鮑 乾,梁建發(fā),王 棋,楊 瑞
(貴州大學(xué) 林學(xué)院,貴陽550025)
花江喀斯特石漠化區(qū)不同經(jīng)濟型植物的土壤蓄水特征
鮑 乾,梁建發(fā),王 棋,楊 瑞
(貴州大學(xué) 林學(xué)院,貴陽550025)
選擇貴州省花江喀斯特石漠化綜合治理區(qū)分布廣泛的幾種典型生態(tài)經(jīng)濟型種植模式花椒、金銀花、砂仁、火龍果、構(gòu)樹、花椒金銀花混交林為研究對象,以荒草地為對照,對各植物的土壤物理性質(zhì)和蓄水性能進(jìn)行了對比研究。結(jié)果表明:(1)研究區(qū)土壤容重的浮動范圍為1.09~1.40 g/cm3,并隨土層深度增加而增加;孔隙度隨土層深度增加而減小,上層土壤的蓄水性能和通透性能優(yōu)于下層。(2)與荒草地相比,構(gòu)樹、火龍果、花椒金銀花混交林、花椒、金銀花的土壤容重和孔隙度狀況都優(yōu)于荒草地,只有砂仁比荒草地差。(3)從土壤含水量和0—30 m總蓄水量來看,混交林土壤含水量最大(37.69%),分別比金銀花、火龍果、構(gòu)樹、花椒、荒草地、砂仁高3.18%,4.33%,4.83%,7.49%,10.15%,13.18%;總蓄水量表現(xiàn)為花椒金銀花混交林(1 769.54 t/hm2)>火龍果(1 732.94 t/hm2)>構(gòu)樹(1 722.14 t/hm2)>花椒(1 698.43 t/hm2)>金銀花(1 655.58 t/hm2)>荒草地(1 640.79 t/hm2)>砂仁(1 428.75 t/hm2)。(4)相關(guān)分析表明土壤容重和毛管孔隙度與最大持水率及毛管持水率均呈極顯著相關(guān)(p<0.01),相關(guān)系數(shù)分別為-0.931,0.897,-0.915,0.890。因此,在花江喀斯特石漠化植被恢復(fù)過程中應(yīng)優(yōu)先考慮以花椒金銀花為代表的混交林與火龍果模式。
花江;生態(tài)經(jīng)濟型植物;土壤結(jié)構(gòu)特性;土壤持水性能;總蓄水量
森林的蓄水性能是森林生態(tài)系統(tǒng)的重要功能之一,其中林地土壤是水分貯蓄的主要場所。土壤物理性質(zhì)狀況決定了土壤水分儲蓄方式,并直接影響到了水源涵養(yǎng)功能強弱[1]。土壤容重、孔隙度及持水特性是反映土壤水源涵養(yǎng)功能的重要指標(biāo),是當(dāng)前研究中主要采用的評價因子[2-4]。在不同林地類型中,由于植物自身生物學(xué)特性與林地林分結(jié)構(gòu)不同,其水源涵養(yǎng)功能存在一定差異。比較不同森林植被類型下土壤蓄水能力,可以探明涵養(yǎng)水源能力較強的植被類型,這對水土保持和生態(tài)修復(fù)等都具有極其重要的意義[1,5]。20世紀(jì)90年代,楊漢奎開始關(guān)注關(guān)嶺縣花江峽谷地區(qū)的石漠化問題,并認(rèn)為小流域治理是該地區(qū)防治石漠化的有效途徑[6];其后,但文紅對花江峽谷地區(qū)的生態(tài)環(huán)境特征進(jìn)行了深入研究,并針對當(dāng)?shù)靥赜械膷{谷氣候首次提出了花椒—玉米、烏臼—砂仁等生態(tài)經(jīng)濟型配置模式[7]。21世紀(jì)后,研究人員在花江地區(qū)建立了喀斯特石漠化綜合治理區(qū),花椒、砂仁、金銀花等植物成為了當(dāng)?shù)赝茝V的主要生態(tài)經(jīng)濟型植物[8-9]。規(guī)?;N植花椒后,王胺等對花椒林地和荒草地不同土層厚度的土壤含水量進(jìn)行了研究,發(fā)現(xiàn)花椒林地具有良好的保持水土、涵養(yǎng)水源的功能[10]。李安定等對該地區(qū)廣泛分布的不同小生境的土壤水分動態(tài)進(jìn)行了研究,提出需要對石槽、石溝中的植物進(jìn)行補水[11]。然而,隨著該區(qū)域種植的經(jīng)濟型植物種類的增加以及緩坡的梯臺工程改良,對新增種在梯臺上的不同生態(tài)經(jīng)濟型植物對林地土壤物理性質(zhì)及蓄水能力影響的研究,至今少見報道。為分析種植的不同生態(tài)經(jīng)濟型植物對土壤蓄水性能影響,本文以荒草地作為對照,采用野外采樣和室內(nèi)試驗分析相結(jié)合的研究方法,研究不同生態(tài)經(jīng)濟型植物對土壤物理性狀、蓄水能力的影響,為該地區(qū)的石漠化治理和生態(tài)修復(fù)提供一定的理論依據(jù)。
