不同林分密度邓恩桉凋落物及土壤持水特性

杜阿朋，赵知渊，邓玉华，王志超，吴志华＊

(1. 国家林业局桉树研究开发中心，广东 湛江 524022；2. 广西壮族自治区国有黄冕林场，广西 鹿寨 545600)

不同林分密度邓恩桉凋落物及土壤持水特性

杜阿朋1，赵知渊1，邓玉华2，王志超1，吴志华1＊

(1. 国家林业局桉树研究开发中心，广东 湛江 524022；2. 广西壮族自治区国有黄冕林场，广西 鹿寨 545600)

以广西10年生的3个密度邓恩桉人工林为研究对象，对比分析了不同林分密度林下凋落物和土壤及持水特征的变化规律。结果表明： 3个密度林分的林下凋落物贮量为18.5 ~ 19.6 t·hm-2，最大持水量为31.5 ~ 40.7 t·hm-2，均是高密度的最小； 3个密度邓恩桉林地的土壤总孔隙度、毛管孔隙度、饱和持水量、毛管持水量和田间持水量均是高密度最大，土壤容重是高密度最小，但土壤非毛管孔隙度为中密度最大，低密度最小。

邓恩桉人工林；凋落物持水性；土壤持水性

桉树(Eucalyptus)作为世界三大速生人工林树种之一，自19世纪末引入我国，截至到2013年8月种植面积已达450万hm2，成为我国南方的重要战略树种之一。由于桉树人工林的发展和我国其他人工林一样都存在树种单一、轮伐期短、多代连作等特点[1-3]，桉树人工林的经营中也出现了水资源匮乏、土壤肥力下降、土壤和水资源污染等生态环境退化问题，这成为森林与环境、林业可持续发展中备受关注的重大问题。近年来，随着人工林可持续立地管理技术研究的开展，免炼山、保留采伐剩余物等措施逐渐被提倡，其核心便是由凋落物和采伐剩余物的蓄积、覆盖和转化促进的土壤水分和养分的改善[4-5]，凋落物和采伐剩余物结构松散，可有效减轻雨滴对地面的直接击溅侵蚀，也可拦截天然降水，使土壤水分缓慢下渗，降低土壤水分蒸发，提高土壤水分含量。因此，凋落物对于保持水土和涵养水源具有重要作用[6-10]，随着林木生长，根系数量、地被物多样性及凋落物数量等也相应发生变化，这些都对林地土壤微生态环境产生较大影响[11]。

广西木材生产量居全国第一，其中桉树速生材所占比例超过60%，大面积种植桉树对森林生态系统的结构和相应的生态功能产生的影响不容小觑。本研究以广西区国有黄冕林场3个邓恩桉(E. dunnii)林分密度的人工林为研究对象，对比分析不同密度条件下邓恩桉人工林的林分凋落物储量及持水特性、土壤持水性能，研究桉树人工林林地持水性能的密度效应，从而为广西桉树人工林建设中的生态服务功能的评价、保育和可持续管理提供理论基础和科学依据。

1 试验地概况

试验地位于广西国有黄冕林场白坟试验林地，地处北纬 24°44′46″，东经 109°51′27″，海拔218m。黄冕林场位于广西鹿寨县黄冕乡和永福县广福乡境内，地处中亚热带与南亚热带的过渡地带，属于天平山支脉和驾桥岭南麓支脉，多为丘陵和低山地貌，最高海拔达895.9m。光照充足，水热同季，冬夏干湿明显，平均气温19℃，降雨量集中在4—8月，年平均降雨量1 750 ~ 2 000mm；年均蒸发量1 426 ~ 1 650mm，为水分充足区。林场林地土壤主要以砂岩、砂页发育而成的红壤、山地黄红壤为主，适宜马尾松(Pinusmassoniana)、杉木(Cunninghamia lanceolata)和各种阔叶林树种生长[12]。

2 试验方法

2.1 样地设置和林分调查

本研究在黄冕林场白坟试验林地选取了3个林分密度的邓恩桉人工林(造林时间均为2002年，实生苗)，试验样地情况如表1，每个林分密度设置3个标准地(20m×20m)。对每个标准地的邓恩桉样树进行每木检尺，得到各林分密度的林木胸径、树高和冠幅等生长性状(表2)[13]。

