杨东山十二度水自然保护区阔叶林的土壤水分物理特性

邱治军，吴仲民，周光益，骆土寿，肖以华，罗鑫华

（1.中国林业科学研究院 热带林业研究所, 广东 广州510520； 2. 广东乐昌杨东山十二度水省级自然保护区管理处，广东 乐昌 512200）

杨东山十二度水自然保护区阔叶林的土壤水分物理特性

邱治军1，吴仲民1，周光益1，骆土寿1，肖以华1，罗鑫华2

（1.中国林业科学研究院 热带林业研究所, 广东 广州510520； 2. 广东乐昌杨东山十二度水省级自然保护区管理处，广东 乐昌 512200）

对广东乐昌杨东山十二度水自然保护区阔叶林的土壤密度、孔隙度、持水量和蓄水能力等物理性质进行了调查研究。结果表明：(1)土壤密度均随深度的增加而增加，调查样地表层的土壤密度在0.79～1.08 g·cm-3之间，0～100 cm土层的平均土壤密度在1.09～1.34 g·cm-3之间，西南坡向样地的土壤密度小于西北坡向样地；(2)随土层深度的增加，调查样地土壤的毛管孔隙度、总孔隙度均逐渐降低，0～100 cm土层毛管孔隙度均值为35.80%～39.41%，总孔隙度均值为46.56%～52.39%；非毛管孔隙度随土层的变化规律不明显，0～100 cm土层的非毛管孔隙度为5.13%～15.41%；(3)随土层深度的增加，调查样地土壤的饱和持水量和毛管持水量均逐渐降低，0～100 cm土层的饱和持水量均值为36.76%～51.52%，毛管持水量均值为22.78%～37.68%。(4)调查样地0～100 cm土层蓄水能力值范围为41.31～153.55 mm，饱和蓄水量为446.63～504.27 mm。

阔叶林；土壤密度；土壤孔隙；蓄水能力；杨东山十二度水自然保护区

森林具有涵养水源、保持水土、净化水质的功能[1-3]，对于改善生态环境具有重要的作用。土壤是森林生态系统的重要组成部分，也是森林涵养水源的主要载体。土壤水分物理性质对土壤微生物活动、养分的转化[4]以及森林的水文生态效应也具有十分显著的影响[5-6]。

我国学者对森林土壤水分物理特性进行了大量的研究[7-16]，但没有关于南岭山区森林水分物理性质的研究报导。南岭山脉是珠江水系和长江水系的分水岭，在水源涵养、生物多样性保护等方面具有重要的地位，对维护区域生态安全具有重要的作用。杨东山十二度水自然保护区是南岭区域重要的水源林区，其森林对下游的水量和水质具有重要的影响。本文通过分析杨东山十二度水保护区4个不同海拔林分的土壤水分物理性质，为进一步研究受损森林水文机理以及科学评估杨东山十二度水保护区森林生态系统的水文功能提供重要的参考依据。

1 研究区概况

研究区位于广东乐昌杨东山十二度水省级自然保护区，行政上隶属广东省乐昌市九峰镇，地理位置为东经 113°23′09″～ 113°29′32″，北纬25°22′47″～ 25°11′06″。该区位于南岭山脉的南坡，是广东省地理位置最北的保护区，其正北面与湖南省汝城县接壤。该区气候属于中亚热带季风气候，光照充足，雨量充沛，≥10℃年积温为6 386.5℃，无霜期为300 d左右，年均气温18.1℃～19.9℃，最冷月1月份的平均气温为7.7℃～9.6℃，最热月8月份的平均气温为26.2℃～28.1℃，年降水在1 700 mm左右。该区主要为中山地貌，1 000 m以上的山峰有90多座，最高峰为五指峰，海拔为1 726.6 m。成土母质主要有变质石英砂岩、绢云母板岩和黑云母花岗岩等，土壤为山地黄壤。植被为20世纪80年代初经人工采伐后形成的天然次生林，森林群落以栲属植物为主，是亚热带最为典型的常绿阔叶林类型[17]。

2 研究方法

在杨东山十二度水700～10 00 m海拔阔叶林中，采用固定样地法在4个不同海拔高度区域各设置1个30 m×50 m的植被样地，样地基本情况见表1。在每个样方左上角的旁边各挖一个1 m深的土壤剖面，按0～10 cm、10～30 cm、30～50 cm、50～70 cm、70～100 cm进行分层；另在每个样方内随机挖4个50 cm深的土壤剖面，按0～10 cm、10～30 cm、30～50 cm进行分层。每层用100 cm3的环刀取原状土样。

表1 调查样地基本情况Table 1 Basic information of sample plots

统计每个样地的土壤物理性质时，0～10 cm、10～30 cm、30～50 cm土层采用5个土壤剖面的统计值，50～70 cm、70～100 cm为单个土壤剖面的值。

土壤密度、总孔隙度、毛管孔隙度和非毛管孔隙度用环刀法测定，并计算土壤的饱和持水量、毛管持水量、非毛管持水量[18]。土壤含水量采用烘干法进行测定。土壤蓄水能力采用以下公式计算：

