全 文 ：第 50 卷 第 6 期
2 0 1 4 年 6 月
林 业 科 学
SCIENTIA SILVAE SINICAE
Vol. 50，No. 6
Jun．，2 0 1 4
doi:10．11707 / j．1001-7488．20140614
收稿日期: 2013 － 02 － 07; 修回日期: 2014 － 03 － 17。
基金项目: 国家“十二五”科技支撑项目(2011BAC09B05) ; 国家林业局中央财政林业科技推广示范(2010TK55) ;四川省科技支撑计划项
目(2010NZ0049)。
﹡李贤伟为通讯作者。
柏木低效林改造不同模式土壤抗蚀性对比*
范 川1 周义贵1 李贤伟1 张 健1 廖洪流2 李凤汀1，3 冯茂松1
(1．四川农业大学林学院 长江上游林业生态工程四川省重点实验室 雅安 625014;
2． 德阳市林业局 德阳 618000; 3． 雅安市林业局 雅安 625000)
摘 要: 以四川省德阳市旌阳区低效柏木林改造 8 年后的 6 种模式(栎竹模式、撑绿杂交竹模式、柏竹桤模式、柏
栎模式、柏竹模式和柏木纯林)为对象研究土壤抗蚀性。结果表明: 1) 不同改造模式对土壤物理性质、有机质、细
根含量及水稳性团聚体都有显著性的影响(P ＜ 0. 05)，其中土壤物理性质以柏竹桤最好，撑绿杂交竹最差; 土壤有
机质含量依次为柏竹桤 ＞柏竹 ＞柏栎 ＞柏木 ＞栎竹 ＞撑绿杂交竹; 细根含量则为撑绿杂交竹 ＞柏竹桤 ＞柏竹 ＞柏
木 ＞柏栎 ＞栎竹; 水稳性团聚体柏竹桤 ＞柏栎 ＞柏竹 ＞柏木 ＞撑绿杂交竹 ＞栎竹。2) 对 14 个指标的主成分分析
结果表明: 不同模式下土壤抗蚀性的相对大小与水稳性团聚体一致，各指标中水稳性团聚体对抗蚀性贡献率最大
(58. 93% )。3) 综合比较，柏竹桤模式在柏木人工林改造后生态系统服务功能显著提升，适宜在该地区推广。适
宜的改造模式能够提高林地土壤的抗蚀性，减少水土流失，而不当的模式则会加剧水土流失，因此柏木低效林改造
过程中，应选择合适的模式营建柏木混交林，对全砍重造要慎重。
关键词: 柏木; 低效林; 改造模式; 土壤抗蚀性
中图分类号: S157. 1; S714. 7 文献标识码: A 文章编号: 1001 － 7488(2014)06 － 0107 － 08
Comparison of Soil Anti-Erodibility of Different Modes for Ｒeforming
Low Efficiency Stands of Cupressus funebris
Fan Chuan1 Zhou Yigui1 Li Xianwei1 Zhang Jian1 Liao Hongliu2 Li Fengting1，3 Feng Maosong1
(1 ． Provincial Key Laboratory of Ecological Forestry Engineering College of Forestry，Sichuan Agricultural University Ya’an 625014;
2 ． Forestry Bureau of Deyang Deyang 618000; 3 ． Forestry Bureau of Ya’an Ya’an 625000)
Abstract: Large-area Cupressus funebris pure forests constructed for protection forests in Yangtze are a major forest
type in hilly area Sichuan Basin，but are one of the two major low efficiency stands in Sichuan due to reasons． The
plantations were reconstructed with planting different plant species in 2002 ． In this study，6 planting patterns ［C．
funebris and Bambusa pervariabilis × Dendrocalamopsis daii (BZ)，Quercus acutissima and B． pervariabilis × D． daii
( LZ)，Q． acutissima and C． funebris ( BL)，B． pervariabilis × D． daii and C． funebris and Alnus cremastogyne
(BZQ)，Bambusa pervariabilis，Dendrocalamopsis daii ( CZ) and C． funebris pure forest］ were selected to compare
