刺槐林枯落物持水性能及土壤理化性狀研究

刺槐林枯落物持水性能及土壤理化性狀研究

分散層由從森林中落下的樹枝、葉子、樹枝、芽、鱗片、花、果實、果皮等分散層組成。它是森林結(jié)構(gòu)中重要的組成部分,是森林地表的一個重要覆蓋面?？萋湮飳涌梢晕盏乇硭?使地表徑流轉(zhuǎn)變?yōu)榱魉倬徛膶娱g流和層下流,它對改善土壤結(jié)構(gòu)具有重要的作用,能增加土壤入滲,削減地表徑流量,對減少土壤侵蝕有重要作用。在土壤形成過程中,枯落物層是土壤有機質(zhì)養(yǎng)分的重要來源之一。因此,研究枯落物層水容量及其對表層土壤理化性狀的影響具有重大意義。以往對枯落物性能的研究比較單一,只側(cè)重于枯落物在水源涵養(yǎng)及土壤水分等方面的作用。本文則全面地對不同林分的枯落物持水性能以及枯落物覆被下的表層土壤性狀進行了定量研究分析。1土壤土層厚度試驗地設(shè)在泰安市林業(yè)科學(xué)研究所試驗林場,該林場位于泰山羅漢崖,海拔高度400~700m,巖石為花崗片麻巖,土壤為粗骨棕壤,坡位為山坡中部,土層厚度30~40cm,坡度15°~25°;屬半濕潤大陸性季風(fēng)氣候,多年平均氣溫12.1℃,極端最低氣溫-20.8℃,極端最高氣溫40.3℃,多年平均降水量690.3mm,≥10℃積溫4300℃,無霜期198d。主要植被有黑松、赤松、側(cè)柏、麻櫟、栓皮櫟、刺槐、五角楓、車梁木、黃櫨、黃連木、黃荊、胡枝子、扁擔(dān)木、白羊草、黃背草、鬼針草等2枯落層厚度的測量以小區(qū)為單元打出標(biāo)準(zhǔn)地,在標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)按不同坡位選出10~20個樣方(每個樣方50cm×50cm),測量枯枝落葉層的厚度及其分布,將樣方內(nèi)所有的枯枝落葉收入尼龍袋中。用環(huán)刀和鋁盒在樣方內(nèi)取0~20cm層的土壤作為土樣。將枯落物和土樣帶回實驗室進行測定。2.1枯落物持水率測定用電子天平稱枯落物的鮮重及烘干重。用浸水法測定枯落物持水量,分別測定15min,30min,1h,2h,4h,8h,15h,24h時間段內(nèi)枯落物的持水量。2.2土壤孔隙度指標(biāo)采用烘干法測定土壤含水量,用環(huán)刀法測定土壤容重、毛管孔隙度、非毛管孔隙度、土壤總孔隙度。用環(huán)刀法和浸水法測定毛管最大持水量、土壤飽和含水量、土壤貯水量,用滲透筒法測定土壤滲透速度。用森林土壤分析國家標(biāo)準(zhǔn)方法測定土壤養(yǎng)分。3結(jié)果與分析3.1不同物種的干決策水處理3.1.1枯落物蓄積量及持水速度林分枯落物層吸水作用的大小,取決于其本身的厚度和性質(zhì)。由表1可知,闊葉林的枯落物層比針葉林枯落物層厚度大,蓄積量大。闊葉林中,麻櫟林的枯落物厚度最大,為5.30cm,但其蓄積量較小,僅為10.60t/hm2。這主要是由于麻櫟的葉片較大,且葉片表面有一層蠟質(zhì)層,枯落物分解較慢,未分解層在枯落物中占的比例較大,為35.85%。黃連木林枯落物層的蓄積量最大,為14.00t/hm2,其次為刺槐林、刺槐麻櫟混交林、麻櫟林、五角楓林、側(cè)柏林、赤松林、油松林。枯落物的持水速度與枯落物的性質(zhì)和分解程度有關(guān),還與枯落物中的水分含量有關(guān)。