浑河源头4种水源涵养林土壤理化性质研究

房春果

（国有新宾满族自治县赵家林场，辽宁 新宾113213）

浑河源头位于辽宁省东部，属于辽东山地丘陵水土流失重点预防区［1］，是辽宁省森林资源、水资源以及再生植被资源的重要区域。辽宁省将辽东山区划定为水源涵养用材林区，其作为辽宁中部城市群、工农业基地的绿色屏障和集水区具有重要地位。科学经营和保护好辽东水源涵养林资源，研究新形势下水源涵养林的经营理论、技术措施和经营策略，对提高水源涵养林质量与生态环境建设水平，具有极其重要的意义［2］。水源涵养林在调节气候、调洪削峰、涵养水源、保持水土、改良土壤等方面具有独特的生态环境效应。巍强等［3］分析了内蒙古大青山4 种林地类型土壤容重和孔隙度的差异，研究了枯落物层和土壤层水源涵养功能特征。任改等［4］以重庆四面山4 种水源涵养林为研究对象，对比分析其抗冲性动态变化过程及影响因素，提出该区域土壤抗冲性发生变化的临界坡度及不同径级植物根系对抗冲性的影响。彭云莲等［5］研究了浑河源头不同水源涵养林枯落物的持水特征，结果表明落叶松林地枯落物的涵养水源功能强于其他林地。郝占庆等［6］对辽东山区5 种主要森林类型林地土壤的涵蓄水性能进行研究，认为天然阔叶林较人工针叶林具有更好的涵养水源性能。然而，关于水源涵养林土壤团聚体、土壤有机质等土壤理化性质方面的研究较少。土壤团聚体作为土壤重要的物理性状，表现为风干土团聚体和水稳性团聚体。土壤有机质是土壤质量的核心，也是土壤团聚体与土壤功能体现的基础［7］。因此，研究水源涵养林土壤团聚体和土壤有机质具有重要意义。本文以浑河源头典型水源涵养林为对象，研究不同样地土壤团聚体和土壤有机质特征，揭示其随土层深度的变化规律，以期为浑河源头水土保持措施及水源涵养林的选择与配置提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究区设在辽宁省实验林场，位于辽宁省清原县城东南部（124°59′～125°18′E，41°51′～42°00′N），面积8 406.26 hm2，属长白山系、千山山脉、龙岗山支脉的北坡，是浑河发源地之一。海拔高度500～800 m，地势较缓。属中温带大陆性季风气候，年平均气温5.3 ℃，年均降水量806.5 mm，年均蒸发量1 275 mm，无霜期130 d。土壤多为暗棕色森林土和棕色森林土。本区属长白植物区系，植物种类繁多，生长茂密，森林覆盖率达90%。地带性森林植物是以柞树Quercussp.林、阔叶混交林为主的天然次生林和以红松Pinus koraiensis、油松P.tabulaeformis、落叶松Larixsp.为主的针叶林，林下植被多为榛子Corylus heterophylla、东北山梅花Philadelphus schrenkii、暴马丁香Syringa amurensis、大叶鼠李Rhamnus dahuricus、金银忍冬Loniceramaackii等。

1.2 研究方法

2017年9月，选取落叶松、红松、混交林地（落叶松和红松混交）、采伐迹地4种水源涵养林作为试验样地，样地具体情况见表1。在每种样地地势较为平坦且植被生长良好的地方，选择有代表性的地段设置10 m×10 m 的样方，按照5 点法采集土壤样品。在每个样地内用环刀分别采集0～10、10～20、20～30 cm 土层土壤样品2 kg 混合散样，带回实验室以测定土壤物理性质。土壤团聚体采用沙维诺夫干筛法和湿筛法测定，土壤有机质采用重铬酸钾外加热法测定。每个指标3次重复。

表1 各林分样地概况

2 结果与分析

2.1 土壤团聚体含量

土壤团聚体是土壤重要的组成部分，会影响土壤理化性质及侵蚀过程，是评价土壤抗蚀性的重要评价指标［8］。风干土团聚体反映了土壤结构和团聚体分布状况，水稳性团聚体反映了土壤结构的稳定性和抗蚀性，各样地土壤团聚体分布特征见表2。

由表2 可知，各样地土壤团聚体分布较均匀，＞0.25 mm 风干土团聚体含量较高，在79.62%～87.78%，平均为83.98%；各样地不同土层之间变化不同，落叶松0～10、10～20、20～30 cm 土层风干土团聚体含量依次为86.27%、81.32%、80.62%，红松风干土团聚体含量依次为87.78%、87.10%、87.61%，混交林地依次为79.62%、82.18%、84.00%，采伐迹地依次为83.60%、82.90%、84.79%，其0～30 cm 土层风干土团聚体含量大小依次为红松（87.49%）＞采伐迹地（83.76%）＞落叶松（82.74%）＞混交林地（81.93%），各样地之间无显著差异（p＞0.05）。湿筛后土壤团聚体含量反映了土壤团聚体在降雨或径流作用下的稳定性，各样地＞0.25 mm 土壤水稳性团聚体含量均小于风干土团聚体含量，落叶松、红松、混交林地、采伐迹地0～30 cm 土层＞0.25 mm 水稳性团聚体含量依次为61.27%、40.61%、67.09%、48.99%，其大小关系与风干土团聚体含量相反，风干土团聚体在土壤水分作用下分散为更加细小的土壤颗粒，土壤结构被破坏。土壤结构体破坏率反映了团聚体遇水后的破坏程度，其数值越大，破坏越严重，土壤结构越不稳定。落叶松0～10、10～20、20～30 cm 土层土壤结构体破坏率依次为15.40%、29.17%、33.98%，红松依次为47.25%、49.09%、64.41%，混交林地依次为19.82%、5.92%、28.45%，采伐迹地依次为36.84%、42.03%、45.61%，其0～30 cm 土层土壤结构体破坏率依次为红松（53.58%）＞采伐迹地（41.49%）＞落叶松（26.19%）＞混交林地（18.06%），各样地之间均差异显著（p＜0.05），其中红松最大，混交林地最小，这一变化规律与风干土团聚体含量相一致，红松林地的风干土团聚体含量最高，但其土壤结构体破坏率也最大，说明红松林地土壤团聚体稳定性较差，遇水后极易分散为细小颗粒，而混交林地土壤结构体破坏率最小，其水稳性最好。