their soil anti-erodibility． The study area was located at Jingyang District，Deyang City， Sichuan Province． The
experiment of soil anti-erodibility in different vegetable patterns was conducted in December 2010 ． The main results
were: 1) There was significant influence of the reformation on soil physical properties，soil organic matter contents，fine
root contents and water stable aggregates ( P ＜ 0. 05) ． Soil physical properties in BZQ were the best and those in CZ
were the worst． The soil organic matter content was in the order: BZQ ＞ BZ ＞ BL ＞ CB ＞ LZ ＞ CZ; the fine root
contents were in the order: CZ ＞ BZQ ＞ BZ ＞ CB ＞ BL ＞ LZ; water stable aggregates were in the order: BZQ ＞
BL ＞ BZ ＞ CB ＞ CZ ＞ LZ． 2 ) Principal component analysis indicated that the sequences of soil anti-erodibility and
water stable aggregates contents were fully consistent; the water stable aggregates were the largest contribution
(58. 93% ) to the soil anti-erodibility in all parameters． Moreover， stepwise regression demonstrated that the
comprehensive evaluation value was Y = 97. 236 + 1. 889X5 ( P ＜ 0. 01，Ｒ
2 = 1. 00 ) ． Comprehensive analysis of the
above parameters showed that BZQ enhanced the ecological functions of C． funebris forests in Sichuan hilly area;
林 业 科 学 50 卷
consequently，BZQ was the best planting pattern among five patterns studied． This study suggests that the pattern
selection is very important，and clearcutting should especially be careful． The appropriate pattern could improve soil
corrosion resistance and reduce soil erosion，whereas improper patterns would exacerbate soil erosion．
Key words: Cupressus funebris; low efficiency stands; reconstructing patterns; soil anti-erodibility
土壤抗蚀性是指土壤抵抗水的分散和悬浮的
能力。在土壤抗蚀性的研究中，不同研究者在理
论、方法、试验装置、评价指标等方面均存在较大
差异(牛德奎等，2004 )，但大部分研究是在一定
的控制条件下通过测定土壤流失量或以土壤的某
些性质作为土壤抗蚀性指标，进而对土壤抗蚀性
进行评价(黄进等，2010)。关于土壤抗蚀性的评
价，国内外还没形成统一的评价体系，对各指标的
权重及作用也没有一致的结论，影响了土壤抗蚀
性评价的客观性。常见的评价指标有抗蚀指数、
有机质、水稳性团聚体、团聚度、团聚状况、分散
率、分 散 系 数 等 (赵 洋 毅 等，2008; 周 刚 等，
