冀北山地云杉人工林土壤物理性质的研究

摘要为探究冀北山地云杉人工林土壤物理性质，选取不同栽植比例的云杉人工林为研究对象，对其土壤物理性质进行分析对比。结果表明：在这3种类型的林分中土壤容重随土层深度的增加而增加，其平均值为类型2（1.05g.cm-3）>类型3（1.19g.cm-3）>类型1（1.01g.cm-3）；土壤总孔隙度均值为类型2（60.27%）>类型1（58.68%）>类型3（55.64%），土壤孔隙度均呈现随土层深度的增加而递减的态势；土壤最大持水率与土壤毛管持水率类型2林分都是最大，也呈现出与孔隙度相同的趋势，但相较于孔隙度的变化量较为平缓。

关键词云杉人工林;土壤物理性质;土层深度；容重；孔隙度

中图分类号：S791.18;S714.2文献标识码：Adoi：10.13601/j.issn.1005-5215.2023.03.012

StudyonSoilPhysicalPropertiesofSprucePlantationsinMountainousAreaofNorthernHebei

WangXing

（HebeiMulanPaddockState-ownedForestFarm，Chengde068450，China）

AbstractInordertoexplorethesoilphysicalpropertiesofspruceplantationsinmountainousareasofnorthernHebei，thisstudyselectedspruceplantationswithdifferentplantingratiosasresearchobjects，andanalyzedandcomparedtheirsoilphysicalproperties.Theresultsshowedthatthesoilbulkdensityincreasedwiththeincreaseofsoildepthinthesethreetypesofforeststands，andthehomogeneitywasarrangedastype2（1.05g·cm-3）>type3（1.19g·cm-3）>type1（g·cm-3）.Themeansoilporositywastype2（60.27%）>type1（58.68%）>type3（55.64%），whilethesoilporosityshowedadecreasingtrendwiththeincreaseofsoildepth.Themaximumsoilwaterholdingrateandsoilcapillarywaterholdingrateoftype2foreststandwerethelargest，andalsoshowedthesametrendasporosity，butthechangewasrelativelygentlecomparedtoporosity.

Keywordsspruceplantations;soilphysicalproperties;soildepth;bulkdensity;porosity

森林土壤是森林生態系统重要的组成部分，是群落发生和发展的基础，是林木生长和微生物作用等多种生态过程的重要载体，也是森林生态系统物质能量循环的重要环节[1]。土壤在森林生态系统中的这些功能决定于土壤的质量，它是森林生态系统可持续发展的基础;同时，生态系统组成、结构与功能的变化又影响和制约着土壤质量演化的方向和强度。

1研究区及样地概况

研究区位于河北省木兰围场国有林场管理局五道沟林场，地处浑善达克沙地南缘，滦河上游地区，属阴山、大兴安岭、燕山余脉的汇接地带，区域地理坐标为41°52′—42°01′N，116°49′—116°59′E，海拔750～1998m，属于大陆性季风型山地气候。冬季酷寒干燥，夏季凉爽无暑热，春秋两季多风沙，昼夜温差大。年降水量380～560mm，主要集中在7—9月。土壤为棕壤、褐土、风沙土、草甸土等。其中棕壤土遍布海拔900m以上的区域，褐土遍布在海拔850m左右的区域，草甸土主要分布在海拔1900m，土壤肥沃，偏酸性。常见树种主要有华北落叶松（Larixprincipis-rupprechtii）、油松（Pinustabuliformis）、云杉（Piceaasperata）、白桦（Betulaplatyphylla）、蒙古栎（Quercusmongolica）、山杨（Populusdavidiana）、棘皮桦（Betuladahurica）、稠李（Padusracemosa）、山荆子（Malusbaccata）、鼠李（Rhamnusdavurica）等。样地概况见表1。

