浙江湖州不同经营类型竹林土壤持水能力比较

施惠江 计玮玮 章德友 白洪青 杨 健 俞婷婷 陈康康 朱 炜

(1 吴兴区道场乡农业农村办公室，浙江湖州 313000；2 湖州市梁希森林公园管理处，浙江湖州 313000；3 吴兴区妙西镇农业农村办公室浙江湖州 313000；4 德清县林业局浙江湖州 313000；5 湖州市林业局浙江湖州 313000；6 湖州市生态林业保护研究中心，浙江湖州 313000)

陆地生态系统具有调节气候、涵养水源、保持水土、防风固沙等功能，其巨大的生态经济效益，对维持社会经济可持续发展至关重要[1]。森林水源涵养能力是森林生态系统功能评估的重要指标，而林地土壤是一个天然的大水库，具有涵养水源和保持水土的功能，是森林涵养水源的重要场所[2]。浙江省湖州市竹资源丰富，竹林面积达13.02 万hm2，占全市有林地面积的50.20%，因此竹林林地的水源涵养能力在全市森林涵养水源功能中占有重要地位。湖州市竹林以毛竹林为主，面积为10.02 万hm2，占竹林面积的76.96%。根据经营方式不同，毛竹林分为材用林和笋用林，小径竹林分为早竹林和杂竹林。其中，毛竹笋用林和早竹林经营强度大，经济效益高。为了解不同经营类型竹林的持水能力，选择4 种经营类型的典型竹林，对比分析了竹林土壤的物理性质和持水能力，以期为竹林经营方式与经营措施的确定提供依据。

1 试验地概况

湖州市地处浙江省北部，地处长三角中心地带，地理位置位于 119° 14′—120° 29′ N、30° 20′—31°11′E。年均气温12.2～16.1 ℃，极端最高气温40.8 ℃，极端最低气温-17.4 ℃，年降水量1 050～1 850 mm，有效积温3 800～5 130 ℃，无霜期224～246 d。全市土地总面积5 819.6 km2，其中山地丘陵28.7 万hm2，大部分属低山丘陵地貌，土壤以红壤为主，成土母质主要为酸性岩浆岩、沉积岩[3]。全市林业用地面积30.68 万hm2，有林业地面积25.95万hm2，森林覆盖率50.9%。

2 材料与方法

2.1 样地概况

湖州市竹林面积较大，各县区除南浔区外，其他县区竹林面积占有林地面积在36.9%～62.9%。在湖州市吴兴区及长兴县、德清县、安吉县不同经营类型的竹林内设置调查样地，其各样地的基本概况见表1。

表1 不同经营类型竹林样地基本情况

2.2 试验方法

在不同经营类型竹林中分别选择有代表性的林分设置土壤样方，在样方内挖掘土壤剖面，确保不破坏土壤各层的结构，用环刀分别在0～20 cm、＞20～40 cm 的土层上取原状土，每组重复3 次，土样采好后贴上标签，带回室内测定土壤的各项物理性状和持水性能指标。

土壤密度、非毛管孔隙度、毛管孔隙度和总孔隙度采用环刀法测定[4-5]；土壤最大持水量、土壤毛管持水量和土壤有效持水量的计算依据参考文献[6-7]。土壤样品采集共47 个，其中毛竹材用林17 个、毛竹笋用林15 个、早竹林9 个、杂竹林6 个。