2008)。抗蚀性大小不仅与土壤内在的理化性质
密切相关(任改等，2009; 董慧霞等，2008)，还与
植被因素有着十分密切的关系，同时植被也会影
响土壤理化性质。相关研究表明:无林地土壤抗
蚀性小于有林地(吴鹏等，2012; 黄进等，2010)，
而不同植被下的土壤抗蚀性有明显的差异 (任改
等，2009; 丛日亮等，2010)。阔叶林地抗蚀性 ＞
灌木林地 ＞草地(赵洋毅等，2007)。林地土壤抗
蚀 性 青 冈 ( Cyclobalanopsis glauca ) 林 ＞ 香 樟
(Cinnamomum camphora) 林 ＞ 杉木 ( Cunninghamia
lanceolata)林 ＞ 马尾松 ( Pinus massoniana) 林 ＞ 毛
竹 ( Phyllostachys edulis ) 林 ＞ 板 栗 ( Castanea
mollissima) 林(黄进等，2010)。植被主要通过植
物根系(卢喜平等，2004; 董慧霞等，2007; 许文
远等，2011 )、凋落物及其分解速率 (任改等，
2009; 黄进等，2010; 吴鹏等，2012)以及由植被
引起的环境因子的变化等影响土壤的抗蚀性。
四川盆地川中丘陵区是水土流失严重的典型生
态脆弱区。柏木 (Cupressus funebris) 林是四川盆地
丘陵区的主要森林类型，在 20 世纪 80 年代的长江
防护林工程建设中营建的柏木人工林因种种原因形
成低效林分，其生境质量较差，林相残败，树种单一，
结构简单，林地土壤侵蚀严重，生态系统服务功能低
下。严重的土壤侵蚀极大地影响着长江中下游经济
社会的可持续发展和相关重大水利工程效益的长久
发挥。因此，本研究以四川省德阳市旌阳区柏木低
效林改造不同模式为研究对象，通过对土壤抗蚀性
众多指标进行分析，筛选影响土壤抗蚀性的主要因
素，评价不同模式下林地土壤抗蚀性，以期为低效林
分改造、提高人工林生态系统服务功能提供模式选
择与理论基础。
1 研究区域与研究方法
1. 1 研究区概况
试验地设置在德阳市旌阳区 ( 104° 15—104°
35E，31°1—31°19N)旌阳水库。旌阳区位于四川
盆地成都平原边缘，旌阳水库位于德阳市中心东北
的旌阳乡水库村。该区属中亚热带湿润型气候，海
拔 460 ～ 561 m，常年平均气温 16. 0 ℃，最高气温
36. 5 ℃，最低气温 － 6. 7 ℃ ; 土壤为紫色土; 年平
均日照时数 1 215. 4 h，年平均降雨量 893. 4 mm，其
中夏季降雨量达 536 mm，占年平均降雨量的 60%，
无霜期长达 276 天; 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。
1. 2 研究方法
1. 2. 1 样地设置 在改造前的 2002 年，柏木平均
胸径为 5 cm，平均树高 6 m，郁闭度 0. 6，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。当年结合四川省林业厅“双百工
程”项目实施计划，对柏木低效人工林进行改造，
采取乔木层全砍重造、林隙造林和林下补植方式
建立 改 造 试 验 示 范 基 地 113 hm2，即: 麻 栎
( Quercus acutissima ) + 撑 绿 杂 交 竹 ( Bambusa
pervariabilis × Dendrocalamopsis daii)模式 (栎竹)、
撑绿杂交竹模式、柏木 + 桤木( Alnus cremastogyne)
+撑绿杂交竹模式(柏竹桤)、柏木 +麻栎模式(柏
栎)、柏木 +撑绿杂交竹模式(柏竹)。改造后对水
库周围林地建立围栏，实施封育管理。2010 年 12
月选取经过改造、立地基本一致的 5 种模式及柏
木纯林(对照)进行研究，每个模式分别布设 20 m
× 20 m 的样地 3 个，作为固定样地，样地基本情况
见表 1。
1. 2. 2 样品采集及测定 每样地按照“S”型确定 3
个采样点单独采样，每点采集 20 cm × 20 cm × 20 cm
的原状土块，共采集 54 块。土壤样品用铝制方形盒
801
第 6 期 范 川等: 柏木低效林改造不同模式土壤抗蚀性对比
表 1 试验地概况
Tab． 1 The profile of the experimental plots
模式类型
Patterns
主要物种
Species
平均树高
Height /m
平均胸径
DBH /cm
郁闭度
Crown
density
坡度
Slope /
( °)
坡向
Aspect
林下植被
Understory vegetation
栎竹 LZ
麻栎 Quercus acutissima
撑绿杂交竹 Bambusa pervariabilis ×
