全 文 ：第２７卷第１期
２０１３年２月
水土保持学报
Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｓｏｉｌ　ａｎｄ　Ｗａｔｅｒ　Ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ
Ｖｏｌ．２７Ｎｏ．１
Ｆｅｂ．，２０１３
　
　　收稿日期：２０１２－１０－２３
　　基金项目：国家“十二五”科技支撑计划项目（２０１１ＢＡＣ０９Ｂ０５）；国家林业局中央财政林业科技推广示范项目（２０１０ＴＫ５５）；四川省科技支撑计
划项目（２０１０ＮＺ００４９）
　　作者简介：范川（１９７３－），男，博士，四川渠县人，副教授，主要从事人工造林理论及技术研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｆａｎｃｈｕａｎ０１＠１６３．ｃｏｍ
　　通讯作者：李贤伟（１９６３－），男，博士，四川达县人，教授，主要从事人工造林理论及技术研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｌｘｗ＠ｓｉｃａｕ．ｅｄｕ．ｃｎ
柏木低效林不同改造模式土壤抗冲性能
范 川，李贤伟，张 健，李凤汀，龙家黎
（四川农业大学林学院，长江上游林业生态工程四川省重点实验室，四川 雅安６２５０１４）
摘要：以四川省德阳市旌阳区低效柏木林改造８年后的５种模式（麻栎＋杂交竹模式（ＬＺ）、纯杂交竹模式
（ＣＺ）、柏木＋桤木＋杂交竹模式（ＢＺＱ）、柏木＋麻栎模式（ＢＬ）、柏木＋杂交竹模式（ＢＺ））作为研究对象，柏
木纯林（ＣＢ）作为对照，对柏木低效林不同改造模式的土壤抗冲性能进行研究。结果表明：（１）除ＬＺ外，林
分改造显著提高了表层土壤抗冲性能，其大小顺序为ＢＺＱ＞ＢＺ＞ＣＺ＞ＢＬ＞ＣＢ＞ＬＺ。方差分析显示，ＢＬ
和ＣＺ以及ＣＺ与ＢＺ之间差异不显著（ｐ＞０．０５），各模式均与对照差异显著（ｐ＜０．０５），表明在纯柏木林分
中间植其他树种能有效提高林分土壤抗冲性，改造效果以ＢＺＱ最优。（２）林分改造显著增加了林分物种
多样性，且表现出灌木层＞草本层的趋势。灌、草层各物种多样性指数以ＢＺＱ相对较高，ＣＺ和ＬＺ相对较
低，灌木层各物种多样性指数与抗冲性指标之间均未达到显著相关（ｐ＞０．０５），草本层各物种多样性指数
与抗冲性指标之间均呈显著（ｐ＜０．０５）甚至极显著（ｐ＜０．０１）相关。（３）林分改造显著影响土壤微生物以
及土壤酶活性。不同模式同一土层表现出ＢＺＱ土壤细菌、真菌、放线菌数量最大，蔗糖酶、过氧化氢酶、脲
酶、酸性磷酸酶活性最高；ＣＢ各微生物数量最少，酶活性最低。不同模式同一土层以及同一模式不同土层
间的微生物数量、酶活性表现出显著差异（ｐ＜０．０５）。抗冲性能与蔗糖酶活性、过氧化氢酶活性、脲酶活性
和放线菌数量均呈极显著正相关（ｐ＜０．０１），与细菌数量和总微生物数量均呈显著正相关（ｐ＜０．０５）。（４）
柏木低效林改造模式中０－１０ｃｍ土层的细根生物量依次为ＣＺ＞ＢＺＱ＞ＢＺ＞ＣＢ＞ＢＬ＞ＬＺ，与土壤抗冲性
顺序不同，可能是由不同树种的生物学特性所致。
关键词：柏木；低效林；改造模式；土壤抗冲性
中图分类号：Ｓ１５７．１；Ｓ７１４．７　　　文献标识码：Ａ　　　文章编号：１００９－２２４２（２０１３）０１－００７６－０６
Ｓｏｉｌ　Ａｎｔｉ－ｓｃｏｕｒａｂｉｌｉｔｙ　Ｕｎｄｅｒ　Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　Ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｎｇ　Ｐａｔｔｅｒｎｓ　ｉｎ
Ｌｏｗ　Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　Ｓｔａｎｄｓ　ｏｆ　Ｃｕｐｒｓｓｕｓ　ｆｕｎｅｂｒｉｓ
ＦＡＮ　Ｃｈｕａｎ，ＬＩ　Ｘｉａｎ－ｗｅｉ，ＺＨＡＮＧ　Ｊｉａｎ，ＬＩ　Ｆｅｎｇ－ｔｉｎｇ，ＬＯＮＧ　Ｊｉａ－ｌｉ
（Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｆｏｒｅｓｔｒｙ，Ｓｉｃｈｕａｎ　Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｉｃｈｕａｈ　Ｐｒｏｖｉｎｃｉａｌ　Ｋｅｙ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ
ｏｆ　Ｆｏｒｅｓｔｒｙ　Ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｉｎ　Ｕｐｐｅｒ　Ｒｅａｃｈｅｓ　ｏｆ　Ｙａｎｇｔｚｅ　Ｒｉｖｅｒ，Ｙａ’ａｎ，Ｓｉｃｈｕａｎ６２５０１４）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｌａｒｇｅ－ａｒｅａ　ｏｆ　ｐｕｒｅ　Ｃｕｐｒｅｓｓｕｓ　ｆｕｎｅｂｒｉｓ　Ｅｎｄｌ．ｆｏｒｅｓｔ　ｗｅｒｅ　ｂｕｉｌｔ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｆｉｒｓｔ　ｐｈｒａｓｅ　ｏｆ　Ｃｈａｎｇｊｉａｎｇ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ
ｆｏｒｅｓｔ．Ｃｕｐｒｅｓｓｕｓ　ｆｕｎｅｂｒｉｓ　Ｅｎｄｌ．＋Ｂａｍｂｕｓａ　ｐｅｒｖａｒｉａｂｉｌｉｓ×Ｄｅｎｄｒｏｃａｌａｍｏｐｓｉｓ　ｄａｉ，Ｑｕｅｒｃｕｓ　ａｃｕｔｉｓｓｉｍａ　Ｃａｒｒｕｔｈ＋
Ｂａｍｂｕｓａ　ｐｅｒｖａｒｉａｂｉｌｉｓ×Ｄｅｎｄｒｏｃａｌａｍｏｐｓｉｓ　ｄａｉ，Ｑｕｅｒｃｕｓ　ａｃｕｔｉｓｓｉｍａ　Ｃａｒｒｕｔｈ＋Ｃｕｐｒｅｓｓｕｓ　ｆｕｎｅｂｒｉｓ　Ｅｎｄｌ．，Ｂａｍｂｕｓａ
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ｐｅｒｖａｒｉａｂｉｌｉｓ×Ｄｅｎｄｒｏｃａｌａｍｏｐｓｉｓ　ｄａｉ　ｗｅｒｅ　ｓｅｌｅｃｔｅｄ　ａｓ　ｓｕｂｊｅｃｔ　ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ　ａｎｄ　Ｃｕｐｒｅｓｓｕｓ　ｆｕｎｅｂｒｉｓ　Ｅｎｄｌ．ｆｏｒｅｓｔ　ａｓ
ＣＫ，ａｌ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐａｔｔｅｒｎｓ　ｌｏｃａｔｅｄ　Ｊｉｎｇｙａｎｇ　ｄｉｓｔｒｉｃｔ，Ｄｅｙａｎｇ　ｃｉｔｙ，Ｓｉｃｈｕａｎ　ｐｒｏｖｉｎｃｅ，ａｎｄ　ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ　ｉｎ　２００２．Ｔｈｅ
ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ　ｏｆ　ｓｏｉｌ　ｅｒｏｓｉｏｎ－ｒｅｓｉｓｔｅｎｃｅ　ｉｎ　ｄｉｆｅｒｅｎｔ　ｐａｔｔｅｒｎｓ　ｗａｓ　ｃａｒｒｉｅｄ　ｏｕｔ．Ｔｈｅ　ｍａｉｎ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｗｅｒｅ　ｆｏｕｎｄ　ａｓ　ｆｏｌｏｗｓ：
（１）Ｅｘｃｅｐｔ　ＬＺ，ｔｈｅ　ａｎｔｉ－ｓｃｏｕｒａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｓｏｉｌ　ｉｎ　ｏｔｈｅｒ　ｐａｔｔｅｒｎｓ　ｗｅｒｅ　ｅｖｉｄｅｎｔｌｙ　ｈｉｇｈｅｒ　ｔｈａｎ　ＣＫ　ｗｉｔｈ
ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｏｒｄｅｒ　ｗａｓ　ＢＺＱ ＞ＢＺ＞ＣＺ＞ＢＬ＞ＣＢ＞ＬＺ．Ｂｙ　ｖａｒｉａｎｃｅ　ａｎａｌｙｚｉｎｇ，ｔｈｅｒｅ　ｗｅｒｅ　ｎｏ
ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ＢＬ　ａｎｄ　ＣＺ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｓａｍｅ　ａｓ　ＣＺ　ａｎｄ　ＢＺ，ｂｕｔ　ｅａｃｈ　ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ　ｐａｔｔｅｒｎ
ｓｈｏｗｅｄ　ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｗｉｔｈ　ＣＫ，ＢＺＱ　ｗａｓ　ｔｈｅ　ｂｅｓｔ．Ｔｈａｔ　ｍｅａｎｔ　ｔｏ　ｐｌａｎｔ　ｏｔｈｅｒ　ｔｒｅｅｓ　ｉｎ　ｐｕｒｅ　Ｃｕｐｒｅｓｓｕｓ
ｆｕｎｅｂｒｉｓ　Ｅｎｄｌ．ｆｏｒｅｓｔ　ｃｏｕｌｄ　ｅｆｆｉｃａｃｉｏｕｓｌｙ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｔｈｅ　ｓｏｉｌ　ａｎｔｉ－ｓｃｏｕｒａｂｉｌｉｔｙ．（２）Ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｎｇ　ｃｏｕｌｄ　ｉｎｃｒｅａｓｅ
