应用研究 doi:10.13360/j.issn.1000-8101.2014.03.012 ‘‘ 蜀南竹海"毛竹林土壤物理性质及其影响因子 高强伟,罗承德 ,代斌,刘丽,马丹 (四川I农业大学林学院,四川雅安625000) 摘 要:以四川“蜀南竹海”毛竹林土壤为研究对象,探讨了土壤表层(0~20 cm)和下层(20~40em)的黏粒含量、 密度、孔隙度、持水量的变异性,它们之间的相关关系以及海拔、土壤类型、枯落物厚度和土壤有机质对上述物理性 质的影响。结果表明:研究区毛竹林土壤物理性质变异系数在10.28%~56.21%之间,属于中等变异性;总孔隙 度、非毛管孔隙度、毛管持水量、最大持水量表层显著高于下层,而土壤密度表层显著低于下层;各土层物理因子之 间有着密切关系,并且它们之间的相关关系基本不因土层差异而发生变化;海拔、枯落物厚度只对毛竹林表层土壤 物理性质有显著影响,有机质对两土层土壤物理性质均有显著影响,而土壤类型只对两土层土壤密度、黏粒有显著 影响。 关键词:毛竹林;土壤物理性质;土层;相关关系 Physical properties and the impact factors on soil under the bamboo forest in the South Sichuan Bam— boo Forests area f}GAO Qiangwei.LUO Chengde.DAI Bin.LIU Li.MA Dan Abstract:The soil clay content,bulk density,porosity,capacity of holding water of variability in the surface soil layer(0- 20 cm)and the deep soil layer(20--40 cm)and their correlations of soil under the bamboo forest in the Southern Sichuan Bamboo Forests area were studied,and the effects of altitude,soil type,litter depth and soil organic matter on the above mentioned properties were analyzed.The results showed that the soil physical properties variation coeficientf was from 10.28%to 56.21%,which were the moderate variability.The total porosity,non—capillary porosity,capillary water capa— city and maximum moisture capacity in the surface soil layer(0—20 cm)was signiifcantly higher than that in the deep soil layer(20-40 cm),but the bulk density in the surface layer was significantly less than that in the deep layer.The physical factor between each layer presented the close relationship in the two layer,and basically this relationship didn’t change with the difference of the soil layer.The altitude and litter depth exerted the significant effects only on the