廖 琪，刘 险，张 旭，王玲玲

(湖北省环境科学研究院，湖北 武汉 430072)

海拔对毛竹林土壤水分物理性质及叶SPAD值的影响

廖 琪，刘 险，张 旭，王玲玲*

(湖北省环境科学研究院，湖北 武汉 430072)

【目的】为了解海拔对毛竹林土壤水分物理性质及竹叶SPAD的影响。【方法】在河北省崇阳县选择2个海拔梯度的毛竹林进行了对比研究，分析其土壤容重、空隙状况、持水性能和叶片SPAD的差异。【结果】随着海拔的升高，土壤容重呈下降的趋势，而土壤孔隙状况(非毛管孔隙度、毛管孔隙度和总孔隙度)和持水性能(最大持水量、毛管持水量和最小持水量)均呈增加的趋势。随着土层的加深，土壤容重增加，而土壤孔隙状况和持水性能下降。海拔对容重、毛管持水量和最小持水量影响显著；土层对容重、最大持水量影响显著。I度竹SPAD值表现为低海拔<高海拔，而II度和III度竹则表现为低海拔>高海拔；土壤水分物理性质中，容重、毛管持水量和非毛管孔隙度对毛竹叶片SPAD值的影响较大。【结论】海拔梯度造成了土壤水分物理性状的差异，对毛竹生长有一定影响。本研究区高海拔土壤水分物理性质较低海拔可能更适合毛竹分布。

水分物理性质；容重；SPAD值；海拔

毛竹[Phyllostachysedulis(Carr.)H. de Lehaie]为原产我国的单轴散生、多年生常绿竹种，是竹类植物中分布区最广、面积最大、价值最高的优良竹种[1]，是中国南方重要的森林资源[2]。【研究意义】毛竹林生长受自身结构及生境因子的影响[3-4]。海拔是重要的山地地形因子之一[5]，直接影响植物群落生境的环境因子，改变土壤性状[6]。对海拔梯度下毛竹林土壤理化性质和毛竹生长的研究能够为制定毛竹发展规划提供有效的参考数据。【前人研究进展】毛竹林海拔升高100 m，气温下降0.61～0.69 ℃，相对湿度增加1.42 %～2.47 %，光合有效辐射增加23.61～60.36 μmol·m-2·s-1[7]。土壤物理性质影响土壤水、热、气和肥状况，是反映土壤肥力的重要指标和影响植物生长发育的重要因素[8]。王宪帅等对慈竹研究表明土壤容重是影响粗生长和高生长的主要因子，最小持水量是影响出笋率的主要因子[9]；土壤容重和总孔隙度对硬头黄竹枝下高生长具有重要影响[10]；土壤容重是影响毛竹鞭根分布的限制因子[11]。因此，研究土壤物理性质变化，对了解植物群落的分布、生长和生态效益具有重要的意义。【本研究切入点】土壤物理性质受到海拔的影响，然而不同地区毛竹林土壤理化性质随着海拔的变化结果不尽一致[6, 12-14]。SPAD(Soil and Plant Analyzer Development，日本农林水产省农产园艺局“土壤、作物分析仪器开发”)值是相对叶绿素含量读数，能较好地反映树木叶绿素含量变化[15]。对估测植物叶片光合能力和生长具有重要的参考价值，已在毛竹光合能力方面上开展了一定的研究[16-18]。不同地区由于环境和土壤差异，海拔对土壤物理性质及毛竹林生长影响不同，为了了解海拔的影响，需要针对不同地区开展研究。而关于湖北崇阳县区域关于此方面的研究未见报道。【拟解决的关键问题】本文研究海拔梯度对湖北省崇阳县桂花林场毛竹林土壤物理性质及生长的潜在影响，旨在为该区毛竹林生产经营提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

崇阳县位于湖北省南陲(29°12′～29°41′N，113°43′～114°21′E)，地处低山丘陵与江汉平原的过渡地带。属亚热带季风气候，年均气温16.7 ℃，年降水量1460～1570 mm。桂花林场位于崇阳县桂花泉镇，离县城约16 km。属低山丘陵地貌，气候温暖，四季分明，雨量充沛，湿热同步。林场内土壤深厚，土壤肥沃，适宜众多植物生长和繁衍。林场主要乔木有檫木、南酸枣、杉木、马尾松、枫香、毛竹等。