3 结果与分析

3.1 不同经营类型竹林土壤孔隙度

林地土壤是储存降水的主要场所，影响土壤持水的因素有土壤结构、土壤盐分、土壤有机质、土壤总孔隙度、土壤粘粒含量、非毛管孔隙度、土壤粉粒含量等，其中土壤孔隙度以及粘粒含量为主要影响因素[8]。土壤孔隙度的大小及其分配比例，影响着土壤的持水能力和特性，当土壤的总孔隙度在50%左右，而其中非毛管孔隙度占1/5～2/5 时，土壤的通气性、透水性和持水能力比较协调[9]。统计分析结果表明(表2)，4 种经营类型的竹林土壤容重为1.10～1.36 g/cm3，其中毛竹笋用林的土壤容重最大，为1.36 g/cm3，杂竹林的土壤容重最小，为1.10 g/cm3；土壤容重从大到小依次为毛竹笋用林＞早竹林＞毛竹材用林＞杂竹林。4 种经营类型的竹林土壤总孔隙度的变化范围为48.79%～58.68%，非毛管孔隙度的变化范围为12.79%～21.74%，非毛管孔隙度占总孔隙度的比例为26.21%～37.51%，说明4 种类型竹林土壤的通气性和透水性均较好，适宜于土壤的蓄水和保水。从孔隙度指标来看，毛竹材用林和杂竹林的土壤总孔隙度、毛管孔隙度和非毛管孔隙度均比经营强度大的毛竹笋用林和早竹林高。

表2 不同经营类型竹林土壤的孔隙度

从总体上看，各经营类型竹林的土壤物理性质良好，可为水分的暂时贮存提供较好的空间。经方差分析，毛竹笋用林的各项物理指标，除毛管孔隙度与其他经营类型差异不显著外，非毛管孔隙度与毛竹材用林存在极显著差异，容重和总孔隙度与毛竹材用林和杂竹林存在极显著差异。早竹林的各项指标虽然低于毛竹材用林和杂竹林，但差异未达到显著水平，说明人为的强度经营对林地土壤的物理性质有明显影响。因为毛竹笋用林除了春季挖笋外，6—10 月是挖鞭笋的时期，即人为干扰比早竹林时间长、强度大。尽管垦复、施有机肥等措施有利于土壤结构的改善，但对土壤的容重及孔隙度等仍产生一定的负面影响。

3.2 不同经营类型竹林土壤持水量

透过林冠和枯枝落叶层后的降水大部分直接从土壤孔隙渗入到土层中，竹林单位面积土壤层的蓄水量可直观地表现不同经营类型竹林土壤的持水能力。由表3 可知，4 种经营类型的竹林土壤(0—40 cm) 的毛管持水量、非毛管持水量和最大持水量分别为1 436.24～1 609.17、510.67～868.94 和1 951.68～2 352.47 t/hm2，其最大持水量从大到小依次为毛竹材用林＞杂竹林＞早竹林＞毛竹笋用林。经方差分析，毛竹笋用林的毛管持水量与毛竹材用林和杂竹林无显著差异，非毛管持水量和最大持水量与毛竹材用林存在极显著差异，其余两两之间无显著差异。毛竹笋用林的持水量最低，这与上述土壤容重和孔隙度的差异是相一致的。经营强度大的毛竹笋用林，由于人为活动频繁，造成土壤容重增大，孔隙度及持水量相对减少，与毛竹材用林和杂竹林相比，均达到了极显著差异水平。

表3 不同经营类型竹林土壤的持水量 t/hm2

3.3 不同深度土壤的物理性质和持水能力比较

3.3.1 不同深度土壤的物理性质

从表4 可以看出，各经营类型竹林其0～20 cm的土壤容重均小于＞20～40 cm 的土壤容重，但两者之间无显著差异；各经营类型竹林土壤的总孔隙度，0～20 cm 均大于＞20～40 cm，其中人为活动大的毛竹笋用林和早竹林2 层土壤之间存在极显著差异，毛竹材用林和杂竹林无显著差异；各经营类型竹林土壤的毛管孔隙度，除早竹林外，其他竹林0～20 cm均小于＞20～40 cm，毛竹材用林和早竹林2 层土壤之间存在极显著差异，毛竹笋用林和杂竹林2层土壤之间则无显著差异；各经营类型竹林土壤的非毛管孔隙度，0～20 cm 均大于＞20～40 cm，除杂竹林外，2 层土壤之间均存在极显著差异。