properties in the surface layer,the organic matter significantly impacted on the soil physical properties in both layers.Meanwhile the soil type signiifcantly influenced only on the bulk density and clay content in the two layer. Key words:bamboo forest;soil physical properties;soil layer;relationship Author’S address:Forestry College of Sichuan Agricultural University,Ya’an 625000,Sichuan,China 毛竹( y2lostachys edulis)是中国特有经济竹种, 分布区域广,栽培面积大,利用价值高,在我国竹产业 中占据着十分重要的地位。主要分布在自秦岭、汉水 流域至长江流域以南和省,黄河流域也有多处栽 培。而位于长宁县的“蜀南竹海”是我国毛竹富集区 之一,也是以毛竹经营为支柱产业的林业区,区内均 被毛竹覆盖,毛竹占总竹林面积的91%_lj。随着毛 竹经济、环境效益的不断增加,毛竹生长的土壤状况及 生长产生重要影响,是衡量土壤肥力和林地环境质量 高低的一个重要方面 J。许多研究发现,大多人工 经济林由于经营不合理及土壤管理不当等使土壤物 理性质退化、生态功能及经济效益下降 J。 通过对毛竹林土壤抽样调查和分析,了解该区土 壤的主要物理性质现状,分析土壤各物理性质之间的 相关关系,探讨土壤有机质、海拔、土壤类型、枯落物 厚度对土壤物理性质的影响,为今后的相关研究及毛 其对生态环境的影响已成为很多学者研究的热点 J。 土壤物理性质直接或间接影响土壤的通气透水、 蓄水抗旱、耕作质量、保肥性能和养分转化,并对林木 收稿日期:2013-08—3O 修回日期:2013—12—30 基金项目:四川省科技支撑项目(编号:2012ZZ0037)。 作者简介:高强伟(1986一),男,硕士生,研究方向水土保持与荒漠化 竹林经营提供参考依据。 1材料与方法 1.1 研究区概况 研究对象是“蜀南竹海”毛竹林土壤。地理位置 为104o5 11“~105o4 r54 E,26o33f 17“~28o26 46 N, 防治。通讯作者:罗承德,男,教授。E-mail:Lcdya@163.con 52 地处四川盆地南缘向云贵高原过渡地带上的连天山 林业科技开发2014年第28卷第3期 应用研究 余脉,海拔260—1 000 m。研究区为“竹海”核心景区, 用单因素方差分析和Duncan多重极差检验法比较不 面积44.2 km ,土壤基本上为夹关组砖红色砂、页岩 同数据间的差异,用Pearson相关系数评价不同因子 发育的紫色森林土、红紫色森林土和黄壤性森林土, 间的相关关系。 这些土壤大多为沙壤,透水性好,土壤pH值5左右。 2结果与分析 1.2研究方法 2.1 土壤物理性质的统计特征值 1.2.1样地的选取及采样 黏粒是土壤的重要组成部分,反映土壤颗粒组成 采用全球定位系统(GPS)指导下的网格取样法, 特征,其稳定性极大地影响着土壤的理化和生物学性 即以地形图上公里网格的顶点为采样点,共35个样 质,黏粒含量对土壤养分含量的影响较大 。变异 点。调查记录每个样点的土壤类型、海拔、坡向、毛竹 系数C ≤10%为弱变异性,10%<CV<100%为中等 生长状况等因子。每个样点附近挖掘3个土壤剖面, 变异性,CV>-100%为强变异性 。“蜀南竹海”土 深至母质层,记录剖面形态特征、土壤结构、坚实度、 壤物理性质见表1。表1可见,表层(指≥0~20 cm 根系分布、枯落物层厚等。