２０１６年１０月第５期

林业资源管理

ＦＯＲＥＳＴＲＥＳＯＵＲＣＥＳＭＡＮＡＧＥＭＥＮＴＯｃｔｏｂｅｒ２０１６Ｎｏ５

基于灰色关联分析的杉木连栽林地土壤水分物理性质研究

覃祚玉１，王会利１，靳宝川２，邓小军１，曹继钊１，唐　健１

（１广西林业科学研究院 国家林业局中南速生材繁育实验室 广西优良用材林资源培育重点实验室，南宁 ５３０００２；２广西自治

区林业厅，南宁５３００２８）

摘要：选取广西杉木连栽一代林 （Ｇ１）和二代林 （Ｇ２）土壤的容重、孔隙度、持水量和贮水量等１１个物理性质作为参评对象，利用ＭＣＥＧｒａｙ软件计算出广西杉木幼林不同栽植代数、不同土层深度土壤水分物理状况的关联度及大小排名。分析结果表明：１）Ｇ１，Ｇ２的土壤容重均随深度的增加而增加，随着栽植代数的增加，土壤容重趋于减少；２）随土层深度的增加，Ｇ１，Ｇ２的总孔隙度、毛管孔隙度、饱和持水量和毛管持水量均逐渐增加；３）杉木林在０～４０ｃｍ土层中，Ｇ２林地土壤物理性质优于Ｇ１林地，Ｇ２的土壤保水能力较Ｇ１强，但Ｇ２的涵养水源能力比Ｇ１弱；４）土壤容重对土壤水分物理状况的影响最为重要，连栽杉木人工幼林林地的水分物理状况水平排列顺序为Ｇ２（０～２０ｃｍ）＞Ｇ２（２０～４０ｃｍ）＞Ｇ１（０～２０ｃｍ）＞Ｇ１（２０～４０ｃｍ）。关键词：杉木；连栽；土壤水分；物理性质；灰色关联分析中图分类号：Ｓ７１４２；Ｓ７９１２７　文献标识码：Ａ　文章编号：１００２－６６２２（２０１６）０５－００５３－０６ＤＯＩ：１０．１３４６６／ｊ．ｃｎｋｉ．ｌｙｚｙｇｌ．２０１６．０５．０１０

ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＳｏｉｌＭｏｉｓｔｕｒｅＰｈｙｓｉｃａｌＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆＣｕｎｎｉｎｇｈａｍｉａｌａｎｃｅｏｌａｔａＰｌａｎｔａｔｉｏｎｓｕｎｄｅｒＤｉｆｆｅｒｅｎｔＲｏｔａｔｉｏｎｓｏｆＣｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙＰｌａｎｔｉｎｇｉｎＧｕａｎｇｘｉＢａｓｅｄｏｎＧｒａｙＣｏｒｒｅｌａｔｉｏｎＡｎａｌｙｓｉｓ

ＱＩＮＺｕｏｙｕ１，ＷＡＮＧＨｕｉｌｉ１，ＪＩＮＢａｏｃｈｕａｎｇ２，ＤＥＮＧＸｉａｏｊｕｎ１，ＣＡＯＪｉｚｈａｏ１，ＴＡＮＧＪｉａｎｇ１（１ＧｕａｎｇｘｉＺｈｕａｎｇＡｕｔｏｎｏｍｏｕｓＲｅｇｉｏｎＦｏｒｅｓｔｒｙＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，ＳＦＡ’ｓＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＣｅｎｔｒａｌＳｏｕｔｈ，ＦａｓｔｇｒｏｗｉｎｇＴｉｍｂｅｒＣｕｌｔｉｖａｔｉｏｎａｎｄＧｕａｎｇｘｉＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＳｕｐｅｒｉｏｒＴｉｍｂｅｒＴｒｅｅｓＲｅｓｏｕｒｃｅＣｕｌｔｉｖａｔｉｏｎ，Ｎａｎｎｉｎｇ５３０００２，Ｃｈｉｎａ；

２ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＦｏｒｅｓｔｒｙｏｆＧｕａｎｇｘｉＺｈｕａｎｇＡｕｔｏｎｏｍｏｕｓＲｅｇｉｏｎ，Ｎａｎｎｉｎｇ５３００２８，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＩｎｏｒｄｅｒｔｏｐｒｏｖｉｄａｒｅｌｉａｂｌｅｂａｓｉｓｉｎｔｈｅｏｒｙｆｏｒｓｕｓｔａｉｎａｂｌｅｍａｎａｇｅｍｅｎｔａｎｄｓｕｓｔａｉｎａｂｌｅｎｕｔｒｉｅｎｔｍａｎａｇｅｍｅｎｔｏｆｓｕｃｃｅｓｓｉｖｅｐｌａｎｔｉｎｇｏｆＣｕｎｎｉｎｇｈａｍｉａｌａｎｃｅｏｌａｔａｐｌａｎｔａｔｉｏｎｓｉｎＧｕａｎｇｘｉＺｈｕａｎｇＡｕｔｏｎｏｍｏｕｓＲｅｇｉｏｎ，ｔｈｅｅｌｅｖｅｎｅｖａｌｕａｔｉｏｎｏｂｊｅｃｔｓ（ｓｕｃｈａｓｓｏｉｌｂｕｌｋｄｅｎｓｉｔｙ，ｓｏｉｌｐｏｒｏｓｉｔｙ，ｓｏｉｌｗａｔｅｒｒｅｔａｉｎｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙａｎｄｓｏｉｌｗａｔｅｒｓｔｏｒａｇｅｅｔｃ）ｗｅｒｅｓｅｌｅｃｔｅｄａｓｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｏｂｊｅｃｔｓ，ａｎｄｍｏｄｅｒｎｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｅｖａｌｕａｔｉｏｎｓｏｆｔｗａｒｅｏｆＡＨＰｍｏｄｕｌｅｗａｓｕｓｅｄｔｏｃａｌｃｕｌａｔｅａｎｄａｎａｌｙｚｅｔｈｅｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｄｅｇｒｅｅａｎｄｓｉｚｅｒａｎｋｉｎｇｏｆｓｏｉｌｍｏｉｓｔｕｒｅｐｈｙｓｉｃａｌｃｏｎｄｉｔｉｏｎｏｆＣｕｎｎｉｎｇｈａｍｉａｌａｎｃｅｏｌａｔａｐｌａｎｔａｔｉｏｎｓｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｐｌａｎｔｉｎｇｓ（Ｇ１ａｎｄＧ２）ａｎｄｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｏｉｌｔｈｉｃｋｎｅｓｓ（０～２０ｃｍａｎｄ２０～４０ｃｍ）Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔ：（１）ＴｈｅｓｏｉｌｂｕｌｋｄｅｎｓｉｔｙｏｆＣｕｎｎｉｎｇｈａｍｉａｌａｎｃｅｏｌａｔａｐｌａｎｔａｔｉｏｎｓｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｒｏｔａｔｉｏｎｓｉｎｃｒｅａｓｅｄｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅｍｅｎｔｏｆｓｏｉｌｄｅｐｔｈＴｈｅｓｏｉｌｂｕｌｋｄｅｎｓｉｔｙｏｆｓｏｉｌｗｅｒｅｇｒｅａｔｌｙｒｅｄｕｃｅｄｂｙｔｈｅｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｃｒｏｐｐｉｎｇｏｆＣｕｎｎｉｎｇｈａｍｉａｌａｎｃｅｏｌａｔａ（２）Ｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅｍｅｎｔｏｆｓｏｉｌｄｅｐｔｈ，ｔｏｔａｌｐｏｒｏｓｉｔｙ，ｃａｐｉｌｌａｒｙｐｏｒｏｓｉｔｙ，ｓａｔｕｒａｔｅｄｍｏｉｓｔｕｒｅｃａｐａｃｉｔｙ，ｃａｐｉｌｌａｒｙｈｏｌｄｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙｉｎｃｒｅａｓｅｄｇｒａｄｕａｌｌｙ（３）Ｉｎｔｈｅｌａｙｅｒｏｆ０～４０ｃｍ，ｔｈｅｓｏｉｌｔｏｔａｌａｎｄｕｎｃａｐｉｌｌａｒｙｐｏｒｏｓｉｔｙｏｆｔｈｅｓｅｃｏｎｄｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｆｏｒｅｓｔｗａｓｌａｒｇｅｒｔｈａｎｔｈｅｆｉｒｓｔｏｎｅ，ｓｏｉｌｗａｔｅｒｒｅｔｅｎｔｉｏｎｃａｐａｃｉｔｙｏｆｔｈｅｓｅｃｏｎｄｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｆｏｒｅｓｔｗａｓｓｔｒｏｎｇｅｒｔｈａｎｔｈｅｆｉｒｓｔｏｎｅ，ｂｕｔｔｈｅｆｏｒｍｅｒｗａｓｗｅａｋｅｒ（４）Ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｓｏｉｌｂｕｌｋｄｅｎｓｉｔｙｏｎｓｏｉｌｍｏｉｓｔｕｒｅｐｈｙｓｉｃａｌｃｏｎｄｉｔｉｏｎｗａｓｔｈｅｍｏｓｔｉｍｐｏｒｔａｎｔ，ａｎｄｔｈｅｏｒｄｅｒｏｆｓｏｉｌｍｏｉｓｔｕｒｅｐｈｙｓｉｃａｌｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｔｈｅｆｉｅｌｄｏｆｓｕｃｃｅｓｓｉｖｅｐｌａｎｔｉｎｇＣｕｎｎｉｎｇｈａｍｉａｌａｎｃｅｏｌａｔａｗａｓＧ２（０～２０ｃｍ）＞Ｇ２（２０～４０ｃｍ）＞Ｇ１（０～２０ｃｍ）＞Ｇ１（２０～４０ｃｍ）。Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｃｕｎｎｉｎｇｈａｍｉａｌａｎｃｅｏｌａｔａ，ｔｈｅｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｃｒｏｐｐｉｎｇ，ｓｏｉｌｍｏｉｓｔｕｒｅ，ｐｈｙｓｉｃａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ，ｇｒａｙｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓ

