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user: 4. 结果分析 4.1. 土壤物理性质基本特征 4.1.1. 土壤容重 由表1可看出，以常绿阔叶林为主的陈禾洞保护区森林土壤容重值均较小，0~100 cm土层的加权平均值为1.28 g∙cm −3 ，不同样地之间的变化也不大。随土壤层次深度的增加，其容重值也逐渐增加，表层土壤(0~10 cm)的容重平均值最小，仅为0.92 g∙cm −3 ；10~30 cm层土壤容重均值为1.16 g∙cm −3 ，而30~60 cm和60~100 cm土层的容重值相当，分别为1.36和1.37 g∙cm −3 。总之，土壤容重较小说明该保护区森林土壤松疏，具有较好的透气性能，有利于土壤水分存留和有机质(有机碳)的积累。 Table 1 Soil bulk density (g∙cm−3) of different soil depth at the 14 permanent sample plots and the multiple comparison results by using the Duncan metho 样地号 Plot number 土层深度Soil depth 0~100cm加权平均值 Weighted average value (0~100 cm) 0~10 cm 10~30 cm 30~60 cm 60~100 cm 1701 0.93 ± 0.18 bcd 1.24 ± 0.19 bc 1.44 ± 0.19 cde 1.49 ± 0.20 c 1.38 ± 0.19 1702 0.95 ± 0.14 bcd 1.19 ± 0.24 bc 1.40 ± 0.21 cde 1.45 ± 0.22 c 1.33 ± 0.20 1703 0.88 ± 0.13 abcd 1.20 ± 0.18 bc 1.48 ± 0.11 de 1.49 ± 0.27 c 1.37 ± 0.17 1704 1.09 ± 0.11 d 1.10 ± 0.14 abc 1.26 ± 0.38 abcde 1.33 ± 0.43 bc 1.24 ± 0.27 1705 0.95 ± 0.20 bcd 1.20 ± 0.22 bc 1.17 ± 0.07a bc 1.28 ± 0.20 abc 1.20 ± 0.17 1706 0.76 ± 0.02 ab 0.79 ± 0.11 a 1.08 ± 0.22 ab 0.95 ± 0.14 a 0.94 ± 0.12 1707 1.03 ± 0.26 cd 0.96 ± 0.28 abc 1.18 ± 0.15 abcd 1.17 ± 0.26 abc 1.12 ± 0.24 1708 0.90 ± 0.14 abcd 1.27 ± 0.18 c 1.27 ± 0.19 abcde 1.30 ± 0.16 bc 1.24 ± 0.17 1709 0.82 ± 0.15 abc 1.24 ± 0.36 bc 1.40 ± 0.13 cde 1.33 ± 0.17 bc 1.28 ± 0.20 1710 0.89 ± 0.08 abcd 0.84 ± 0.19 a 1.00 ± 0.11 a 1.00 ± 0.25 ab 0.96 ± 0.16 1711 0.67 ± 0.10 a 0.92 ± 0.31 ab 1.30 ± 0.15 bcde 1.26 ± 0.18 abc 1.15 ± 0.19 1712 0.85 ± 0.14 abcd 1.27 ± 0.13 c 1.34 ± 0.20 bcde 1.28 ± 0.26 abc 1.25 ± 0.18 1713 0.90 ± 0.04 abcd 1.09 ± 0.13 abc 1.48 ± 0.04 e 1.18 ± 0.12 abc 1.22 ± 0.08 1714 1.01 ± 0.13 cd 1.19 ± 0.13 bc 1.44 ± 0.07 cde 1.40 ± 0.18 c 1.33 ± 0.13 平均值 0.92 ± 0.16 1.16 ± 0.24 1.36 ± 0.22 1.37 ± 0.25 1.28 表1. 14个样地不同层次土壤容重(单位：g∙cm −3 )及其Duncan多重比较 注：小写字母表示同一层次土壤容重在不同样地之间的差异显著性检验(p < 0.05)。 4.1.2. 