每个剖面分两层(≥0~ 层,下同)和下层(指I>20~40 cm层,下同)黏粒含量 20 cm,I>20—40 cm)采样,将每个剖面相同层次的土 变异系数相对较大,分别为44.42%和56.2l%,为中 壤混匀,用四分法采集土壤分析样品1 kg左右,用于 等变异性,并且表层变异系数相对下层小。方差分析 测定土壤有机质、黏粒含量;在每个剖面各土层取环刀 结果表明,表、下层黏粒含量无显著差异,这与前人的 样品3个,用于测定土壤密度、孔隙状况、持水量等。 研究结果基本相同¨ ,随着土层深度的增加黏粒含 1.2.2测定方法 量有减小的趋势,但减小并不显著。这是由于土壤机 土壤黏粒含量用激光法(本研究所应用的激光 械组成是土壤构成要素最稳定的因子之一,在自然状 粒度仪是Beckm an Coulter LS_230),密度用环刀法, 况下,其变化在很大程度上依赖于土壤的风化。 毛管持水量和最大持水量用浸泡法,并依据相关指标 土壤密度是反映土壤松紧程度的一项指标,密度 计算总孔隙度、毛管孔隙度和非毛管孔隙度,有机质 越大土体越紧实,也是肥力评价的重要指标之一 I引。 采用重铬酸钾氧化一外加热法。 从表1可见,研究区土壤各层密度均在0.61—1.32 1.2.3数据处理 g/cm。之间,表、下层变异系数均属于中等变异性,表 每个剖面各指标的数据都是测3个重复的平均 层变异系数大于底层。方差分析结果表明,表层土壤 值,每个样地每层土壤的物理性质数据为3个剖面的 密度显著小于下层。这是由于随着土层深度的增加 平均值。采用SPSS16.0软件对数据进行统计分析, 有机质含量减少,矿物质含量增多。 表1 “蜀南竹海”毛竹林土壤物理性质的统计特征值 注:同 0数据不同字母表不差异显著(P<0.05)。 孑L隙度是反映土壤物理性质的重要参数,是土壤 竹海毛竹林表、下层土壤的毛管持水量和最大持水量 中养分、水分、空气和微生物等的迁移通道、贮存库和 的变异系数均属中等变异性。方差分析结果表明,表 活动场所。由表1可见,两层土壤总孑L隙度、非毛管 层土壤的毛管持水量和最大持水量均显著高于下层 孔隙度和毛管孔隙度为中等变异性。方差分析结果 土壤。就平均值而言,表层的毛管持水量和最大持水 表明,表层总孔隙度、非毛管孔隙度显著大于下层。 量分别是下层的117.31%、122.44%。这主要是因为 这主要是因为非毛管孔隙度在很大程度上受到根系 表层非毛管孔隙度显著高于下层,而非毛管孔隙度是 及生物活动的影响,毛竹根系主要分布在表层≥0~ 森林土壤的贮水、持水能力的体现。表明四川“蜀南竹 20 cm中,并且表层土壤生物活动较频繁。 海”毛竹林土壤虽然长期受到人为扰动,但土壤物理l生 土壤的持水性主要指土壤对水分的保留能力,其 质仍然保持了与天然林土壤层间差异相似的规律性 。 变化将直接影响污染物在土壤中的运移速度和方向, 2.2 土壤物理性质的相关分析 是衡量土壤保水性能的重要指标¨ 。由表1可知, 通过对土壤物理性质之间进行相关分析,可以进 俅业科技开发2014年第28卷第3期 53 应用研穷 一步了解各物理性质之间的相互关系,为土壤管理和 重力水主要储存在非毛管孑L隙系统中。毛管持水量 调节提供科学依据。土壤各物理性质之间的相关系 和最大持水量之间相关性极显著,这是因为毛管水是 数(Pearson相关系数)见表2,可见,在表层土壤中, 土壤最大持水量中的最重要组成部分。 土壤黏粒含量与土壤密度呈显著的正相关性,即土壤 在下层土壤中,土壤黏粒含量与土壤密度有极显 越紧实黏粒含量越多,反之则越少。黏粒含量和土壤 著的正相关,表明过高的黏粒含量使土壤密度增大, 密度与总孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙、毛管持水 植物根系伸展受阻,不利于土壤肥力功能的发挥,过 量和最大持水量均无显著相关性。总孔隙度与毛管 低则土壤养分和水分保蓄能力差。除了黏粒含量与 孔隙度、毛管持水量和最大持水量均呈极显著正相 总孔隙度、毛管持水量和土壤密度与非毛管孔隙度呈 关,与非毛管孔隙度呈显著正相关,表明毛管孔隙是 显著负相关外,其他各物理性质之间的相关性与表层 土壤孔隙的主体,其大小决定土壤持水能力。