人工纯林 ＜17 a 生云南松人工纯林; 0 ～ 40 cm 的土壤容重的垂直分布规律与土壤有机质均为上层小于下层，上层土壤孔隙多于下层土壤，上层土壤比下层更疏松，结构性也更好，另一方面也清楚表明了植物对土壤表层的深刻作用。【图略】

　　研究结果显示: 云南松、华山松次生演替林土壤的上下层容重分别比其他 4 种植被类型的土壤上下层容重小，并且云南松、华山松次生演替林土壤容重的垂直空间差异比其他模式的土壤上下层容重差异大，这不仅说明了云南松、华山松次生演替林的土壤最疏松，结构性最好，也说明了表层生物作用对云南松、华山松次生演替林土壤容重的改良作用较大; 15a 生滇杨人工纯林的土壤容重仅次于云南松、华山松次生演替林，说明了阔叶林对土壤的改良效果比针叶林要显着; 云南松、华山松人工混交林的土壤容重仅次于 15 a 生滇杨人工纯林，比17 a 生云南松人工纯林和 20 a 生华山松人工纯林的土壤容重要小很多，这跟云南松、华山松人工混交林的土壤质地为砂壤土有很大关系，但也说明了针叶混交林对土壤的改良作用要优于针叶纯林。

　　不同植被类型土壤孔隙度变化情况如图 2 所示。由图 2 可以看出，不同植被类型的土壤表层总孔隙度、毛管孔隙度和非毛管孔隙度的变化趋势均为: 云南松、华山松人工混交林 ＞ 云南松、华山松次生演替林 ＞15 a 生滇杨人工纯林 ＞20 a 生华山松人工纯林 ＞17 a 生云南松人工纯林。该变化趋势与土壤表层的容重变化不一致。从 0 ～40 cm 的垂直空间变化规律来看，不同植被类型土壤孔隙度垂直空间变化规律与土壤容重相反，都是上层孔隙度大于下层孔隙度; 不同植被类型的土壤毛管孔隙度除云南松、华山松次生演替林上层稍大一点外，其他 4 种植被类型土壤毛管孔隙度上下层均无显着差异。【图略】

　　研究结果显示: 云南松、华山松次生演替林的土壤上下层总孔隙度和毛管孔隙度都分别比其他 4 种植被类型大，并且云南松、华山松次生演替林土壤上下层总孔隙度和毛管孔隙度差异显着，说明云南松、华山松次生演替林的土壤孔性状况最好，孔隙搭配合理，既保水也通气，而且土壤表层的生物对土壤孔性状况的改善作用明显; 15 a 生滇杨人工纯林、20 a生华山松人工纯林和云南松、华山松人工混交林土壤总孔隙度和非毛管孔隙度的垂直空间差异显着，其中 20 a 生华山松人工纯林的土壤孔隙度最小，云南松、华山松人工混交林的土壤孔隙度大于云南松、华山松次生演替林，这是由于 20 a 生华山松人工纯林和云南松、华山松人工混交林受到各自土壤容重和土壤质地的影响，使土壤孔性状况发生改变所导致的; 17 a 生云南松人工纯林土壤孔隙度在垂直空间上的差异均不显着，这个跟云南松林地的立地条件和土壤表层植被群落组成简单，植被种类较少有关。
　　
　　3. 2 不同植被类型土壤水分特征空间变化
　　通过 SPSS 软件对不同植被类型的土壤水分特征进行方差分析( 表 2) ，结果显示: 不同植被类型间的土壤水分特征，即鲜土水含量、饱和水、毛管水和吸湿系数在总体上达极显着差异; 不同植被类型的土壤表层水分特征具有不同的变化趋势。表层土壤鲜土水的变化趋势为云南松、华山松次生演替林 ＞15 a 生滇杨人工纯林 ＞ 20 a 生华山松人工纯林 ＞ 云南松、华山松人工混交林 ＞17 a 生云南松人工纯林;表层土壤饱和水和田间水的变化趋势均为: 云南松、华山松次生演替林 ＞15 a 生滇杨人工纯林 ＞20 a生华山松人工纯林 ＞ 17 a 生云南松人工纯林 ＞ 云南松、华山松人工混交林; 表层土壤吸湿系数变化趋势为云南松、华山松次生演替林 ＞ 15 a 生滇杨人工纯林 ＞17 a 生云南松人工纯林 ＞ 云南松、华山松人工混交林 ＞20 a 生华山松人工纯林。【表略】

　　17 a 生云南松人工纯林、20 a 生华山松人工纯林、云南松、华山松人工混交林的土壤上下层鲜土水和毛管水差异显着; 土壤饱和水除了 17 a 生云南松人工纯林的上下层无显着差异外，其他 4 种植被类型的土壤饱和水上下层差异显着; 云南松、华山松次生演替林和 20 a 生华山松人工纯林的土壤上下层吸湿系数差异显着，云南松、华山松人工混交林和15 a 生滇杨人工纯林的土壤吸湿系数上下层无显着差异。由图 3 可知: 不同植被类型的土壤上下层水分特征变化规律均为鲜土水 ＜ 毛管水 ＜ 饱和水，饱和水和毛管水含量的垂直空间变化与吸湿系数一样都是表层大于下层，这也符合土壤孔隙度的变化规律;除了云南松、华山松人工混交林外，其他 4 种植被类型的土壤饱和水垂直空间差异最大，即全容水量差异最大; 17 a 生云南松人工纯林的鲜土水含量最低，云南松、华山松人工混交林的土壤饱和水、田间水和吸湿系数最低，说明研究区域的原始植被被破坏后所形成的不同植被类型的土壤水分特征出现了不同程度的退化，尤其是土壤饱和水和毛管水的表层含量衰减程度最大，说明人为干扰对土壤表层水分特征的影响较大。

　　4 结论与讨论

　　通过对不同植被类型的土壤物理特性分析发现:

　　1) 研究区域的原始植被被破坏后，土壤物理特性也呈现出不同程度的退化。不同植被类型土壤物理特性恢复趋势为 15 a 生滇杨人工纯林 ＞ 云南松、华山松人工混交林 ＞20 a 生华山松人工纯林 ＞17 a生云南松人工纯林。其中 17 a 生云南松人工纯林的土壤退化严重，对林下土壤养分的积累作用微小，对土壤物理性质的改良作用也甚小。由此可见阔叶林和混交林对土壤的恢复作用大于纯林。

　　2) 通过对 2 种不同林分的针叶人工纯林土壤理化性状的研究，以及与云南松、华山松次生演替林和云南松、华山松人工混交林的对比研究，发现20 a生华山松人工纯林对土壤理化性状的恢复作用虽然不如云南松、华山松次生演替林和云南松、华山松人工混交林，但是土壤物理特性也呈现出 20 a 生华山松人工纯林优于 17 a 生云南松人工纯林的趋势，表明华山松对土壤环境的恢复作用优于云南松，且林龄对这种恢复作用有一定的影响。

　　参考文献:

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