于帅 陈玮 何兴元 刘周莉 黄彦青

(森林与土壤生态国家重点实验室(中国科学院沈阳应用生态研究所)，沈阳，110016)

大伙房水库周边4种河岸林的土壤理化性质1)

于帅 陈玮 何兴元 刘周莉 黄彦青

(森林与土壤生态国家重点实验室(中国科学院沈阳应用生态研究所)，沈阳，110016)

对大伙房水库库区附近4种河岸林土壤进行取样，采用相关性分析，研究了4种不同类型河岸林中土壤物理和化学性质。结果表明：4种不同类型的河岸带森林土壤中，6种理化性质均存在显著性差异。改造后油松林的土壤中pH、含水量、总碳和总氮质量分数均为最高，而土壤密度和总磷质量分数最低。

大伙房水库；河岸带森林；土壤理化性质

We studied the soil physical and chemical properties in four types of riparian forests around Dahuofang Reservoir. There were differences in six properties among four types.Pinustabulaeformis(after conservation) had much higher value in pH, water content, C and N. However, it had a relative lower value on soil density and P. Therefore,P.tabulaeformisforest management could improve the capabilities of carbon sequestration, water retention and nutrient reservation.

河岸植被缓冲带是河岸生态系统的重要组成部分，对河岸生态系统的生态和水文过程具有重要的影响[1-2]。河岸林是植被缓冲带中重要的一环，能够通过吸收、截留、吸附、分解等，减少湖泊水体中的碳、氮、磷的质量分数[3-4]，是防止氮磷等营养元素进入水体，控制水体富营养化的第一道屏障[5-6]。河岸植被缓冲带对于保护河溪生物多样性和生态系统完整性、实现河岸带自身的各种功能具有十分重要的意义[7-8]。

目前,我国在河岸林生态水文功能、结构设计、规划管理等方面的研究刚刚起步，国内外关于河岸林的研究集中在河岸林带宽度以及河岸林的功能上，对于河岸林土壤的理化性质研究还比较少[9-10]。因此,研究河岸林带土壤的理化性质，对于正确认识河岸林的生态服务功能及环境生态效应有十分重要意义。

大伙房水库，位于辽河支流浑河中上游，距抚顺市18 km，距沈阳市68 km，是一座防洪、供水、灌溉、发电、养殖等综合利用的大型水利工程。库区周围林木繁茂，河岸林覆盖面积大，是典型的峡谷型水库。因此，研究该地区河岸林土壤的理化性质，为大伙房水库地区的森林经营与管理，合理开发、利用河岸林，以及保护水源地水质提供理论指导。

1 研究区概况

本研究采样地点位于辽宁省大伙房水库南侧，抚顺县国有温道林场辖区内的河岸林(见图1)。该地区海拔126 m，属中温带大陆性季风气候，冬季寒冷夏季热，雨热同期。年均气温5.3 ℃；7月份气温最高，平均气温22.9 ℃；1月最冷，平均气温-16 ℃；极端最高气温37.2 ℃，极端最低气温-37.6 ℃；无霜期130 d。年降水量806 mm，降水量集中在6—8月。土壤为典型的深棕色森林土，土层厚度20～30 cm。该区域森林植被茂盛，河岸林两侧主要树种有：油松林、落叶松林和杂木林等。

2 研究方法

本实验取样时间为2013年9月中旬，该季节降水量显著减少，同时也是河岸林吸收水分的稳定时期。选择典型的河岸带森林(油松林、改造后的油松林、落叶松林、杂木林)作为研究对象。油松林指自然条件下未经人工干预生长的油松林(树龄30年左右)；而改造后的油松林是指对库边油松密度大于5 000株/hm2的纯林，采用了块状间伐改造技术，保留油松株间距3.5 m，林窗间隙10%～15%，保留健康、有价值的中幼龄的油松，淘汰病害或处于亚健康的树木，并补植其他阔叶树，形成以油松中幼龄林分为主的健康稳定的生态系统。每种林型设置3块20 m×20 m的样方，采用蛇形采样法取样(每个样方9个点)，共采集土壤样品108个。

在每个采样点，取3个重复样品混合后，用四分法取样带回实验室，迅速风干待测。土壤含水量采用土壤水分速测仪-TDR200(美国SPECTRUM)测定；pH值测定采用电位法；土壤密度测定采用环刀法测定；总碳和总氮质量分数用元素分析仪vario MACRO cube(STCS/GL-ZD-37)测定；总磷质量分数测定采用浓硫酸-高氯酸消解钼锑抗分光光度法[11]。