收稿日期：２０１６－０６－２７；修回日期：２０１６－０９－２２基金项目：广西林业科技项目（桂林科字［２０１４］第１５号）；广西优良用材林资源培育重点实验室自主课题资助项目（１４－

Ａ－０２－０１）；广西林业科技项目（桂林科字［２０１５］第４０号）；广西林业科技项目（桂林科字［２０１４］第３０号）作者简介：覃祚玉（１９８６－），女，广西蒙山人，助工，主要从事植物营养与土壤化学研究。Ｅｍａｉｌ：ｌｘｙｑｉｎｚｕｏｙｕ＠１６３．ｃｏｍ

林业资源管理 第５期　

　　土壤具有较强的蓄水和调节水源的功能，是陆地生态系统中最主要的水库，土壤水分是流域

乃至地区水文循环中的重要影响因子［１－２］。土壤

水分物理性质常被作为土壤质量的评价指标之

一，其不仅决定了土壤水、气、热和生物生长状况，

而且影响着土壤养分的有效性和供给［３－４］。不同

林地类型由于其植被与林分结构的不同，其土壤

水分物理性质存在一定的差异［５－６］。随着人口数

量爆发式增长以及人类对自然生态系统的不合理

利用，森林与水文环境的问题越来越突出［７］。也

因为水源短缺问题，土壤水分物理性质的研究逐

渐成为了林业工作者近年来研究的热点［８］。目

前，有学者对桉树［９］、松树［１０］、毛竹［１１］等树种进行

了土壤水分物理性质的研究，也有学者分析了不

同森林类型林地［１，１２－１３］、杉木不同发育阶段林

地［１４］的土壤水分物理性质之间的差异，而对杉木

幼林特别是不同栽植代数的杉木幼林，该方面的

研究仅在福建［１５］、江西［１６］进行过。但由于气候环

境、地域的差异，土壤水分物理性质差异也较大。

鉴于此，本文采用灰色关联分析法对广西不同栽

植代数杉木幼林（３～６ａ生）土壤的水分物理性质进行研究，掌握连栽对杉木幼林土壤水资源变化

的影响，以期为广西杉木人工林的可持续经营和

林地养分管理提供理论依据。

１　研究地概况在广西杉木产区（桂东、桂中、桂西北）花岗岩

母质发育的１６地位指数山地红壤的３～６ａ生杉木林地上，按栽植代数序列（１，２代）设置样地。用Ｇ１和 Ｇ２分别表示一代林和二代林。试验区内施肥、抚育管理等措施基本一致。在广西杉木产区

设３个不同区域的样地，采取配对样地法调查样地立地条件及林分状况，样地的具体情况如表 １所示。

表１　样地立地条件及林分状况Ｔａｂ１Ｓｏｉｌａｎｄｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｓｔａｔｅｏｆｆｏｒｅｓｔｌａｎｄｓ