Dendrocalamopsis daii
5. 96
6. 3
5. 74
3. 64
0. 7 12 西
West
鸭跖草 Commelina communis、苔草
Carex callitrichos， 总 盖 度
Coverage 10% ．
柏木 CB 柏木 Cupressus funebris 8. 39 7. 49 0. 8 13
西
West
苔 草 Carex callitrichos、鸭 跖 草
Commelina communis、荔枝草 Salvia
plebeia，总盖度 Coverage 70% ．
撑绿杂交竹
CZ
撑绿杂交竹 Bambusa pervariabilis ×
Dendrocalamopsis daii
4. 83 3. 08 0. 6 10 西北
Northwest
南蛇藤 Celastrus orbiculatus、多毛青
藤 Illigera cordata var． mollissima、鸭
跖草 Commelina communis，总盖度
Coverage 15% ．
柏竹桤
BZQ
柏木 Cupressus funebris
撑绿杂交竹 Bambusa pervariabilis ×
Dendrocalamopsis daii
9. 27
5. 23
9. 91
2. 26
0. 7
桤木 Alnus cremastogyne 8. 63 8. 45 12
西南
Southwest
苔 草 Carex callitrichos、鸭 跖 草
Commelina communis、尖 齿 耳 蕨
Polystichum acutidens、艾 草 Blumea
hieracifolia 总盖度 Coverage 25%。
柏栎 BL
柏木 Cupressus funebris
麻栎 Quercus acutissima
8. 1
5. 68
7. 18
4. 12
0. 8 14 西北
Northwest
鸢 尾 Iris tectorum、苔 草 Carex
callitrichos、 鸭 跖 草 Commelina
communis 总盖度 Coverage 10% ．
柏竹 BZ
柏木 Cupressus funebris
撑绿杂交竹 Bambusa pervariabilis ×
Dendrocalamopsis daii
9. 67
9. 04
9. 45
4. 51
0. 8 13 西南
Southwest
苔 草 Carex callitrichos、鸭 跖 草
Commelina communis、尖 齿 耳 蕨
Polystichum acutidens 总 盖 度
Coverage 15% ．
子包装并及时运回实验室。在采集和运输过程中尽
量减少对土样的扰动，以免破坏土壤结构。土壤密
度及孔隙度用环刀法(陈立新，2005)。土壤抗蚀性
采用静水崩解法测定(王忠林等，2000)。水稳性团
聚体采用沙维诺夫湿筛法测定(董慧霞等，2008)。
取大团聚体中 ＞ 5 mm 土粒，用直径5 mm孔的筛子
选取直径 5 ～ 7 mm 的土壤团粒体 150 粒，进行水浸
试验，每次 30 粒，5 次重复，取平均值。每隔 1 min
记录崩塌的土粒数，连续记录 10 min，然后计算抗蚀
指数。有机质的测定采用硫酸 － 重铬酸钾加热法
(陈立新，2005)。20 cm × 20 cm × 20 cm 的原状土
块取完土样后，将根系放在 0. 5 mm 细筛网中反复
冲洗，获取干净植株根，将直径≤2 mm 的细根在 80
℃恒温烘干至恒重，测其生物量。
1. 2. 3 数据处理与统计分析 选取与抗蚀性密切
相关的水稳性团聚体、土壤物理性质、有机质、细
根含量 4 类 14 个指标: 水稳性指数 X 1 ; 抗蚀指
数 X 2 ; ＞ 5 mm 水稳性团聚体数量 X 3 ;0. 5 ～ 5
mm 水稳性团聚体数量 X 4 ; 0. 25 ～ 0. 5 mm 水稳
性团聚体数量 X 5 ; 有机质含量 X 6 ; 非毛管孔隙
度 X 7 ; 毛管孔隙度 X 8 ; 总孔隙度 X 9 ; 结构性颗
粒指数 X 10 ; 土壤密度 X 11 ; 水稳性团聚体平均质
量直径 X 12 ; ＜ 0. 01 mm 物理性黏粒含量 X 13，0 ～
20 cm 土壤根系含量 X 14。
其中，X1 = (∑Pi Ki+Pj) /A: Pi表示第 i 分钟分
散的土粒数，Ki表示第 i 分钟的校正系数，Pj表示
j 分钟内没有分散的土粒数，A 表示试验的土粒总
数; j，i—1，2，3，… ，10;
X2 = (总土粒数 －崩塌土粒数) /土粒总数 ×100% ;
X10 =黏粒 ( ＜ 0. 001 mm)含量 /粉粒 (0. 001 ～
0. 05 mm)含量;
