基岩质海岸防护林主要林分类型土壤抗冲性研究

张晓勉，高智慧，高洪娣，陈贤田，柳方考，宋其岩，林 荫，王 泳

（1.南京林业大学，江苏 南京 210037；2.浙江省林业科学研究院，浙江 杭州 310023；3.浙江省林业生态工程管理中心，浙江 杭州 310020；4.浙江省三门县林业特产局，浙江 三门 317100）

土壤抗冲性是指土壤抵抗径流的机械破坏和推动下移的能力，表征土壤抗侵蚀能力的强弱，与地表水流量、坡度、植被类型、土壤性质、地被物、根系等因素密切相关[1～5]。沿海岩质海岸由于长期受到盐风、台风暴雨的袭击，土壤贫瘠，水土流失严重，沿海基岩质海岸防护林建设对于保持水土、减小土壤侵蚀有重要作用[6]。本文通过对浙江省沿海基岩质海岸防护林主要林分类型土壤抗冲性的研究，为基岩质海岸防护林建设和沿海地区水土流失治理提供理论依据。

1 研究区概况

研究区位于浙江省三门县浬浦镇草头村，该区属典型的亚热带海洋性季风气候，年平均气温 16.2℃，降水量l 628.8 mm，但季节分配不均，夏秋降水量占全年的71.9%，冬季仅占9.4%，暴雨多集中于6－8月，且常受台风影响。土壤母岩大多为花岗岩和凝灰岩，地带性土壤为红壤，土层厚度中等，含石量高，质地轻粘，干燥时疏松多孔，pH4.7 ～ 6.5，呈酸性或强酸性反应。该区典型的森林植被属中亚热带常绿阔叶林，现大多为次生群落或人工林取代，树种较为单一，主要树种有马尾松（Pinus massoniana）、湿地松（P.elliottii）、木荷（Schima superba）等[7]。

2 研究方法

2.1 样地选择及样品采集

在研究区内选择北江荛花（Wikstroemia monnula）—檵木（Loropetalum chinense）混交林、化香（Platycarya strobilacea）纯林、湿地松纯林、枫香（Liquidambar formosana）纯林、湿地松—木荷混交林、湿地松—枫香混交林6种有代表性的沿海防护林类型作为研究对象，并选择无林地作对照。在这7种不同类型中分别设置20 m×20 m的标准样地进行调查，在每一种林分内的典型地段挖土壤剖面，分0 ～ 20 cm、 > 20 ～ 40 cm两个层次采用C.C.索波列夫抗冲仪进行土壤抗冲实验，并在每层取3个土样进行室内理化性质分析。

2.2 样品分析

对于进行理化性质测定的土壤样品进行风干、过筛，分别测定有机质含量、pH、有效磷、全钾、速效钾、总空隙度、毛管孔隙度等土壤理化性质指标。

本文土壤抗冲性采用抗冲指数来衡量。抗冲指数为在一个大气压力下，以 0.7 mm直径的水柱冲击土体 1 min，使其产生水蚀穴，测定每个水蚀穴的平均口径和深度。每10个水蚀穴深与宽乘积的平均值的倒数，即为该土层的抗冲指数[8]。

3 结果与分析

3.1 不同林分类型土壤抗冲性研究

土壤抗冲性主要取决于土粒间、微结构间的胶结力和土壤结构体间抵抗离散的能力，受土壤理化性质、土壤剖面构造及生物因素的影响[7]。林分类型不同，林下土壤状况不同，土壤抗冲性能也不同。研究区不同林分类型不同土层深度抗冲性测定结果见图1。由图1可见，不同类型样地或同一类型样地不同土壤层次，土壤的抗冲指数间存在较大的差异，并表现出一定的规律。对于同一土层不同类型样地而言，6种林分类型各土层抗冲指数都高于无林地。对于同一类型样地而言，0 ～ 20 cm土层的抗冲性指数均高于 > 20 ～ 40cm土层，差距在1.3 ～ 0.07。

图1 不同林分类型土壤抗冲性分布Figure1 Soil antiscourability under different types of coastal protective forest

分析原因为各林分类型土壤表层由于枯落物较多，使土壤有机质含量较高，同时由于土壤表土层根系数量多，尤其是根径 < 1.0 mm的须根数量较多，改善了土壤结构，使土壤空隙度增加，容重变小，增加了土壤的通气透水性。植物细根还具有强大的抗拉能力和弹性，加之网络串联、根土黏结、根系生物化学等作用，强化了抗冲性作用[9～12]。

3.2 不同林分类型土壤抗冲性与土壤理化性质的关系

土壤作为被侵蚀的对象，影响土壤抗冲性的因素很多，土壤自身的物理化学性质是影响土壤侵蚀的内在因素，土壤自身的理化性质与土壤抗冲性能之间有密切关系[13]。土壤容重、孔隙度作为土壤物理性质的重要指标，可以较大程度的反映土壤的松紧程度，与土壤抗冲性能密切相关[13]。