毛管孔 土壤完全相同。由此可知,研究区土壤物理性质之间 隙度与毛管持水量和最大持水量呈极显著正相关。 存在着显著相关关系,并且在外界扰动较小的情况 非毛管孔隙度与毛管持水量相关不显著,与最大持水 下,土壤物理性质各指标之间的相关关系基本不因土 量呈极显著正相关关系,主要是因为最大持水量中的 层差异而发生变化。 表2竹海毛竹林土壤物理性质之间的相关关系 土层/cm 指标 黏粒含量 密度 总孔隙度 毛管空隙 非毛管孔隙 毛管持水量 最大持水量 黏粒含量 1 密度0.325 1 总空隙度 一0.159 0.051 l ≥O~20 毛管空隙 一0.093 0.103 0.933” 1 非毛管空隙 一0.144 —0.15l 0.432 一0.461 1 毛管持水量 一0.093 0.103 0.933“0.813 0.053 1 最大持水量 一0.153 0.008 0.952 0.535”0.432 0.914“ 黏粒含量 1 密度0.448“ 1 总空隙度 一0.360 一0.218 1 >20~40 t毛管空隙 一0.308 —0.115 0.919 1 非毛管空隙 一0.201 —0.339 0.382 一0.489 1 毛管持水量 一O.308 一0.115 O.919“ 0.733”0.153 1 最大持水量 一0.321 —0.262 0.919 0.896”0.562 0.896“ 注:“ ”表示O.05水平(双侧)上显著相关,“ ”表示在0.O1水平(双侧)上极显著相关,下同。 2.3土壤物理性质的影响因子 且黏粒的形成主要依赖于土壤的风化。海拔与总孔 为了探讨环境、有机质等因子对毛竹林土壤物理 隙度、毛管持水量呈极显著正相关,与毛管孔隙度、最 性质的影响,采用统计分析方法分析了土壤类型、枯 大持水量呈显著正相关,与土壤密度呈极显著负相 落物厚度、海拔、有机质含量等因子与土壤物理性质 关,与黏粒含量呈显著负相关,陈双林 等的研究也 的关系(表3)。结果发现,海拔和枯落物厚度对表层 表明,随着海拔升高,土壤密度减小,土壤持水量增 土壤物理性质影响较大,而对下层影响较小,这与马 加。海拔之所以对土壤物理性质有显著影响,主要因 成泽等的研究结果一致【16-20]。从表3可知,表层土 为海拔影响气候和植被,而后二者对土壤物理性质有 壤有机质与密度、非毛管孔隙度均呈极显著负相关关 显著影响。土壤类型与土壤黏粒含量及密度均呈极 系,说明有机质含量越高土壤越疏松结构性越好,而 显著相关性,与土壤的空隙及水分含量状况相关性都 不利于土壤通气排水。这是因为有机质中的腐殖质 不显著。枯落物厚度与土壤密度、总孔隙度、非毛管 是土壤团聚体的主要胶结剂,它使土壤形成更多具有 孔隙度、最大持水量都有显著负相关性。 团聚结构的细小颗粒,这些颗粒填充了土壤中较大土 下层土壤有机质与黏粒含量、密度及非毛管孔隙 壤空隙,从而减少了非毛管孔隙。表层土壤有机质与 度有极显著负相关性,与其他指标相关性均不显著。 黏粒含量呈显著负相关关系,与总孔隙度、毛管空隙 海拔除了与黏粒含量和密度显著相关外,与其他指标 度、毛管持水量及最大持水量相关性不显著。这与当 相关性均不显著。表明有机质、海拔对表层土壤物理 地的土壤类型有关,当地土壤主要以粉砂土为主,并 性质的影响较大,而对下层土壤影响程度减弱。下层 54 林业科技开发2014年第28卷第3期 应用研究 土壤类型与密度呈极显著相关性,与总孔隙度和最大 持水量呈显著相关性,说明土壤类型对下层土壤物理 性质也有较大的影响。枯落物厚对下层物理指标均 无显著相关性,这是因为枯落物厚与下层之间隔了一 层表层土壤,使其对下层的物理因子影响程度大大的 减弱。 表3有机质、海拔等与竹海毛竹林土壤物理性质之间的相关系数 3结论 1990,9(4):40-49. (1)四川“蜀南竹海”毛竹林土壤物理性质变异 系数在10.28%一56.21%之间,属于中等变异性。 