ｓｐｅｃｉｅｓ　ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｔｒｅｎｄ　ｗｅｒｅ　ｓｈｒｕｂ　ｌａｙｅｒ＞ｈｅｒｂ　ｌａｙｅｒ．Ｉｎ　ｔｈｅ　ｆｉｅｌｄ，ｉｎｄｅｘｅｓ　ｏｆ　ｓｐｅｃｉｅｓ
ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｗｅｒｅ　ｎｏｔ　ｔｈｅ　ｓａｍｅ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｓｈｒｕｂ　ｌａｙｅｒ　ａｎｄ　ｈｅｒｂ　ｌａｙｅｒ，ｂｕｔ　ｔｈａｔ　ａｓ　ｔｈｅ　ｔｏｔａｌ　ｉｎｄｅｘ，ＢＺＱ　ｗａｓ　ｔｈｅ
DOI:10.13870/j.cnki.stbcxb.2013.01.034
ｈｉｇｈｅｓｔ　ｗｈｉｌｅ　ＣＺ　ａｎｄ　ＬＺ　ｗａｓ　ｔｈｅ　ｌｏｗｅｓｔ．Ｔｈｅ　ｓｏｉｌ　ａｎｔｉ－ｓｃｏｕｒａｂｉｌｉｔｙ　ｈａｄ　ｎｏ　ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ　ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ　ｗｉｔｈ　ｓｐｅｃｉｅｓ
ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｉｎ　ｓｈｒｕｂ　ｌａｙｅｒ，ｂｕｔ　ｉｎ　ｈｅｒｂ　ｌａｙｅｒ，ｔｈｅｒｅ　ｗｅｒｅ　ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ　ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ　ｗｉｔｈ　ｓｐｅｃｉｅｓ　ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ．（３）Ｔｈｅ
ｓｏｉｌ　ｍｉｃｒｏｂｅ　ｃｏｕｎｔｓ　ａｎｄ　ｅｎｚｙｍｅ　ａｃｔｉｖｉｔｉｅｓ　ｉｎ　ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ　ｐａｔｔｅｒｎｓ　ｗｅｒｅ　ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ　ｈｉｇｈｅｒ　ｔｈａｎ　ＣＫ．ＢＺＱ
ｈａｄ　ｔｈｅ　ｍａｘｉｍｕｍ　ｓｏｉｌ　ｂａｃｔｅｒｉａ，ｆｕｎｇｉ　ａｎｄ　ａｃｔｉｎｏｍｙｃｅｔｅ，ａｌｓｏ　ｔｈｅ　ｈｉｇｈｅｓｔ　ｉｎｖｅｒｔａｓｅ，ｃａｔａｌａｓｅ，ｐｈｏｓｐｈａｔａｓｅ
ａｎｄ　ｕｒａｓｅ　ａｃｔｔｉｖｉｔｉｅｓ；ＣＢ　ｈａｄ　ｔｈｅ　ｍｉｎｉｍｕｍ　ｍｉｃｒｏｂｒ　ｃｏｕｎｔｓ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｌｏｗｅｓｔ　ｅｎｚｙｍｅ　ａｃｔｉｖｉｔｉｅｓ　ｉｎ　ｓａｍｅ　ｌａｙｅｒ．Ｂｙ
ｖａｒｉａｎｃｅ　ａｎａｌｙｓｉｓ，ｍｉｃｒｏｂｅ　ｃｏｕｎｔｓ　ａｎｄ　ｅｎｚｙｍｅ　ａｃｔｉｖｉｔｉｅｓ　ｈａｄ　ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ　ｉｎ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｐａｔｔｅｒｎｓ　ｕｎｄｅｒ
ｔｈｅ　ｓａｍｅ　ｌａｙｅｒ　ａｎｄ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｌａｙｅｒｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｓａｍｅ　ｐａｔｔｅｒｎ．Ｓｏｉｌ　ａｎｔｉ－ｓｃｏｕｒａｂｉｌｉｔｙ　ｗｅｒｅ　ｖｅｒｙ　ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ
ｐｏｓｉｔｉｖｅｌｙ　ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ　ｗｉｔｈ　ｉｎｖｅｒｔａｓｅ，ｃａｔａｌａｓｅ　ａｎｄ　ａｃｔｉｎｏｍｙｃｅｔｅ　ｃｏｕｎｔｓ，ａｎｄ　ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ　ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ　ｗｉｔｈ　ｔｏｔａｌ