本文对土壤抗冲指数（X1）、土壤容重（X2）、土壤毛管空隙度（X3）、土壤总空隙度（X4）、土壤非毛管空隙度（X5）、土壤有机质含量（X6）、有效磷含量（X7）、全钾含量（X8）、速效钾含量（X9）进行相关分析，结果见表1。

表1 土壤抗冲指数与土壤理化性质指标相关系数Table1 Correlation coefficient of soil antiscourability index and physiochemical properties

由表1可以看出，土壤抗冲指数与土壤容重、土壤有机质含量成显著相关，与土壤总空隙度成极显著相关。土壤空隙度反映了土壤结构的性状。土壤空隙度大，说明土壤结构良好，质地疏松，降雨后大量的地表径流快速渗透到土壤中，从而减少水分对土壤的冲刷，使土壤具有较强的的抗冲刷能力[14]。土壤容重是对土壤物质组成、结构密实程度的综合反映[13]，土壤容重越大，土体的结构就越密实，土壤抗冲性就越强[15]。土壤有机质含量反映了土壤养分情况，土壤有机质含量越高，土壤中水稳性团粒聚体含量和土壤本身胶结物质含量也较高，从而增大土壤的粘聚力，提高土壤的抗冲能力。

为了进一步研究土壤抗冲性与土壤理化性质的关系，以土壤抗冲指数（Y1）为因变量，容重（X1）、总空隙度（X2）、有机质含量（X3）为自变量进行多元线性回归分析，线性回归方程为：Y1= 163.2X1＋4.8X2－0.095X3－448.5 R2= 0.95

方程R2为0.95，显著性水平小于0.05，表明在浙江沿海基岩质海岸防护林中，土壤抗冲指数与土壤容重、总空隙度、有机质含量这三个土壤理化性质指标之间具有显著的线性函数关系，使用此回归方程能很好地预测出土壤抗冲性指数，为土壤抗冲性的研究提供重要依据。

3.3 不同林分类型土壤抗冲性能评价

为了对不同林分类型土壤抗冲性能进行综合评价和分类，以土壤抗冲性指数（X1）、容重（X2）、总空隙度（X3）、有机质含量（X4）为自变量运用SAS软件对不同林分类型土壤的抗冲性进行聚类分析，结果见图2。

图2 不同林分类型土壤抗冲性能聚类图Figure2 Dendrograme of soil antiscourability index under different forest types

由聚类分析（图2）可以看出，7种不同类型样地土壤抗冲性可以分为4类。其中，北 江荛花＋檵 木混交林归为第一类，属于抗冲性能最强级；化香纯林为第二类，属于抗冲性能较强级；湿地松＋木荷混交林、湿地松＋枫香混交林、湿地松纯林、枫香纯林归为第三类，属于抗冲性能一般级；无林地为第四级，属于土壤抗冲性较弱级。北江荛花和檵 木混交林经人工促进植被恢复，土壤表层养分富集，有机质含量、全氮、全磷含量均高于其他林分类型，土壤中水稳性团粒聚体含量和土壤胶结物质含量较高，有利于增大土壤的粘聚力，提高土壤的抗冲能力。同时该林地土壤总空隙度和非毛管空隙度最大，说明土壤结构良好，质地疏松，降雨后有利于地表径流的快速渗透，从而减少水分对土壤的冲刷。

4 结论与讨论

（1）不同类型样地或同一类型样地不同土壤层次，土壤的抗冲性能间存在较大的差异，并表现出一定的规律。对于同一土层不同类型样地而言，6种林分类型各土层抗冲性都高于无林地。对于同一类型样地而言，0 ～ 20 cm土层的抗冲性指数均高于 > 20 ～ 40 cm土层，差距在1.3 ～ 0.07。

（2）土壤理化性质对土壤抗冲性有重要影响。经相关分析表明，土壤抗冲指数与土壤容重、土壤有机质含量成显著相关，与土壤总空隙度成极显著相关。建立土壤抗冲指数与土壤理化性质之间的回归方程，方程R2为0.95，表明在浙江沿海基岩质海岸防护林中，土壤抗冲指数与土壤容重、总空隙度、有机质含量这三个土壤理化性质指标之间具有显著的线性函数关系，使用此回归方程能很好地预测出土壤抗冲性指数，为土壤抗冲性的研究提供重要依据。

（3）采用聚类分析对不同林分类型土壤抗冲性能进行综合评价和分类，结果表明7种不同类型样地土壤抗冲性可以分为4类。 北 江荛花檵 木混交林归为第一类，属于抗冲性能最强级；化香纯林为第二类，属于抗冲性能较强级；湿地松木荷混交林、湿地松枫香混交林、湿地松纯林、枫香纯林归为第三类，属于抗冲性能一般级；无林地为第四级，属于土壤渗透性较弱级。

（4）通过对沿海基岩质海岸防护林6种不同林分类型土壤抗冲性能的研究，表明在适当的人工促进措施下，沿海基岩质海岸地区如北江荛花木混交林等原有植被能有效改善本区土壤的水、肥、气、热等条件，改良土壤的结构性，增加保水保肥能力，提高土壤肥力，有效地控制水土流失，达到人工造林的水土保持能力。

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