总孔隙度、非毛管孔隙度、毛管持水量、最大持水量表 层显著大于下层,而土壤密度表层显著小于下层,表 现出明显的垂直分异。 (2)下层中除土壤黏粒含量与总孔隙度、毛管持 水量及土壤密度与非毛管孑L隙度呈显著负相关性外, 两土层中其他物理性质之间相关性基本相同,即黏粒 [6]黄衍串,曾宪玮.毛竹天然混交林的经营及效益[J].竹子研究汇 刊,1993,12(4):16-23. [7]林振清.竹阔混交林毛竹生产力与经济营益的研究[J].竹子研究 汇刊,2000,19(4):42_45. [8]罗治建,陈卫文,鲁剑巍,等.鄂南地区毛竹林的土壤肥力[J].东 北林业大学学报,2003,29(4):25—29. [9]张鼎华.人工林地力的衰退与维护[M].北京:中国林业出版社, 2001. [1O]杨娴,饶品华,何明.土壤环境中黏粒的分散一凝聚行为及其影响 因素[J].上海交通大学学报,2006,24(5):407_413. [11]苏伟,聂宜民,胡晓洁,等.利用Kriging插值方法研究山东龙口北 马镇农田土壤养分的空间变异[J].安徽农业大学学报,2004,31 (1):76-81. 含量与土壤密度、总孔隙度与非毛管孔隙度、非毛管 孔隙度与最大持水量都呈显著正相关,总孔隙度与毛 管孔隙度、毛管持水量和最大持水量、毛管持水量和 最大持水量均呈极显著正相关。表明土壤中各物理 因子之间有着密切关系,单一因子的变化,也会影响 土壤中其他物理因子的变化,并且各物理指标之间的 相关关系基本不因土层差异而发生变化。 [12]徐尚平,陶澍,曹军.内蒙古土壤pH值、黏粒和有机质含量的空 间结构特征[J].土壤通报,2001,32(4):145—148. [13]刘晚苟,山仑,邓西平.不同土壤水分条件下土壤密度对玉米根系 生长的影响[J].西北植物学报,2002,22(4):831—838. [14]张鼎华,孙志蓉,翟明普,等.杨树刺槐混交林沙地土壤的水分一 物理性质[J].应用与环境生物学报,2001,7(2):122—125. (3)海拔、枯落物厚度对毛竹林表层土壤物理性 质影响较大,对下层无显著影响;有机质对表、下层土 壤物理性质均有显著影响;土壤类型只对对表、下层 的土壤密度、黏粒有显著影响,对其他物理性质无明 [15]罗汝英.土壤学[M].北京:中国林业出版社,1990:65-99. [16]刘思春,吕家珑,马爱生,等.有机质对黄塔土持水性与水肥效应 的影响[J].干旱地区农业研究,2005,23(3):65-68. [17]宋春雨,张兴义,刘晓冰,等.土壤有机质对土壤肥力与作物生产 力的影响[J].农业系统科学与综合研究,2008,24(3):357-362. [18]马成泽.有机质含量对土壤几项物理性质的影响[J].土壤通报, 1994,25(2):65-67. 显影响。因此,土壤类型、海拔、枯落物厚、有机质等 都是影响土壤物理性质的重要因子。 参考文献 [1]贺胜英,叶华,李开元.蜀南竹海竹资源综合利用探讨[J].四川林 业科技,2007,28(4):99—102. [19]张贻荣,林捷,郑蓉.武夷山不同类型毛竹林的土壤水分物理性质 分析[J].防护林科技,2010,6:13—15. [20]赵超,王兵,戴伟,等.不同海拔毛竹土壤酶活性与土壤理化性质 关系的研究[J].河北林果研究,2010,25(1):l_6. [21]陈双林,杨清平,郭子武,等.海拔对毛竹林土壤物理性质和水分 特性的影响[J].林业科技开发,2010,24(1):60-64. [2]刘婧嫒.蜀南竹海风景区雪灾后竹林恢复状况分析及生态效益研 究[D].四川雅安:四川农业大学,2010. [3]刘月秀,李银,曹福亮.广东桉树林土壤物理性质及其影响因子分 析[J].林业科技开发,2012,24(6):13—18. (责任编辑田亚玲彭立毛) [4]陈双林,杨伟真.我国毛竹人工林地力衰退成因分析[J].林业科 技开发,2002,16(5):3 . [5]王彦辉.人工毛竹林土壤的水文生态效应[J].竹子研究汇刊. 拣业科技开|:2014年第28卷第3期