1.2 样地设置与调查

2013年10月在崇阳县桂花林场内选择不同海拔梯度的成片毛竹林作为研究对象，并分别随机设置6块20 m×20 m的样地，样地间距>50 m，不同海拔毛竹林样地情况如下。

低海拔：海拔约200 m；毛竹林生长良好，无施肥等经营措施，但存在一定的挖笋行为。坡向东南，坡位中坡，坡度15～30°。

高海拔：海拔约450 m；毛竹生长良好，无人为经营措施，受到人为干扰较小。坡向西南，坡位下坡，坡度10～20°。

在每个样地内沿对角线取3个点，在每个点分0～10、10～20 cm土层分别进行环刀取样，供土壤水分—物理性质的测定。同时在各样地内进行竹林调查，包括竹胸径、竹高以及竹子年龄，统计各龄竹的平均胸径，在林地选择各龄标准竹(林地内没有符合的在靠近林地边界处进行选择)3株，采集东南西北方向叶片各10片，进行SPAD测定。

1.3 研究方法

土壤水分—物理性质(包括容重、持水性能和孔隙状况等)测定参照《森林土壤分析方法》LY/T 1215-1999。SPAD值采用 SPAD-502型叶绿素计测定

1.4 数据统计与分析

在数据统计分析前，对数据进行正态分布检验，符合正态分布。采用双因素方差分析检验海拔、土层及其交互作用对土壤水分—物理性质的影响。统计分析和制图分别采用Spss 17.0和Origin 8.0进行。

2 结果与分析

2.1 海拔和土层对土壤水分—物理性质的影响

海拔和土层对不同土壤水分—物理性质有不同程度的影响(表1)。其中海拔和土层对容重均有显著影响。持水性能中，土层对最大持水量影响显著，而海拔对毛管持水量和最小持水量影响显著。孔隙状况在不同海拔和土层间差异不显著。海拔和土层的交互作用对土壤水分—物理性质均无显著影响。

表1 海拔和土层对土壤水分—物理性质的影响

注：NCP 非毛管孔隙度；CP 毛管孔隙度；TP 总孔隙度；MaxMC 最大持水量；CMC 毛管持水量；MinMC最小持水量。表中数据为方差分析F值，*表示差异显著(P<0.05)。

Notes: NCP. non-capillary porosity; CP. capillary porosity; TP. total porosity; MaxMC. maximum moisture capacity; CMC. capillary moisture capacity; MinMC. minimum moisture capacity. Data in the table wereFvalue of variance analysis, * indicate significant difference (P<0.05).

2.2 土壤容重

土壤容重反映了土壤的透水、通气性和根系生长阻力等，是土壤熟化程度的指标之一[6]。对不同海拔和土层容重分析(图1)可知，随着土层深度的加深，土壤容重呈现增加的变化趋势；而随着海拔的升高，土壤容重呈下降的趋势。低海拔和高海拔0～20 cm平均土壤容重分别为1.07和0.85 g/cm3。0～10、10～20 cm土层低海拔比高海拔分别高出0.18、0.27 g/cm3；低海拔0～10 cm土壤容重比10～20 cm低0.23 g/cm3，高海拔则为0.15 g/cm3。

2.3 土壤孔隙状况

土壤孔隙状况是土壤物理性质的重要方面。对不同海拔毛竹林土壤孔隙状况(图2)分析可知，随着海拔增加，土壤孔隙状况(非毛管孔隙度、毛管孔隙度和总孔隙度)总体呈现增加的趋势(非毛管孔隙度、毛管孔隙度和总孔隙度)。低海拔0～20 cm

土层非毛管孔隙度、毛管孔隙度和总孔隙度分别为3.96 %、45.37 %、49.34 %，高海拔则为4.30 %、52.33 %、56.63 %。0～10 cm土层低海拔非毛管孔隙度、毛管孔隙度和总孔隙度分别比高海拔分别低0.42 %、4.70 %、5.12 %，10～20 cm则分别低0.26 %、9.21 %、9.47 %。

图2 不同海拔、土层土壤孔隙状况Fig.2 Soil porosity conditions of different altitudes and soil layers

图3 不同海拔、土层土壤持水性能Fig.3 Water holding capacities of different altitudes and soil layers