统计分析采用SPSS 16.0、单因素方差分析和Duncan多重比较法，检验不同河岸林土壤密度(ρb)、含水量(Wg)、pH、总碳质量分数(TC)、总氮质量分数(TN)和总磷(TP)质量分数的差异。采用相关分析法分析河岸林土壤的ρb、Wg、pH、TC、TN、TP的相关性。运用Microsoft Office Excel 2010计算平均值及标准误。

3 结果与分析

3.1 河岸林土壤物理性质

四种类型的河岸林土壤含水量和容重均表现出显著差异(n=9，P<0.05)。其中改造后的油松林土壤含水量最高达到24.52%，最低的为天然油松林5.60%。土壤含水量由高到低的顺序为：改造后的油松林、落叶松林、杂木林、油松林(见表1)。土壤密度呈现出与含水量相反的趋势：天然油松林最高(0.30 g·cm-3)，改造后的油松林最低(0.062 g·cm-3)。

表1 大伙房水库周边四种河岸林土壤理化性质

注：表中数据为“平均数±标准误”，同列不同小写字母表示在0.05水平差异著性。

河岸林中土壤水分状况直接影响到土壤的理化性质以及土壤的生化过程，对林木生长起着重要的作用。土壤含水量、土壤密度等物理指标可以用来评价土壤贮水能力的大小[12]，特别是土壤密度直接影响土壤的通气性和透水性，是决定森林土壤涵养水源功能的重要指标[13]。本研究区油松林和落叶松林是大伙房水库周边森林的主要组成部分。结果表明，经改造后的油松林和落叶松林的土壤密度显著小于天然油松林和杂木林(P<0.05)，而含水量显著高于其他两种河岸林。这说明经改造后的油松林和落叶松林具有相对较强的涵养水源的能力。因此，加强对天然油松林和落叶松林的管理和改造，有助于增加水库周边森林的水源涵养能力，更好的保护水源地。

3.2 河岸林土壤化学性质

方差分析结果表明，4种河岸林土壤的pH、TC、TN、TP均有显著性差异(n=9,P<0.05)(见表1)。土壤pH值呈现出弱酸性，油松林和杂木林偏低，改造后的油松林和落叶松林显著高于前两种林型(n=9,P<0.05)。全碳质量分数最高的为改造后的油松林(2.40 mg·g-1)，其次为落叶松林(1.26 mg·g-1)，最低的为油松林(0.71 mg·g-1)和杂木林(0.58 mg·g-1)；改造后油松林土壤中氮质量分数最高，磷质量分数最低；而油松林和杂木林土壤中氮质量分数最低，但是磷质量分数却显著高于其他两种河岸林的土壤(P<0.05)。在河岸林土壤中碳的主要来源是动植物残体，而碳的转移主要靠水体侵蚀和植物对碳的分解作用；氮主要来源于动植物残体和生物固氮作用，氮被分解后，通过植物体吸收和反消化作用转移到大气中[14]；森林土壤中，磷质量分数主要来源于成土母质和动植物的残体[15]。磷在湿地生态系统中具有一定的稳定性，这种稳定态的存在对湿地来说非常重要，由于河岸带生态系统的负载型，磷能够从水体转移到土壤中，被植物和土壤吸附而滞留于河岸带森林的土壤中[16]。而土壤对磷的吸附能力与植被类型和覆盖有着直接关系。这也是导致大伙房水库附近土壤的全磷质量分数高于我国土壤平均磷水平(0.0561%)[17]，而氮质量分数较低的原因。土壤中磷质量分数相对较高而氮质量分数偏低，这与2011年对浑河上游河岸带研究结果一致[18]，均说明氮是限制各河岸带植物初级生产力的重要因素。但是由于河岸带区域生态系统的复杂性还需要进一步研究。

3.3 河岸林土壤理化性质相关性

相关性分析表明，该区域总碳质量分数与总氮质量分数、含水量呈显著正相关，总碳与总磷质量分数、土壤密度呈显著负相关；总氮质量分数与土壤密度表现出显著负相关，与含水量呈正相关；总磷质量分数与土壤密度呈正相关，与含水量和pH呈负相关(见表2)。

表2 林下土壤的理化性质相关性

土壤的理化性质指标间存在着不同的相关性，土壤中总碳质量分数增长通常与植物对氮的固定相耦联，在植物的整个生命周期中，对土壤碳的贡献率占20%～100%[19]。此外，碳、氮、磷质量分数均与含水量和土壤密度存在着极显著的相关。pH值与总磷质量分数呈极显著的负相关，与樊兰英等[20]研究的结果一致。

4 结论

大伙房水库周边四种不同类型的河岸带森林土壤的6种理化性质均存在显著性差异。养分随地表径流至河岸带的过程中，植物的物理阻碍作用及吸收都会将营养物和水分滞留至土壤中。水库周边油松林经过改造后，其吸附和固定营养物质以及涵养水源的能力显著增强。因此，应通过对库边现有森林群落组成和林分空间结构及植物种群密度进行改造，营建和配置成植物种类组成合理、空间结构优化的森林群落，提高库边森林生态系统的水源涵养能力及水质净化能力，形成一套库边植被结构改造技术及合理的植被经营管理模式。

[1] Naiman R J, Decamps H, Pollock M. The role of riparian corridors in maintaining regional biodiversity[J]. Ecological Applications,1993,3(2):209-212.