X12 =∑xi wi: xi为任一粒级范围内水稳性团聚
体的平均直径，wi为对应于 xi的团聚体百分含量;
其他指标采用常规方法进行计算。
数据统计及图表生成分别采用 Microsoft office
2007 和 Origin 8. 0 软件进行，运用统计软件 SPSS
19. 0 采用 one-way ANOVA 来分析模式对各指标的
影响，采用 Duncan 法(P ＜ 0. 05)评价差异显著性。
901
林 业 科 学 50 卷
用 Pearson 相关系数法评价指标间的关系。
2 结果与分析
2. 1 不同改造模式对土壤水稳性团聚体的影响
从图 1 可以看出，不同模式中水稳性团聚体指
标具有显著性差异(P ＜ 0. 05)。其中，柏竹桤模式
水稳性团聚体指标相对较高，但从各粒级来看并不
都是最大的:水稳性指数、0. 5 ～ 5 mm 水稳性团聚
体、0. 25 ～ 0. 5 mm 水稳性团聚体、水稳性团聚体平
均质量直径都是最大的，而 ＞ 5 mm 的水稳性团聚体
却排在第 2，表明柏竹桤模式下的较小粒级团聚体
含量明显高于其他模式。柏栎则次之，只有 ＞ 5 mm
水稳性团聚体最大，其他的指标都是第 2，表明柏栎
模式中大粒级团聚体含量明显较高。栎竹模式中水
稳性团聚体指标最小，其中水稳性指数、0. 5 ～ 5 mm
水稳性团聚体、0. 25 ～ 0. 5 mm 水稳性团聚体、水
稳性团聚体平均质量直径在几种模式中都是最小
的。柏竹桤、柏栎、柏竹 3 种模式的水稳性团聚体
指标基本上都大于柏木模式，但是栎竹、撑绿杂交
竹则小于柏木，说明柏竹桤、柏栎、柏竹 3 种改造
模式有助于提高团聚体含量，但柏竹桤中明显提
高的是较小粒级团聚体，柏栎模式中明显提高的
是大粒级团聚体，而栎竹、撑绿杂交竹林地团聚体
含量则显著降低。
图 1 不同模式下的水稳性团聚体特征
Fig． 1 Water stable aggregates among different patterns
X1 :水稳性指数 Water stable index; X3 : ＞ 5 mm 水稳性团聚体 ＞ 5 mm water stable aggregates; X4 :0. 5 ～ 5 mm 水稳性团聚体 0. 5 ～ 5 mm
water stable aggregates;X5 :0. 25 ～ 0. 5 mm 水稳性团聚体 0. 25 ～ 0. 5 mm water stable aggregates;X12 :水稳性团聚体平均质量直径 Mean
weight diameter of water stable aggregates．不同小写字母表示某一指标在模式间差异显著(P ＜ 0. 05)，下同。Different small letters mean
significant difference among different patterns(P ＜ 0. 05)，the same below．
2. 2 不同改造模式对土壤物理性质的影响
从图 2 可以看出不同改造模式中土壤物理性质
有显著性差异(P ＜ 0. 05)，其中柏竹桤、撑绿杂交竹
模式的土壤抗蚀指数最大，柏竹桤模式非毛管孔隙
度、毛管孔隙度和总孔隙度最大(图 2A)，相应地土
壤密度最小(图 2B)。撑绿杂交竹模式的土壤密度
和 ＜ 0. 01 mm 物理性黏粒含量最大，同时与土壤密
度相适应的毛管孔隙度、总孔隙度最小。栎竹的土
壤抗蚀指数最低，毛管孔隙度却是最大的，但非毛管
孔隙度最低，因此，总孔隙度较小。结构性颗粒指数
柏栎模式最大且和其他模式间差异显著，而其他模
式间差异不显著。综上可以看出，柏竹桤模式土壤
物理性质的改善效果显著，而撑绿杂交竹不但未改
善，反而有所降低。
2. 3 不同改造模式对土壤有机质的影响
有机质是水稳性团粒的主要胶结剂，有机质及其
他养分含量的增加，能够促进土壤中团粒结构的形
成。土壤有机质含量依次为 柏 竹桤 ＞ 柏 竹 ＞
柏栎 ＞柏木 ＞栎竹 ＞撑绿杂交竹(图 3A)。柏竹桤
模式有机质含量最高(35. 09 g·kg － 1 )，撑绿杂交竹
最低(16. 83 g·kg － 1 )，还不足柏竹桤有机质含量的
50% ; 撑绿杂交竹与含量倒数第 2 的栎竹相比，也
011
第 6 期 范 川等: 柏木低效林改造不同模式土壤抗蚀性对比
只有栎竹的 67%。可见撑绿杂交竹有机质含量与
其他模式有较大差距，其他模式间差距相对较小，但
都达到了 5%的显著水平。柏竹桤、柏竹、柏栎 3 种
改造模式的土壤有机质含量均显著大于对照的柏木
(P ＜ 0. 05)，栎竹、撑绿杂交竹 2 种模式中的土壤有
机质显著小于柏木，表明柏竹桤、柏竹、柏栎模式土
壤有机质明显提高，栎竹、撑绿杂交竹 2 种模式有
机质含量相对柏木模式显著下降。
图 2 不同改造模式下土壤物理性质