ｂａｃｔｅｒｉａ　ａｎｄ　ｍｉｃｒｏｂｅ　ｃｏｕｎｔｓ．（４）Ｔｈｅ　ｏｒｄｅｒ　ｏｆ　ｆｉｎｅ　ｒｏｏｔ　ｂｉｏｍａｓｓ　ｉｎ　０－１０ｃｍ　ｓｏｉｌ　ｗａｓ　ＣＺ＞ＢＺＱ＞ＢＺ＞ＣＢ＞
ＢＬ＞ＬＺ，ａｎｄ　ｗａｓ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｗｉｔｈ　ｓｏｉｌ　ａｎｔｉ－ｓｃｏｕｒａｂｉｌｉｔｙ，ｗｈｉｃｈ　ｗｏｕｌｄ　ｄｕｅ　ｔｏ　ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ
ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｓｐｅｃｉｅｓ．
Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｃｕｐｒｅｓｓｕｓ　ｆｕｎｅｂｒｉｓ　Ｅｎｄｌ．；ｌｏｗ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ｓｔａｎｄｓ；ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ　ｐａｔｔｅｒｎ；ｓｏｉｌ　ａｎｔｉ－ｓｃｏｕｒａｂｉｌｉｔｙ
水土资源是人类生存最基本的条件，但是由于人类对水土资源长期不合理的利用，水土流失已成为当今世
界普遍关注的重大环境问题。土壤抗冲性指标是最能体现出区域水土流失过程和规律的指示指标之一。抗冲
性是朱显谟在１９５６年首次提出来的，随后在我国众多学者的努力下逐步深入、完善。大量研究表明，土壤的抗
冲性与土壤的紧实度、渗透性、容重、有机质、水分状况、水稳性团聚体有关［１］，生物结皮可以减少水土流失［２］，
对增强土壤的抗冲性方面也有一定的作用［３］。抗冲性与植被有着密切的关系，不同类型的植被其抗冲性能也
存在着差异［４］。植物根系对土壤抗冲性有较大的影响［５－６］。从已有的研究看，研究区域从研究初期的黄土区逐
步向长江流域［７］等地扩展，但对四川丘陵区涉及不多，土壤抗冲性与土壤微生物、土壤酶方面的研究更是鲜见
报道。柏木林是四川盆地丘陵区的主要森林类型，也是四川两大主要的低效林分之一。柏木低效林分的生境
质量较差，林相残败，树种单一，结构简单，林地土壤侵蚀严重，有的甚至出现剧烈沟蚀。德阳市地处长江上游
生态屏障的前沿，土壤侵蚀极大地影响着长江中下游各地的可持续发展和相关的重大工程建设，因此，本研究
以四川省德阳市旌阳区柏木低效林改造后的不同模式为研究对象，通过对土壤抗冲性与灌木与草本生物多样
性、土壤微生物、土壤酶等方面进行研究，以期为四川丘陵区植被恢复与水土流失防治提供一定的理论依据。
１　材料与方法
１．１　研究区概况
德阳市旌阳区（１０４°１５′－１０４°３５′Ｅ，３１°１′－３１°１９′Ｎ）位于四川盆地成都平原边缘，东邻中江县，西连绵竹
市和什邡市，北接罗江县，南靠广汉市。该区气候属中亚热带湿润性气候区，海拔４６０～５６１ｍ，常年平均气温
１６．０℃，最高气温３６．５℃，最低气温－６．７℃，温差４３．２℃。年平均日照时间１　２１５．４ｈ，年平均降雨量
８９３．４ｍｍ，其中夏季降雨量达５３６ｍｍ，占年平均降雨量的６０％，无霜期长达２７６ｄ。四季分明，气候温和，雨
量充沛，日照较少，但易发生低温冻害、干旱、洪涝等自然灾害。
表１　试验地概况
模式
主要
物种
平均高
度／ｍ
平均胸
径／ｃｍ
郁闭度
坡度／
（°）
坡向
土壤容重／
（ｇ·ｃｍ－３）
ＬＺ
麻栎 ５．９６　 ５．７４
０．７　 １２ 西 １．４０杂交竹 ６．３　 ３．６４
ＣＢ 柏木 ８．３９　 ７．４９　 ０．８　 １３ 西 １．４４
ＣＺ 杂交竹 ４．８３　 ３．０８　 ０．６　 １０ 西北 １．５０
柏木 ９．２７　 ９．９１
ＢＺＱ 杂交竹 ５．２３　 ２．２６　 ０．７　 １２ 西南 １．２７
桤木 ８．６３　 ８．４５
ＢＬ
柏木 ８．１０　 ７．１８
０．８　 １４ 西北 １．３１麻栎 ５．６８　 ４．１２
ＢＺ
柏木 ９．６７　 ９．４５
０．８　 １３ 西南 １．３９杂交竹 ９．０４　 ４．５１
１．２　研究方法
１．２．１　样地设置　柏木低效林改造前，柏木平均
胸径为５ｃｍ，平均高６ｍ，郁闭度０．７，整个林分的
生境质量较差，树种单一，生物多样性低，林地土壤
侵蚀严重。因此，在２００２年对柏木低效林进行了改