研究區(qū)位于貴州省安順市貞豐縣與關(guān)嶺縣交接處的北盤江河段峽谷兩岸,東經(jīng)105°36′30″—105°46′30″、北緯25°39′13″—25°41′00″。研究區(qū)地貌類型為典型的喀斯特高原峽谷,地表裸露破碎,地勢起伏大,海拔為600~1 200 m,相對高差600 m;年均溫18.4℃,年極端最高氣溫為32.4℃,年均極端最低氣溫為6.6℃,年總積溫達(dá)6 542.9℃,年均降雨量1 100 mm,且時空分布不均,降水主要分布在5—10月,占全年總降水量的83%;冬春溫暖干旱,夏秋濕熱,為半亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候。區(qū)內(nèi)土壤以石灰?guī)r、泥灰?guī)r為成土母質(zhì)的石灰土為主,兼有黃壤;但是該區(qū)石漠化面積卻在70%以上,是貴州省石漠化極為嚴(yán)重的地區(qū)。研究區(qū)內(nèi)主要生長的植物有頂壇花椒(Zanthoxylum planispinumvar.din-tanensis)金銀花 (Lonicera japonica)、香椿 (Toona sinensis)、構(gòu)樹(Broussonetia papyrifera)、樸樹(Celtissinensis)、余甘子(Phyllanthus emblica)、仙人掌(Opuntia strictavar.dillenii)、砂仁(Amomum villosum)等植物。
1.2.1 樣品采集 本試驗于2015年8月在花江喀斯特石漠化治理示范區(qū),相同海拔內(nèi)選擇花椒、構(gòu)樹、砂仁、金銀花和火龍果5個物種單純構(gòu)成的純林、花椒金銀花混交形成的混交林,共6種生態(tài)經(jīng)濟林類型;以荒草地作為對照,采用五點采樣法,每種模式選擇5株標(biāo)準(zhǔn)株,在每一株距株20 cm處按10 cm為一個土層,在0—10 cm,10—20 cm,20—30 cm土壤處設(shè)置采樣點,每一土層厚度取3個重復(fù),共315個樣,用環(huán)刀和鋁盒取樣,并帶回室內(nèi)試驗分析。
1.2.2 測定方法 土壤容重、孔隙度測定采用環(huán)刀法,總孔隙度用Pt=93.947-32.995b來計算,b為容重,Pt為總孔隙度[12],土壤含水量、最大持水率、毛管持水率、田間持水率、土壤蓄水量采用森林土壤物理性質(zhì)測定法(LY/T1210-1275—1999)測定,土壤總蓄水量Wt=Pt×1 000×h,h為土層厚度[2,13]。
1.2.3 數(shù)據(jù)處理與方法 采用Excel 2007,IBM SPSSStatistics 19.0軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理,采用單因素方差分析各生態(tài)經(jīng)濟型植物土層間的水分物理特性指標(biāo)和總蓄水量的差異性,用Pearson相關(guān)分析方法研究不同類型的土壤含水量和蓄水量與容重、孔隙度之間的相關(guān)性[14]。
土壤容重和孔隙度直接影響著土壤保水、透氣、透水的性能,土壤孔隙是土壤中水分、養(yǎng)分、空氣等運移的通道,是植物根系生長的場所,可以表征土壤的物理結(jié)構(gòu)和水文特征[15]。
