宝鸡市几种典型水保林土壤持水能力分析

冯芳莉，季志平

(1.宝鸡市金台区水利水保工作站，陕西 宝鸡 721000；2.西北农林科技大学，陕西 杨凌 712100)

水源涵养是森林生态系统重要的生态服务功能之一，而持水能力是衡量森林水源涵养功能的直接指标，其主要取决于枯落物层和土壤层[1-3]。不同林分的枯落物层结构、组成、种类、数量和性质都存在一定差异，因而其林地截持降水、储蓄水分、调节径流的功能不同[4]；林地土壤的持水能力与植被、地形、土壤性质等有密切关系，因而不同林分类型的水源涵养能力有所差异，主要体现于林地最大和有效持水能力方面的变化[5]。

宝鸡地处陕、甘、宁、川四省(区)结合部，秦岭群峰与渭河平原互为映衬，构成了宝鸡市的地貌主体，属于暖温带半湿润气候区。 宝鸡市金台区是宝鸡市 3 个市辖区之一，地处宝鸡市区北半部，全区水土流失面积276 km2。近20年来，在国家农发水保项目的支持下，综合运用工程、生物、耕作措施，先后在市区北坡、东区代家湾等地开展了以绿化、美化为主要内容的城市景观建设，在六川河、硖石河等小流域开展了以控制水土流失、改善生态环境和生产生活条件、提高郊区农民生活质量为目的的水土保持综合治理，累积水土流失治理面积超过226 km2[6]。本文仅就几种典型水保林水源涵养能力进行分析对比，以求为水土保持林建设和管理提供依据。

1 试验地概况与研究方法

1.1 项目区概况

金台区位于宝鸡市城区北部，地理坐标为东经106°54′10″～107°10′06″；北纬 34°24′40″～34°31′57″。全区总面积 309 km2，耕地面积16 187.6 hm2，其中坡耕地10 303.6 hm2，地貌类型主要为黄土低山丘陵，沟梁相间，台塬地带塬面相对较缓，塬坡较陡；丘陵区地形支离破碎，沟壑纵横，沟壑密度。低海拔621.9～1 332.0 m。由于受地形、母质的影响，土壤养分比较贫乏，结构较为疏松，黏力小，抗蚀性和耕种性都比较差。项目区植被稀疏，覆盖率相对较低，现有植被以天然野草和人工林为主，人工林以刺槐、侧柏、油松、臭椿、榆树、杨树、苹果、核桃、柿子、梨等居多，草本以菊科蒿类植物为主。 全区水土流失面积276 km2，占总面积89.32%，侵蚀形式以水力侵蚀为主，侵蚀方式以面蚀、细沟侵蚀为主，土壤侵蚀模数3 640 t·km-2·a-1，属渭北丘陵沟壑次强度流失综合治理区[6]。

1.2 样地基本特征

在项目区选择刺槐林、侧柏林、油松林3个最典型的林分为研究对象。在林分内布设20 m×20 m的样方进行调查，调查样地内所有乔木的树高、胸径、冠幅、郁闭度；在样地的中心和四角设置5个2 m×2 m的灌木样方，调查灌木的种类、株数、株高、盖度等；在每个灌木样方旁设置1 m×1 m的草本样方，调查草本的种类、株高、丛幅、盖度等；在每个草本样方旁设置1 m×1 m的枯落物样方，根据枯落物的颜色、形态将其分为未分解层与分解层，调查各层厚度，并全部收集。各标准地基本特征见表1。

表1 3种林分标准地基本特征

1.3 研究方法

利用环刀法对土壤层的物理性质进行测定，用烘干法测定土壤含水量[7-8]。在每样地中分别设置3个土壤取样点，土壤剖面深度60 cm，每10 cm层次取1个土样。

土壤持水量公式为：

W=10 000P·H

式中：W为土壤持水量(t·hm-2)；P为土壤孔隙度(%)；H为土壤厚度(m)

采用Excel 2016进行图表制作与分析。

2 结果与分析

2.1 3种林分土壤孔隙度测定与分析

土壤孔隙度的大小能反映出林分的土壤结构和持水能力。从表2测定的各林地土壤孔隙状况可以看出，3种林地土壤总孔隙度排序为：油松人工林(51.16%)>侧柏人工林(48.15%)>刺槐人工林(44.96 %)，且均差异显著(P<0.05)。产生这种差异的原因是多方面的，土壤质地和结构是主要的，但林分根系的分布对土层结构影响较大，根系的密集分布促进了土壤发育，改善了土壤结构，使土壤变得疏松，空隙增多。油松根系主要生长在0～60 cm土层内，因而在这一土层内土壤孔隙度相对较高；侧柏根系仅集中于0～40 cm土层中，下层孔隙度相对较小，非毛管孔隙度在40 cm处出现一定明显下降陡度，毛管孔隙度也有下降趋势；而刺槐根系分布极深，可达60 cm以下或更深，但分布均匀，所以在计算范围内，孔隙度较小，这一点与赵忠[9]研究结果相似。

表2 3种林分土壤孔隙度

2.2 3种林分土壤持水能力分析

土壤孔隙状况与土壤持水能力有直接关系，也影响着土壤的通气、透水性能。从根据各层土壤的孔隙状况和土层厚度可以推算出的土壤毛管孔隙和非毛孔隙持水能力，以及两项相加计算出的各土层持水能力和整个土壤层总持水能力图(图1)可看出，在各土层中，油松人工林地持水能力最大，侧柏人工林地居中，刺槐人工林地最弱。这3种林地最大持水能力分别为3 069.71、2 888.75、2 697.40 t·hm-2，且各林地持水能力之间均存在显著差异。非毛管持水能力和毛管持水能力呈现相似结果，依次为油松人工林地>侧柏人工林地>刺槐人工林地，但非毛管的持水能力占总持水能力的比例都较低，分别为3.76%、4.94%、5.81%。

图1 3种林地土壤持水能力比较

3 讨论

林地生态系统的水源涵养能力是植被层、枯落物层、土壤层共同作用的结果。不同林分类型水源涵养能力的主导因素也各不相同。土壤孔隙度虽只是土壤持水性指标，但却能反映出林地生态系统水源涵养能力的基本面。在根系与枯落物的多重作用下，林地土壤结构和性能都不同程度地发生了变化，在土壤毛管孔隙度和非毛管孔隙度方面表现得尤为突出。

土壤孔隙度大小不仅取决于土壤本身，也受林地状况综合因素的影响，包括林分的郁闭度、灌草盖度、枯落物的多少及其分解状况等因素。如凋落物分解后给土壤表层补充腐质殖，林木根系在林地土层的密集分布，都不同程度地促进了土壤发育，改善了土壤结构，增加了土壤孔隙度，表现出更好的蓄水性能，反过来又促进植物生长。

本研究结果表明，虽然3种林地的土壤持水能力存在显著差异，但不影响其水土保持功能的存在。由于水土保持林在一定程度上改善了土壤结构，增加了土壤毛管孔隙度和土壤持水量，因而在水土流失较严重的山地营造水土保持林，能提高土壤蓄、调水量的能力，达到水土保持目的。林地土壤持水能力与土壤孔隙状况有直接关系，但也受其他因素的综合影响，所以，加强林地管理有利于提升人工林的水土保持功能。