Fig． 2 Soil physical properties of different patterns
X2 :抗蚀指数 Index of soil anti-scouring; X7 :非毛管孔隙度 Noncapillary porosity; X8 :毛管孔隙度 Capillary porosity; X9 :总孔隙度 Total
porosity; X10 :结构性颗粒指数 Index of structural particle; X11 :土壤密度 Density; X13 : ＜ 0. 01 mm 物理性黏粒含量 ＜ 0. 01 mm physical
clay content．
图 3 不同改造模式下土壤有机质及细根含量
Fig． 3 Soil organic matter and fine root content of different patterns
2. 4 不同改造模式对林地细根含量的影响
从图 3B 看出各模式中 0 ～ 20 cm 细根含量差异
显著(P ＜ 0. 05)，其大小顺序为撑绿杂交竹 ＞ 柏竹
桤 ＞ 柏竹 ＞ 柏木 ＞ 柏栎 ＞ 栎竹，只有柏栎、栎竹
模式间细根含量差异不显著(P ＞ 0. 05)。在几个改
造模式中撑绿杂交竹模式细根含量最高 ( 17. 26
t·hm － 2)，远高于其他模式，柏竹桤模式次之 (6. 49
t·hm － 2)，还不足撑绿杂交竹的 50%，最低的是栎竹
(2. 66 t·hm － 2)。撑绿杂交竹、柏竹桤、柏竹 3 种模
式细根含量对于柏木来说有增产效应，柏栎、栎竹
模式则有减产效应。
2. 5 土壤抗蚀性能的综合评价与分析
为了更充分准确地反映林地抗蚀性大小，对 4
大类 14 个抗蚀性指标进行主成分分析。由表 2 可
知，前 3 个主成分的特征值均大于 1，主成分分析累
计贡献率为 91. 95% ( 分别为 58. 93%，24. 06%，
8. 96% )，包含了绝大部分原始数据的足够信息，满
足主成分分析的要求。因此，可选择提取前 3 个主
111
林 业 科 学 50 卷
成分来分析柏木低产林不同改造模式的土壤抗
蚀性。
表 2 土壤抗蚀性主成分分析
Tab． 2 Principal component analysis of
soil anti-erodibility
参数 Parameter
主成分 Principal component
Y1 Y2 Y3
X1 0 ． 81 0． 58 0． 05
X2 0 ． 39 0． 83 0． 37
X3 0 ． 97 0． 02 － 0． 19
X4 0 ． 98 0． 11 0． 14
X5 0 ． 97 0． 12 0． 14
X6 0 ． 88 － 0． 32 0． 03
X7 0 ． 90 0． 11 0． 03
X8 0 ． 51 － 0． 74 0． 11
X9 0 ． 88 － 0． 33 0． 08
X10 0 ． 17 0． 37 － 0． 09
X11 － 0． 84 0． 20 0． 19
X12 0 ． 98 0． 12 0． 07
X13 0 ． 25 0． 82 － 0． 26
X14 － 0． 48 0． 83 0． 30
特征值 Eigen value 8． 25 3． 37 1． 25
贡献率 Contribution rate 58． 93 24． 06 8． 96
累计贡献率
Cumulative contribution rate
58． 93 83． 00 91． 95
权重 Weight 0． 64 0． 26 0． 10
从表 2 可以看出，在第 1 主成分(Y1 )中 ＞ 5 mm
水稳性团聚体 X3、0. 5 ～ 5 mm 水稳性团聚体 X4、
0. 25 ～ 0. 5 mm 水稳性团聚体 X5、非毛管孔隙度 X7、
水稳性团聚体平均质量直径 X12等贡献率最大，第 1
主成分以水稳性团聚体为主，由于主成分 1 的贡献
率最大(58. 93% )，说明以水稳性团聚体为基础的
指标能较好地衡量土壤抗蚀性，表明土壤水稳性团
聚体含量、非毛管孔隙度、水稳性团聚体平均质量直
径越高，土壤抗蚀性能越强。第 2 主成分(Y2 )中抗
蚀指数 X2、＜ 0. 01 mm 物理性黏粒含量 X13、0 ～ 10
cm 土壤根系含量 X14贡献率最大。主成分 2 的贡献
率为 24. 06%，说明以黏粒含量为基础的指标也能
在一定程度上表现土壤抗蚀性能，黏粒含量、抗蚀性
指数越高，根系含量越大，抗蚀性就越强。第 3 主成
分(Y3)以结构性颗粒指数 X10贡献率最大，但主成
分 3 的贡献率最小，为 8. 96%，说明以结构性颗粒
表示抗蚀性能时具有一定局限性。
根据表 2 中各主成分的权重得出抗蚀性综合评