3.1.1 土壤容重特征 土壤容重是土壤緊實度的敏感性指標(biāo),也是表征土壤質(zhì)量的重要參數(shù)[16]。土壤越疏松,或是土壤中有大量的裂隙、根孔、或小動物穴,則孔隙度大而容重小,反之土壤越緊實則容重越大[5]。土壤容重越小,土壤的結(jié)構(gòu)性就愈好,有利于土壤的氣體交換和滲透性的提高;同時,滯留貯水量、吸持貯水量和飽和貯水量也就越大[17-18]。由表1可知,隨土層深度的增加,各經(jīng)濟型植物的土壤容重總趨勢也在不斷增加,但各種類型的植被土層深度間的容重變化幅度卻存在著差異:火龍果(0.41)>荒草地(0.27)>花椒金銀花混交林(0.16)>金銀花(0.09)>砂仁(0.07)>構(gòu)樹(0.06)>花椒(0.05),這是由于表層植被枯落物的蓄積、施用糞肥,以及太陽和風(fēng)等外界條件對暴露表土的物理作用等使得土壤結(jié)構(gòu)較為疏松,容重小于下層。從各經(jīng)濟型植物容重均值來看,土壤容重的浮動范圍為:1.09~1.40 g/cm3,各植被類型依次為:構(gòu)樹(1.08)<火龍果(1.09)<花椒金銀花混交林(1.10)<花椒(1.11)<金銀花(1.17)<荒草地(1.19)<砂仁(1.41)。構(gòu)樹林下土壤容重小是由于其主根發(fā)達(dá),側(cè)根多而細(xì),且扎入土壤較深;其樹葉富含養(yǎng)分,凋落到土壤后分解為有機質(zhì),這些都促進(jìn)其形成良好的土壤結(jié)構(gòu)。上述結(jié)果表明,種植構(gòu)樹、火龍果、花椒金銀花混交林具有降低土壤容重,改善土壤結(jié)構(gòu)的作用;其中構(gòu)樹、花椒金銀花混交林容重較小是由于其自身生物特性所產(chǎn)生的結(jié)果,而火龍果是由于其較高的經(jīng)濟價值驅(qū)使當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶投入勞動和管理成本,施用農(nóng)家糞肥后才達(dá)到了降低容重,改善土壤結(jié)構(gòu)的作用。
表1 不同經(jīng)濟型植物的林下土壤孔隙度和容重
3.1.2 土壤孔隙度特征 孔隙度和毛管孔隙度是評價土壤物理性質(zhì)的重要指標(biāo)[19],土壤孔隙的大小、數(shù)量和分布則是孔隙度評價的具體指標(biāo)[20]。另一方面,土壤孔隙的數(shù)量、大小以及分布直接決定著土壤的透氣性、持水保水性能以及作物根系在土壤空間的伸展;最后達(dá)到影響土壤的肥力和作物產(chǎn)量的效果[17,21]。由表2可知,隨土壤的深度增加,所選用的不同植物的總孔隙度都呈減小態(tài)勢,波動范圍為46%~60%,為壤土和黏土。以0—10 cm層為例,總孔隙度的差別表現(xiàn)為火龍果(65.77%)>花椒金銀花混交林(60.79%)>構(gòu)樹(59.28%)>荒草地(58.53%)>花椒(58.45%)>金銀花(56.80%)>砂仁(48.68%)。其中,火龍果0—10 cm層總孔隙度最大,為65.77%,分析其原因為當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶施用農(nóng)家肥堆積在火龍果根部附近的表土上,糞肥腐化后形成疏松多孔的土壤結(jié)構(gòu),從而改善了土壤質(zhì)地。同時,還可以看出砂仁與其他植被間的孔隙度差異顯著(p<0.05),種植砂仁對土壤孔隙度的改良作用小于其他幾種植物,甚至小于作為對照的荒草地,原因可能是構(gòu)樹、花椒、金銀花三者根系的分布范圍和根系的徑級都比砂仁大,其對土壤的穿插作用提高了土壤的孔隙度,而砂仁的葉大根短的生物學(xué)特征使其對土壤的改良效果不明顯。在0—30 cm的土壤深度區(qū)間內(nèi),總孔隙度均值表現(xiàn)為花椒金銀花混交林(58.99%)>火龍果(57.76%)>構(gòu)樹(57.74%)>花椒(56.61%)>金銀花(55.19%)>荒草地(54.69%)>砂仁(47.66%),這說明花椒金銀花混交林、火龍果、構(gòu)樹林下土壤結(jié)構(gòu)疏松,具有良好的通透性,它們的生長對土壤結(jié)構(gòu)的改良作用優(yōu)于后者,原因可能為花椒金銀花混交林由于其枯枝落葉增肥效應(yīng)和根系交叉而疊加的穿插作用的影響,土壤較為疏松;而火龍果則通過人工施肥措施改良了土壤,構(gòu)樹則是通過根系分布和力學(xué)作用提高了土壤質(zhì)地。