土壤空隙 土壤非毛管孔隙即大孔隙，经常充满空气，但在土壤中重力水大量存在时，会被水填充，因此有学者将其看作是土壤蓄水能力的指标，可反映和评价森林水源涵养和调节水分循环能力 [ 15 ] ；土壤毛管孔隙又称小孔隙，是土壤水分贮存和水分运动的空间，也称为“土壤持水孔隙”，它反映了土壤对有效水分的固持能力 [ 16 ] ；而总孔隙则是非毛管孔隙和毛管孔隙之和。陈禾洞保护区14个森林样地土壤孔隙状况详见表2。 Table 2 Soil capillary porosity (%) and non-capillary porosity (%) of different soil depth at the 14 permanent sample plots and the multiple comparison results by using the Duncan metho 样地号 Plot number 毛管孔隙度/% Capillary porosity/% 非毛管孔隙度/% Non-capillary porosity/% 土层 Soil depth 0~10 cm 土层 Soil depth 10~30 cm 土层 Soil depth 30~60 cm 土层 Soil depth 60~100 cm 土层 Soil depth 0~10 cm 土层 Soil depth 10~30 cm 土层 Soil depth 30~60 cm 土层 Soil depth 60~100 cm 1701 44.04 ± 7.91b cd 43.99 ± 8.04 bc 35.76 ± 4.31 bc 33.58 ± 4.77 b 14.49 ± 5.67 abc 7.10 ± 4.65 abc 6.39 ± 5.84a bc 6.07 ± 5.84 ab 1702 42.24 ± 7.90 bcd 39.86 ± 6.43 bc 35.89 ± 5.70 bc 32.67 ± 4.82 b 13.28 ± 5.32 ab 10.39 ± 6.85 abcd 7.91 ± 6.37a bc 8.49 ± 6.22 abc 1703 44.86 ± 6.17 bcd 43.46 ± 8.89 bc 37.16 ± 2.21 bcd 32.78 ± 1.88 b 12.16 ± 4.22 ab 6.43 ± 4.87 ab 3.56 ± 2.66a b 4.33 ± 3.44 ab 1704 43.27 ± 5.67b cd 42.10 ± 7.80 bc 32.34 ± 5.93 b 30.06 ± 5.65 b 11.99 ± 7.21 ab 7.87 ± 7.17 abc 11.12 ± 11.61 abcd 9.20 ± 8.65 abc 1705 26.21 ± 1.21 a 24.66 ± 7.98 a 20.97 ± 4.92 a 22.43 ± 6.92 a 25.52 ± 3.95 d 18.34 ± 8.69 d 16.89 ± 1.78 d 20.91 ± 12.87 d 1706 43.24 ± 2.65 bcd 45.37 ± 5.82 bc 41.40 ± 5.93 cde 33.09 ± 3.83 b 14.55 ± 3.05 abc 16.23 ± 5.89 bcd 12.04 ± 7.25 bcd 17.03 ± 2.61 cd 1707 39.91 ± 4.78 bcd 38.94 ± 10.72 bc 38.37 ± 4.04 bcd 36.67 ± 6.50 bc 13.03 ± 8.82 ab 16.70 ± 13.25 cd 12.32 ± 5.66 bcd 13.29 ± 9.21 abcd 1708 34.79 ± 5.71 ab 43.81 ± 6.46 bc 37.97 ± 4.65 bcd 35.45 ± 3.99 bc 22.16 ± 3.98 cd 4.27 ± 1.18 a 9.60 ± 5.42 abcd 9.93 ± 6.54 abc 1709 43.53 ± 10.16 bcd 36.74 ± 7.17 b 39.72 ± 2.92 cd 37.55 ± 5.46 bc 10.51 ± 4.73 a 12.11 ± 6.78 abcd 7.48 ± 3.46 abc 10.64 ± 7.42 abc 1710 49.19 ± 6.41 d 43.31 ± 10.91 bc 43.89 ± 5.87 de 42.07 ± 8.76 cd 10.18 ± 3.36 a 13.24 ± 7.12 