摘要：? 以遼東半島地區(qū)的紅松、落葉松、紅松針闊混交林和灌草4種主要林地為研究對象，利用方差分析、Pearson相關性等方法進行計算與分析。結(jié)果顯示：（1）土層深度與土壤容重呈正相關，與總孔隙度、毛管孔隙度呈負相關;容重、總孔隙度和毛管孔隙度范圍分別在0.50～1.30 g/cm3、40%～88%、30%～80%。（2）林分土壤最大持水量、毛管持水量和田間持水量，隨著土層深度增加逐漸降低，波動幅度先逐漸降低最后有所增加。不同林分持水能力不同，有林地>灌草地;落葉松林>紅松林和紅松針闊混交林>灌草地。（3）林分土壤最大持水量、毛管持水量、田間持水量，與土壤厚度和土壤容重呈極顯著負相關，與毛管孔隙度和總孔隙度呈極顯著正相關，與非毛管孔隙度差異性不顯著。林分主要土壤物理性及其持水性受到林分類型和土壤深度的影響，表現(xiàn)出淺層和中層土壤保水持水能力強;落葉松林土壤結(jié)構質(zhì)地更優(yōu)，保水持水性更強。

關鍵詞：? 遼東半島;? 人工林;? 土壤物理性質(zhì);? 土壤持水性

中圖分類號：? ?S 714. 2; S 152. 7? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：? ?A? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1001 - 9499（2022）03 - 0018 - 06

近年來對土壤物理性質(zhì)及其持水性研究[ 1 ， 2 ]在不斷深入且成果斐然。付鵬程等[ 3 ]分析了河西走廊固沙植物土壤物理性質(zhì)及持水性，認為土壤持水特性與容重、總孔隙度、毛管孔隙度呈顯著正相關;王飛等[ 4 ]利用相關分析法，研究了不同林齡胡楊（Populus euphratica）根際土壤理化性質(zhì)，指出隨著林齡的增加，改善了胡楊根區(qū)土壤的理化性質(zhì);李青林等[ 5 ]以花溪區(qū)城鎮(zhèn)喬木、灌木和草地3種典型綠地為研究對象，分析其土壤物理性質(zhì)、飽和導水率和持水特性，認為灌木林地土壤保水能力強，旱季蒸發(fā)速率小;喬木持水能力強，雨季保持水分?？梢姡斍皩ν寥牢锢硇再|(zhì)及其持水特性的研究，開展范圍之廣、分析內(nèi)容之深。

遼東半島地區(qū)是我國棕壤的主要分布地區(qū)之一，其森林土壤理化性質(zhì)及其持水性研究也在不斷完善與發(fā)展[ 6 ]。洪暢等[ 7 ]分析了熊岳鎮(zhèn)不同土地利用類型對土壤特性的影響，表明林地和果園的土壤特性存在顯著差異;祁金虎等[ 8 ]分析了撫育間伐對遼東山區(qū)紅松林土壤物理性質(zhì)及其持水性的影響，認為撫育間伐能夠改變土壤物理性質(zhì)及其持水性，中度和重度間伐效果更好。可見對遼東半島和遼東山區(qū)土壤理化性質(zhì)的研究還存在空白，特別是研究對象單一、典型林分種類少、深層土壤研究缺乏。

本文以遼寧遼東半島國家級森林生態(tài)觀測研究站的草河口鎮(zhèn)站點為研究區(qū)域，選擇紅松（Pinus koraiensis）、落葉松（Larix gmelinii）、紅松針闊葉混交林和灌草地為研究對象，分析不同林分類型的土壤孔隙度、密度、容重等主要物理性質(zhì)及其持水特性，旨在完善遼東半島土壤物理性質(zhì)數(shù)據(jù)庫，為本地區(qū)的水土保持工作提供參考。

1 研究區(qū)域與研究方法

1. 1 研究區(qū)域概況

遼寧遼東半島森林生態(tài)系統(tǒng)國家定位觀測研究的位于遼寧本溪滿族自治縣草河口鎮(zhèn)（123°52'41"N，40°51'75"E），平均海拔645 m，地帶性土壤為棕壤，pH 5.0～6.2，呈微酸性;屬于溫帶大陸性季風氣候，年平均氣溫6.5℃，最高氣溫32 ℃，最低氣溫-33 ℃，年平均降雨量900 mm左右，無霜期平均約127天，平均相對濕度69%。