從毛管孔隙和非毛管孔隙來看,所取的0—30 cm層的土樣中上層毛管孔隙度均值普遍大于下層,并且花椒金銀花混交林(51.22%)>花椒(49.98%)>火龍果(48.39%)>構(gòu)樹(47.73%)>荒草地(47.40%)>金銀花(44.29%)>砂仁(39.57%);非毛管孔隙度中,金銀花(10.91%)>構(gòu)樹(9.67%)>火龍果(9.37%)>砂仁(8.09%)>花椒金銀花混交林(7.63%)>荒草地(7.29%)>花椒(6.63%)。這表明花椒金銀花混交林、花椒、火龍果、構(gòu)樹的土壤蓄水能力比后者強,它們對土壤的保水功能具有良好的促進(jìn)作用;金銀花、構(gòu)樹、火龍果林地的非毛管孔隙度較大,說明它們對土壤的滲透能力和調(diào)節(jié)水分的功能具有改善作用,能夠在降水時期讓水分快速滲入土壤下層,并把多余的水分暫時保存在非毛管孔隙中。同時,也可以看出:研究區(qū)域土壤孔隙的主要差異反映在總孔隙度與毛管孔隙度上。在降水時,花椒金銀花混交林、花椒林、火龍果、構(gòu)樹下的表土能夠較快吸納雨水,使水分滯留在下層土壤;金銀花和砂仁的表土,毛管孔隙較少,不利于吸納和存儲水分;然而,在干熱的花江喀斯特峽谷地區(qū),土壤吸納和儲存水分的能力是植被恢復(fù)和生長的重要條件,也是經(jīng)濟型植被體現(xiàn)生態(tài)功能最重要的指標(biāo)之一。
在林地生態(tài)系統(tǒng)中,土壤層是最主要的水分貯存庫和水文調(diào)節(jié)器,其對地表徑流、土壤潛流以及地下水的補給都有重要的影響[22]。土壤的保水和蓄水性能則主要體現(xiàn)在毛管孔隙保留住土壤中水分,促進(jìn)植物根系吸收、蒸騰以及土壤蒸發(fā);非毛管孔隙提供水流通道和暫時貯存空間上,同時兩者也都具有減少地表徑流和防止土壤侵蝕的功能[23-24]。
3.2.1 不同土層厚度持水能力的差異分析 土壤持水能力是評價土壤涵養(yǎng)水源及調(diào)節(jié)水分循環(huán)的一個重要指標(biāo),可分為最大持水、毛管持水、非毛管持水[25]。由表2看出,隨著土壤厚度的增加,各類的經(jīng)濟型植物反映土壤持水能力的指標(biāo)基本都呈下降趨勢。在各項指標(biāo)上具體表現(xiàn)為:各土層厚度的土壤含水量變動幅度為1.08%~6.62%,其中最小的為花椒(1.08%),最大的為金銀花(6.62%);而最大持水率、毛管持水率以及田間含水量的變動幅度分別為1.24%~26.89%,1.11%~16.56%,0.93%~19.24%,其中變動幅度最大的都為火龍果,變動幅度最小都為砂仁,原因可能是火龍果不同土壤厚度間的土壤孔隙度、容重等因素的差異造成的;在土壤孔隙度和容重的數(shù)據(jù)分析中,火龍果0—10 cm的表層土壤孔隙度、容重的變動幅度也最大就證明了這點,其原因主要是人工施用糞肥和覆蓋干草改善了表土層的理化性質(zhì)。另一方面,變動幅度較大是基于火龍果0—10 cm表層在最大持水率、毛管持水率以及田間含水量上都排在最前,這表明相對其他植被類型的表層,它不僅具有更好的物理性質(zhì),并且這種土層厚度間的差異性還有利于在降水集中的時間段,使不同土層能夠?qū)訉舆f進(jìn)地發(fā)揮出蓄水保水的功能?;瘕埞?、花椒金銀花混交林、花椒的最大持水率、毛管持水率較大,表明種植它們是土壤具有良好的持水特性,并且在它們的土層中能夠蓄存更多的水分用于植物生長;在雨季后能保留較多水分,在旱季水分蒸發(fā)后還能留有一部分供植物根系吸收。
在0—10 cm,10—20 cm,20—30 cm的土層中,土壤含水率以及毛管持水率最高的都是花椒金銀花混交林,最低的為砂仁或荒草地;對于最大持水率,0—10 cm土層中最大的為火龍果(73.95%),10—20 cm的土層中最大的為構(gòu)樹(60.49%),20—30 cm中最大的為花椒金銀花混交林(63.32%),而各層最大持水率最低的都是砂仁。在田間含水量上,0—10 cm的土層中火龍果含水量表現(xiàn)最優(yōu);10—20 cm和20—30 cm的土層中,花椒金銀花混交林都排在最前。這表明持水能力的大小,不僅反映在植物類型不同所帶來的影響,還反映在不同土層厚度所產(chǎn)生的垂直梯度差異上。
表2 不同恢復(fù)型植被的土壤蓄水性能