区域 样地名 经纬度 母岩 土壤类型初植密度

／（株／ｈｍ２）栽植

代数林龄／ａ

平均树

高／ｍ平均胸

径／ｃｍ

林下灌草层

高度／ｃｍ 盖度／％

桂东贺州大桂

山林场

２４°５′～２４°１９′Ｎ，１１１°３８′～１１１°４１′Ｅ

花岗岩 山地红壤 ２５００Ｇ１ ４ ３４ ３５ １００ ６０

Ｇ２ ３ ２８ ２７ ９５ ５０

桂中鹿寨县

黄冕林场

２４°１０′～２４°３０Ｎ，１０９°５０′～１１０°１０′Ｅ

花岗岩 赤红壤 ２５００Ｇ１ ４ ３１ ３０ ７０ ７０

Ｇ２ ３ ２４ １８ ８０ ６０

桂西北天峨县

林朵林场

２５°００′～２５°４０′Ｎ，１０７°１１′～１０７°２３′Ｅ

花岗岩 赤红壤 ２５００Ｇ１ ６ ４０ ４５ ７０ ４０

Ｇ２ ６ ４６ ５３ ７０ ３０

２　材料与方法２１　土壤采样与测定

在桂东、桂中、桂西北等３个杉木产区立地条件及林分状况基本一致的林分内，选择代表性强

的地段设置标准地，按栽植代数序列（１，２代）分别设置面积为 ２０ｍ ×２０ｍ的样地，每个样地 ３个重复。在每一样地内按“Ｓ”形布设采样点（５个），按０～２０ｃｍ和２０～４０ｃｍ分层采集土壤环刀样品，测定土壤含水量、容重、总孔隙度、非毛管孔

隙度、毛管孔隙度、田间持水量等土壤水分物理性

质指标。并根据标准《ＧＢ７８３５－８７森林土壤水分 －物理性质的测定》中的公式求算出通气度、排水能力，有效蓄水量、最大蓄水量，具体计算公式

如下：

最大蓄水量（ｔ／ｈｍ２）＝土壤总孔隙度×１００００ｍ２×土层深度；

有效蓄水量（ｔ／ｈｍ２）＝土壤非毛管孔隙度 ×１００００ｍ２×土层深度。２２　数据统计

采用 ＳＰＳＳ１９０软件进行数据统计、差异显著

４５

　第５期 覃祚玉等：基于灰色关联分析的杉木连栽林地土壤水分物理性质研究

性及权重计算，用ＭＥＣ－Ｇｒａｙ现代综合评价软件进行灰色关联度评定。

３　结果与分析３１　连栽对杉木林地土壤容重的影响

土壤容重大小反映了土壤的通气性、透水性

及根系伸展受阻状况，是土壤物理性质的重要评

价指标之一［１７］。由图１可知：不同栽植代数的杉木幼林土壤容重均随着土壤深度的增加而增大；

不同栽植代数下杉木幼林的土壤容重为 １０６～１２６ｇ／ｃｍ３，其中 Ｇ１＞Ｇ２；随栽植代数增加，土壤容重呈递减趋势。杉木林地土壤容重受代次变化

影响差异均不显著，造成这一现象的原因可能是

杉木幼龄期林地土壤受到抚育施肥等人为干扰的

影响较大。

图１　不同栽植代数杉木林地土壤容重

Ｆｉｇ１Ｓｏｉｌｂｕｌｋｄｅｎｓｉｔｙｉｎｖａｒｉｏｕｓｒｏｔａｔｉｏｎｓｕｎｄｅｒ

Ｃｕｎｎｉｎｇｈａｍｉａｌａｎｃｅｏｌａｔａｐｌａｎｔａｔｉｏｎｓ

３２　连栽对杉木林地土壤孔隙组成的影响土壤孔隙度是土壤主要物理性质之一，对土壤

肥力有多方面的影响。孔隙度良好的土壤，其水、

气条件更有利于营养调控和根系生长。由表 ２可知，不同栽植代数杉木幼林的土壤非毛管孔隙度、

总孔隙度、土壤通气度随土层深度的增加而减少。２代林的土壤毛管孔隙度表现为 ２０～４０ｃｍ＞０～２０ｃｍ。不同土层的总孔隙度、毛管孔隙度的均值随代次的增加而增加，非毛管孔隙度均值则与之相

反。杉木不同代数的土壤总孔隙度均在５０％左右。１代林０～２０ｃｍ，２０～４０ｃｍ土壤毛管孔隙度与非

毛管孔隙度的比值分别为２９２和３６３；２代林０～２０ｃｍ，２０～４０ｃｍ土壤毛管孔隙度与非毛管孔隙度的比值分别为３４９和５７４。

土壤是森林涵养水源最主要场所，在土壤种类和

土壤深度一致情况下，林地土壤对蓄水能力的大小主

要决定于土壤非毛管孔隙度，而土壤保水能力的大小

则主要决定于土壤毛管孔隙度［１８］。由表２可知：杉木幼林土壤的非毛管孔隙度表现为 Ｇ１＞Ｇ２，表明１代林林地更利于涵养水源；而杉木幼林土壤的毛管孔

隙度表现为Ｇ１＜Ｇ２，可见２代林保水能力较１代林要好。综上所述，无论是从各个层次还是整个土壤剖

面的平均值来看，２代林的土壤保水能力较１代林强，而２代林的涵养水源能力比１代林弱。

表２　不同栽植代数杉木林地土壤孔隙组成Ｔａｂ２Ｓｏｉｌｐｏｒｏｓｉｔｙｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｉｎｖａｒｉｏｕｓｒｏｔａｔｉｏｎｓ