表1 邓恩桉人工林样地基本情况

表2 不同林分密度邓恩桉林木生长特征

2.2 凋落物贮量和持水性的测定

在每种林地类型设1m×1m的样方3个，收集凋落物量后烘干称重，测定其贮量。凋落物的持水量和持水率采用室内浸泡法测定。

2.3 土壤持水性测定

在每种林地类型均匀布点，取土壤剖面3个，机械分层(0 ~ 10 cm、10 ~ 20 cm、20 ~ 30 cm、30 ~ 40 cm、40 ~ 60 cm和60 ~ 80 cm)环刀取土，带回室内，采用环刀法测定土壤容重、孔隙度和持水量。

2.4 数据处理

数据分析采用EXCEL 2003和SPSS 17.0对所有数据进行处理分析和单因素方差分析。

3 结果分析

3.1 邓恩桉林地凋落物贮量及持水特征

图1是不同林分密度邓恩桉林分凋落物贮量及持水特性，随着林分密度增加，邓恩桉林下凋落物未分解层和半分解层的厚度均呈减小趋势，但差异不显著；3个密度的邓恩桉林下凋落物未分解层的贮量差异不明显，而高密度邓恩桉林下半分解层显著较小，林下凋落物总贮量不同密度邓恩桉林分表现为：中密度(19.6 t·hm-2)>低密度(18.7 t·hm-2)>高密度(18.5 t·hm-2)；3个密度下邓恩桉林下凋落物未分解层最大持水率为143.6% ~ 200.7%，半分解层最大持水率为186.1% ~ 231.2%，但差异均不显著；3个密度下邓恩桉林下凋落物未分解层最大持水量为12.1 ~ 18.0 t·hm-2，差异不显著，但高密度半分解层最大持水量显著较小，林下凋落物最大持水量不同密度邓恩桉林分表现为：中密度(40.7 t·hm-2)>低密度(39.4 t·hm-2)>高密度(31.5 t·hm-2)。

图1 不同密度邓恩桉林分凋落物贮量及持水特性

3.3 邓恩桉林地土壤持水特征

由图2可看出，3个密度邓恩桉人工林地土壤容重均随着土层深度增加呈现逐步增大的趋势，低密度土壤容重显著较高其他两个密度间，表现为：低密度(1.62 g·cm-3)>中密度(1.47 g·cm-3)>高密度(1.46 g·cm-3)。在林地0 ~ 80 cm不同土层中，低密度和中密度的邓恩桉人工林地的总孔隙度和毛管孔隙度总体表现：随着土层深度增加总孔隙度呈现降低趋势；在非毛管孔隙度上，中密度和低密度却表现出相反的趋势；在3个孔隙度指标上，高密度在不同土层中变化不一。

图2 不同密度邓恩桉林地土壤容重特征

图3 不同密度邓恩桉林地土壤孔隙度特征

图3显示，在林地0 ~ 80 cm不同土层中，低密度和中密度邓恩桉人工林地的总孔隙度和毛管孔隙度总体表现为：随着土层深度增加，总孔隙度呈现降低趋势；在非毛管孔隙度上，中密度和低密度却表现出相反的趋势；在3个孔隙度指标上，高密度在不同土层中变化不一。不同密度间总孔隙度(F值1.224，P值0.334 6)和毛管孔隙度(F值2.705，P值0.115)均无显著性差异，林地0 ~ 80 cm土壤总孔隙度在不同密度间表现为：高密度(43.88%)>中密度(41.35%)>低密度(39.72%)；土壤毛管孔隙度不同密度间表现为：高密度(39.08%)>低密度(36.24%)>中密度(30.90%)。不同密度邓恩桉人工林地的非毛管孔隙度差异较显著(F值5.804，P值0.021 2)，林地0 ~ 80 cm土壤非毛管孔隙度不同密度间表现为：中密度(10.46%)>高密度(4.81%)>低密度(3.47%)。

对于土壤持水量，不同密度邓恩桉人工林对林地土壤饱和持水量、毛管持水量和田间持水量均无显著影响(表3)。林地土壤饱和持水量不同密度间表现为：高密度(31.3%)>中密度(28.2%)>低密度(25.9%)；林地土壤毛管持水量和田间持水量不同密度间均表现为：高密度>低密度>中密度。