以天然次生櫟類林、人工紅松針闊混交林、人工落葉松林、人工紅松林為主。其中，櫟類林優(yōu)勢樹種為蒙古櫟（Quercus mongolica）、麻櫟（Quercus acutissima）等，伴生樹種有水曲柳（Fraxinus mands-hurica）、胡桃楸（Juglans mandshurica）等;紅松混交林優(yōu)勢樹種為紅松、櫟類、水曲柳（Fraxinus mands-hurica）等，伴生樹種稀少多為胡桃楸、赤楊（Alnus japonica）等;落葉松林伴生樹種為麻櫟。

1. 2 研究方法

1. 2. 1 樣地設置與樣品采集

2020年7月中下旬，按照典型性和代表性的原則，在研究區(qū)域選擇坡度、坡向和海拔相近的典型林分，主要包括紅松針闊混交林（MF）、落葉松林（LF）和紅松林（KF），以研究區(qū)域相近、且土壤本底值相似的灌草地（SL）作為對照，各典型林分選擇3處觀測點。海拔利用GPS測定，坡度、坡向利用羅盤儀測定（表1）。

采用剖面法獲取土壤樣品，每種林分設置3個標準樣地，每個樣地按照“S”形隨機選擇3個樣點，按照0～10、10～20、20～30、30～40、40～60 cm分層采集土壤樣品。每層采集2個環(huán)刀（100 cm3）樣品和鋁盒樣品，測定5種典型林分的土壤主要物理性質(zhì)。共獲取450個環(huán)刀樣和450個鋁盒樣，采用烘干法和浸泡法測定土壤物理性質(zhì)及其持水性，具體操作方法參照《中華人民共和國林業(yè)行業(yè)標準LY/T 1213-1999、LY/T 1215-1999》[ 9 - 10 ]。

1. 2. 2 數(shù)據(jù)處理與分析

用Excel 2016軟件進行數(shù)據(jù)處理，每種林分的3個樣點取平均計算情況下土壤的物理性質(zhì)及其持水量。利用SPSS 24軟件進行方差分析（ANOVA），得出不同林分類型、不同土層深度與土壤物理性質(zhì)的差異顯著性，并進行多重比較（P<0.05，P<0.001）;對土壤主要物理性質(zhì)和持水性進行Pearson相關性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 林分土壤物理性質(zhì)分析

土壤容重和孔隙度可以表征土壤結(jié)構，一般情況下土壤容重較小、孔隙度越大時，土壤結(jié)構疏松、通氣透水性強，有利于植物生長，而土壤容重較大時則相反[ 11 ]。

從圖1中顯示，森林土壤容重與土層深度呈正相關（表2），隨著土層深度的增加，土壤容重逐漸增大，最后有穩(wěn)定趨勢，且土壤容重變化區(qū)間在0.50～1.30 g/cm3。同時，變化幅度最大的是MF，其余林分變化幅度差異性不大，且集中在0～40 cm土層。在0～20 cm的土層中，土壤容重由小到大為紅松針闊混交林（MF）<落葉松林（LF）<灌草地（SL）<紅松林（KF）;在20～60 cm土層中，土壤容重表現(xiàn)為落葉松林<紅松針闊混交林<灌草地<紅松林。

森林土壤總孔隙度、毛管孔隙度與土層深度呈負相關（表2），而非毛管孔隙度無明顯規(guī)律。其中，總孔隙度化范圍在40%～88%，毛管孔隙度范圍在30%～80%。受土層深度的影響，總孔隙度平均值大小，在0～20 cm土層中表現(xiàn)為紅松針闊混交林>落葉松林>灌草地>紅松，在20～60 cm土層為落葉松林>紅松針闊混交林>紅松>灌草地;毛管孔隙度平均值大小，在0～20 cm土層土為落葉松林>紅松針闊混交林>紅松>灌草地，在20～60 cm土層為落葉松林>紅松>紅松針闊混交林>灌草地。

由表2可知，土壤容重和孔隙度在垂直向上存在顯著差異，受土層深度影響差異性存在區(qū)別。對于土壤容重在0～10 cm與40～60 cm土層呈極顯著差異，在10～20 cm與30～40 cm土層呈顯著差異。土壤孔隙度受林分類型的影響更大，表現(xiàn)出顯著性存在較大差異，總體是土層越深差異性越大。

對比不同林分土壤孔隙度和容重，落葉松林毛管孔隙度和總孔隙度最大，通透性最好，更有利于喬木、灌木、草本等植物根系生長;紅松針闊混交林和紅松林毛管孔隙度次之，通氣透水性處于中間位置;灌草地土壤較為緊實，通氣透水性差，易產(chǎn)生水土流失，影響植被生根。