造，选择了５种模式：麻栎（Ｑｕｅｒｃｕｓ　ａｃｕｔｉｓｓｉｍａ
Ｃａｒｒｕｔｈ）＋ 杂 交 竹 （Ｂａｍｂｕｓａ　ｐｅｒｖａｒｉａｂｉｌｉｓ×
Ｄｅｎｄｒｏｃａｌａｍｏｐｓｉｓ　ｄａｉｉ）模式（ＬＺ）、纯杂交竹模式
（ＣＺ）、柏木（Ｃｕｐｒｅｓｓｕｓ　ｆｕｎｅｂｒｉｓ　Ｅｎｄｌ．）＋桤木
（Ａｌｎｕｓ　ｃｒｅｍａｓｔｏｇｙｎｅ　Ｂｕｒｋ．）＋ 杂 交 竹 模 式
（ＢＺＱ）、柏木＋麻栎模式（ＢＬ）、柏木＋杂交竹模式
（ＢＺ）。改造后对林地进行了封育管理。２０１０年
１２月在德阳市旌阳区旌阳水库旁，选取柏木低效林改造的５种模式，以及作对照的柏木纯林（ＣＢ）作为研究对
象。每个模式分别布设面积为２０ｍ×２０ｍ的样地３个，作为固定样地（表１）。
７７第１期 　　　 　　范川等：柏木低效林不同改造模式土壤抗冲性能
１．２．２　物种多样性调查　在不同模式的各固定样地内，对其各个样地分别进行灌、草植被的全面调查。在每
个样地内分别设置５个４ｍ×４ｍ和１ｍ×１ｍ的固定小样方调查灌木植物和草本植物，记录样方内物种的种
类、频度、均高、盖度以及密度，计算其重要值。物种多样性的测定方法较多，选择其中几种比较常用的测定方
法［８］：（１）丰富度指数，Ｒ＝（Ｓ－１）／ｌｎ　Ｎ；（２）Ｓｈａｎｎｏｎ－Ｗｉｅｎｅｒ多样性指数，Ｈ＝－∑（Ｎｉ／Ｎ）ｌｎ（Ｎｉ／Ｎ）；（３）
Ｓｉｍｐｓｏｎ优势度，Ｐ＝１－∑（Ｎｉ／Ｎ）２；（４）Ｐｉｅｌｏｕ均匀度指数，Ｊ＝Ｈ／ｌｎ　Ｓ。式中：Ｎ 为所有物种的总个体数；Ｓ
为物种总数。
１．２．３　样品采集与测定　分别在６个模式的各样地内按“Ｓ”形布点，选取多个点，根据罗正华［６－７］等的取样方
法，在每个点均按上（０－１０ｃｍ）、中（１０－２０ｃｍ）、下（２０－３０ｃｍ）３个层次利用环刀和塑料饭盒采集原状土
壤。同时再分别取０－１０ｃｍ表层土块，浸泡１２ｈ后测其土壤抗冲性。此外，再分别采集０－１０ｃｍ，１０－２０ｃｍ
约５００ｇ的混合样，迅速保鲜带回冷藏，以供土壤微生物、酶活性测定。每样地按照“Ｓ”形选择５个采样点，挖
掘２０ｃｍ×２０ｃｍ×１０ｃｍ的土柱，用孔径为０．５ｍｍ的筛子过筛，并拣出所有Φ≤２ｍｍ根系，编号后装入塑料
袋带回实验室，洗净，烘干测定其干重。
根据蒋定生等人［９］采用的原状土冲刷槽法中每１Ｌ水冲走的土样以评价试验土壤抗冲性。土壤酶测定采
用关松荫［１０］的方法：脲酶及蔗糖酶分别采用苯酚钠、水杨酸比色法；过氧化氢酶采用容量法；磷酸酶采用磷酸
苯二钠比色法。土壤微生物采用稀释平板法：细菌培养基为牛肉膏蛋白胨培养基，真菌培养基为马铃薯葡萄糖
琼脂培养基，放线菌培养基为高氏１号培养基。
１．２．４　数据处理分析　数据统计分析及图表生成采用 Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ　Ｅｘｃｅｌ软件，单因素方差分析（ｏｎｅ－ｗａｙ
ＡＮＯＶＡ）、相关性分析采用ＳＰＳＳ　２０．０软件进行。
图１　柏木低效林不同改造模式土壤抗冲性
２　结果与分析
２．１　柏木低效林不同改造模式土壤抗冲性能
由于水流对土壤的冲刷作用主要集中在表层土壤，所以本
文对土壤抗冲性的分析主要集中在表层土壤。由图１可知，表
层土壤抗冲性指标的大小排序为 ＢＺＱ（０．２１０ｇ／Ｌ）＜ＢＺ
（０．５２４ｇ／Ｌ）＜ＣＺ（０．７３６ｇ／Ｌ）＜ＢＬ（０．９４５ｇ／Ｌ）＜ＣＢ（１．７９６
ｇ／Ｌ）＜ＬＺ（３．９６７ｇ／Ｌ），其值越小，表明抗冲性能越大，反之抗
冲性能则小。因此，抗冲性能大小排序为ＢＺＱ＞ＢＺ＞ＣＺ＞ＢＬ
＞ＣＢ＞ＬＺ。可以看出，除ＬＺ外柏木低效林改造后土壤的抗冲
性能较对照明显增强，改造效果较好，但柏木纯林改造成麻栎＋杂交竹模式不但未提高林地土壤的抗冲性，反
而比纯林还有所下降。方差分析显示，柏木低效林分经改造后，ＢＬ和ＣＺ以及ＣＺ与ＢＺ之间差异不显著（ｐ＞
０．０５），但各模式均与对照差异显著（ｐ＜０．０５），表明在柏木纯林中间植其他树种能有效地提高林分土壤抗冲性。
２．２　灌、草层物种多样性对土壤抗冲性的影响
对试验地实际进行调查研究，发现其林下灌木层植物生长较少，草本植物相对更少。从图２可知，该试验
地各物种多样性指数均大致呈现出灌木层＞草本层的趋势。这可能是因为除ＣＺ和ＢＺＱ模式外，其他模式的
郁闭度仍相对较大，林下光照相对不充足，灌草层的生长受限，并且灌木相对草本而言，在格局上比草本占有较
大的光照优势，所以其草本层植物更少。该试验地其灌木层和草本层各物种多样性指数的大小顺序是不尽相