表3 不同密度邓恩桉林地土壤持水量特征 %

4 结论与讨论

不同密度对邓恩桉林分的树高和胸径生长产生显著性的影响，同时也影响林分的生物量及生产力、林下凋落物和立地土壤特性。本研究中3个密度邓恩桉人工林(10年生)林下凋落物贮量范围是18.5 ~ 19.6 t·hm-2；林下凋落物未分解层最大持水率为143.6% ~ 200.7%，半分解层为186.1% ~ 231.2%；最大持水量为31.5 ~ 40.7 t·hm-2，均是高密度的最小，这与林分密度对林分生物量及生产力的影响有关。与其他桉树相关研究相比，本研究10年生邓恩桉林与时忠杰等[14]在广东省高要市6年生尾巨桉(E.urophylla×E.grandis)林的林下凋落物特征相比，虽高于其139.99%的最大持水率，但较其凋落物贮量(42.09 t·hm-2)和最大持水量(42.7 t·hm-2)均低；与韩艺师等[15]对海南连载桉树研究结果相比，本研究中林下凋落物的最大持水率略低，但凋落物贮量和最大持水量要高。这可能是由于邓恩桉与尾巨桉相比其速生性稍差，凋落物总量相对较少，但其生长时间长故分解程度要高一些，持水率相应较高；与海南热带气候相比本研究中的凋落物分解程度稍低，持水率随之降低。与其它林分类型的凋落物最大持水量相比，低于武夷山甜槠(Castanopsis eyrei)林(5.2mm)和滇中常绿阔叶林(5.4mm)，但显著高于海南岛山地雨林和热带次生林(0.7 ~ 1.1mm)[16]，这主要是由于桉树速生性较其他树种要好，叶片和树皮更新较快，凋落率较大，但其分解速度较慢，从而导致凋落物蓄积量较大。

森林土壤水文物理性质是森林生态系统水文功能的重要组成部分。本研究结果表明，从林地0 ~ 80 cm土层中比较，3个密度邓恩桉人工林地土壤容重均随着土层深度增加呈现逐步增大的趋势；总孔隙度和毛管孔隙度指标上，低密度和中密度的邓恩桉人工林地的总体表现为随着土层深度增加总孔隙度呈现降低趋势；在非毛管孔隙度上，中密度和低密度却表现出相反的趋势；而高密度的不同孔隙度指标在不同土层中变化不一。不同林分密度比较发现，3个密度邓恩桉林地土壤总孔隙度、毛管孔隙度、饱和持水量、毛管持水量和田间持水量均是高密度最大，土壤容重为高密度最小，但土壤非毛管孔隙度为中密度最大，低密度最小。本研究中3个密度的林分种植时整地方式均采用了挖明穴(规格：50 cm×50 cm×40 cm)的方式且定植后前3 a每年全部铲草2次[17]，这导致不同密度邓恩桉人工林地的土壤受干扰程度存在很大差异(密度越大，土壤翻动越多)，加上受密度影响各林分的生长差异、根系密度也不同，林地土壤的机械干扰和林分生物作用共同导致上述结果的出现。

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Effect of Stand Density Differences on Litterfall and Soil Water Holding Capacity ofEucalyptus dunniiPlantations

DU A-peng1, ZHAO Zhi-yuan1, DENG Yu-hua2, WANG Zhi-chao1, WU Zhi-hua1
(1.China Eucalypt Research Centre,Zhanjiang524022,Guangdong,China; 2.Huangmian Forest Farm of Guangxi,Luzhai545600,Guangxi,China)

Eucalyptus dunniiplantations with three stand densities were selected in Guangxi, and litterfall, water holding capacity and soil water holding capacity were investigated in these stands to understand relationships between stand density and these parameters. Results showed that the litter accumulation across the three stand densities ranged from 18.5 to 19.6 t·hm-2, and the range ofmaximum water holding capacity was 31.5 to 40.7 t·hm-2. All the indices of litterfall and accumulation were lowest at the highest stand density. For soil water holding capacity, the total soil porosity, capillary porosity, saturatedmoisture content, capillary water capacity and fieldmoisture capacity were all highest at the highest stand density, but soil bulk density was lowest at the same density. The lowest soil non-capillary porosity was found at the lowest stand density and was at its highest at the intermediate stand density.

Eucalyptus dunniiplantation; litterfall; litter accumulation; water holding capacity; soil water holding capacity

S152.5;S718.5

A

广东湛江桉树人工林生态系统定位研究站资助(2016-LYPT-DW-126)；桂科攻“耐寒桉树良种的胶合板无性系选育技术研究”(1123004—3B)

杜阿朋(1979— )，男，博士，副研究员，主要从事森林生态等研究.

＊吴志华为通讯作者. E-mail:wzhua2889@163.com