图4 不同海拔毛竹叶片SPAD值Fig.4 Leaf SPAD value of different altitudes

随着土层深度的增加，土壤孔隙状况总体呈下降趋势。低海拔0～10 cm非毛管孔隙度、毛管孔隙度和总孔隙度比10～20 cm分别高0.40 %、4.71 %、5.11 %；高海拔则分别高出0.56 %、0.21 %、0.77 %

2.4 土壤持水性能

土壤持水性能随着土层和海拔的变化趋势与土壤孔隙状况相同。随着海拔的升高，最大持水量、毛管持水量和最小持水量均有一定程度的增加，0～20 cm土层平均分别增加了223.61、197.75、160.75 g/kg；其中，0～10 cm土层高海拔分别是低海拔的1.42、1.38、1.38倍，10～20 cm则分别为1.52、1.54、1.49倍，由此可见，下层土壤孔隙状况在海拔间的增加幅度较大于上层土壤。随着土层深度的增加，土壤孔隙状况有一定程度的下降，低海拔0～10 cm土层土壤最大持水量、毛管持水量和最小持水量较10～20 cm，分别增加了33.98 %、33.86 %、28.45%；高海拔则分别增加了25.12、19.91、19.53 %。

2.5 叶片SPAD值

对不同海拔I～III度竹叶片叶绿度SPAD值(图4)进行分析可指，低海拔I度竹叶片SPAD值小于高海拔，分别为32.00和35.94，II、III度竹则为低海拔>高海拔，分别高出2.99和5.75。随着年龄的增加，叶片SPAD值在不同海拔间均表现为随着年龄的减小呈现下降的变化趋势。

2.6 土壤物理性质对SPAD的影响

对不同年龄毛竹叶片SPAD值与土壤物理性质进行多元回归分析，得到方程如下：

I度：y=21.896+0.159x1+0.003x2-0.004x3-0.001x4-0.397x5+0.028x6-0.036x7R2=0.89

II度：y=39.121+0.047x1+0.002x2+0.011x3-0.015x4-1.540x5+0.103x6-0.087x7R2=0.92

III度：y=23.046+0.212x1+0.008x2-0.035x3+0.025x4+0.341x5+0.162x6-0.177x7R2=0.62

式中：y为SPAD值，x1～x7分别为容重、最大持水量、毛管持水量、最小持水量、非毛管孔隙度、毛管孔隙度和最小孔隙度。

通过回归分析可以看出，土壤容重、持水性能中毛管持水量以及孔隙状况中的非毛管孔隙度对毛竹叶片SPAD值的影响较大。

3 讨 论

森林土壤物理性质主要反映在固、液、气相等方面，三者之间相互协调、比例适当，才最适合林木生长[19]。土壤容重是反映土壤物理性状和质量的重要指标，关系到土壤水分、孔隙等影响植物生长的土壤性状[20]。随着海拔升高，0～20 cm土壤容重由1.07 g/cm3下降至0.85 g/cm3。这与陈双林等[6]对福建华安县毛竹林研究结果一致，并认为主要是因为随着海拔升高，生境更适合毛竹生长，地上、地下大量的有机质分解和转化，降低了土壤容重；林振清等[21]对福建建瓯市毛竹林研究也显示，海拔447 m土壤容重高于761 m；而赵超等[13]对江西大岗山毛竹林研究表明，从海拔300～700 m土壤容重先下降后上升，以500 m处最小；由此可以看出，不同地区毛竹林土壤随着海拔梯度的变化不尽相同，主要与研究区气候、毛竹生长状况等相关。随着土层深度的增加，土壤容重呈增加的趋势，主要是由于表层土壤由于地表凋落物的养分输入，腐殖质较多，土壤较疏松。

土壤容重与总孔隙度、毛管孔隙度和非毛管孔隙度呈负相关，土壤疏松透气，利于毛竹鞭根生长和对养分、水分的吸收[22]。本研究得出了相同的结论，即随着海拔的升高，土壤容重下降，土壤孔隙状况均呈现增大趋势。这可能与毛竹生长有关，随着海拔升高、容重降低，更有利于毛竹地下鞭根生长，促进了土壤孔隙状况的改善。而这种改善又反馈到竹鞭根生长上，促进其生长。土壤持水性能反映了土壤对水分的保留能力。随着海拔的升高，土壤持水性能呈增加的趋势，这与土壤容重和孔隙状况密切相关。毛管孔隙是土壤孔隙的主体，决定了土壤持水能力，非毛管孔隙是最大持水量中重力水的贮存主体[12]，因此持水性能与孔隙状况具有较一致的变化趋势。