由表2可以看出,各林分不同層次的枯落物平均持水速度都是在0.25h內(nèi)最大,隨著時間的推移,持水速度逐漸降低,在24h后,枯落物平均持水速度趨近于0,此時枯落物持水量達到最大值。從各層次枯落物的平均持水速度來看,各林分分解層和半分解層的平均持水速度皆大于未分解層。在0.25h內(nèi),刺槐林的枯落物平均持水速度最大,分解層和半分解層的持水速度分別為2.38kg/h和0.49kg/h,其次是黃連木林、五角楓林、刺槐麻櫟混交林、麻櫟林、側(cè)柏林、赤松林、油松林。3.1.2林分枯落物最大持水量與持水率林地枯落物層的水文性質(zhì)可以用它的最大持水量來評價?？萋湮飳幼畲蟪炙考s為自身干重的2~4倍。不同林分枯落物層的最大持水量與枯落物的種類、厚度、蓄積量、濕度及分解程度有密切關(guān)系。由表3可以看出,黃連木林內(nèi)枯落物的最大持水量最大,為3.84mm,其次是刺槐林,最大持水量為3.59mm,油松林內(nèi)枯落物最大持水量最低,僅為1.47mm。該試驗區(qū)內(nèi)各林分最大持水量的大小順序為:黃連木林>刺槐林>五角楓林>刺槐麻櫟混交林>麻櫟林>側(cè)柏林>赤松林>油松林;最大持水率的大小順序為刺槐林>黃連木林>五角楓林>刺槐麻櫟混交林>麻櫟林>側(cè)柏林>油松林>赤松林。總體來看,闊葉林枯落物的最大持水量大于針葉林。這是因為試驗區(qū)內(nèi)針葉林地的水分條件較差,林內(nèi)枯落物層蓄積量較小,且枯落物層中未分解層占的比重較大。枯落物層最大截留量與其最大持水量接近。由表3可知,該試驗區(qū)內(nèi),黃連木林內(nèi)枯落物層截持降雨的能力最強,其次是刺槐林,油松林的最弱。3.2枯落物的水容量枯落物的持水能力可通過枯落物飽和水容量來反映。枯落物飽和水容量取決于枯落物的吸水率和單位面積內(nèi)枯落物的蓄積量,飽和水容量越大,吸收和過濾地表徑流的作用越強,其水文作用越大。吸水率的大小可反映水容量的大小,吸水率越大,水容量也越大。不同類型林分的枯落物的吸水率不同,因此,其水容量也發(fā)生相應(yīng)的變化。由表4可以看出,刺槐林枯落物的吸水率最大,為261.5%,因此,其水容量最大。赤松林枯落物的吸水率最小,僅為141.3%,赤松林枯落物的水容量最小。刺槐麻櫟混交林枯落物的吸水率為210.9%,明顯高于麻櫟純林枯落物的吸水率,這表明刺槐麻櫟混交林的枯落物水容量要明顯高于麻櫟純林,具有較好的蓄水效果。由表4還可以看出,闊葉林枯落物的蓄水效果要好于針葉林。3.3不同林型黃連木林土壤孔隙結(jié)構(gòu)森林對土壤物理性狀的影響是多方面的,但是對0~20cm土壤層影響最顯著的是森林的枯落物?？萋湮锔采w地面,保護地表免遭雨滴擊濺侵蝕,土壤結(jié)構(gòu)疏松,吸收和調(diào)節(jié)地表徑流能力強。由表5看出,枯落物蓄積量最大的黃連木林內(nèi)土壤容重最小,僅為1.07g/cm3,其總孔隙度最大,為52.33%,其中毛管孔隙度為41.00%。其次是刺槐林、刺槐麻櫟混交林、五角楓林、麻櫟林、側(cè)柏林、赤松林和油松林。土壤孔隙度越大,說明土壤結(jié)構(gòu)越疏松,這有利于雨水迅速下滲,減少地表徑流的沖刷。由表5還可以看出,刺槐麻櫟混交林的毛管最大持水量和土壤飽和含水量最大。毛管孔隙中所保存的水分包括一部分膜狀水和毛管水的全部,可以完全被植物根系利用。因此,刺槐麻櫟混交林內(nèi)受枯落物影響的0~20cm土壤層最有利于林下植物生長,在林內(nèi)形成較好的第三作用層,更有助于截留降雨和減少雨滴擊濺侵蝕。