3.2.2 不同植被類型土壤蓄水能力的比較分析 在蓄水量上,除砂仁(127.53 t/hm2)和荒草地(89.95 t/hm2)在不同土層間的變動幅度差異較大外,其他各類植物的變動幅度都在30 t/hm2左右。這表明砂仁、荒草地的不同土層間水分的蓄存能力存在顯著差異(p<0.05)(圖1),蓄水量不穩(wěn)定,在大雨或暴雨后蓄水量會快速達(dá)到峰值;而其他幾種植物則具有穩(wěn)定的蓄水能力,能夠充分有效地蓄留雨水。另一方面,在各層的蓄水量中,0—10 cm的土層中,最高的為火龍果(657.71 t/hm2);而10—20 cm和20—30 cm的土層中最高均為花椒金銀花混交林(586.32 t/hm2,575.36 t/hm2);最后,各生態(tài)經(jīng)濟型植物的不同土壤層間蓄水量最低的均為砂仁。
從各經(jīng)濟型植物持水能力指標(biāo)土層深度間平均值的狀況來看,除金銀花的土壤含水率(34.51%)位于第二外,花椒金銀花混交林、火龍果、構(gòu)樹在各項指標(biāo)中都分列前三,而荒草地和砂仁都位于最后兩位。從土壤總蓄水量來看,各植被型間存在顯著差異(p<0.01或p<0.05),花椒金銀花混交林(1 769.54 t/hm2)最高,火龍果(1 732.94 t/hm2)和構(gòu)樹(1 722.14 t/hm2)次之,而砂仁(1 428.75 t/hm2)蓄水量最低,這與持水能力指標(biāo)所反映的結(jié)果相一致。這說明花椒金銀花混交林、構(gòu)樹在花江喀斯特石漠化地區(qū)種植所發(fā)揮出的蓄存水量,改善土壤物理性質(zhì)的功能優(yōu)于其他幾種植物類型。
綜上所述,花椒金銀花混交林、構(gòu)樹和火龍果在各項蓄水性能指標(biāo)中都排于靠前,尤其是花椒金銀花混交林表現(xiàn)出了最好的物理性狀和蓄水性能,而荒草地和砂仁都排在最后兩位。因此,在實際生產(chǎn)中,撂荒和種植砂仁并沒有發(fā)揮出蓄水保土的最優(yōu)生態(tài)效益,種植砂仁比起撂荒則使土壤蓄水保土的功能退化了;在該區(qū)域推動經(jīng)濟發(fā)展的同時要保護(hù)好生態(tài)效益,就需要擴大花椒金銀花混交林、構(gòu)樹和火龍果的種植范圍,以促進(jìn)石漠化治理和植被恢復(fù)。
圖1 不同恢復(fù)型植被的土壤總蓄水量
為更加深入的研究在石漠化恢復(fù)過程中,種植經(jīng)濟生態(tài)型植物進(jìn)行植被恢復(fù)的過程中各土壤的蓄水特性因子間的相互關(guān)系,對不同植被類型土壤的容重、毛管孔隙度、非毛管孔隙度等6個蓄水能力特征參數(shù)進(jìn)行多元相關(guān)分析[5],結(jié)果見表3。
多元相關(guān)分析表明(表3),各生態(tài)經(jīng)濟型植被的土壤含水量與土壤容重呈負(fù)顯著相關(guān),相關(guān)系數(shù)為-0.763,而土壤含水量與最大持水率和毛管持水率都為極顯著相關(guān),相關(guān)系數(shù)分別為0.898,0.914;另一方面土壤容重與最大持水率與毛管持水率均呈極顯著相關(guān),相關(guān)系數(shù)為-0.931,-0.915,兩者都表明土壤容重對土壤蓄水功能發(fā)揮著關(guān)鍵的影響作用。分析還表明:各生態(tài)經(jīng)濟型植被的土壤容重與毛管孔隙度呈極顯著負(fù)相關(guān),相關(guān)系數(shù)為-0.892,毛管孔隙度與最大持水率和毛管持水率均為極顯著相關(guān),相關(guān)系數(shù)分別為0.897,0.890,而非毛管孔隙度與各蓄水參數(shù)因子之間的相關(guān)關(guān)系均不顯著,這說明在土壤蓄存雨水的過程中真正發(fā)揮作用的還是毛管孔隙度。結(jié)果綜合說明在喀斯特植被恢復(fù)區(qū),影響土壤蓄水功能的主要因子為土壤容重和土壤毛管孔隙度,兩者相耦聯(lián)對土壤蓄水功能發(fā)揮著關(guān)鍵作用。
表3 土壤蓄水能力參數(shù)的多元相關(guān)分析