随着海拔升高，I度竹叶片SPAD升高，而II度和III度竹有一定程度的下降。I度竹低海拔较低，可能与环境和竹林结构对新生竹生长影响有关。随着海拔升高后，光合有效辐射增强，植物通过降低叶绿素减少对光的大量吸收来保护其免受光损伤。随着年龄增加，叶片SPAD值有升高的趋势，这与竹子生长有关，新生竹处于刚发育阶段，III度竹生长势较强。毛竹叶片的SPAD值与土壤物理性质有一定的关系，其中土壤容重、持水性能中毛管持水量以及孔隙状况中的非毛管孔隙度对毛竹叶片SPAD值的影响较大。

通过对土壤水分—物理性质分析可知，高海拔土壤较低海拔可能更适合毛竹分布。郑成洋等[23]对福建武夷山自然保护区研究也得出海拔500～700 m范围内毛竹林面积最大。海拔引起的土壤水分—性状不同对毛竹生长有一定的影响。而海拔造成毛竹生长分异的影响因素，除了考虑土壤状况，还有考虑气候等多方面因素的综合作用。

4 结 论

研究区毛竹林土壤容重随着海拔的升高呈下降的趋势，而土壤孔隙状况(非毛管孔隙度、毛管孔隙度和总孔隙度)和持水性能(最大持水量、毛管持水量和最小持水量)均呈增加的趋势。随着土层的加深，土壤容重增加，而土壤孔隙状况和持水性能下降。海拔对容重、毛管持水量和最小持水量影响显著；土层对容重、最大持水量影响显著。I度竹SPAD值表现为低海拔<高海拔，而II度和III度竹则表现为低海拔>高海拔；土壤水分物理性质中，容重、毛管持水量和非毛管孔隙度对毛竹叶片SPAD值的影响较大。海拔梯度造成了土壤水分物理性状的差异，对毛竹生长有一定影响。本研究区高海拔土壤水分物理性质较低海拔可能更适合毛竹分布。

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EffectsofAltitudeonSoilWater-physicalPropertiesandSPADValueofPhyllostachysedulis

LIAO Qi, LIU Xian, ZHANG Xu, WANG Ling-ling*

(Hubei Academy of Environmental Sciences,Hubei Wuhan 430072, China)

【Objective】 The study aims to understand the effect of altitude on soil-water physical properties and leaf SPAD value inPhyllostachyedulisforest. 【Method】TwoPhyllostachysedulisforests in Chongyang county of Hubei Province were selected and their soil bulk density, porosity conditions, water holding capacities and leaf SPAD value were analyzed. 【Result】With the increase of altitude, soil bulk density decreased, while soil porosity conditions and soil water holding capacities increased. Along the soil depth, soil bulk density increased, while soil porosity conditions and soil water holding capacities showed contrary trend. Altitude had significant effect on bulk density, capillary moisture capacity and minimum moisture capacity; and soil layer had significant effect on bulk density and maximum moisture capacity. SPAD value of I degree bamboo were bigger at high altitude, however, that of II and III degree were opposite. Bulk density, capillary moisture capacity and non-capillary porosity had greater influence on SPAD value than others. 【Conclusion】Altitude caused the difference of soil water-physical properties and had a certain effect on growth of bamboo. Compared with low altitude, the soil water-physical properties may more sustainable forP.edulisdistribution in this research region.

Water-physical properties; Bulk density; SPAD value; Altitude

1001-4829(2017)5-1132-05

10.16213/j.cnki.scjas.2017.5.026

2016-06-16

国家林业局林业公益性行业科研专项(201104058)

廖 琪(1983-)，男，硕士，研究方向为生态系统管理与环境评价，E-mail: liaoqiaes@163.com,*为通讯作者：王玲玲(1979-)，女，高级工程师，博士，研究方向为资源与环境管理，E-mail: 363455589@qq.com。

S714.2

A

(责任编辑 李山云)