两种林型林隙内微立地对土壤侵蚀和分形特征的影响

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在小兴安岭云冷杉红松林(Picea koraiensis-Abies nephrolepis-Pinus koraiensis forest)(PA)和椴树红松林(Tilia amurensis-Pinus koraiensis forest)(TP)内,因风的干扰会导致树干折断(干基折断和干中折断)以及树木连根拔起(俗称“掘根”),形成树倒林隙和不同类型的丘坑微立地。由于生物干扰和土壤运移,树木掘根可能会造成不同程度的土壤侵蚀,进而影响土壤结构变化和土壤形成,改变土壤理化性质,并对周围土壤的空间变异性产生了一定的影响。因此,分析不同林型内微立地类型的土壤性质及其土壤分形特征和抗侵蚀能力对防止水土流失、稳定土壤结构和提高森林生态系统的生产力具有重要的意义。本文选择地形条件(坡向、坡度、坡位和海拔)相对一致的云冷杉红松林和椴树红松林两种林型作为研究对象,2018年5月在每一个林型内,各设置1个170m× 170m的矩形固定样地,分别选择30个典型的丘和坑微立地,并将其所在的林隙及其周围的郁闭林分设置为对照。调查形成丘和坑微立地倒木的基径及其长度,并测定两种林型下丘顶、坑底、林隙和郁闭林分四种类型微立地的土壤微团聚体组成、土壤理化性质及其分形特征。采用原状土冲刷水槽法和静水崩解法测定土壤抗冲性和抗蚀性,在不同林型树倒林隙微立地类型下,分析了土壤微团聚体组成和分形特征与土壤理化性质之间的关系,比较了它们之间的土壤理化性质与土壤抗冲性和抗蚀性的差异。研究结果表明:(1)两种林型的土壤微团聚体0.05~0.25mm粒级含量较高,为27.0%~42.8%,<0.002mm粒级含量最小,为4.4%~8.9%。在两种林型的树倒林隙内,坑底和丘顶的土壤容重较大,且丘顶土壤养分含量均高于坑底。椴树红松林树倒林隙内丘顶和坑底的土壤养分含量均高于云冷杉红松林。<0.002mm粒级组成与土壤物理和化学性质均无相关性,0.002~0.02mm粒级组成与土壤非毛管孔隙度、总孔隙度、通气度、有机质、全磷、全氮和有机碳之间呈极显著负相关。(2)椴树红松林的土壤分形维数(D)和土壤特征微团聚体组成比例(PCM)大于云冷杉红松林。两种林型下,丘顶和坑底的土壤特征微团聚体粒级比值(RMD)均大于对照。土壤D和PCM与本试验测定的土壤理化性质均无显著相关性;土壤RMD与土壤毛管孔隙度和总孔隙度呈极显著负相关,与土壤容重和通气度呈显著负相关。两种林型下,丘顶和坑底微立地的形成会导致土壤较大粒级微团聚体减少,土壤微团聚体稳定性降低,土壤D和PCM增加,土壤RMD显著增加;土壤RMD可作为定量化描述不同林型下丘坑微立地内土壤理化性质的指标。(3)在两种林型下由掘根倒木形成的丘和坑微立地上,土壤砂粒含量均较高,其抗侵蚀能力均较弱,而对照却相反;两种林型下丘和坑微立地的土壤容重均与土壤抗冲性和抗蚀性呈不显著的负相关(P>0.05),而云冷杉红松林对照的土壤容重与它们均呈不显著正相关(P>0.05),椴树红松林林隙的土壤容重与它们却呈极显著正相关(P<0.01),其郁闭林分的土壤容重与它们呈极显著负相关;两种林型下丘和坑微立地的土壤有机质均与土壤抗冲性和抗蚀性呈不显著正相关,而对照则呈极显著正相关;两种林型下丘和坑微立地的土壤有机碳与土壤抗蚀性均呈极显著正相关,而两种林型下对照的土壤有机碳却与土壤抗蚀性分别呈不显著和呈极显著负相关;土壤抗侵蚀能力随着林型和微立地类型而变化,椴树红松林丘和坑微立地的土壤抗侵蚀能力不显著高于云冷杉红松林,而云冷杉红松林对照的土壤抗侵蚀能力显著高于椴树红松林的对照。
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