abcd 14.95 ± 6.88 cd 10.65 ± 7.09 abc 1711 47.83 ± 1.04 cd 50.31 ± 10.94 bc 47.33 ± 4.21 e 44.57 ± 2.44 d 15.04 ± 1.44 abc 9.76 ± 9.92 abcd 2.58 ± 0.77 a 3.47 ± 1.72 a 1712 36.74 ± 7.79 bc 45.52 ± 7.21 bc 38.02 ± 2.06 bcd 35.44 ± 1.17 bc 19.70 ± 6.80 bcd 4.72 ± 2.00 a 9.16 ± 4.33 abcd 11.33 ± 7.56 abc 1713 37.46 ± 5.64 bc 38.98 ± 7.78 bc 38.10 ± 2.71 bcd 33.87 ± 2.85 b 14.86 ± 1.54 abc 13.32 ± 9.65 abcd 4.04 ± 1.78 ab 14.46 ± 6.41 bcd 1714 37.96 ± 2.89 bc 42.65 ± 1.82 bc 42.09 ± 2.48 cde 36.13 ± 4.62 bc 12.54 ± 1.58 ab 7.21 ± 2.99 abc 4.08 ± 2.34 ab 7.12 ± 4.36 abc 平均值 40.80 ± 5.42 41.41 ± 7.71 37.79 ± 4.14 34.74 ± 4.55 15.00 ± 4.41 10.55 ± 6.50 8.72 ± 4.72 10.49 ± 6.42 表2. 14个样地不同层次土壤毛管孔隙度和非毛管孔隙度(单位：%)及其Duncan多重比较 注：小写字母表示同一层次土壤孔隙度在不同样地之间的差异显著性检验(p < 0.05)。 由表2可看出，陈禾洞保护区森林土壤各层次的毛管孔隙度变化在34%~42%之间，非毛管孔隙变化在8%~15%之间，总孔隙度则变化在45%~56%之间。各孔隙度结果与同纬度带的广东白盆珠水库水源林土壤的孔隙度相近 [ 17 ]，与北方沙地森林土壤相比，总孔隙度一般要大5~10个百分点 [ 18 ]，说明森林土壤涵蓄土壤水分能力较强。 4.2. 土壤水分涵蓄能力 4.2.1. 自然持水量 由于本研究取样时间为旱季，其土壤自然含水量可认为是在自然状态下土壤含水量的较低值，如果土壤长时间得不到补水，那么土壤自然持水量可能会小于最小田间持水量，对地面上的植物生长产生不利影响。从表3可知，陈禾洞保护区森林土壤在旱季的自然持水量(4个土壤层次之和的静态值，下同)大致变化在1600~3300 t∙hm −2 之间，对照表1样地数据，发现处于马尾松针阔混交林演替阶段的林分(1705号样地)，其土壤的自然持水量最小，反映了林地土壤水分下渗或地面蒸发强度大，储蓄在土壤中的水分较少；而在常绿阔叶林样地中，基本上变化在2200~3200 t∙hm −2 之间，其土壤保水能力明显比针阔混交林强。 Table 3 Soil water holding capacity (t∙hm−2) along the soil depth from 0 cm to100 cm at the 14 permanent sample plots and the multiple comparison results by using the Duncan metho 样地号 Plot number 自然持水量 Natural water holding capacity 饱和持水量 Saturated water holding capacity 田间持水量 Field water holding capacity 非毛管持水量 Non-capillary water holding capacity 毛管持水量 Capillary water holding capacity 土壤涵蓄降水量 Soil absorption precipitation 土壤有效涵蓄量 Effective soil water storage amount 1701 2801.22 bcd 4621.07 abc 3602.31 b 802.28 abc 3818.77 b 1819.85 1017.55 1702 2465.58 bc 4638.18 abc 3420.62 b 971.29 abcd 3666.89 b 2172.60 1201.31 1703 3215.80 d 4437.00 ab 3587.55 b 