全 文 ：第 13卷第 3期
2 0 0 5年 7月
中 国 生 态 农 业 学 报
Chinese Journal of Eco—Agriculture
Vo1．13 NO．3
July， 2005
太行山低山丘陵区坡地人工
刺槐林降雨人渗及造林技术研究*
杨 帆 刘志军 马忠秋 张万军 唐 常源
(中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心 石家庄 o5oo21)(日本千叶大学 日本千叶)
摘 要 对太行 山低 山丘陵 区坡地人工刺槐林降雨入渗及造林技术研究结果表 明，降雨后短时间内(10-30cm)上
层剖面水势很快 由初始值增至最大值，当降雨停止后水势逐渐降低。随入渗进行而下渗锋面 向下扩展，水 势分布
曲线由较陡直逐渐变为相对平缓。降雨初期有林地入渗速率慢于无林地，随降雨进行有林地入渗锋前移速率明显
快于无林地，有林地植被及枯 落物的存在阻缓 了地表径流和壤 中侧向流，增加了垂直一维入渗。
关键词 降雨入渗 坡 面 造林 人工刺槐林
Research on rainfall。infiltration processes under artificial Robinia pseudoacacia plantation and afforestation technology
in the slope of low。land in Taihang Mountains．YANG Fan，LIU Zhi—Jun，MA Zhong-Qiu，ZHANG Wan—Jun(Center for
Agricultural Resources Research，Institute of Genetics and Developmental Biology，Chinese Academy of Sciences，Shijia-
zhuang 050021，China)，TANG Chang-Yuan(Chiba University，Chaiba，Japan)，CJEA，2005，13(3)：172～174
Abstract Rainfall—infiltration processes under artificial Robinia pseudoacacia plantation and afforestation technology in
the slope of low—land in Taihang Mountains were studied．The results show that the water potential in 10——30cm soil see—
tion quickly increases to maximum with rainfal and decreases gradualy after rainfall stops．W ith infiltration．the wetting
peak gradualy moves ahead．Curve of water potential changes from steep to slow．Comprising the water po tential variation
in different vegetations，infiltration velocity is slower in forest land than that in naked land at the beginning of rainfal1．
With rainfal going on．the speed of wetting peak moving ahead in forest land is quicker than that in naked land．Litters
and vegetations slow down the lateral and SUbsurface flow and increase the one—dimensional vertical infiltration．
Key words Rainfal—infiltration，Slope land，Afforestation，ArtificialRobinia pseudoacacia plantation
(Received Se-pt．11，2004；revised Oct．6，2004)