[2] Naiman R J, Decamps H. The ecology of interface: Riparian zones[J]. Annual Review of Ecology and Systematics,1997,28(1):621-658.

[3] Lowrance R, Todd R, Fail J, et al. Riparian forests as nutrient filters in agricultural watersheds[J]. Bioscience,1984,34(6):374-377.

[4] 饶良懿,崔建国.河岸植被缓冲带生态水文功能研究进展[J].中国水土保持科学,2008,6(4):121-128.

[5] Parkyn S M, Davies-Colley R J, Cooper A B, et al. Predictions of stream nutrient and sediment yield changes following restoration of forested riparian buffers[J]. Ecological Engineering,2005,24(5):551-558.

[6] Lloyd A, Law B, Goldingay R. Bat activity on riparian zones and upper slopes in Australian timber production forests and the effectiveness of riparian buffers[J]. Biological Conservation,2006,129(2):207-220.

[7] 陈吉泉.河岸植被特征及其在生态系统和景观中的作用[J].应用生态学报,1996,7(4):439-448.

[8] 罗先香,张珊珊,敦萌.辽河口湿地碳、氮、磷空间分布及季节动态特征[J].中国海洋大学学报,2010,40(12):97-104.

[9] 王庆成,于红丽,姚琴,等.河岸带对陆地水体氮素输入的截流转化作用[J]．应用生态学报,2007,18(11):2611-2617.

[10] 崔东海,韩壮行,姚琴,等.帽儿山林场不同河岸带植被类型土壤水分—物理性质[J].东北林业大学学报,2007,35(10):42-44．

[11] 鲁如坤.土壤农业化学分析方法[M].北京：中国农业科技出版社,2000.

[12] 代海燕,张秋良,魏强,等.大青山不同植被土壤物理特征及有效水的研究[J].干旱区资源与环境,2008,22(12):149-153.

[13] 刘杰,马履一,贾忠奎,等.不同林龄华北落叶松林下土壤理化性质及微生物学指标评价[J].水土保持通报,2013,33(6):88-93.

[14] 白军红,邓伟,张玉霞.莫莫格湿地土壤氮磷空间分布规律研究[J].水土保持学报,2001,15(4):79-81.

[15] 陈为峰,史衍玺,田素锋,等.黄河口新生湿地土壤氮磷分布特征研究[J].水土保持学报,2008,22(1):69-73.

[16] 崔保山,杨志峰．湿地生态系统模型研究进展[J]．地球科学进展,2001,16(3):352-355.

[17] 中国土壤学会主编.中国土壤[M].北京：中国农业出版社,1998:483-486.

[18] 于帅,陈玮,何兴元,等.浑河河岸带六种草本植物氮、磷含量特征[J].生态学杂志,2012,31(11):2775-2780.

[19] 罗绪强,王世杰,刘秀明.陆地生态系统植物的氮源及氮素吸收[J].生态学杂志,2007,26(7):1094-1100.

[20] 樊兰英,郭晋平.3种典型河岸林土壤氮磷的空间分布格局及其影响因素[J].水土保持通报,2012,32(2):17-20.

Soil Physical and Chemical Properties in Four Types Riparian Forests Around Dahuofang Reservoir

Yu Shuai, Chen Wei, He Xingyuan, Liu Zhouli, Huang Yanqing(State Key Laboratory of Forest and Soil Ecology, Institute of Applied Ecology, Chinese Academy of Sciences, Shenyang 110016, P. R. China)/Journal of Northeast Forestry University，2015,43(3)：87-89.

Dahuofang Reservoir; Riparian forests; Soil physical and chemical properties

1)国家水体污染控制与治理科技重大专项(2012ZX07202008)；国家科技支撑计划项目(2012BAC05B05)。

于帅，男，1988年11月生，森林与土壤生态国家重点实验室(中国科学院沈阳应用生态研究所)，现为中国科学院大学博士研究生。E-mail：axxh_001@163.com。

何兴元，森林与土壤生态国家重点实验室(中国科学院沈阳应用生态研究所)，研究员。E-mail：hexy@iae.ac.cn。

2014年9月4日。

Q945.79

责任编辑：王广建。