式中：S为土壤蓄水能力（mm），P为非毛管孔隙度（V/V%），H为土层深度（m）。

3 结果与分析

3.1 土壤密度与孔隙度

土壤密度和孔隙度是说明土壤的松紧程度和反映土壤的透水性、通气性的重要指标。土壤密度越小，孔隙度越大，说明土壤发育越好，越有利于水分的保持与渗透。

3.1.1 土壤密度

从表2可以看出，4个样地的土壤密度都是随着土层的加深而增大的，说明各个样地表层土壤最疏松，透水性和通气性最好。从4个样地表层土壤的容重比较来看，S03样地表层土的土壤密度最小，只有0.79 g·cm-3，其次为S04样地，为0.86 g·cm-3，而S01、S02样地的土壤密度相同，均为1.04 g·cm-3。S01～S04样地0～100 cm土壤密度的均值分别为 1.34 g·cm-3、1.25 g·cm-3、1.30 g·cm-3、1.09 g·cm-3，S04 样地的均值明显小于其他样地，4个样地土壤密度均值的排列次序为：S01＞S03＞S02＞S04。S01、S03坡向都为西北，S02、S04坡向都是西南，前者树木胸径、郁闭度均小于后者(表1)，这说明西南坡向的样地植物群落生长好，对土壤密度的改良效果也好。

3.1.2 土壤孔隙度

土壤毛管孔隙是土壤中有效水的贮存空间。土壤毛管孔隙度越大，土壤中有效水的贮存空间越大，土壤持蓄水能力越强，可供植物根系利用的有效水分的比例增加。土壤非毛管孔隙则是土壤重力水移动的主要通道，与土壤蓄水与渗水能力更为密切。非毛管孔隙度越大的林分，其土壤通透性越好，更有利于降水的下渗，从而减少地表径流。从表2可以看出，4个样地的毛管孔隙度都是表层土壤最大，底层最小，基本上都是随着土层的加深而减少。其中S01表层土壤的毛管孔隙度最小，为38.78%，其次是S04，为44.91%，接下来是S02，为46.52%，最大的是S03，为50.90%，即4个样地土壤表层毛管孔隙度的排列次序为S03＞S02＞S04＞S01。S01～S04样地0～100 cm土层毛管孔隙度的均值分别为35.80%、39.41%、42.39%、36.98%，其排列次序与表层土壤毛管孔隙度的排列次序相同，即S03＞S02＞S04＞S01。相对于土壤密度和毛管孔隙度，土壤非毛管孔隙度随土层深度变化的规律性不强，除S01明显是随土层的加深而减少外，其余3个样地尽管总的趋势也是随土层从上至下而减少。从4个样地非毛管孔隙度的均值来看，S01～S04号样地分别为10.76%、9.39%、5.13%、15.41%，即S04＞S02＞S01＞S03。

表2 土壤密度与孔隙度Table 2 Soil bulk density and porosity

与毛管孔隙度的规律相同，4个样地土壤的总孔隙度都是随着土层的加深而减少，4个样地表层总孔隙度的均值为59.72%，底层的均值为38.71%。S01～S04样地0～100 cm土壤的总孔隙度均值分别46.56%、48.80%、47.52%、52.39%，即S04＞S02＞S03＞S01，排列次序刚好与土壤密度的排列次序相反，这更进一步说明南坡向生长发育好的林分对土壤物理性质的改良作用强。

3.2 土壤持水与蓄水性能

3.2.1 土壤持水量

森林土壤是水分储存的重要场所，土壤持水和蓄水性能是反映森林保持水分和涵养水源能力的重要特征之一。毛管孔隙度的水分可以长时间保持在土壤中，主要用于植物根系吸收和土壤蒸发。非毛管孔隙度能迅速容纳降水并及时下渗，对于森林涵养水源具有重要意义。

毛管持水量代表植物可长时间利用的水分，对于植物在干旱季节的生长具有重要作用。S01～S04样地0～100 cm的毛管持水量均值分别为27.81%、32.89%、37.68%和36.67%，其排列次序为S03＞S04＞S02＞S01。因此，海拔高的S03、S04土壤更有利于植物在旱季的生长。非毛管持水量代表土壤可迅速下渗的水分，是森林水源涵养的一个重要指标，S01～S04样地0～100 cm的非毛管持水量均值在5.76%～14.85%之间，其中S04最大，其次是S01，再其次为S02，S03最小，说明S04和S01的水源涵养功能优于S02和S03。饱和持水量代表土壤能够最大程度吸收水分的能力，S01～S04样地0～100 cm的饱和持水量均值在36.76%～51.52%之间，其中S04最大，其次是S03，接下来是S02，S01最小，基本上是随着海拔的增大，样地土壤的饱和持水量逐渐增大。从持水量的空间变化规律来看，毛管持水量和饱和持水量都是随着土层的加深而减少，非毛管持水量的基本变化趋势也是如此，只是最后两层略有错乱。