同的，但大致可以看出，总的灌木层各物种多样性指数以ＢＺＱ最高，ＣＢ和ＣＺ较低；草本层多样性则是ＢＬ最
高，其次是ＢＺＱ，ＬＺ最低。由表２可知，抗冲性能与灌木层和草本层物种总数（Ｓ）、丰富度指数（Ｒ）、Ｓｉｍｐｓｏｎ
优势度（Ｐ）、Ｓｈａｎｎｏｎ－Ｗｉｅｎｅｒ多样性指数（Ｈ）以及Ｐｉｅｌｏｕ均匀度指数（Ｊ）均呈正相关，但灌木层物种多样性对
抗冲性能影响不显著（ｐ＞０．０５），草本层物种多样性与抗冲性能呈显著正相关（ｐ＜０．０５）。随着草本层各物种
多样性指数的增加，土壤抗冲性能随之增强，并且草本层对抗冲性能的影响比灌木层大。ＬＺ草本层多样性最
低，其抗冲性也是最低，由此可见，草本层在抗冲性中所发挥的重要作用。
表２　土壤抗冲性指标与灌、草层物种多样性指数的相关性分析
指标
灌木层
Ｓ　 Ｒ　 Ｐ　 Ｈ　 Ｊ
草木层
Ｓ　 Ｒ　 Ｐ　 Ｈ　 Ｊ
抗冲性 －０．２８２ －０．２８３ －０．２０４ －０．２５８ －０．３２４ －０．５５２＊ －０．６３２＊＊ －０．５６０＊ －０．６９７＊＊ －０．６２２＊＊
　　注：＊表示显著相关（ｐ＜０．０５），＊＊表示极显著相关（ｐ＜０．０１）。下同。
８７ 水土保持学报　　　 　　 第２７卷
图２　柏木低效林不同改造模式植物多样性分析
２．３　土壤酶活性、微生物数量对土壤抗冲性的影响
据相关研究表明，土壤微生物主要集中在表层土壤中［１１］，所以本文对微生物的研究集中在上、中两层土
壤。由表３可知，同一层次不同模式间除ＢＺＱ和ＢＺ模式的上层土壤过氧化氢酶差异不显著外，同一层次不
同模式间各种酶活性，细菌、真菌、放线菌和总微生物数量均表现出差显著异，就同一模式而言，除ＬＺ中、下层
土壤脲酶活性和ＢＺ中、下层土壤过氧化氢酶活性差异不显著外，各模式各层次的土壤各种酶活性，细菌、真
菌、放线菌和总微生物数量均表现出显著差异。随着土层深度的增加，不同模式的土壤各种酶活性，细菌、真
菌、放线菌和总微生物数量均大致呈现出下降趋势，具有明显的表聚效应。一方面可能是由于土壤表层枯枝落
叶较下层丰富，为微生物的生长和繁殖提供了丰富的能源物质，因而养分含量，酶活性，细菌、真菌、放线菌和总
微生物数量明显较下层高；另一方面可能是随着土层下降，土壤温度随之也降低，抑制了土壤微生物的活动，土
壤酶活性减弱［１２］，二者共同推动土壤的生物化学过程，参与土壤中各种能量转化和代谢过程，包括土壤养分的
固定与释放，以及各种氧化还原反应等，因而使得土壤中的养分含量也随之减少［１０］，进而就造成了随着土层深
度增加，各模式土壤中各养分含量，酶活性，细菌、真菌、放线菌和总微生物数量均大致表现出下降趋势。
表３　不同改造模式土壤酶活性、微生物组成及数量分析
模式
类型
土壤
层次
蔗糖酶活性／
（ｍｇ·ｇ－１
·ｄ－１）
磷酸酶活性／
（ｍｇ　Ｐ２Ｏ５·
１００ｇ－１·２ｈ－１）
过氧化氢酶活性／
（ｍｌ　ＫＭｎＯ４·
ｇ－１·２０ｍｉｎ－１）
脲酶活性／
（ｍｇ·ｇ－１
·ｄ－１）
细菌数量／
（１０６　ＣＦＵ
·ｇ－１）
真菌数量／
（１０４　ＣＦＵ
·ｇ－１）
放线菌数量／
（１０５　ＣＦＵ
·ｇ－１）
总微生物数
量／（１０６　ＣＦＵ
·ｇ－１）
上层 ９．７４９ａ１　 １．４９１ａ１　 ０．２３３ａ１　 ０．０７５ａ１　 ７．３０ａ１　 １２．６４ａ１　 ０．７８ａ１　 ７．５０ａ１
ＬＺ 中层 ５．２５４①２　 １．１３６①２　 ０．１２３①２　 ０．０６８①２　 ３．０２①２　 ８．６７①２　 ０．０６①２　 ３．１２①２
下层 ５．２１８⑴３　 ０．１４５⑴３　 ０．１１５⑴３　 ０．０６６⑴２ － － － －
上层 ２１．１４８ｂ１　 １．５８１ｂ１　 ０．２４８ｂ１　 ０．１７８ｂ１　 １２．９３ｂ１　 １０．４２ｂ１　 ５．７９ｂ１　 １３．６１ｂ１
ＣＢ 中层 １４．２５５②２　 １．０６３②２　 ０．２４２②２　 ０．１０５②２　 １．７６②２　 ２．８６②２　 ２．３１②２　 ２．０２②２
下层 ６．５４４⑵３　 ０．６３２⑵３　 ０．２３０⑵３　 ０．０８２⑵３ － － － －
上层 ３９．３３３ｃ１　 １．１８６ｃ１　 ０．２６７ｃ１　 ０．３５３ｃ１　 ２２．８３ｃ１　 ７．８１ｃ１　 １３．７０ｃ１　 ２４．２７ｃ１
ＣＺ 中层 ２５．６５９③２　 １．００７③２　 ０．２６７③１　 ０．２４９③２　 １２．９１③２　 １．３１③２　 ８．７５③２　 １３．８０③２
下层 ４．２４０⑶３　 ０．４８６⑶３　 ０．１３２⑶２　 ０．０５０⑶３ － － － －