(1)在花江典型喀斯特石漠化治理區(qū),不同生態(tài)經(jīng)濟型種植模式對土壤物理特性的改善作用具有差異性,其主要反映在不同土層厚度和不同植物類型土壤容重和孔隙度變化上。在土層深度上容重與孔隙度隨土層深度增加均呈下降趨勢,這與相關(guān)研究結(jié)論一致[2,26]。在不同經(jīng)濟型植物之間,土壤容重表現(xiàn)為:構(gòu)樹<火龍果<花椒金銀花混交林<花椒<金銀花<荒草地<砂仁;而毛管孔隙度為:花椒金銀花混交林>花椒>火龍果>構(gòu)樹>荒草地>金銀花>砂仁,表明種植花椒金銀花混交林、構(gòu)樹、火龍果對該區(qū)域的土壤物理性狀具有改善效果。構(gòu)樹、花椒金銀花混交林容重較小孔隙度較大是由于其自身生物特性所產(chǎn)生的結(jié)果,而火龍果則主要是施用有機肥所起到的疏松土質(zhì)的作用。
(2)各生態(tài)經(jīng)濟型種植模式的土壤持水能力在土層深度與植物類型間存在著顯著差異。反映土壤持水能力的土壤含水量、毛管持水率等指標(biāo)隨土層深度增加而下降,土層間變動幅度也存在較大差異。從不同經(jīng)濟型來看,花椒金銀花混交林、火龍果、構(gòu)樹下的平均土壤含水率均較高,而荒草地和砂仁較小。土壤總蓄水量則以花椒金銀花混交林(1 749.53 t/hm2)和構(gòu)樹(1 752.14 t/hm2)較高,砂仁最低(1 535.7 t/hm2),表明花椒金銀花混交林、構(gòu)樹、火龍果地蓄水特性高于其他植物,而種植砂仁使得土壤水文特性有所退化。水分是喀斯特區(qū)域植物生長的主要限制因素,能夠蓄存較多的雨水不僅能促進(jìn)相關(guān)經(jīng)濟型植物自身的生長,還能提供水分給林下草本植物吸收,提高表土層的植被覆蓋率,從而降低雨水的擊濺與沖刷作用,起到保持水土的效果。
(3)相關(guān)分析表明,土壤容重與土壤含水量呈負(fù)顯著相關(guān),相關(guān)系數(shù)為-0.763,而土壤容重與最大持水率與毛管持水率均呈極顯著相關(guān),相關(guān)系數(shù)為-0.931,-0.915。毛管孔隙度與最大持水率和毛管持水率均為極顯著相關(guān),相關(guān)系數(shù)分別為0.897,0.890,而非毛管孔隙度與各蓄水參數(shù)因子之間的相關(guān)關(guān)系均不顯著,這說明土壤容重和土壤毛管孔隙度為喀斯特石漠化區(qū)域土壤蓄水功能的主要影響因子,兩者的綜合對土壤蓄水功能發(fā)揮著關(guān)鍵作用。這與楊媛媛等在對上猶縣的研究中認(rèn)為土壤容重、毛管孔隙度及非毛管孔隙度三者的綜合特征對土壤蓄水發(fā)揮著關(guān)鍵作用的觀點存在一定差異[5]。非毛管孔隙度主要在土壤中主要起著滲透疏通的作用,在雨水較大時,部分雨水能暫時存儲在非毛管孔隙中,從而增加土壤蓄水能力,而在花江喀斯特區(qū)域,地下巖溶孔隙較多,雨水通過非毛管孔隙直接滲漏到地下暗流系統(tǒng)。因此,本研究區(qū)域中非毛管孔隙與蓄水能力之間的相關(guān)性較小。
(4)在喀斯特石漠化區(qū)種植生態(tài)經(jīng)濟型植物有助于改善土壤水分物理性質(zhì),土壤水分物理性質(zhì)的改善又能夠加速石漠化區(qū)域的植被恢復(fù)過程,植被的恢復(fù)又有效遏制了石漠化進(jìn)程,從而改善當(dāng)?shù)貝毫拥纳鷳B(tài)環(huán)境條件。近年來,貴州省喀斯特石漠化區(qū)已成為中國西部喀斯特問題的研究熱點區(qū)域,相關(guān)學(xué)者已做過大量研究,針對貴州本省的石漠化治理,前人提出了種植生態(tài)經(jīng)濟型植物的治理模式,但是對各種模式治理效果的研究卻報道較少。本文所做研究僅對花江石漠化區(qū)域幾種典型的生態(tài)經(jīng)濟型植物的土壤水分物理特性進(jìn)行了研究,主要著眼點在土壤蓄存水分的能力上,下一步研究人員將增加研究對象,同時對不同生態(tài)經(jīng)濟型植物的土壤抗沖性能和抗蝕性能,化學(xué)特征以及土壤生物多樣性進(jìn)行深入研究,揭示植物—水—土耦合條件下的石漠化作用機制,為石漠化恢復(fù)治理提供科學(xué)依據(jù)。
[1]耿佳,于法展,楊盼盼,等.蘇北山丘區(qū)典型性次生林下土壤蓄水能力分析[J].水土保持研究,2012,19(1):184-186.