价值 Y = 0. 64Y1 + 0. 26Y2 + 0. 10Y3，由表 3 中因子得
分与各模式 14 个指标的标准化值计算得出栎竹、柏
木、撑绿杂交竹、柏竹桤、柏栎、柏竹的综合评价值分
别为 － 6. 78，0. 41，－ 5. 49，7. 32，4. 07，0. 46，由此可
知几种模式抗蚀性大小为柏竹桤 ＞柏栎 ＞柏竹 ＞柏
木 ＞撑绿杂交竹 ＞栎竹。
表 3 主成分因子得分系数矩阵
Tab． 3 Ｒotated component matrix
参数 Parameter
主分量 Component
Y1 Y2 Y3
X1 0 ． 40 0． 91 － 0． 06
X2 0 ． 95 － 0． 04 0． 27
X3 0 ． 98 0． 15 － 0． 01
X4 0 ． 98 0． 16 － 0． 01
X5 0 ． 89 － 0． 30 － 0． 05
X6 0 ． 90 0． 12 0． 09
X7 0 ． 54 － 0． 67 － 0． 28
X8 0 ． 89 － 0． 29 － 0． 09
X9 0 ． 08 0． 08 0． 99
X10 － 0． 83 0． 25 － 0． 20
X11 0 ． 98 0． 13 0． 06
X12 0 ． 20 0． 71 0． 51
X13 － 0． 47 0． 88 － 0． 08
X14 0 ． 79 0． 57 0． 21
3 讨论
物种多样性是影响人工林、次生林及原始林土
壤有机质的主导因素 (宋敏等，2012)，与郭曼等
(2010)认为地上植物丰富度和多样性与土壤有机
碳成正相关的结论基本一致。植物多样性的增加不
仅导致林地凋落物量的增加(黄承才等，2006)，同
时也使得凋落物分解速率加快(林德喜等，2005)。
由于凋落物量及其分解速率的增加，导致林地输入
性增加，从而提高了土壤有机质的含量。从本文来
看柏竹桤的有机质含量最高，其他依次为柏竹 ＞ 柏
栎 ＞柏木 ＞栎竹 ＞ 撑绿杂交竹，顺序与改造模式中
物种多样性基本一致 (范川等，2013)。杨晓娟等
(2012)认为混交林对土壤的改良作用要优于树种
单一的纯林，从本文看优于柏木的几种模式都是混
交林，但小于柏木的既有纯林撑绿杂交竹又有混交
林栎竹，或许与物种不同有关。在改造中应注意营
建柏木混交林并提高植物多样性。
水稳性团聚体可以改善土壤结构，并在水浸湿
后不易解体，具有较高的稳定性，常被作为抗蚀性的
一个评价指标(王忠林等，2000; 杨玉盛等，1999)。
在几种模式中水稳性团聚体含量柏竹桤 ＞柏栎 ＞柏
竹 ＞柏木 ＞撑绿杂交竹 ＞栎竹。抗蚀性相对大小与
水稳性团聚体一致，表明水稳性团聚体在柏木低效
林改造模式的土壤抗蚀性评价中的决定作用。经分
析 ＞ 5 mm 水稳性团聚体 X3、0. 5 ～ 5 mm 水稳性团
聚体 X4、0. 25 ～ 0. 5 mm 水稳性团聚体 X5、水稳性团
211
第 6 期 范 川等: 柏木低效林改造不同模式土壤抗蚀性对比
聚体平均质量直径 X12均与有机质 X6 和非毛管孔隙
度 X7 间有显著的相关性(P ＜ 0. 05)，而有机质与土
壤密度呈显著的负相关。有机质含量对土壤水稳性
团聚体粒级分布也有重要的影响，当有机质含量较
高时，小粒径团聚体在有机质的胶结作用下团聚成
大粒径团聚体; 而有机质含量下降后，大粒径团聚
体破碎，分解成小粒径团聚体，即粒径越大的团聚体
受有机质的影响越明显(Tisdall et al．，1982)。但从
本文来看，柏竹桤有机质含量最高，团聚体含量最大
的反而是0. 25 ～ 0. 5 mm水稳性团聚体，但从水稳性
团聚体平均质量直径最大来看，有机质的增加也显
著增加了团聚体的粒径(P ＜ 0. 05，Ｒ = 0. 873)。从
表 4 可以看出，随着有机质的增加各种粒级的团聚
体含量均在增加，只不过小粒径水稳性团聚体增加
的量大于大粒级的团聚体，但大粒级团聚体的增加
使得水稳性团聚体平均质量直径有所增加，稳定性
更好。
表 4 各指标间的相互关系①
Tab． 4 Interrelation between each index
指标
Index
X1 X2 X3 X4 X5 X7 X8 X9 X10 X11 X12 X13 X14
X6 0. 51 0. 06 0. 85 * 0. 87 * 0. 87 * 0. 66 0. 60 0. 76 － 0. 01 － 0. 85 * 0. 87 * － 0. 11 － 0. 67
X1 0. 81 0. 80 0. 86 * 0. 86 * 0. 84 * － 0. 04 0. 53 0. 32 － 0. 50 0. 86 * 0. 62 0. 10
X2 0. 31 0. 51 0. 52 0. 45 － 0. 32 0. 12 0. 03 － 0. 12 0. 49 0. 74 0. 62