ｕｎｄｅｒＣｕｎｎｉｎｇｈａｍｉａｌａｎｃｅｏｌａｔａｐｌａｎｔａｔｉｏｎｓ

栽植

代数

土层

／ｃｍ

非毛管

孔隙度

／％

毛管

孔隙度

／％

总

孔隙度

／％

土壤

通气度

／％

毛管孔隙度

与非毛管孔

隙度的比值

Ｇ１

０～２０ １４５６ ４２５０ ５４７９ ２９２８ ２９２

２０～４０ １１６０ ４２１８ ５２５５ ２６８９ ３６３

平均 １３０８ ４２３４ ５３６７ ２８０８５ ３２８

Ｇ２

０～２０ １３９１ ４８５０ ５９９３ ２９１５ ３４９

２０～４０ ８７１ ４９９９ ５５７０ ２１８９ ５７４

平均 １１３１ ４９２５ ５７８２ ２５５２ ４６２

３３　连栽对杉木林地水文性能的影响由表３可知，不同栽植代数杉木林地水文物理

性能特征（除涵养水源量）无论是从各个层次还是

整个土壤剖面的平均值来看均表现为：Ｇ２＞Ｇ１。毛管持水量与最大持水量的比值是土壤水分供应状

况的重要考核指标，不同栽植代数不同土壤层次毛

管含水量与最大含水量的比值表现为 ２代林 ０～２０ｃｍ（８５１７％）＞２代林２０～４０ｃｍ（８４８４％）＞１代林 ２０～４０ｃｍ（８４７４％）＞１代林 ０～２０ｃｍ（８４１５％），不同土层的毛管含水量与最大含水量比值的差值１代林较２代林大，说明１代林土壤不同土层供给植物生长水分的能力差异比２代林大。随土层深度的增加，杉木人工林土壤的自然含水

５５

林业资源管理 第５期　

量、最大持水量、毛管持水量和田间持水量均逐渐

降低；Ｇ１土壤排水能力随土层深度的增加略有增加，但增加幅度不大，Ｇ２土壤排水能力则随土壤深度的增加而降低６２３％。在０～４０ｃｍ土层中，自然含水量、最大持水量、毛管持水量和田间持水量

的大小随栽植代数的增加而增大（Ｇ２＞Ｇ１）；在０～２０ｃｍ的土层中，Ｇ１，Ｇ２的土壤最大持水量分别为４４９８％和６４１９％，田间持水量分别为３５１２％和

４６８５％，而毛管持水量则分别为 ３７８５％ 和５４６７％；在２０～４０ｃｍ的土层中，Ｇ１，Ｇ２的土壤最大持水量分别为４２９１％和５９１０％，田间持水量分别为３３４６％和 ４４３３％，而毛管持水量则分别为３６３６％和 ５０１４％。随着栽植代数的增加，０～４０ｃｍ最大蓄水量表现为 Ｇ２＞Ｇ１，而涵养水源量则反之，２代林土壤涵养水源量降低了１３５３％。由此可以看出连栽不利于林地土壤的水源涵养。

表３　不同栽植代数杉木林地水文物理性能特征Ｔａｂ３ＳｏｉｌｗａｔｅｒｐｈｙｓｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｙｉｎｖａｒｉｏｕｓｒｏｔａｔｉｏｎｓｕｎｄｅｒＣｕｎｎｉｎｇｈａｍｉａｌａｎｃｅｏｌａｔａｐｌａｎｔａｔｉｏｎｓ