上层 ３３．６１５ｄ１　 ２．１５７ｄ１　 ０．２６５ｄ１　 ０．５２１ｄ１　 ４３．８０ｄ１　 １５．３３ｄ１　 ２０．７２ｄ１　 ４５．９６ｄ１
ＢＺＱ 中层 １７．８６６④２　 １．３４８④２　 ０．２６０④２　 ０．２７３④２　 ４２．４７④２　 ２．３６④２　 ５．６３④２　 ４３．０４④２
下层 ８．３６５⑷３　 ０．６８９⑷３　 ０．２５９⑷２　 ０．１６７⑷３ － － － －
上层 ２２．７６２ｅ１　 １．９０４ｅ１　 ０．２５０ｅ１　 ０．１３３ｅ１　 １１．８６ｅ１　 ４．０７ｅ１　 ２８．４９ｅ１　 １４．７５ｅ１
ＢＬ 中层 １６．６２０⑤２　 １．３４３⑤２　 ０．２３０⑤２　 ０．１００⑤２　 ８．４３⑤２　 ３．３８⑤２　 ９．０７⑤２　 ９．３７⑤２
下层 １５．３１２⑸３　 ０．７１０⑸３　 ０．２２４⑸３　 ０．０９２⑸３ － － － －
上层 １６．１９２ｆ１　 １．３０１ｆ１　 ０．２６４ｄ１　 ０．４６６ｆ１　 １３．３０ｆ１　 ９．３４ｆ１　 ７．１９ｆ１　 １４．１８ｆ１
ＢＺ 中层 ７．１２６⑥２　 ０．７７２⑥２　 ０．２５３⑥２　 ０．２４７⑥２　 １３．２７⑥２　 ０．６１⑥２　 ５．４８⑥２　 １３．８４⑥２
下层 ４．７６８⑹３　 ０．４７６⑹３　 ０．２５１⑹２　 ０．１３６⑹３ － － － －
　　注：同一列不同小写字母表示同一上层土壤不同模式间差异显著（ｐ＜０．０５），同一列带圈不同数字表示同一中层土壤不同模式间差异显著
（ｐ＜０．０５），同一列带括号的不同数字表示同一下层土壤不同模式间差异显著（ｐ＜０．０５），同一列不同的上标数字表示同一模式中不同土
层间差异显著（ｐ＜０．０５）。
在上层土壤中，土壤蔗糖酶活性、过氧化氢酶活性、细菌数量和总微生物数量均以ＣＺ和ＢＺＱ模式相对较
高，ＢＬ、ＢＺ、ＣＢ模式次之，ＬＺ模式相对最低；磷酸酶活性以ＢＺＱ和ＢＬ模式相对较高，ＣＢ、ＬＺ、ＢＺ模式次之，
ＣＺ模式相对最低；脲酶活性以ＢＺＱ和ＢＺ模式相对较高，ＣＺ、ＣＢ和ＢＬ模式次之，ＬＺ模式相对最低；真菌数量
依次为ＢＺＱ＞ＬＺ＞ＣＢ＞ＢＺ＞ＣＺ＞ＢＬ；放线菌数量依次为ＢＬ＞ＢＺＱ＞ＣＺ＞ＢＺ＞ＣＢ＞ＬＺ。在土壤中层，土壤
蔗糖酶活性、过氧化氢酶活性和脲酶活性均以ＣＺ和ＢＺＱ模式相对较高，ＢＬ、ＣＢ和ＢＺ模式次之，ＬＺ模式相
９７第１期 　　　 　　范川等：柏木低效林不同改造模式土壤抗冲性能
对最低；磷酸酶活性以ＢＺＱ模式相对较高，ＢＬ、ＬＺ和ＣＢ模式次之，ＢＺ和ＣＺ模式相对较小；细菌数量和总微
生物数量均依次为ＢＺＱ＞ＢＺ＞ＣＺ＞ＢＬ＞ＬＺ＞ＣＢ；真菌数量依次为ＬＺ＞ＢＬ＞ＣＢ＞ＢＺＱ＞ＣＺ＞ＢＺ；放线菌数
量依次为ＢＬ＞ＣＺ＞ＢＺＱ＞ＢＺ＞ＣＢ＞ＬＺ。土壤下层，蔗糖酶依次为ＢＬ＞ＢＺＱ＞ＣＢ＞ＬＺ＞ＢＺ＞ＣＺ，磷酸酶活
性依次为ＢＬ＞ＢＺＱ＞ＣＢ＞ＣＺ＞ＢＺ＞ＬＺ，过氧化氢酶活性和脲酶活性均以ＢＺＱ和ＢＬ模式相对较高，ＢＬ和
ＣＢ次之，ＣＺ和ＬＺ模式相对较小。
上述结果表明，各层次的土壤各种酶活性，细菌、真菌、放线菌和总微生物数量的大小顺序均不尽相同，这
可能与不同模式林地物种种类及其凋落物多样性、凋落物量、根系分布、根系分泌物及其分解速率不同有
关［５，１３］。但大致可以看出，土壤各种酶活性，细菌、真菌、放线菌和总微生物数量均以ＢＺＱ模式相对较高，ＣＢ
和ＬＺ模式相对最低。较多柏木低效林改造模式，其改造后的土壤酶活性、微生物数量较改造前明显提高，改
造效果较好。经分析可知，抗冲性能与蔗糖酶活性、过氧化氢酶活性、脲酶活性和放线菌数量均呈极显著正相
关，与细菌数量和总微生物数量均呈显著正相关。即随着蔗糖酶、过氧化氢酶、脲酶活性，细菌、放线菌和总微
生物数量的增加，其抗冲性能随之增强。
图３　柏木低效林不同改造模式
０－１０ｃｍ土层细根生物量
２．４　细根生物量对土壤抗冲性的影响
细根一般是指直径≤２ｍｍ根系。细根既能吸收土壤中
养分和水分，又能起固定植株的作用。细根的死亡分解可向
土壤中释放出大量的营养物质，细根通过死亡和分泌等过程，
向土壤提供胶结物质，促进土壤中水稳性团聚体的形成，有效
地改善了土壤理化性质；根系通过穿插，能够固持、稳定土层
结构，从而提高土壤抗冲性。在柏木低效林改造模式中０－
１０ｃｍ土层的细根生物量大小依次为ＣＺ＞ＢＺＱ＞ＢＺ＞ＣＢ＞
ＢＬ＞ＬＺ（图３）。一般来说根系密度越大，土壤抗冲性就越
高。但本文中０－１０ｃｍ土层的根系生物量与抗冲性的排序