2研究方法

2.1样地设置与调查

选择不同栽植比例的云杉人工林作为研究样地，所选取的云杉人工林林龄、密度、坡位、坡向等都相近，共设置3个20m×30m的固定样地，样地内均未施加任何人为干扰（施肥、灌溉等），林分结构相似，立地条件大致相同，土壤性质接近。

在每个固定样地内按着“S”形取样法随机取样。每个样地挖取3个土壤剖面，在0～＜10cm、10～＜20cm、20～＜40cm土层用环刀取样，每层3次重复，应用环刀法[2]测定土壤容重、总孔隙度、非毛管孔隙度、毛管孔隙度等。

2.2数据处理

采用Excel软件进行数据整理和校对，使用SPSS软件进行统计分析，同时采用Excel软件作图。

3结果与分析

3.1土壤容重

土壤容重、孔隙度是土壤物理性质的重要指标，它与土壤的透气、透水性能息息相关，土壤孔隙度的多少、孔隙大小及分布的情况决定着土壤水分的含量。孔隙度越高，孔隙越大，其透水能力越强。

由图1可以看出，冀北山地云杉人工林各个类型的土壤容重均随土层深度的增加而增加，但土壤容重的变化值差异并不大。各个类型林分土壤容重均值为类型2（1.05g.cm-3）>类型3（1.19g.cm-3）>类型1（1.01g.cm-3），各类型林分土壤均呈现出表层土壤容重小于深层土壤容重，3种林分在0～40cm深度土层中均是土壤容重随土层深度增加而增加，表层土壤容重以类型1最低。

3.2土壤孔隙度

土壤孔隙度是土壤的基本物理性质，对土壤蓄水能力和通气性有着直接作用，间接影响植物生长，并且与土壤肥力等因素有着密切关系。

3.2.1土壤非毛管孔隙度

土壤非毛管孔隙度是指直径大于0.1mm的孔隙，为土壤中大孔隙，毛管作用较小，蓄水能力微乎其微。

由图2可知，非毛管孔隙度随土层深度的增加各个类型的林分均呈现出递减的趋势，其中类型1的非毛管孔隙最小，类型3的非毛管孔隙最大，0～<10cm土层中类型1的非毛管孔隙最小，类型3的最大。非毛管孔隙越大，则土壤通透性较好，有利于降水的下渗，减少地表径流的发生，起到了涵养水源的作用[3]，但是蓄水能力减少，类型1林分的非毛管孔隙变化相较于其他林分并不明显。

3.2.2土壤毛管孔隙度

土壤毛管孔隙的直径为0.001～0.1mm，毛管孔隙度是指毛管孔隙容積占土壤容积的百分数，具有毛管作用，对植物体的生长有着密切关系，是植物需水的主要来源，它与有机质含量有一定关系，有机质含量越高毛管孔隙就越多，植物的生长发育繁殖能力就强。

由图3可知，毛管孔隙度在类型2、类型3林分中均呈现出随土层深度的增加毛管孔隙度减小的趋势，在类型1中出现了随土层深度增加先小幅增加后下降的趋势。整体看，各个林分类型的土壤表层毛管孔隙较高，应与其表层中腐殖层有机质含量较高有关，类型1的毛管孔隙度在各土层间变化不明显。

3.2.3土壤总孔隙度

土壤孔隙按着孔径的大小可分为无效孔隙、毛管孔隙、非毛管孔隙。一般来说土壤是为植物体的根部提供营养、水和气的，土壤总孔隙度在50%或略大于50%较为适宜林木生长，不同林分所需要的也不尽相同。

由图4可知，3种类型林分的土壤总孔隙度均值为类型2（60.27%）>类型1（58.68%）>类型3（55.64%）。这3种类型的林分均呈现出随土层深度的增加总孔隙度减小的趋势，其中类型2的变化差异较大，类型1变化较为平缓，类型3在0～<10cm土层与10～<20cm土层的变化差异较大，20～<40cm土层与10～<20cm土层土壤总孔隙度差异不大。其表层总孔隙度最大的是类型2，说明类型2的表层土壤透气性最好。