栽植代数 土层／ｃｍ 排水能力／ｍｍ最大持水量

％ ｍｍ

田间持水量

％ ｍｍ

毛管持水量

％ ｍｍ

Ｇ１

０～２０ ２３６２ ４４９８ １０７７７ ３５１２ ８４１５ ３７８５ ９０６９

２０～４０ ２３７７ ４２９１ １０７９１ ３３４６ ８４１５ ３６３６ ９１４５

平均 ２３７０ ４３９５ １０７８４ ３４２９ ８４１５ ３７１１ ９１０７

Ｇ２

０～２０ ３６８３ ６４１９ １３６３３ ４６８５ ９９５０ ５４６７ １１６１１

２０～４０ ３４６７ ５９１０ １３８７５ ４４３３ １０４０９ ５０１４ １１７７０

平均 ３５７５ ６１６５ １３７５４ ４５５９ １０１８０ ５２４１ １１６９１

栽植代数 土层／ｃｍ 自然含水量／％ 蓄水量／（ｔ／ｈｍ２） ０～４０ｃｍ最大蓄水量／（ｔ／ｈｍ２） ０～４０ｃｍ涵养水源量／（ｔ／ｈｍ２）

Ｇ１

０～２０ ２１２９ １０９５８０

２０～４０ ２０４０ １０５０９６

平均 ２０８５ １０７３３８

２１４６７６ ５２３３１

Ｇ２

０～２０ ２８９８ １１９８５６

２０～４０ ２８８１ １１１４０６

平均 ２８９０ １１５６３１

２３１２６２ ４５２４８

３４　连栽杉木林地土壤水分物理特性灰色关联度分析

以杉木不同栽植代数（Ｇ１，Ｇ２）、不同土层深度（０～２０ｃｍ，２０～４０ｃｍ）的土壤作为评价样本，选择土壤容重、非毛管孔隙度、毛管孔隙度、总孔

隙度、通气度、排水能力、最大持水量、田间持水

量、毛管持水量、蓄水量、自然含水量等 １１个水分物理特征指标作为评价因子，采用 ＳＰＳＳ软件，计算出各指标的权重（表 ４）。用 ＭＥＣ（ＭｏｄｅｒｎＣｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅＥｖａｌｕａｔｉｏｎ）现代综合评价软件中的 Ｇｒａｙ（灰色关联分析）模块对测定数据进行生成处理。以水分物理状况为评价对象和节点，以

１１个水分物理特征指标为子节点，建立模糊结构模型。土壤容重选择最低值作为参考点，其余的

１０个指标选择各测定指标中最高值作为参考点，分辨系数选择 ξ＝０５，求出各对应点的关联系数和关联度（表４）。关联度越大，该项指标对评价对象的影响就越大，即土壤水分物理状况水平越

好。从表４数据可以看出，土壤容重的权重系数最大，对土壤水分物理特性的影响最为重要；连

栽杉木人工幼林林地的水分物理状况水平排列

顺序为 Ｇ２（０～２０ｃｍ）［０９９７］＞Ｇ２（２０～４０ｃｍ）［０９１９］＞Ｇ１（０～２０ｃｍ）［０８７２］＞Ｇ１（２０～４０ｃｍ）［０８５１］。

６５

　第５期 覃祚玉等：基于灰色关联分析的杉木连栽林地土壤水分物理性质研究

表４　关联度计算表Ｔａｂ４Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｄｅｇｒｅｅｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎ

底层指标 指标权重 Ｇ１（０～２０ｃｍ） Ｇ１（２０～４０ｃｍ） Ｇ２（０～２０ｃｍ） Ｇ２（２０～４０ｃｍ）

土壤容重 ０１９８ ０９９８ ０９９７ １０００ ０９９９

非毛管孔隙度 ００８１ １０００ ０９６１ ０９９１ ０９２７

毛管孔隙度 ００８４ ０９０８ ０９０４ ０９８０ １０００

总孔隙度 ００７３ ０９３２ ０９０９ １０００ ０９４６

土壤通气度 ００６６ １０００ ０９６９ ０９９８ ０９０９

排水能力 ００７５ ０８４８ ０８５０ １０００ ０９７２

最大持水量 ００７６ ０７９３ ０７７６ １０００ ０９３５

田间持水量 ００７４ ０８６３ ０８４６ １０００ ０９６７

毛管持水量 ００７６ ０８１４ ０８０１ １０００ ０９４２

蓄水量 ００９５ ０４２５ ０３３３ １０００ ０４６６

自然含水量 ０１０３ ０９０７ ０８９７ ０９９９ １０００

关联度 Ｒ ０８７２ ０８５１ ０９９７ ０９１９

优劣次序 ３ ４ １ ２

４　讨论１）广西不同栽植代数的杉木幼林之间的土壤

容重存在较大差异。本文杉木 １，２代幼林的 ０～４０ｃｍ土壤容重分别为 １１７ｇ／ｃｍ３和 １２２ｇ／ｃｍ３。

盛炜彤等［１７，１９］研究认为杉木林地土壤容重≤１１０

ｇ／ｃｍ３下最适合其生长，１１０～１２５ｇ／ｃｍ３生长受

影响，＞１３０ｇ／ｃｍ３则生长不良。可见广西连栽杉

木生长受一定影响。黄承标等［２０］认为，总孔隙度在

５０％ 左右，毛管孔隙度与非毛管孔隙度的比值在１５～４１时，持水能力和通气性比较协调。本文中杉木１，２代幼林的０～４０ｃｍ土壤总孔隙度分别为５３６７％，５７８２％，土壤毛管孔隙与非毛管孔隙的比值分别为３２８，４６２。可见，１代杉木幼林的土壤透水性、通气性和持水能力较２代林协调。２）土壤的通气状况是土壤肥力质量的四大影