616.30 a 3820.70 b 1221.20 604.90 1704 3142.85 d 4543.95 abc 3353.35 b 987.45 abcd 3556.50 b 1401.10 413.65 1705 1636.61 a 4385.05 a 2161.90 a 2051.20 e 2333.85 a 2748.44 697.24 1706 2730.55 bcd 5461.50 f 3752.10 bc 1537.65 d 3923.85 bc 2730.95 1193.30 1707 2598.70 bcd 5183.85 def 3566.45 b 1372.65 cd 3811.25 b 2585.15 1212.55 1708 2595.13 bcd 4867.15 abcd 3549.40 b 1118.00 abcd 3749.15 b 2272.02 1154.02 1709 2226.54 b 4929.30 bcde 3664.65 b 1027.40 abcd 3901.90 bc 2702.76 1675.36 1710 2961.65 cd 5603.80 f 4199.65 cd 1193.15 abcd 4410.65 cd 2642.15 1449.00 1711 2635.81 bcd 5387.30 ef 4513.85 d 686.35 ab 4691.95 d 2751.49 2056.14 1712 2669.80 bcd 4947.95 cde 3618.35 b 1124.75 abcd 3823.20 b 2278.15 1153.40 1713 2455.95 bc 4868.30 abcd 3469.95 b 1222.85 bcd 3645.45 b 2412.35 1189.50 1714 2765.90 bcd 4660.55 abc 3656.20 b 761.35 ab 3899.20 bc 1894.65 1133.30 平均值 2635.86 4895.35 3579.74 1105.19 3789.52 2259.49 1153.66 表3. 14个样地100 cm厚土壤水分涵蓄能力(t∙hm −2 )及Duncan多重比较 注：小写字母表示同一层次土壤水分涵蓄能力在不同样地之间的差异显著性检验(p < 0.05)。 4.2.2. 非毛管持水量和毛管持水量 陈禾洞保护区森林土壤非毛管持水量值变化较大(表3)，14个样地变动在600~2100 t∙hm −2 之间，平均值为1105.19 t∙hm −2 ，其中处在针阔混交林演替阶段的1705号样地，其非毛管持水量达2051.20 t∙hm −2 。如果将非毛管持水量认为是土壤有效涵养水分的指标 [ 15 ] [ 19 ]，那么陈禾洞保护区森林土壤的涵蓄能力是很强的，要高于同地区流溪河的常绿阔叶林、竹林和荔枝林 [ 20 ]。 毛管持水量的平均值为3789.52 t∙hm −2 ，最大值可达4691.95 t∙hm −2 ，而最小值只有2333.85 t∙hm −2 ，前者是后者的2.01倍，最小值也是出现在针阔混交林的1705号样地，说明不同林分类型的土壤涵蓄能力有较大的差异 [ 20 ]。 4.2.3. 饱和持水量和田间持水量 由表3可知，陈禾洞保护区森林土壤的饱和持水量(最大持水能力)较大，平均达到了4895.35 t∙hm −2 ，最大可达5461.50 t∙hm −2 ，同样，针阔混交林的最大持水能力也是最小的，只有4385.05 t∙hm −2 。田间持水量平均值为3579.74 t∙hm −2 ，同样也是针阔混交林的田间持水量最小，只有2161.90 t∙hm −2 ，仅为最大田间持水量的48%。 4.2.4. 土壤涵蓄降水量和土壤有效涵蓄量 土壤非毛管持水量被认为是涵蓄水分能力的指标 [ 15 ] [ 19 ]，但也有学者将土壤饱和持水量和自然持水量的差值看作为在当时的测定条件下的“土壤涵蓄降水量”指标，并将毛管持水量与自然持水量之差值看作为土壤的“有效涵蓄量”指标 [ 11 ]。陈禾洞保护区森林土壤涵蓄降水量指标平均值为2259.49 t∙hm −2 ，是非毛管持水量平均值的2.04倍，而土壤有效涵蓄量平均值为1153.66 t∙hm −2 ，与非毛管持水量平均值相当，但各样地之间的变化很大，没有较为一致的变化规律(表3)。 4.3. 