（ＢＺＱ＞ＢＺ＞ＣＺ＞ＢＬ＞ＣＢ＞ＬＺ）并不相同，表明细根生物量不是评价抗冲性的最佳指标。此种现象在徐文远
等［１４］的研究中也有体现，卢立霞等［１５］认为虽然根系对于土壤抗冲性有着巨大的增强效应，但不同植物物种的
效应大小也不相同，所以评价植物对土壤抗冲性的增强效应还应考虑各种植物根系的形态学特征以及根系表
面的生物学特性等。
３　讨 论
林分改造模式主要改变了乔木层的组成，导致林下灌木与草本层组成及分布发生了变化，最终影响了土壤
抗冲性能。灌、草层物种数、丰富度指数、Ｓｈａｎｎｏｎ－Ｗｉｅｎｅｒ多样性指数和Ｐｉｅｌｏｕ均匀度指数除ＬＺ和ＣＺ模式
外，均较对照模式大。盖度显著增大，加大了灌、草层对雨水的截留，有效防止了雨水对地表溅蚀，保护了土壤
的团粒结构；加之合理的复层结构，使得地表枯落物较多，有利于微生物的生长，林褥层厚，能分散或消除上方
袭来的径流以及强化了土壤通透性和蓄水容量，削弱了径流对土壤的直接冲刷和侵蚀能力，进而增强了土壤的
抗冲性能［１６］。相关性分析表明，草本层各物种多样性指数与土壤抗冲性呈显著或极显著正相关。而ＣＢ和ＬＺ
模式土壤抗冲性较小，主要与树种的生物学特性有关：麻栎属于深根性树种；杂交竹呈簇状分布，其根系影响范
围有限。然而在ＢＺＱ混交模式中，柏木、桤木、杂交竹等植物细根密集交叉呈网状分布于表层土壤中，与石培
礼等［１７］的研究类似。从本研究还可看出，虽然灌木层与草本层物种多样性与土壤的抗冲性都呈正相关，但灌
木层与抗冲性相关并不显著，而草本层则呈显著性相关。因此，草本层生物多样性对抗冲性的影响比灌木层
大。这可能与灌木的根系主要分布于０－２０ｃｍ，而草本的根系主要分布于０－１０ｃｍ有密切关系。
王万忠等［１８］指出，影响土壤抗冲性强度取决于两方面：一是植物根系的分布、盘绕、固结作用；二是有机无
机复合体的胶结作用。植物根系盘绕、固结土壤的作用和有机无机复合体的胶结作用，可以增强土壤的抗侵蚀
性能［５］。从本研究来看，虽然细根生物量会影响土壤的抗冲性，但不同物种生物学特性的差异会使得根系在根
土界面上的行为方式有所不同，从而出现了ＣＺ模式的细根生物量大于ＢＺＱ，但抗冲性却是ＢＺＱ＞ＣＺ的现象。
除此之外，研究细根对土壤抗冲性的影响，还应考虑根系质量、分泌物、周转、根系的比表面积和比根长等。
林分改造主要改变了乔木层的组成，同时也使林下灌木与草本层组成及分布发生了变化，从而导致凋落物
组成发生变化。大量的研究表明，凋落物组成复杂的比单一的在分解过程中导致微生物数量或者多样性程度
０８ 水土保持学报　　　 　　 第２７卷
高［１９］，但也并不是组成复杂就一定会导致微生物多样性增加［２０］，这是因为还和凋落物的质量有关。张圣喜
等［２１］认为凋落物的碳氮比和木质素与氮比低，能导致更多的微生物生物量。土壤微生物和植物凋落物是土壤
酶的主要来源，同时土壤酶又是土壤中的生物催化剂，促进土壤的生物化学过程，参与土壤中各种能量流动和
物质循环过程［１０］。土壤酶活性与凋落物的质量也有密切关系。据荣丽等［２２］的研究，土壤脲酶活性与细根
Ｃ／Ｎ、纤维素绝对含量呈显著负相关；多酚氧化酶活性与细根纤维素绝对含量呈显著负相关。本研究中，除ＬＺ
模式外，土壤酶活性、微生物数量以及灌、草层物种多样性均比对照较大。乔木层和灌、草层越丰富，林分内各
组分凋落物混合更易分解释放养分，因而土壤中各种养分含量随之增加，并为土壤动物、微生物的生长创造了
有利条件，提高了土壤动物、微生物的繁殖速度和活性，土壤微生物数量的增加能促进土壤团聚体的形成。土
壤抗冲性随土壤中水稳性团聚体含量和微生物量的增加而增大［２３］。总之，通过土壤动物、微生物、酶共同的作
用改良了土壤结构，使土壤抗冲性增强。
４　结 论
由于水流对土壤的冲刷作用主要集中在表层土壤，因此本文只研究０－１０ｃｍ土层的抗冲性是合理的。通
过对柏木低效林进行采伐重造、间伐引入新的物种能够有效改善林地生物多样性，提高土壤微生物多样性和酶
活性，能显著提升整个人工林生态系统服务功能。草本植物多样性对土壤抗冲性的影响比灌木更大。土壤抗
冲性能随着蔗糖酶活性、过氧化氢酶活性、脲酶活性、放线菌数量、细菌数量和总的微生物数量增加而增加。通
过多种因素综合作用，土壤抗冲性能大小呈现出ＢＺＱ＞ＢＺ＞ＣＺ＞ＢＬ＞ＣＢ＞ＬＺ的规律。ＢＺＱ、ＢＺ、ＣＺ、ＢＬ模
式不论在土壤酶活性、微生物数量及抗冲性上均较ＣＢ模式高，可以推广，而ＬＺ模式均较低，建议不采用。
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