李明金，蒙绍颂，秦佳双，莫燕华，黄柳欣，颜培栋，卢积准

（1.横州市镇龙林场，广西横州 530327；2.广西喀斯特植物保育与恢复生态学重点实验室 广西壮族自治区中国科学院广西植物研究所，广西桂林 541006；3.广西漓江流域景观资源保育与可持续利用重点实验室 广西师范大学，广西桂林 541006；4.广西壮族自治区林业科学研究院，广西南宁 530002）

土壤作为陆地生态系统中关键的组成部分，是植被生存和繁殖的根本要素，决定植物群落的结构组成、生产水平及生态功能等[1]。土壤温度和水分含量作为地表重要的物理特性参数，是土壤作用于植物和微生物的重要指标，对土壤微生物活性、有机质矿化、凋落物分解和生物固氮等进程有重要影响，决定土壤微环境质量，进而影响植物的生长发育、地理分布及群落结构和功能等[2-3]。土壤水热状况受气候、植被覆盖度和土壤物理特性等因子的影响[4]。在群落植被恢复过程中，地上植被覆盖情况不断改变，群落下垫面小气候逐渐形成，根系与微生物等对土壤进行逐步改善，这些过程对土壤温度和湿度产生较大影响。土壤水热的动态分布及变化影响生态系统中土壤的生物和非生物生态学过程，对于植被恢复及生态系统的稳定均有重要作用[5]。土壤与植被相互作用，共同维护生态系统的稳定。

马尾松（Pinus massoniana）具有适应性和抗逆性强等特点，是我国丘陵和山区造林或绿化的重要树种，也是植被退化地区生态恢复的先锋树种和重要的用材树种。马尾松主要分布在我国的广西、贵州和云南等17 个省（直辖市、自治区）[6]。根据第七次全国森林资源清查结果，全国马尾松林分面积达1 200多万hm2，蓄积量居第6位；广西马尾松种植面积为150.36 万hm2，居全国第2 位[7-8]。目前，科学改善马尾松人工林的生态效应，已成为马尾松人工林经营的焦点问题之一。近年来，广西马尾松土壤环境研究多集中在林内外小气候[9]、土壤水源涵养[10-11]、土壤元素定量[12]及土壤微生物[13-14]等方面，对马尾松土壤水热状况的研究较少。本研究采用时空互替的方法，研究不同林龄马尾松人工林土壤温度、湿度等指标的时间变化规律，分析林龄对林分水热状况的影响，以期为马尾松人工林的科学管理和可持续发展提供参考。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

横州市镇龙林场（109°08′～109°19′E，23°02′～23°08′N）位于广西横州市北部，地处广西中南部，海拔400 ～ 700 m，低山丘陵地貌；属南亚热带季风气候，年均气温21.5 ℃，最低气温-1 ℃，最高气温39.2 ℃，年均降水量1 477.8 mm，年均日照时长1 758.9 h，光照充足，雨热资源丰富。土壤多为酸性或微酸性赤红壤，土壤深度约为60～80 cm。

1.2 研究方法

2019年初，在研究区选取人为干扰小、地形及土壤等立地条件接近的马尾松幼龄林、中龄林和成熟林（分别为2012、1999 和1986年种植的马尾松人工林）（表1）。选取较高坡位（中、上）进行研究，降低坡位差异可能对样地造成的水热影响。

表1 样地基本概况Tab.1 General information of sample plots

2019年底，在各生长阶段群落内安装EM50 数据采集器，收集土壤表层（0～10 cm）温、湿度数据，每15 min 采集1 次数据。根据气候学统计方法，对四季进行划分；3 — 5月为春季，6 — 8月为夏季，9 — 11月为秋季，12 — 次年2月为冬季。各生长阶段群落土壤温、湿度日变化数据为同一季节中相同时刻数据累加的平均值；土壤温、湿度月变化数据为每个月瞬时数据累加的平均值。

1.3 数据处理

采用Office 365 和Sigmaplot l2.5 软件对数据进行处理和绘图。

2 结果与分析

2.1 土壤温度日变化

各群落不同季节土壤温度日变化均呈先下降后上升再下降的余弦曲线，各群落土壤温度均表现为夏季>秋季>春季>冬季（图1）。0:00～8:00，各群落不同季节土壤温度均逐渐降低，8:00～10:00 到达谷值，之后因光照的持续影响逐渐上升；春季于16:00、17:00或19:00达到峰值，夏、秋和冬季于17:00或18:00 达到峰值；除秋季均为9:00 到达谷值外，其他季节中龄林和成熟林土壤温度上升时间均晚于幼龄林；除夏季外，成熟林土壤温度到达峰值的时间均等于或晚于幼龄林和中龄林。各季节，成熟林土壤温度日变化幅度均相对较小，幼龄林和中龄林变化幅度较大；秋季，各群落土壤温度日变化趋势较一致；冬季，各群落土壤温度日变化差别较大，表现为成熟林>中龄林>幼龄林；各季节成熟林土壤温度均较高，尤其是在夏季和冬季；除夏季土壤温度为中龄林较低外，其他季节土壤温度均为幼龄林较低。

图1 不同林龄马尾松人工林土壤温度日变化Fig.1 Diurnal variations of soil temperatures in P.massoniana plantations at different ages

2.2 土壤温度月变化

各群落土壤温度月变化均呈单峰型，夏季较高，冬季较低（图2）。1—7月，各群落土壤温度均呈上升趋势，7—12月均呈下降趋势；6—8月，土壤温度较高，7月最高（（25.7±0.5）～（26.5±0.4）℃）；12—次年2月，土壤温度较低，12月最低（（13.5 ± 2.0）～（15.4±1.4）℃）。除5月外，其他月份成熟林土壤温度均较高。