3.3土壤水文性质

3.3.1土壤最大持水率土壤最大持水率是指将土壤中所有悬着毛管达到最大值时的土壤含水率。代表着土壤最大容水能力。

由图5可知，这3种类型的林分土壤最大持水率均呈现出随土层深度增加而减小的趋势，减小趋势较为平缓，变化量不大。其均值为类型2（62.97%）>类型1（58.40%）>类型3（52.35%）。类型2的表层土壤腐殖质较多，土壤质地疏松、结构较好，故最大持水率大。类型3林分内各土层的最大持水率变化最小，较为平缓。

3.3.2土壤毛管持水率

土壤毛管持水率是指土壤的全部毛管都充满水时的土壤含水率。

由图6可以看出，各个林分的毛管持水率均随土层深度的增加呈现出递减的趋势，其均值为类型2（57.77%）>类型1（55.43%）>类型3（47.59%）。类型2林分的表层土层毛管持水率最大，类型3的最小。总体看，各个类型的林分间差异并不明显，尤其是类型3的林分变化最为平缓。

4结论

本研究以冀北山地3种不同栽植比例的云杉人工林为研究对象，对其土壤物理性质进行了分析，各个类型的林分中土壤容重随土层深度的增加而增大，持水量和孔隙度随土层加深而减小，持水能力随土壤深度的增加而减弱[4]。表层土壤容重类型1的最低，土壤容重均值为类型2（1.05g.cm-3）>类型3（1.19g.cm-3）>类型1（1.01g.cm-3）；土壤孔隙度与土壤容重有着密切的联系，容重增大，孔隙度会相应地减少，类型1的非毛管孔隙最小，类型3的非毛管孔隙最大，土壤毛管孔隙度基本呈现出随土层深度的增加毛管孔隙度减少的趋势，土壤总孔隙度均值为类型2（60.27%）>类型1（58.68%）>类型3（55.64%）。

土壤最大持水率的均值为类型2（62.97%）>类型1（58.40%）>类型3（52.35%），土壤毛管持水率的均值为类型2（57.77%）>类型1（55.43%）>类型3（47.59%）。表层土壤的最大持水率与毛管持水率均为最大，类型2林分的土壤物理性质好于其他栽植比例的云杉人工林。

本研究探讨了冀北山地不同栽植比例的云杉人工林土壤水分物理性质，各土层的变化情况及整体变化趋势，土壤水分—物理性质关系到森林未来的演替方向[5]，为冀北山地云杉造林、营林措施提供参考。有必要继续进行林地长期定位观测和比较，以便能更系统地揭示3种类型的林分因不同栽植比例所导致的土壤物理性质的变化规律，为森林土壤资源的可持续利用奠定基础[6]。

参考文献：

[1]董威，刘泰瑞，覃志杰，等.不同林分密度油松天然林土壤理化性质及微生物量碳氮特征研究[J].生态环境学报，2019，28（1）：65-72

[2]鲍士旦.土壤农化分析[M].北京：中国农业出版社，2003：22-34

[3]田超，杨新兵，李军，等.冀北山地阴坡枯落物层和土壤层水文效应研究[J].水土保持学报，2011，25（2）：97-103

[4]任青山.西藏冷杉原始森林土壤物理性质特征分析[J].林业科学，2002（3）：57-62

[5]黄永辉，张建华，杨新兵，等.冀北山区3种典型林分演替规律初探[J].河北林业科技，2012（5）：11-13

[6]杨坤，丁杰，胡静霞，等.冀北山地油松、蒙古栎林土壤水分—物理性质研究[J].河北林果研究，2016，31（2）：116-121

收稿日期：2022-11-08

作者简介：王兴（1995-），男，河北滦南人，大学，助理工程师，从事营林技术研究.