[2]李慶云,余新曉,信忠保,等.黃土高原典型流域不同土地利用類型土壤物理性質(zhì)分析[J].水土保持研究,2010,17(6):106-110.
[3]莫菲,李敘勇,賀淑霞,等.東靈山林區(qū)不同森林植被水源涵養(yǎng)功能評價[J].生態(tài)學(xué)報,2011,31(17):5009-5016.
[4]吳慶貴,鄒利娟,吳福忠,等.涪江流域丘陵區(qū)不同植被類型水源涵養(yǎng)功能[J].水土保持學(xué)報,2012,26(6):254-258.
[5]楊媛媛,李鑒北,歐陽勛志,等.上猶縣長防林不同森林植被類型土壤蓄水能力初探[J].土壤通報,2012,43(1):10-14.
[6]楊漢奎.喀斯特荒漠化是一種地質(zhì):生態(tài)災(zāi)難[J].海洋地質(zhì)與第四紀(jì)地質(zhì),1995,15(3):137-147.
[7]但文紅.喀斯特峽谷農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展模式研究:以貴州省花江峽谷為例[J].中國巖溶,1999,18(3):251-256.
[8]熊康寧,李晉,龍明忠.典型喀斯特石漠化治理區(qū)水土流失特征與關(guān)鍵問題[J].地理學(xué)報,2012,67(7):878-888.
[10]王胺,錢曉剛,彭熙.花江峽谷不同植被類型下土壤水分時空分布特征[J].水土保持學(xué)報,2006,20(5):139-141.
[11]李安定,盧永飛,韋小麗,等.花江喀斯特峽谷地區(qū)不同小生境土壤水分的動態(tài)研究[J].中國巖溶,2008,27(1):56-62.
[12]盛茂銀,劉洋,熊康寧.中國南方喀斯特石漠化演替過程中土壤理化性質(zhì)的響應(yīng)[J].生態(tài)學(xué)報,2013,33(19):6303-6313.
[13]國家林業(yè)局.森林土壤分析方法(中華人民國和國林業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn))[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2000.
[14]黃蓉,王輝,王蕙,等.華家?guī)X低效防護(hù)林帶改造對林地土壤蓄水性能的影響[J].水土保持研究,2014,21(2):53-57.
[15]宋小帥,康峰峰,韓海榮,等.遼河源典型森林類型的土壤水文效應(yīng)[J].水土保持通報,2015,35(2):101-105.
[16]王莉,張強,牛西午,等.黃土高原丘陵區(qū)不同土地利用方式對土壤理化性質(zhì)的影響[J].中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報,2007,15(4):53-56.
[17]周毅,魏天興,解建強,等.黃土高原不同林地類型水土保持效益分析[J].水土保持學(xué)報,2011,25(3):12-16.
[18]李卓,吳普特,馮浩,等.容重對土壤水分蓄持能力影響模擬試驗研究[J].土壤學(xué)報,2010,47(4):611-620.
[19]李慶梅,侯龍魚,馬風(fēng)云.黃河三角洲鹽堿地不同利用方式土壤理化性質(zhì)[J].中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報,2009,17(6):1132-1136.
[20]宮淵波,麻澤龍,陳林武,等.嘉陵江上游低山暴雨區(qū)不同水土保持林結(jié)構(gòu)模式水源涵養(yǎng)效益研究[J].水土保持學(xué)報,2004,18(3):28-32.