土壤水分入渗过程和渗透能力决定 了降雨再分配过程中地表径流及土壤储水性。干旱半干旱地区使
降雨尽可能多地拦蓄人渗是防止水土流失、保证农作物生长的重要措施[ · 。影响土壤水分入渗的因素很
多，但不同边界条件不同植被覆盖入渗过程存在很大差异。本试验研究了太行 山低山丘陵区坡地人工刺槐
林降雨入渗及造林技术，为科学植树造林和植被恢复提供依据。
读数板 TDR数据采集器 有林地 无林地 1 研究区域概况与研究方法
E
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A
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B
负压计设置位置 TDR设置位置 径流观测场
图1 试验场位置图
Fig．1 Location of experiment land
试验在位于太行 山东坡中段低山丘陵区的
中国科学院太行山山地生态试验站进行，该站
地处东经114。15 55 ，北纬 37。52 45 ，海拔高度
247～1040m，属半 干旱半 湿润大陆性季风气
候，冬季干旱少雨，夏季炎热多雨，多年平均降
水量 570～620mm且降水分布不均 ，7～9月份
雨季降水 占全年降水量的 67．8％，春季降水仅
占 7．69％，年均蒸散量 1934．6mm。试验地成
土母质为花岗片麻岩，土层厚度 30cm左右，植
被以人工林为主，人工刺槐林建造 于 20世纪
国家新技术(863)发展重大专项“新型高效雨水集蓄与利用技术研究”(2002AA2Z405)和中日国际合作项目“太行山地下水环境研究”资助
收稿 日期 ：2004—09—11 改回日期：2004—10—06
第 3期 杨 帆等：太行 山低山丘陵区坡地人工刺槐林降雨人渗及造林技术研究 173
60年代初，由于多年人为破坏而形成不同年龄级组分，且径级差异很大，群落稀疏，盖度<50％。林内散落
着以丛生臭椿为主的臭椿林斑，林下灌木以荆条为主。
试验在刺槐林内修建了 2个宽 3m、长 5m小型径流观测场 ，1个径流观测场为原植被不变，另 1个采取
皆伐方式(见图 1)，并在各径流场上边界 (a、b)及下边界(A、B)按 10cm、20cm、30cm~：50cm、80cm和 100cm
6个深度埋设 2排负压计 ，自然坡面与径流场深度相同，分别埋设 TDR与负压计 ，于每天 9：00和 16：00 2次
记录负压计读数，降雨时记录加密。TDR系由美国 Compbel公司产 CS615型时域反射仪，探针长 20cm，并
与 CR一10X型数据采集器相连 ，每 20min自动采集记录数据 ，通过土壤水势和土壤含水量动态变化分析降雨
入渗过程。
2 结果与分析
2．1 自然坡面降雨入渗过程
以2000年 7月 22 13降雨人 渗过程 为例(下同)，6：30开始降雨，9：00结束，总 降雨量 32mm，历 时
180min。由图2可知垂直方向自然坡面各土层剖面水势曲线分布密度有很大差异 ，10～30cm土层水势曲线
分布密集，40～60cm土层曲线分布逐渐稀疏并在 50cm土层剖面出现零通量面，70～100cm 土层水势曲线
与上层方向相反。土体上层 10cm土层剖面水势曲线最密集，表明水势增加极其显著。且降雨后 1h内水势
达最大值 ，约 101cm水柱不再变化。由于表层蒸发作用 ，雨停后水势逐渐 降
低。20cm土层剖面水势曲线较 10cm土层剖面稀疏 ，但~>30cm土层剖面，表明
20cm土层剖面水势变化较快 ，其最大值 (99．84)出现于降雨停止后(11：00)。
30cm土层剖面水势变化相对较慢 ，且随时间推移逐渐增加。土体 中部为过渡
层次，降雨初期上层土壤雨水入渗 ，水汽下行，下层土体受降雨影响的滞后时间
较长 ，水汽仍向上行 ，在此土体剖面水汽上行和下行相互抵消并达到稳定状态
形成零通量面。50cm土层剖面水势曲线初始阶段呈闭合曲线，即降雨过程水
势基本无变化 ，雨停 5h后才开始增加 ，表明 50cm土层剖面是水量平衡的零通
量面，雨停后 5h水势增加其湿润锋 已达 50cm土层剖面，并打破原有水量平
衡，破坏了零通量面。土体下层剖面水势曲线方向与 10～30cm土层剖面水势
曲线方向相反，表明土体剖面受降雨影响的滞后时间较长，100cm较 80cm土
层剖面水势降速更快 ，对降雨响应最不敏感。图 2表明水平方向水势曲线亦有