表2 4种水源涵养林土壤团聚体结构分布特征

2.2 土壤团聚体特征

土壤团聚体平均重量直径（MWD）和几何平均直径（GMD）是评价土壤团聚体稳定性的2 个重要指标，在受到外界破坏和崩解作用下，土壤团聚体MWD 和GMD 越大，土壤团聚体稳定性越大，土壤抗侵蚀能力越强［9］。由图1 可知，各个样地土壤风干土团聚体MWD 和GMD 表现为红松＞采伐迹地＞落叶松＞混交林地，其中红松林地和采伐迹地土壤MWD 显著大于落叶松和混交林地（p＜0.05），红松林地土壤GMD 显著大于其他3 个样地（p＜0.05）；各个样地水稳性团聚体MWD 和GMD 表现为混交林地＞落叶松＞采伐迹地＞红松，混交林地土壤MWD和GMD均大于其他3个样地，且显著大于红松林地和采伐迹地（p＜0.05），说明混交林地的抗蚀性最好，结果与土壤水稳性团聚体的研究结果相一致。

2.3 土壤有机质

土壤有机质是维持土壤肥力的重要因素之一，是评价土壤质量的关键指标［10］，也是影响土壤团聚结构的最重要因素之一［11］。由图2 可知，同一土层不同样地土壤有机质存在差异，落叶松、红松、混交林地、采伐迹地0～10 cm 土层土壤有机质依次为82.22、64.44、113.79、53.50 g·kg-1，10～20 cm 土层依次为33.93、39.60、39.52、53.36 g·kg-1，20～30 cm 土层依次为36.57、31.96、29.70、40.52 g·kg-1，其中0～10 cm土层混交林地土壤有机质显著大于落叶松、红松和采伐迹地（p＜0.05），各个样地10～20 cm 和20～30 cm土层土壤有机质含量无明显差异性（p＞0.05）。不同样地之间各个土层存在差异。各样地总体表现为混交林地（61.00 g·kg-1）＞落叶松（50.91 g·kg-1）＞采伐迹地（49.13 g·kg-1）＞红松（45.34 g·kg-1），各个样地之间无显著差异（p＞0.05）。落叶松0～30 cm土层土壤有机质含量在33.93～82.22 g·kg-1，红松0～30 cm 土层土壤有机质含量在31.96～64.44 g·kg-1，混交林地0～30 cm 土层土壤有机质含量29.70～113.79 g·kg-1，采伐迹地0～30 cm 土层土壤有机质含量在40.52～53.50 g·kg-1。各个样地土壤有机质含量随土层深度增加的变化规律不同，落叶松土壤有机质含量随土层深度的增加而呈现先减小后增大的变化趋势，红松林地、混交林地和采伐迹地土壤有机质含量均随着土层深度的增加而减小。

图2 土壤有机质随土层深度变化

3 结论与讨论

各样地土壤团聚体分布较均匀，＞0.25 mm 风干土团聚体含量较高，在79.62%～87.78%；0～30 cm土层风干土团聚体含量大小依次为红松＞采伐迹地＞落叶松＞混交林地，土壤结构体破坏率大小依次为红松＞采伐迹地＞落叶松＞混交林地。各个样地土壤风干土团聚体MWD 和GMD 表现为红松＞采伐迹地＞落叶松＞混交林地，水稳性团聚体MWD和GMD表现为混交林地＞落叶松＞采伐迹地＞红松。

浑河是辽宁省水资源最丰富的内河，其上游位于辽东山区的清原县和新宾县，是辽宁省大伙房水库的重要水源地，占大伙房水库年入库水量的52.7%。土壤团聚体是土壤结构的基本组成单元，其数量及分布特征影响水源涵养林土壤结构的优劣及蓄水能力［12］。土壤团聚体与土壤有机碳关系密切，团聚体的形成影响着有机碳的分解，土壤有机碳对团聚体的数量和分布也具重要影响［13］。本研究结果表明，4 个样地土壤结构体破坏率依次为红 松（53.58%）＞采 伐 迹 地（41.49%）＞落 叶 松（26.19%）＞混交林地（18.06%），说明通过合理地布置水源涵养林可以有效地改善土壤结构，提高土壤抗蚀性。土壤结构体破坏率与土壤有机质之间具有显著的负相关关系，土壤有机质含量越高，土壤结构体破坏率越小，说明土壤有机质含量越高，土壤团聚体稳定性越好，刘源跃［14］也认为土壤团聚体稳定性与土壤有机质之间具有正相关关系。4 个样地土壤有机质存在差异，总体表现为混交林地＞落叶松＞采伐迹地＞红松，其含量随土层深度的增加而减小。