2. 2 林分土壤持水特性分析

由表3可知，遼東半島主要林分土壤最大持水量、毛管持水量和田間持水量，隨著土層深度增加逐漸降低，而波動幅度先逐漸降低最后有所增加。

遼東半島主要林分最大持水量平均值表現(xiàn)為：落葉松（644.9 t/hm2）>紅松針闊混交林（604.4 t/hm2）>紅松林（571.7 t/hm2）>灌草地（561.3 t/hm2），說明有林地最大持水能力大于灌草地，且落葉松林最大儲水能力較強。毛管持水量均值由大到小為落葉松（533.6 t/hm2）>紅松林（470.6 t/hm2）>紅松針闊混交林（463.6 t/hm2）>灌草地（423.7 t/hm2），說明落葉松林能夠更有效保持水分，更有利于植被的生長發(fā)育。田間持水量均值排序：落葉松（452.5 t/hm2）>紅松林（405.8 t/hm2）>紅松針闊混交林（378.7 t/hm2）>灌草地（323.5 t/hm2），說明落葉松林的抗旱、保水能力較強。

對比不同林分土壤持水能力可知，有林地大于灌草地，表明植樹造林能夠顯著改變土壤的物理持水性，降低水土流失。同時，在有林地中，落葉松林持水保水能力最強;其次是紅松和紅松針闊混交林;最后是灌草地，保水持水能力最差，易發(fā)生水土流失。

2. 3 林分土壤物理性質(zhì)與持水性的相關性分析

土壤持水特性與其理化性質(zhì)緊密相關，利用土壤主要物理性質(zhì)和持水特性指標進行Pearson相關性分析（表4），結(jié)果顯示林分土壤厚度和土壤容重與毛管孔隙度、總孔隙度、最大持水量、毛管持水量、田間持水量呈極顯著負相關（P<0.01），土壤厚度與土壤容重呈極顯著正相關（P<0.01）。毛管孔隙度和總孔隙度與最大持水量、毛管持水量、田間持水量呈極顯著正相關。但是非毛管孔隙度與土壤容重、土壤持水能力無顯著相關性。

對比Pearson相關性系數(shù)，發(fā)現(xiàn)對土壤持水能力影響大小順序為毛管孔隙度>土層厚度>土壤容重>總孔隙度，且正相關因子是毛管孔隙度和總孔隙度，而負相關因子是土壤容重和土壤厚度。

3 討 論

遼東半島主要林分內(nèi)由于枯枝落葉保水[ 13 ]、植物根系固定水分[ 14 ]、微生物活動[ 15 ]等多種生態(tài)過程的影響，不同林分間土壤物理性質(zhì)及其持水、保水、蓄水能力都有所差異[ 12 ]。

3. 1 林分類型與土層深度對土壤物理性質(zhì)的影響

遼東半島區(qū)域土壤多為山地棕壤，其容重、孔隙度、顆粒密度等，直接影響土壤質(zhì)地與結(jié)構、化學性質(zhì)、酶活性等，間接影響水分循環(huán)與成土快慢[ 3 ]。

對比不同林分土壤孔隙度和容重可知，落葉松林和紅松針闊混交林孔隙度最大，通透性最好，更有利于喬木、灌木、草本等植物根系生長;灌草地土壤較為緊實，通氣透水性差，易產(chǎn)生水土流失，影響植被生根。同時，土壤容重隨著土層深度增加逐漸增大，變化速率有降低趨勢;土壤孔隙度隨著土層深度的增加，總孔隙度和毛管孔隙度呈現(xiàn)下降趨勢，而非毛管孔隙度的變化規(guī)律不明顯。該結(jié)果與劉俊廷等[ 16 ]和張曉霞[ 17 ]等關于晉西黃土區(qū)土壤容重的變化情況相似，也與其他人在土壤孔隙度的研究相同[ 15 - 16 ]?？赡苁鞘艿街脖桓捣植糩 18 ]、林分年齡[ 19 ]、林分類型[ 20 ]、種植模式[ 21 ]、人為干擾[ 22 ]等多種因素的影響，主要包括林內(nèi)枯枝落葉的積累[ 23 ]，植被主根與細根的數(shù)量[ 24 ]，碳、氮、磷、鉀、有機質(zhì)等礦物質(zhì)的含量，林內(nèi)優(yōu)勢樹種的年齡等[ 24 - 27 ]。

