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为了解广东省森林枯落物和林地土壤的持水效能,本文在国家森林资源和生态状况综合监测试点工作及广东省森林资源连续清查第六次复查的基础上,开展省内主要森林类型枯落物和1/8固定样地内土壤的调查、采样和持水特性研究。采用相关分析、主成分分析、聚类分析等方法,分析了13种森林类型枯落物的持水量、持水动态和1/8固定样地土壤的水源涵养能力及其影响因子。主要研究结果如下:
(1)广东省13种主要森林类型林分枯落物蓄积量范围为2.13~16.99 t·hm-2,枯落物最大持水量范围为3.46~34.58 t·hm-2,有效拦蓄量范围为2.63~26.42 t·hm-2之间,上述三项指标均以马占相思(Acacia mangium)林最大,针叶混林分最小。枯落物最大持水量为其干重的2倍左右,有效拦蓄量约为最大持水量的0.75倍。
(2)对枯落物各项持水特性指标进行聚类分析表明,13种主要森林类型枯落物可分为四类:第1类为为马占相思,其枯落物持水能力最强;第2类为杉木(Cunninghamia lanceolata、马尾松(Pinus massoniana)和湿地松(Pinus elliottii),其枯落物持水性居第二位;第3类为桉树、杂竹、毛竹(Phyllostachys edulis)、阔叶混和硬阔,其枯落物持水能力居第三位;第4类为藜蒴(Castanopsis fissa)、软阔、针阔混、针叶混,其枯落物持水性能最差。
(3)省内杉木、马尾松、湿地松、马占相思、尾叶桉(Eucalyptus urophylla)、藜蒴和毛竹等七种主要人工林枯落物的持水量(WH)和持水率(WR)均随浸泡时间t(小时)的增加按对数方程WH(WR)=a+bln(t)变化,吸水速率WA与浸泡时间t的关系按照方程WA=a·t—b变化。
(4)广东省林地土壤A层的吸湿水、毛管持水量和全容水量分别为25.37 g/kg、346.39 g/kg和469.74 g/kg,B层的分别为22.25 g/kg、306.08 g/kg和374.73 g/kg,A、B层间各指标均存在显著差异。林地土壤A、B层的总孔隙度分别为54.22%和48.97%,毛管孔隙度分别为40.51%和40.16%,非毛管孔隙度分别为13.71%和8.81%,容重分别为1.21 g·cm—3和1.35 g·cm3,其中,总孔隙度、非毛管孔隙度和容重在A、B层间有显著差异。
(5)土壤物理性质各指标之间存在显著相关关系。主成分分析结果表明,土壤物理性质前两个主成分的方差贡献率分别为59.64%、28.03%,累积贡献率达到87.67%,前两个主成分概括了绝大部分土壤物理性质的信息。第一主成分主要反映在总孔隙度、全容水量和容重等指标上。第二主成分主要反映在毛管孔隙度和非毛管孔隙度上。
(6)土壤吸湿水、毛管持水量、全容水量、总孔隙度和容重在4个不同经济区域间存在显著差异,毛管孔隙度和非毛管孔隙度在区域间则无显著差异。4个区域林地0-50 cm土层内土壤最大贮水量、实际贮水量和有效贮水量的大小顺序一致,均为粤东>珠三角>粤北>粤西。其中,4个区域林地0~50 cm土层内有效贮水量分别为:粤东542.9 t·hm-2,珠三角497.9 t·hm-2,粤北492.1 t·hm-2,粤西424.1 t·hm-2。
(7)土壤有机质与总孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度、毛管持水量、全容水量和吸湿水等指标均呈现显著正相关关系,A层中的相关系数分别为0.415、0.051、0.279、0.251、0.420、0.412,B层中的相关系数分别为0.391、0.157、0.160、0.297、0.401、0.291。广东省林地土壤97.17%为壤质土,有利于提高土壤保水性能。
(8)13种森林单位面积枯落物的蓄水价值范围在1.76~17.70元·hm-2,马占相思的蓄水价值最大,为17.70元·hm-2,针叶混最小,为1.76元·hm-2。全省林地土壤蓄水价值为34.2560亿元,其中粤北为21.9210亿元,珠三角为8.3117亿元,粤西为5.8184亿元,粤东为2.8791亿元。
本研究为今后广东省森林资源连续清查枯落物和土壤的水源涵养功能研究提供丰富的前期基础数据,同时为构建高效水源涵养林和科学评价森林生态系统服务功能提供了参考依据。