影响森林土壤涵蓄水分能力因子分析 森林生态系统涵养水源生态功能已成为生态服务功能的主体 [ 3 ] [ 4 ]，而森林土壤涵蓄水分的能力大小，一方面是土壤本身的结构是否有利于水分的涵蓄，另一方面，林地上的森林植被对土壤水分的吸收利用以及植物根系对土壤结构的改良，也深刻影响着森林土壤的涵蓄能力。本文选取对土壤涵蓄能力密切相关的土壤容重(按土层厚度加权)、土壤总孔隙度(百分比数据)和土壤非毛管与毛管孔隙度的比值(百分比数据)等3项土壤结构因子，以及林地上的木本植物平均胸径(胸径1 cm及以上的乔灌木种类平均值)、植株个体密度(单位林地面积中胸径1 cm及以上乔灌木个体总量)、胸高断面积和(单位林地面积胸径1 cm及以上乔灌木胸高断面积之和)和Shannon-Wiener物种多样性指数等4项森林植被因子，以土壤涵蓄能力的三项指标为因变量：土壤涵蓄降水量、土壤有效涵蓄量和非毛管持水量，进行逐步回归分析，结果如表4所示。 由表4可知，3项土壤涵蓄水分能力指标中，均以土壤结构指标的影响最为显著。总孔隙度反映的是土壤中全部孔隙容积与土体容积的比例关系，直接与土壤水分的存贮、传输有关 [ 20 ]，因此在3项土壤涵蓄水分能力指标的逐步回归分析中，都入选为重要的影响因子。非毛管孔隙是土壤快速贮水和调蓄水量的场所，毛管孔隙 Table 4 Stepwise regression analysis explaining the forest soil water holding capacity in the Natural Reserve by using soil physical properties and vegetation feature 土壤涵蓄水分 评价指标 Soil water holding capacity index 模型检验 Model evaluation 常量 Constant 总孔隙度/% Total porosity/% 非毛管/毛管孔隙度比值 Ratio of non-capillary porosity: capillary porosity 容重加权均值 Weighted average value of soil bulk density 群落Shannon-Wiener多样性指数 Shannon-Wiener index of vegetation community R 2 P B P B P B P B P B P 涵蓄降水量 0.811 0.001 −11887.68 0.018 188.70 0.002 24.81 0.001 1669.15 0.047 有效涵蓄量 0.474 0.007 −2112.34 0.056 68.01 0.07 非毛管持水量 0.985 0.000 −1520.49 0.000 30.43 0.000 22.43 0.000 135.75 0.001 表4. 陈禾洞保护区森林土壤涵蓄能力与土壤物理特性及森林植被因子的逐步回归分析 * *：R 2 为模型复相关指数；B为逐步回归模型系数；p为模型常量和各入选因子的显著性检验阈值(p < 0.05)。 则是土壤中水分流通和蒸发的孔道，对植物生长具有重要意义 [ 20 ]，因此，森林土壤非毛管孔隙度与毛管孔隙度的比值，就反映了土壤水分在涵蓄水量和供给植物生理性用水能力之间的一种权衡关系，故这个比值因子就与土壤涵蓄降水量和非毛管持水量这2个指标的关系非常密切。土壤容重是综合反映土壤的透水性、通气性和根系生长阻力的重要因子 [ 20 ]，应当说与土壤涵蓄水分能力是密切相关的，但本研究案例中却只与土壤涵蓄降水量这一个指标有较为紧密的关系，究其原因可能是陈禾洞保护区所设立的14个样地，一是在空间尺度上变化并不大，二是其森林植被类型除一个样地为针阔叶混交林外，其余样地都是常绿阔叶林，林分类型相同，所以土壤容重并没有成为影响土壤涵蓄水分能力的主要因子。在4个植被因子中，乔木灌木植物平均胸径、植株个体数量和胸高断面积之和等指标均没有达到显著影响土壤涵蓄水分能力的程度，但Shannon-Weiner物种多样性指数则是影响非毛管持水量指标的因子，其原因可能是物种多样性指数高的群落，其生态位不同，可能同时存在有深根系和浅根系的植物，可以直接影响非毛管与毛管孔隙度及其比值，从而成为非毛管持水量指标的影响因子之一。另外，从3个涵蓄能力指标的逐步回归模型检验结果来看(表4)，非毛管持水量作为评价指标能更好地反映森林植被和土壤的涵蓄水分能力，根据土壤总孔隙度、非毛管/毛管孔隙度比例和森林群落Shannon-Wiener多样性指数等三个因子，即可评价某一个小范围内的森林土壤涵蓄水分能力。