3. 2 土壤物理性質(zhì)對持水特性的影響

遼東半島區(qū)域主要林分土壤容重、孔隙度等物理性質(zhì)，具有一定的空間特性且存在相似性，導致土壤持水性與土壤物理性質(zhì)是相互作用的[ 27 ]。

本研究顯示，不同林分土壤持水能力，有林地>灌草地;落葉松林>紅松和紅松針闊混交林>灌草地。表明有林地能夠有效改變土壤的蓄水能力、供水作用，從而提高林分水土保持作用[ 12 ]。同時，落葉松林的持水能力較強，與其地表枯枝落葉較多、土壤容重較小有密切的關系[ 6 ]。

最大持水量、毛管持水量、田間持水量，與土壤厚度和土壤容重呈極顯著負相關（P<0.01），與毛管孔隙度和總孔隙度呈極顯著正相關，與非毛管孔隙度無顯著相關性。

4 結(jié) 論

4. 1 森林土壤容重與土層深度呈正相關，隨著土層深度的增加，土壤容重逐漸增大，其變化區(qū)間為0.50～1.30 g/cm3。森林土壤總孔隙度、毛管孔隙度與土層深度呈負相關，而非毛管孔隙度無明顯規(guī)律。其中，總孔隙度范圍為40%～88%，毛管孔隙度范圍為30%～80%。土壤容重和孔隙度在垂直向上存在顯著差異，且土層越深差異性越大。

4. 2 對不同林分土壤持水能對比顯示，有林地>灌草地;落葉松林>紅松針闊混交林和紅松林>灌草地。林分土壤最大持水量、毛管持水量和田間持水量，隨著土層深度增加逐漸降低，而波動幅度先逐漸降低最后有所增加。

4. 3 Pearson相關性分析顯示，林分土壤厚度和土壤容重與毛管孔隙度、總孔隙度、最大持水量、毛管持水量、田間持水量呈極顯著負相關（P<0.01），土壤厚度與土壤容重呈極顯著正相關（P<0.01）。毛管孔隙度和總孔隙度與最大持水量、毛管持水量、田間持水量呈極顯著正相關。但是非毛管孔隙度與土壤容重、土壤持水能力無顯著相關性。

遼東半島區(qū)域林分土壤物理性及其持水性受到林分類型和土壤深度的影響，表現(xiàn)出淺層土壤更有利于植被生長，保水、蓄水、持水能力更強;同時，落葉松林土壤質(zhì)地、結(jié)構更優(yōu)，保水、持水能力也更強，能有效增強林分水土保持能力。

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第1作者簡介：? 李連強（1991-），? 男，? 碩士，? 助理工程師，? 研究方向為森林生態(tài)學。

收稿日期： 2022 - 02 -? 20

Analysis of Soil Physical Properties and Soil Water Retention of Three Forest Stand Types in Liaodong Peninsula

LI Lianqiang

（Liaoning Research Institute of Forest Management，? Liaoning Dandong 118003）

Abstract Four typical forests of Pinus koraiensis， Larix gmelinii， and Korean pine mixed coniferous， broad-leaved forests and shrubs and grasses in the Liaodong Peninsula are divided into research objects. And methods such as analysis of variance， Pearson correlation are used. The main soil physical properties and water holding capacity of the main forests in the Liaodong Peninsula area were studied. The results show that： （1）The depth of the soil layer is positively correlated with soil bulk density， and negatively correlated with total porosity and capillary porosity. The range of bulk density， total porosity and capillary porosity are respectively about 0.50～1.30 g/cm3， about 40～88%， and about 30～80%. （2）The maximum soil water holding capacity， capillary water holding capacity and field water holding capacity of forest stand gradually decrease with the increase of soil depth， and the fluctuation range first gradually decreases and finally increases. Different forest stands hade different water holding capacity， such as woodland>shrub and grassland; larch forest>Korean pine forest and coniferous and broad-leaved mixed forest>shrub and grassland. （3）Forest stand soil maximum water holding capacity， capillary water holding capacity and field water holding capacity were extremely negatively correlated with soil thickness and soil bulk density， extremely significantly positively correlated with capillary porosity and total porosity， and different from non-capillary porosity Sex was not significant. The physical properties and water holding capacity of regional forest stand soil were affected by stand type and soil depth. It shows that the shallow soil and the middle soil have strong water retention capacity. The soil structure and texture of the larch forest were better， and the water retention was stronger

Key words Liaodong Peninsula; Typical forest stand; Soil physical properties; Soil water retention

遼寧省農(nóng)業(yè)綠色高質(zhì)量發(fā)展專項（2021HQ1915）