3.2.2 土壤蓄水性能

土壤的蓄水性能与其自身的物理性质以及前期水分含量有关，一般用饱和蓄水量、毛管蓄水量、蓄水能力来衡量土壤的蓄水性能。饱和蓄水量是指土壤中全部孔隙被水充满时的蓄水量，而用非毛管孔隙度来反映土壤的蓄水特性，称其为蓄水能力。

从饱和蓄水量来看，S04最大，其0～100 cm土层饱和蓄水量为504.27 mm，S02次之，为470.24 mm，S01和S03相差不大，分别为447.29 mm和446.63 mm，说明S04、S02对暴雨的吸蓄能力较强，而S01、S03相对较弱。4个样地中，S04的蓄水能力最大，0～100cm土层蓄水能力为153.55 mm，接下来依次是S01、S02，分别为94.52 mm、88.91 mm，S03最小，仅为41.31 mm，S04的蓄水能力是S03的3.7倍，说明S04更有利于减少地表径流，增加土壤有效水含量，其涵养水源功能最好，而S03的水源涵养功能最差。4个样地毛管蓄水量的排序次序刚好与蓄水能力相反，0～100 cm土层的毛管蓄水量次序为：S03(405.32 mm)＞S02(381.33 mm)＞S01(350.72 mm)＞ S04(352.77 mm)。

表3 土壤持蓄水量Table 3 Soil water storage capacity

4 结 论

（1）杨东山十二度水保护区阔叶林地的土壤密度都是随着土层的加深而增大的，其中表层土壤最疏松，透水性和通气性最好。各样地表层的土壤密度在0.79～1.08 g.cm-3，0～100 cm的平均土壤密度在1.09～1.34 g.cm-3之间。

（2）土壤毛管孔隙度、总孔隙度都是随着土层的加深而减少。各样地表层土壤的毛管孔隙度为38.78%～50.90%，0～100 cm土层毛管孔隙度为35.80%～39.41%，总孔隙度为46.56%～52.39%，非毛管孔隙度为5.13%～15.41%。

（3）高海拔样地土壤毛管持水量高，2个高海拔样地0～100 cm土层毛管孔隙持水量分别为37.68%和36.67%，而2个低海拔样地的毛管持水量分别为27.81%、32.89%。各样地非毛管持水量0～100cm土层平均值为5.76%～14.85%，饱和持水量为36.76%～51.52%。

（4）各样地的蓄水能力差别较大，0～100 cm土层蓄水能力值范围为41.31～153.55 mm，最大样地的蓄水能力是最小样地的3.7倍。然而，各样地的饱和蓄水量差别不明显，0～100 cm土层变化范围为446.63～504.27 mm。

（5）林地土壤的水分物理性质不仅与海拔有关，也与坡向等有密切关系，西南坡向有利于植被生长和凋落物分解，土壤水分物理性质优于西北坡向。

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Soil moisture physical characteristics of broad-leaved forests in Yangdongshan Shierdushui Provincial Nature Reserve

QIU Zhi-jun1, WU Zhong-min1, ZHOU Guang-yi1, LUO Tu-shou1, XIAO Yi-hua1, LUO Xin-hua1

(1. Research Institute of Tropical Forestry, Chinese Academy of Forestry, Guangzhou 510520, Guangdong, China;2. Yangdongshan Shierdushui Natural Reserve in Guangdong, Lechang 512200, Guangdong, China)

The investigations on soil bulk density, soil porosity, soil water holding capacity and soil water storage of broad- leaved forest were carried out in YangdongshanShierdushui provincial nature reserve in Lechang, Guangdong province. The results indicate that: (1)The soil bulk density of sample plots increased with the increment of soil depth, with the average of 0.79 ～ 1.08 g·cm-3in the surface layer, and the average of 1.09 ～ 1.34 g·cm-3in the layer of 0 ～ 100 cm. Basically, the soil bulk density of South West slope plots was less than that of North West slope plots. (2) Total porosity and capillary porosity of sample plots decreased with the increment of soil depth. The total porosity, capillary porosity and non-capillary porosity were 46.56%～52.39%, 35.80%～39.41%, and 5.13%～15.41%respectively in the layer of 0～100 cm. (3) The saturated water holding capacity and capillary water holding capillary of sample plots decreased with the increment of soil depth. The average saturated water holding capacity and capillary water holding capillary were 36.76%～51.52% and 22.78%～37.68% respectively in the layer of 0～100 cm. (4) The soil water storage capacity and the saturated water storage capacity were 41.31～153.55 mm and 446.63～504.27 mm respectively in the layer of 0～100 cm.

broad-leaved forest; soil bulk density; soil porosity; soil water storage; Yangdongshan Shierdushui provincial nature reserve

S715.2

A

1673-923X(2013)06-0117-05

2012-12-14

国家自然基金(31170418)、中国林业科学研究院热带林业研究所基本科研业务费专项(2008-12)、(RITFYWZX2011-12)、广东省林业科技创新示范工程专项资金项目(2008KJCX012202)、广东南岭森林生态系统定位研究站资助

邱治军（1974-），男，湖南武冈人，博士，助理研究员，主要从事森林生态学、森林水文学等方面的研究工作；

E-mail：qzhijun@126.com

[本文编校：吴 彬]