响因素之一。本文杉木１，２代幼林土壤通气度均在２１８９％～２９２８％之间。马雪华［２１］认为，人工林土

壤的通气度一般在５％，天然林土壤的通气度一般在２０％～４０％。可见广西连栽杉木林地土壤通气状况介于人工林和天然林的平均水平之间，为天然

林土壤的通气度的最低水平。徐凤兰等［２２］对福建

杉木泡桐混交幼林土壤的物理性质研究发现，土壤

通气度在１５％左右，远低于广西杉木幼林的平均水平，说明广西林区土壤通气环境良好，适合杉木人

工造林。郑郁善等［２３］研究发现，２０ａ生杉木成熟林的通气度远远低于杉木幼林通气度的平均水平。

这说明随林龄的增长，杉木林地土壤通气状况可能

会趋向不利于地力维护的方向发展。但是这种连

栽效应是否会随林龄增长发生改变，仍需开展进一

步的研究。

３）连栽对土壤水分物理特性的影响较为明显。俞元春等［１４］、孙启武等［１５］研究发现连栽使得杉木

幼林土壤水分物理性能降低，但本文对广西杉木连

栽幼林的调查研究发现，２代林的大多数水分物理性能指标较１代林略高（连栽杉木人工幼林林地的水分物理状况平均水平Ｇ２（０９５８）＞Ｇ１（０８６２））。虽然２代林土壤保水能力较１代林要强，但其涵养水源能力却比１代林弱。这种现象是否随连栽林龄的增加，结果会出现逆转，需下一步建立固定样地

进行长期的、系统的定位监测。

５　结论连栽杉木对土壤容重、孔隙度及土壤水文性能

有一定的影响。随栽植代数的增加：土壤容重、通

７５

林业资源管理 第５期　

气度、非毛管孔隙度、０～４０ｃｍ土层涵养水源量等均呈降低趋势；土壤总孔隙度、毛管孔隙度、最大持

水量及毛管持水量、排水能力、通气度等水文物理

性质指标均呈一定的提高趋势。２代林的土壤保水能力较１代林强，而前者的涵养水源能力比后者弱。可能受炼山和采伐剩余物及林下枯枝落叶

分解的影响，连栽对杉木幼林并未造成土壤物理

性质恶化。因此，为了维护和提高杉林土壤肥力，

充分发挥其涵养水源功能，有必要对杉木林地在

幼龄阶段之后采取适当的营林措施，如：疏松土壤

增加土壤的通气、透水能力，改善林地土壤的水、

气、热环境。

本文利用ＭＣＥＧｒａｙ方法分析了广西杉木幼林土壤水分物理状况的关联度及大小排名。研究结

果显示：土壤容重对土壤水分物理状况的影响最为

重要，连栽杉木人工幼林林地的水分物理状况水平

排列顺序为 Ｇ２（０～２０ｃｍ）＞Ｇ２（２０～４０ｃｍ）＞Ｇ１（０～２０ｃｍ）＞Ｇ１（２０～４０ｃｍ）。

参考文献：

［１］李灵，张玉，孔丽娜，等．武夷山风景区不同林地类型土壤水分

物理性质及土壤水库特性［Ｊ］．水土保持通报，２０１１，３１（３）：

６０－６５．

［２］ＰｈｉｌｉｐＪＲ．Ｈｉｌｌｓｌｏｐｅｉｎｆｉｌｔｒａｔｅｉｏｎｄｉｖｅｒｇｅｎｔａｎｄｃｏｎｖｅｒｇｅｓｌｏｐｅｓ［Ｊ］．

ＷａｔｅｒＲｅｓｏｕｒｃｅ，１９９１，２７（６）：１０３５－１０４０．

［３］ＢｏｉｘＦａｙｏｓＣ，ＣａｌｖｏＣａｓｅｓＡ，ＩｍｅｓｏｎＡＣ，ｅｔａｌ．Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｓｏｉｌ

ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｎｔｈｅａｇｇｒｅｇａｔｉｏｎｏｆｓｏｍｅＭｅｄｉｔｅｒｒａｎｅａｎｓｏｉｌｓａｎｄｔｈｅ