2.3 土壤湿度日变化

各群落不同季节土壤湿度日变化均波动较小；夏季各群落土壤湿度相差较小且均较高；冬季各群落土壤湿度均较低（图3）。各群落土壤湿度有一定季节性，但变化规律不一致；幼龄林表现为春季>夏季>秋季>冬季；中龄林表现为秋季>夏季>春季> 冬季；成熟林表现为春季> 夏季≈秋季> 冬季。相同季节各群落土壤湿度存在差异，春季表现为成熟林>幼龄林>中龄林，夏季表现为成熟林≈中龄林>幼龄林，秋季表现为中龄林>成熟林>幼龄林，冬季表现为成熟林>幼龄林≈中龄林。各季节成熟林土壤湿度均较高；除春季外，幼龄林土壤湿度均较低。

图3 不同林龄马尾松人工林土壤湿度日变化Fig.3 Diurnal variations of soil moistures in P.massoniana plantations at different ages

2.4 土壤湿度月变化

各群落土壤湿度1—4月均呈上升趋势，5—7月均波动较大，8—12月均呈下降趋势（图4）。各群落土壤湿度有一定差异；幼龄林土壤湿度1—6月呈上升趋势，之后呈下降趋势，6月最高（31.1%），12月最低（15.0%）；中龄林土壤湿度1—8月呈上升趋势，之后呈下降趋势，8月最高（30.1%），1月最低（12.2%）；成熟林土壤湿度1 — 4月呈上升趋势，4— 8月波动较大，8—12月呈下降趋势，8月最高（30.3%），1月最低（22.2%）。除7月外，其他月份成熟林土壤湿度均较高。

图4 不同林龄马尾松人工林土壤湿度月变化Fig.4 Monthly variations of soil moistures in P.massoniana plantations at different ages

3 讨论与结论

土壤温度作为陆地生态系统中的重要环境因素，影响群落中土壤微生物活性、凋落物分解、土壤呼吸及植物生长发育等过程。土壤温度受光照条件、植被覆盖情况、有机质含量及微生物活动等多种因素的共同影响[15-16]。光照条件决定输入生态系统的总能量，影响土壤温度的整体变化。本研究中，各群落土壤温度均表现出明显的季节变化，土壤最高温度均出现在夏季，最低温度均出现在冬季，与刘士玲等[9]和巩玉玲等[17]研究结果相似；各群落土壤温度月变化均呈单峰型，6—8月较高，与杨丹等[3]和刘士玲等[4]研究结果一致；各群落土壤温度不同季节日变化均呈先下降后上升再下降的余弦曲线，与杨丹等[3]和赵维俊等[18]研究结果一致。植被密度、冠幅面积和群落结构等因素影响能到达地表提升土壤温度的光照量。校亮等[19]研究表明，随葛藤（Kudzu）覆被量增加，干热河谷冲沟沟岸土壤温度变化幅度逐渐减小。张康等[20]研究表明，对杨树（Populus）进行不同强度修枝，改善林下光照强度，可提高林下地表温度。本研究中，除秋季外，马尾松中龄林和成熟林土壤温度上升的时间均晚于幼龄林；除夏季外，成熟林土壤温度到达峰值的时间均等于或晚于幼龄林和中龄林；说明随植被恢复，群落土壤温度变化逐渐晚于群落演替早期[21]。马尾松成熟林土壤温度日变化幅度较小，且冬季土壤温度较高；说明随植被恢复，群落内部相互调节的能力逐渐增强，起到维持温度稳定的作用，林下环境也逐渐趋于稳定[22]。土壤有机质含量及微生物活动共同影响不同群落土壤温度的微变化。本研究中，马尾松成熟林土壤温度大多时间较高，可能是由于随植被恢复，林下凋落物及土壤有机碳含量增加，土壤微生物在分解过程中产生更多温度，较多的地表凋落物又减缓了放热的过程，提高了土壤温度[23]。

土壤水分含量是影响植物生长的基础环境因素，也是了解森林土壤水文和“土壤-植被-大气”水循环过程的重要环节，其影响因素主要有降水、植被状况、土壤性质及水分蒸发等[24]。降水是土壤获得水分的主要来源[25]。本研究中，夏季各群落土壤湿度相差较小且均较高，冬季各群落土壤湿度均最低。随植被恢复，林下环境趋于稳定，土壤特性在植物根系、有机质及微生物作用下不断改善，土壤水分由地面蒸发向植被蒸腾的过程转变[26]，土壤湿度逐渐增加。本研究中，各季节成熟林土壤湿度均较高；除春季外，幼龄林土壤湿度均较低。说明随植被恢复，群落的保湿性能提升，与刘效东等[22]研究结果相近。

总体而言，不同林龄马尾松人工林群落土壤温、湿度受气候影响较大，有明显的季节性，夏季温度较高、湿度较大，冬季则低温、低湿。随林龄增加，群落土壤温度波动幅度降低，土壤湿度增加，形成更有利于林下植被生长的较稳定的土壤水热环境。本研究仅对不同林龄马尾松人工林表层土壤温、湿度的变化情况进行分析，未考虑光照、降水、空气温、湿度及对照样地相关参数的变化等因素。在今后的马尾松人工林土壤水热变化研究中，应同步考虑相关环境因子，以便更全面地对不同生长阶段马尾松人工林水热因子的变化情况进行分析，为马尾松人工林科学经营及生态恢复提供更系统和全面的依据。