表4 不同深度土壤的孔隙度

林地土壤中存在大量的植物根系，植物根系的死亡腐烂和土壤微生物活动的增加也增加了土壤非毛管孔隙。一般树木为深根性，其大量根系主要分布在20 cm 土层深度以下，腐根形成的粗大孔隙在20 cm 以下土层较多，非毛管孔隙度在0～40 cm 深度范围内是随土层深度的增加而增加的。但竹子的竹鞭分布与一般的树木不同，毛竹林的竹鞭主要分布在10～30 cm 深的土层，早竹林和杂竹林的竹鞭主要分布在10～25 cm 深的土层，大量的腐殖质和人工所施的有机肥(毛竹笋用林和早竹林) 也以10～20 cm 深的土层居多。本次调查显示，各经营类型竹林的非毛管孔隙度均表现为0～20 cm 大于20～40 cm，这与竹林的竹鞭分布相一致。

3.3.2 不同深度的土壤持水能力

土壤对降水的贮水能力，在0～40 cm 深度范围内随着土层的加深而呈现出一定的变化趋势。由表5 可以看出，各经营类型竹林＞20～40 cm 土层的毛管持水量均大于0～20 cm 的毛管持水量，但两者差异除毛竹材用林外均未达到显著水平；从非毛管持水量来看，各经营类型竹林则表现为0～20 cm 的土壤持水量大于＞20～40 cm 的土壤持水量，两者差异均达到极显著水平；最大持水量变化与非毛管持水量变化一致，但毛竹材用林两层土壤之间差异不显著，这是受毛管持水的影响所致。土壤对降水的贮存主要取决于土壤的非毛管孔隙度，4 种经营类型竹林土壤的持水量变化与土壤非毛管孔隙度的变化相一致，这一现象表明，在竹林经营中要注重竹鞭的分布，通过人为措施引导竹鞭向20 cm 以下土壤生长，特别是每年施有机肥的毛竹笋用林和早竹林，应开深沟施肥，改善＞20—40 cm 土壤层的结构，提高非毛管孔隙度和持水能力。

表5 不同深度土壤的持水量

4 小结与讨论

从本次调查表明，不同经营类型竹林的水源涵养功能有一定的差异，最大持水量从大到小依次是毛竹材用林＞杂竹林＞早竹林＞毛竹笋用林；毛竹材用林地上部分的最大持水量最高，达2 352.47 t/hm2，杂竹林的最大持水量居第2，为2 347.17 t/hm2，最差的是毛竹笋用林，为1 951.68 t/hm2。经方差分析，土壤最大持水量除毛竹笋用林与毛竹材用林之间存在极显著差异外，其余两两之间均无显著差异。

湖州市4 种经营类型竹林的土壤总空隙度均在50%左右，其中非毛管空隙度占26.2%～37.5%。从土壤的水源涵养能力来看，人为活动少的毛竹材用林和杂竹林优于人为活动多的早竹林和毛竹笋用林，其土壤容重、孔隙度和持水量均比毛竹笋用林和早竹林好。人为活动最多的毛竹笋用林，其土壤容重、孔隙度和持水量与毛竹材用林和杂竹林之间存在极显著差异，说明大量的人为活动，虽然施用了大量有机肥，但仍造成土壤容重增加，非毛管孔隙度和总孔隙度下降，从而影响土壤的持水能力。由此可见，在竹林经营中，应尽量减少人为活动，以保持良好的土壤结构和持水能力。在发展毛竹笋用林和早竹林时，应选择坡度平缓、土层深厚的地块，并通过垦复、深施有机肥等措施，保持土壤的良好结构，提高土壤的持水能力，从而确保竹林资源开发的可持续性。

从各经营类型竹林0～20 cm 和＞20～40 cm 土壤的物理性质来看，土壤容重在两个土层之间均无显著差异，总孔隙度均表现为上层大于下层，且毛竹笋用林和早竹林的上下层之间的差异达到极显著水平。同样，最大持水量也均表现为上层大于下层，除毛竹材用林外，其余类型的上下层之间土壤最大持水量均存在极显著差异。说明竹鞭分布的深浅及人为增施有机肥，影响着竹林土壤的物理性质和持水能力。