ｕｓｅｏｆａｇｇｒｅｇａｔｅｓｉｚｅａｎｄｓｔａｂｉｌｉｔｙａｓｌａｎｄｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎｉｎｄｉｃａｔｏｒｓ

［Ｊ］．Ｃａｔｅｎａ，２００１，４４（１）：４７－６７．

［４］ＹｕＹｕａｎＬｉ，ＭｉｎｇＡｎＳｈａｏ．Ｃｈａｎｇｅｏｆｓｏｉｌｐｈｙｓｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｕｎｄｅｒ

ｌｏｎｇｔｅｒｍｎａｔｕｒａｌｖｅｇｅｔａｔｉｏｎｒｅｓｔｏｒａｔｉｏｎｉｎｔｈｅＬｏｅｓｓＰｌａｔｅａｕｏｆＣｈｉｎａ

［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｒｉｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｓ，２００６，６４（１）：７７－９６．

［５］巍强，张秋良，代海燕，等．大青山不同林地类型土壤特性及其

水源涵养功能［Ｊ］．水土保持学报，２００８，２２（２）：１１１－１１５．

［６］田月亮，张金池，李海东，等．不同林分类型土壤水分物理性质

及其海拔效应———以浙江省凤阳山为例［Ｊ］．水土保持通报，

２０１３，３３（１）：５３－５７．

［７］尹伟伦．全球森林与环境关系研究进展［Ｊ］．森林与环境学报，

２０１５，３５（１）：１－７．

［８］ＰｅｔｅｒＡＣ．Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓｉｎｓｏｉｌｗａｔｅｒｐｈｙｓｉｃｓｓｉｎｃｅｔｈｅｍｉｄ１９６０ｓ

［Ｊ］．Ｇｅｏｄｅｒｍａ，２００１，１００：３５５－３８７．

［９］张顺恒，陈辉．桉树人工林的水源涵养功能［Ｊ］．福建林学院学

报，２０１０，３０（４）：３００－３０３．

［１０］范志伟，杨章旗．不同密度马尾松人工林水源涵养能力的比较

［Ｊ］．广西林业科学，２０１２，４１（１）：１９－２２．

［１１］黄启堂，陈爱玲，贺军．不同毛竹林林地土壤理化性质特征比

较［Ｊ］．福建林学院学报，２００６，２６（４）：２９９－３０２．

［１２］王燕，王兵，赵广东，等．江西大岗山３种林型土壤水分物理性

质研究［Ｊ］．水土保持学报，２００８，２２（１）：１５１－１５３．

［１３］王斌，杨校生，李正才，等．不同气候区４种典型地带性植被土

壤水文功能比较［Ｊ］．林业资源管理，２００９（６）：８４－９０．

［１４］朱艺旋，孟京辉．不同发育阶段杉木人工林土壤物理性质对比

分析［Ｊ］．河北林果研究，２０１５，３０（２）：１０３－１０７．

［１５］俞元春，邓西海．杉木连栽对土壤物理性质的影响［Ｊ］．南京林

业大学学报：自然科学版，２０００，２４（６）：３６－４０．

［１６］孙启武，杨承栋，焦如珍．江西大岗山连栽杉木人工林土壤性

质的变化［Ｊ］．林业科学，２００３，３９（３）：１－５．

［１７］盛炜彤．土壤物理性质与杉木生长关系的研究·人工林地力

衰退研究［Ｍ］．北京：中国科学技术出版社，１９９２：４０－１４７．

［１８］杨洪学．阿什河流域森林植被水源涵养功能综合评价［Ｄ］．哈

尔滨：东北林业大学，２００５．

［１９］盛炜彤，杨承栋，张家城，等．杉木人工林的土壤性质变化［Ｊ］．

林业科学研究，２００３，１６（４）：３７７－３８５．

［２０］黄承标，温远光，莫炯松．尾巨桉不同连栽代数林地土壤水

文－物理性质的研究［Ｊ］．生态环境，２００７，１６（２）：５３８－５４３．

［２１］马雪华．四川米亚罗地区高山冷衫林水文作用的研究［Ｊ］．林

业科学，１９８７，２３（３）：２５６－２５９．

［２２］徐凤兰，魏坦，刘爱琴．杉木泡桐混交幼林地土壤的物理性质

［Ｊ］．浙江林学院学报，２０００，１７（３）：２８５－２８８．

［２３］郑郁善，陈礼光，洪伟．毛竹杉木混交林生产力和土壤性状研

究［Ｊ］．林业科学，１９９８，３４（１）：１６－２５．

８５