[21]孫梅,黃運湘,孫楠,等.農(nóng)田土壤孔隙及其影響因素研究進(jìn)展[J].土壤通報,2015(1):233-238.
[22]丁訪軍,王兵,鐘洪明,等.赤水河下游不同林地類型土壤物理特性及其水源涵養(yǎng)功能[J].水土保持學(xué)報,2009,23(3):179-183.
[23]劉霞,張光燦,李雪蕾,等.小流域生態(tài)修復(fù)過程中不同森林植被土壤入滲與貯水特征[J].水土保持學(xué)報,2004,18(6):1-5.
[24]陳引珍,程金花,張洪江,等.縉云山幾種林分水源涵養(yǎng)和保土功能評價[J].水土保持學(xué)報,2009,23(2):66-70.
[25]張雷燕,劉常富,王彥輝,等.寧夏六盤山地區(qū)不同森林類型土壤的蓄水和滲透能力比較[J].水土保持學(xué)報,2007,21(1):95-98.
[26]孫艷紅,張洪江,程金花,等.縉云山不同林地類型土壤特性及其水源涵養(yǎng)功能[J].水土保持學(xué)報,2006,20(2):106-109.
Characteristics of Soil Water Storage Under Different Eco-vegetation Types in Huajiang Karst Rocky Desertification
BAO Qian,LIANG Jianfa,WANG Qi,YANG Rui
(College of Forestry,Guizhou University,Guiyang550025,China)
We selected several different eco-economic vegetation restoration models which widely distribute in Huajiang karst demonstration area of rocky desertification integrated rehabilitation of Guizhou Province,set waste-grassland as control.The soil physical properties and water storage capacity was compared by means of alcohol combustion method and cutting ring water immersion method.The results show that:(1)the range of the soil bulk density in the study area are 1.09~1.40 g/cm3,the soil bulk density increases with the soil depth,while the soil porosity decreases with the increase of soil depth,suggesting that the upper soil water storage capacity and permeability are better than that of the lower layer;(2)compared with waste-grassland,the soil bulk density and porosity status underBroussonetia papyrifera,Hylocereus undulatesBritt,Zanthoxylum planispinumvar.din-tanensis,Lonicera japonicaand mixed forest have been improved,while the soil bulk density and and porosity status have the worst performance underAmomum villosum;(3)for the total water storage capacity and soil moisture content of soil(0—30 cm),the maximum moisture content(37.69%)was observed in the mixed forest,which is 3.18%,4.33%,4.83%,7.49%,10.15%,13.18%more than that underLonicera japonica,Hylocereus undulatusBritt,Broussonetia papyrifera,Zanthoxylum planispinum,waste-grassland andAmomum villosum,respectively;the total water storage capacity decrease in the order:mixed forest(1 769.54 t/hm2)>Hylocereus undulatusBritt(1 732.94 t/hm2)>Broussonetia papyrifera(1 722.14 t/hm2)>Zanthoxylum planispinum(1 698.43 t/hm2)>Lonicera japonica(1 655.58 t/hm2)>waste-grassland(1 640.79 t/hm2)>Amomum villosum(1 428.75 t/hm2);(4)correlation analysis shows that the soil bulk density and capillary porosity are highly significantly correlated with the maximum water holding capacity and capillary water holding capacity(p<0.01),the correlation coeffi-cients are-0.931,0.897,-0.915 and 0.890,respectively.Therefore,the priority should be adopt mixed forest withZanthoxylum planispinumandLonicera japonica,Hylocereus undulatusBritt in the process of vegetation restoration in Huajiang karst rocky desertification.
Huajiang;Eco-economic vegetation;structural properties of the soil;soil water holding capability;total water storage capacity
S714.7
A
1005-3409(2017)01-0018-07
2016-03-29
2016-06-08
貴州省科技計劃項目(黔科合JZ字[2014]200211,黔科合SY字[2013]3165號);貴州大學(xué)引進(jìn)人才項目(貴大人基合字(2012)003號);國家環(huán)保部生物多樣性保護(hù)專項資金項目(kksbdyj01)
鮑乾(1992—),男,四川樂至人,碩士生,研究方向:林業(yè)生態(tài)與可持續(xù)發(fā)展。E-mail:baowenfeng@escience.cn
楊瑞(1979—),男,貴州六盤水人,博士,副教授,主要研究方向:森林經(jīng)營與森林生態(tài)。E-mail:yr553017@163.com