3.4林地表層土壤滲透速度土壤的滲透能力是評價森林土壤涵養(yǎng)水源的重要指標(biāo)。土壤的滲透速度是由滲入土壤的水量和水分通過土層所用的時間來衡量的。林地內(nèi)枯落物蓄積量越大,表層土壤的孔隙度越大,土壤結(jié)構(gòu)越好,質(zhì)地越疏松,越容易使大量的地表徑流滲入土壤,并在重力作用下滲透到土壤下層變成地下水。孔隙度的增加不僅有利于縱向水分滲透,而且有利于橫向的水分滲透,縮短了滲透時間。由表6看出,林地表層土壤的滲透速度受林內(nèi)枯落物的蓄積量及枯落物性質(zhì)的影響。在該試驗區(qū)內(nèi)的各林分表層土壤滲透速度中,闊葉林明顯大于針葉林,闊葉林中以黃連木林的滲透速度最快,為30.24mm/min。其次是刺槐林、刺槐麻櫟混交林、五角楓林、麻櫟林。針葉林中赤松林的滲透速度最慢,為10.95mm/min。3.5表層土壤養(yǎng)分含量林地枯落物分解后形成的腐殖質(zhì)和有機質(zhì)是森林表層土壤養(yǎng)分的最主要來源。另外,由于枯落物層的存在,林地土壤中產(chǎn)生了大量的動物、微生物,它們不但促進了土壤肥力的提高,而且能有效地將部分底土搬運到表土層,減少養(yǎng)分的淋失,保持表土的富含養(yǎng)分,改善表層土壤養(yǎng)分的分布狀況?？萋湮飻r蓄地表徑流,有效地防治水土流失,減免雨水對表土的侵蝕作用,使表層土壤的養(yǎng)分和肥力提高。由表7看出,試驗區(qū)內(nèi)各林分表層土壤養(yǎng)分含量,闊葉林明顯高于針葉林。闊葉林中以黃連木林地表層土壤養(yǎng)分含量最高,其次是刺槐林、刺槐麻櫟混交林、五角楓林、麻櫟林,在針葉林中,以側(cè)柏林最高,其次是赤松林和油松林。闊葉林枯落物含有較豐富的營養(yǎng)元素,它們又比針葉林容易礦化,而且闊葉林中多形成使土壤團粒結(jié)構(gòu)多、肥力較高的柔軟死地被物,針葉林中多形成使土壤酸化、肥力較低的粗糙死地被物,因而闊葉林更容易積累土壤養(yǎng)分,更有利于林地肥力的提高和持續(xù)。4林分枯落物互結(jié)合物分異性分析(1)枯落物的持水速度在0.25h內(nèi)最大,隨著時間推移,持水速度逐漸降低,在24h后趨近于零?？萋湮锓纸鈱雍桶敕纸鈱拥钠骄炙俣却笥谖捶纸鈱印Ｓ捎诓煌址謨?nèi)枯落物的蓄積量和分解程度不同,枯落物持水速度和最大持水量也不同,持水速度的大小順序為:刺槐林>黃連木林>五角楓林>刺槐麻櫟混交林>麻櫟林>側(cè)柏林>赤松林>油松林;最大持水量的大小順序為:黃連木林>刺槐林>五角楓林>刺槐麻櫟混交林>麻櫟林>側(cè)柏林>赤松林>油松林。這說明黃連木林和刺槐林枯落物的持水性能較好。(2)林分內(nèi)的枯落物蓄積量越大、吸水率越大,則該林分的飽和水容量越大,枯落物過濾和減小地表徑流的作用就越強。該試驗區(qū)內(nèi)各林分的吸水率大小順序為:刺槐林>黃連木林>刺槐麻櫟混交林>五角楓林>麻櫟林>側(cè)柏林>油松林>赤松林。由此可以看出,闊葉林枯落物的蓄水效果要優(yōu)于針葉林枯落物的蓄水效果。(3)不同林分枯落物覆被下表層土壤的物理性狀不同,該試驗區(qū)各林分表層土壤的物理性狀由好到差依次為:黃連木林>刺槐林>刺槐麻櫟混交林>五角楓林>麻櫟林>側(cè)柏林>赤松林>油松林。這表明闊葉林枯落物覆被下的表層土壤物理性狀優(yōu)于針葉林。(4)林分內(nèi)枯落物的性質(zhì)和