所不同，降雨初期曲线极其陡直，且随时间推移而曲线由陡直渐变平缓 ，10cm、
20cm土层剖面曲线 陡直，表明其入渗速率大，而 30cm 以下土层剖面曲线平
缓 ，人渗速率明显变慢 ，这反映了花岗片麻岩坡地土壤厚度为 30cm左右。图 3 图2自然坡面水势等值线
表明各土层剖面含水率表现出与水势相同变化 ，降雨后 10cm土层剖面含水率 Fig·2 wa r po n i 。iSo。一
迅速增加 ，且随时间的推移波动很大；20cm土层剖面含水率也增速较快 ，但波 in in na u 。slope。 “d
动相对较小 ；30cm土层剖面含水率增速相对较慢 ，且降雨及雨停后变幅波动很小 ，呈平缓上升和下降趋势。
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蛙
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降雨停止后≥50cm土层剖面含水率仍逐渐下降，且持续很长时间后才
微增，并随土层深度的增加其增速逐渐滞后 ，其原因是降雨初始雨水在
毛管力和重力双重作用下水分入渗速率大，随下渗锋面向下扩展而毛
管力逐渐减小，主要靠重力水作用使其下渗，故其人渗速率逐渐降低 。
这表明了片麻 岩山地土壤入渗基本规律，即降雨后很短 时间内上层
(10～30cm土层)剖面水势很快由初始值增至最大值，雨停后水势逐渐
25降低 ，且随下渗锋面向下扩展 ，而水势分布曲线垂直方向由密集逐渐变
174 中 国 生 态 农 业 学 报 第 13卷
有林地(a)
无林地(b)
圈4 不同植被覆盖水势梯度变化等值线
№．4 Watergx~tiali in diferent vegetation cG~ lg conclit／ons
3 小 结
层厚度增加，正压力增大，因此其人渗能力增强。无林
地水势梯度分布曲线上下边界差异较大，而有林地差异
很小，变化趋势非常接近，其原 因是林地根系的存在阻
止了上边界对下边界地表径流和壤中侧 向流的补给 ，增
加了垂直一维人渗。有林地根系发达，且根系与土壤间
存在一定的缝 隙，由于植被根系对土壤结构改善较大 ，
为土壤提供了一定有机质，增加 了土壤孔隙度 ，从而增
加了雨水的垂直一维人渗。2个径流场上边界(a、b)水
势梯度分布相比，降雨初始时有林地水势梯度分布较无
林地平缓 ，雨停后随下渗锋面向下扩展，无林地水势梯
度分布变得平缓，而有林地却 由平缓变为陡直，其原 因
是降雨初期林地冠层截流及枯枝落叶层 吸持水特性减
缓了雨水入渗，当降雨量超过冠层最大截流量或枯枝落
叶层达到饱和后，又加快了林地人渗速率 ，这种水势梯
度分布的变化也表明有林地渗透性能强 ，可增加垂直一
维人渗 ；但下边界(A、13)这种水势梯度分布却不明显，主
要是地表径流和壤中侧向流的补给掩盖 了这种变化规
律。由于有林地具有增加人渗的水源涵养功能(主要是
冠层截流、枯枝落 叶层吸水 特性 和根系减缓壤 中侧 向
流)，故营造水土保持林时一是应充分考虑加大冠层复
合结构，即植被层次结构复杂 ，可对降雨进行层层拦截，
减缓 了雨滴落地速度，从 而减小其地表径流和土壤侵
蚀 ，故多层复合林冠结构以及林下植被种类多样均能加
大对雨水 的拦截 ；二是防止人为破坏和牲畜采食 ，有效
保护好枯枝落叶层，以吸收大量雨水，有效缓冲和蓄存
降雨 ，保持土壤水分、湿度及温度，促进微生物部分分解
活动 ，使土壤结构得到改善；三是增加根系复杂结构，可
有效利用不同土层光温和水分、养分条件 ，形成 良好结
构。因此造林时应大力营造混交林 ，且宜采用降低造林
密度方式形成人工、天然复合型乔灌草混交林 。
太行山刺槐林地人渗过程符合片麻岩山地降雨人
渗基本规律 ，即降雨后很短时间内上层(10～30cm土层)剖面水势很快由初始值增至最大值 ，雨停后水势逐
渐降低，且随人渗进行而湿润峰不断前移，水势梯度分布曲线由陡直逐渐变为平缓。降雨初期有林地人渗
速率慢于无林地 ，且随降雨进行而有林地人渗峰前移速度明显快于无林地。有林地植物及枯落物的存在阻
缓了地表径流和壤中侧向流 ，增加了垂直一维人渗。鉴于此在造林 时应大力营造混交林 ，且宜采用降低造
林密度方式形成人工、天然复合型乔灌草混交林。
参 考 文 献
1 黄秉维．谈黄河中上游土壤保持问题 ．中国水土保持 ，1983，2(1)：15～19
2 周择福，洪玲霞．不同林地土壤水分入渗和入渗模拟的研究．林业科学 ，1997，33(1)：9～16