X3 0. 93＊＊ 0. 93＊＊ 0. 91 * 0. 40 0. 82 * 0. 36 － 0. 79 0. 95＊＊ 0. 23 － 0. 51
X4 1. 00＊＊ 0. 87 * 0. 39 0. 79 0. 08 － 0. 78 1. 00＊＊ 0. 26 － 0. 34
X5 0. 87 * 0. 38 0. 78 0. 08 － 0. 77 1. 00＊＊ 0. 28 － 0. 32
X7 0. 36 0. 86 * 0. 21 － 0. 56 0. 87 * 0. 22 － 0. 35
X8 0. 79 － 0. 31 － 0. 67 0. 38 － 0. 33 － 0. 80
X9 － 0. 03 － 0. 74 0. 78 － 0. 03 － 0. 67
X10 － 0. 19 0. 14 0. 53 － 0. 06
X11 － 0. 79 － 0. 26 0. 59
X12 0. 28 － 0. 35
X13 0. 51
①* 表示在 0. 05 水平上显著相关，＊＊表示在 0. 01 水平上显著相关。* Means correlation is significant at the 0. 05 level，＊＊ at the 0. 01
level．
细根是森林生态系统主要的结构和功能部分，
可为地下生态系统输入大量的有机质(Cairns et al．，
1997; Xiao et al．，2008)。细根还通过缠绕固结的直
接作用和增加土壤中有机质和团聚体含量等的间接
作用影响土壤的抗蚀性。相关研究表明，≤1 mm 细
根在提高 ＞ 5 mm 及 3 ～ 5 mm 水稳性团聚体方面有
显著效果(董慧霞等，2007)，根密度与土壤抗蚀性
及渗透性都有很好的相关性(Wu et al．，2000)。本
文中撑绿杂交竹的细根生物量为 17. 26 t·hm － 2，在
所有模式中是最高的，柏竹桤次之，仅为 6. 49
t·hm － 2，还不到撑绿杂交竹的 50%，但从抗蚀性来
看，柏竹桤最高，而撑绿杂交竹却很低，表明在柏木
低效林改造模式中细根生物量对土壤抗蚀性的影响
并不是决定性的。Zhou 等(2005)也认为根表面积
密度与土壤抗蚀性有密切关系，但不同树种有差异。
冯发堂等(2011)研究表明，细根分解能显著提高土
壤总有机碳与活性有机碳含量，而从几种模式中土
壤有机质与细根含量间无显著关系可以看出，不同
细根养分归还对土壤有机质的影响并不一致。这可
能是不同物种根系不仅在根土界面行为方式不同，
而且根系内的物质含量及根系周转也不尽相同，就
导致了不同物种细根对抗蚀性及其有机质的贡献率
的差异。这与许文远等 (2011 ) 的研究有相似的
结论。
影响土壤抗蚀性的因素很多，不仅有水稳性团
聚体、有机质、土壤物理性质，还有根系等众多因子
共同作用的结果，通常是采用主成分分析来确定其
中的主导因子。相关研究显示，抗蚀性的主导因子
主要有 ＞ 0. 25 mm 水稳性团聚体(吴鹏等，2012)、
毛管孔隙度、总孔隙度(丛日亮等，2010)、根系含量
(包括总长度、根系表面积、根系总生物量)(卢喜平
等，2004)。从本文的研究来看，抗蚀性的主导因子
是水稳性团聚体，其中 0. 25 ～ 0. 5 mm 水稳性团聚
体的影响尤其重要。之所以会出现不同的结论，可
能与研究区气候条件、土壤类型、植被类型有关。
4 结论
在几种改造模式中土壤物理性质、有机质及细
根含量、水稳性团聚体 4 类指标，柏竹桤表现较好，
而撑绿杂交竹、栎竹较差。各指标经主成分分析，水
311
林 业 科 学 50 卷
稳性团聚体对抗蚀性贡献最大，贡献率为 58. 93%。
综合考虑，在几种模式中生态功能的提升效果最好
的是柏竹桤，而撑绿杂交竹、栎竹则较差，可能与撑
绿杂交竹属于引进物种，在川中丘陵区容易遭受低
温和冰冻雨雪灾害的危害有关，特别是在纯林状态
危害尤为严重，在混交林分中，可能有乔木树种的庇
护作用，在柏竹桤中表现尚可。柏木本来是川中丘
陵区的适生树种，对该区域的绿化做出了重要的贡
献，只是由于其生长的紫色土瘠薄，环境承载力低，
加之该区域明显的旱涝季以及不合理的经营利用，
导致林分生产力和生态功能低下，但经过众多学者
大量的研究，迄今仍未找到一种可以完全替代柏木
的树种。因此，在柏木低效林改造过程中，应适当保
持林地上一定的柏木数量，选择合适的模式营造柏
木混交林，对于全砍重造要慎重，尤其是对外来物种
的引进要引起高度的重视，防止出现逆向改造而加
剧水土流失。
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(责任编辑 朱乾坤)
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