全 文 ：第 24 卷　第 3期
2002 年 5 月
北　京　林　业　大　学　学　报
JOURNAL OF BEIJING FORESTRY UNIVERSITY
Vol.24 , No.3
May , 2002
2002-03-03收稿
＊国家自然科学基金项目“长江上游暗针叶林生态系统水文过程调节机制的研究”(39930130)的部分内容.
第一作者:程金花 ,女 , 1979年生 ,硕士生.主要研究方向:流域治理.电话:010-62390733　Emai l:f lower_2@263.net　地址:100083北京清华
东路 35号北京林业大学 268信箱.
责任作者:张洪江 ,男 , 1954年生 ,教授 ,博士生导师.主要研究方向:流域治理.电话:010-62338395　Email:zhj801@yahoo.com　地址:
100083 北京清华东路 35号北京林业大学资源与环境学院.
贡嘎山冷杉纯林地被物及土壤持水特性＊
程金花　张洪江　余新晓　张东升　赵玉涛
(北京林业大学资源与环境学院)
摘要　为了研究贡嘎山冷杉(Abies fabri)纯林林下地被物及林地土壤在水土保持 、水源涵养方面的作用 , 该文通过对
贡嘎山4 种林龄的冷杉纯林(幼龄林 、中龄林 、成熟林和过熟林)林下地被物持水特性及林地土壤物理实验 ,得到不同林
龄林下地被物最大持水量 、吸水速度等水文特征参数及林地土壤总孔隙度、毛管孔隙度等物理特性参数.结果表明 , 成熟
林林下苔藓层持水量最大 ,为其风干重的 343.5%, 过熟林林下的为 284.5%, 中龄林林下的为 282.5%, 幼龄林林下的为
250%.成熟林林下枯落物最大持水量为其风干重的 301.8%, 过熟林林下的为226.4%,中龄林林下的为 209.4%, 幼龄林
林下的为 205.4%.经分析拟合 ,得到林下苔藓层 、林下枯落物吸水速度与浸泡时间之间关系式 S =ktn .贡嘎山冷杉纯
林林地土壤容重为 0.851～ 1.136 g cm3 ,土壤饱和含水量为 55.29%～ 83.96%, 毛管持水量为 44.48%～ 75.41%, 田间
持水量为 39.50%～ 65.86%.
关键词　贡嘎山 ,冷杉林 , 地被物 ,持水特性 , 土壤物理特性
中图分类号　S715.3
Cheng Jinhua;Zhang Hongjiang;Yu Xinxiao;Zhang Dongsheng;Zhao Yutao.Water holding capacity char-
acteristic of ground cover and soil under pure Abies fabri forest on the Gongga Mountain.Journal of Bei-
jing Forestry University (2002)24(3)45 ～ 49[ Ch ,13 ref.] College of Resources and Environment , Beijing For.
Univ.,100083 , P.R.China.
In order to study the effect of ground cover and forest soil under Abies fabri forest on the Gongga Mountain
(29°20′～ 30°20′N ,101°30′～ 102°15′E)on soil and water conservation and water source conservation , the au-
thors got hydrological characteristic parameters such as the maximum water holding capacity , water absorption
speed of ground cover and physical characteristic parameters such as the total porosity , the capillary porosity of
the forest soil through the water holding characteristic experiment of the ground cover and the forest soil experi-
ment under four types of Abies fabri forest(the young stand , the mid-age stand , the mature stand and the over-
mature stand).The result shows that the maximum water holding capacity of the moss under the mature stand is
the maximal , which is 343.5% of its dry weight , that of the moss under the overmature stand is 284.5%, that
of the moss under the mid-age stand is 282.5%, that of the moss under the young stand is 250%.The maximum
water holding capacity of the litter under the mature stand is 301.8% of its dry weight , that of the litter under
the overmature stand is 226.4%, that of the litter under the mid-age stand is 209.4%, that of the litter under
the young stand is 205.4%.The equation between the water absorption speed of the ground cover and the im-
mersing time is S =ktn .The density of the forest soil on the Gongga Mountain is 0.851 ～ 1.136 g cm3 , the sat-
urated capacity is 55.29%～ 83.96%, the capillary holding capacity is 44.48%～ 75.41%.The field holding
capacity is 39.50%～ 65.86%.
Key words　the Gongga Mountain , Abies fabri pure forest , ground cover , water holding characteristic , soil
physical characteristic
　　林下地被物在水土保持 、水源涵养等方面具有 重要作用 ,国内外许多学者在不同区域对多种森林
DOI :10.13332/j.1000-1522.2002.03.010
类型下的地被物特性及土壤特性作了研究.美国著
名森林水文学家 Richard Lee 认为 ,地被物对降雨的
截留量大小取决于地被物的蓄水容量[ 1] .王佑民则
分析了枯落物持水与降雨 、地形因素的关系[ 2] .白学
良等研究了不同海拔高度主要林型苔藓植物物种多
样性 、生物量和生态学作用[ 3] .在土壤特性研究方
面 ,张光灿等认为土壤层的持水蓄水能力主要与土
壤容重 、孔隙度等物理性质及土层厚度有关 ,并对泰
山几种森林类型下土壤的水文效应作了研究[ 4] .吴
建平等研究了湖南省主要森林类型林地土壤持水功
能及其改良技术[ 5] .曹广民等对高寒地区冻雏形土
的持水特性作了研究[ 6] .武天云等分析了甘肃省黑
垆土的持水特性及其抗旱性[ 7] .但对位于长江上游
的贡嘎山冷杉纯林林下地被物及林地土壤持水特性
研究报道较少.为了研究贡嘎山冷杉纯林林下地被
物及林地土壤对水土保持 、水源涵养的作用 ,本文对
贡嘎山冷杉纯林地被物持水特性及林地土壤持水特
性作了定量研究.
1　研究区概况
贡嘎山位于青藏高原东南缘 、在四川盆地向青
藏高原过渡带大雪山的中段 ,其地理坐标为 29°20′
～ 30°20′N和 101°30′～ 102°15′E ,主峰海拔 7 556 m ,
是横断山区的最高峰.该地区自然环境复杂 ,植被类
型多样 ,具有结构复杂的植被垂直带谱[ 8 ～ 10] .乔木
层下的灌层主要有心叶荚 (Viburnum cordifolium)、
卫矛(Euonymus dasydictyon)等 ,草本层主要有肋毛
蕨(Ctenitis elarkei)等.地被物采集处海拔为 2 700 ～
3 000 m ,年平均气温1 ～ 4.5 ℃,年降水量 1 500 ～
1 700 mm ,年平均相对湿度为 85% ～ 90%.土壤以
暗棕壤和亚高山灰化土为主 ,土层较薄 ,腐殖质含量
高并具有良好的团粒结构.本研究所选土壤坡面位
于海拔 2 500 ～ 3 000 m 处 ,坡向为南坡 ,坡度为
10°,母质为第四纪坡积物.坡面上部 、中部 、下部海
拔范围分别为 2 900 ～ 3 000 m , 2 800 ～ 2 900 m ,
2 700 ～ 2 800 m.各林龄冷杉纯林环境概况见表 1.
2　研究方法
2.1　林下地被物及土壤样本的采集
在贡嘎山不同林龄冷杉纯林林地内采集林下地
被物 ,在不同林龄冷杉林内分坡面上部 、中部 、下部
各取面积为 20 cm×25 cm 的样方两个 ,分别采取地
表的枯落物和苔藓层.采取地被物时 ,将枯落物和苔
藓层分别保持原样装箱 ,现场记录枯落物层和苔藓
层厚度等相关数据和林地状况 ,用于进行室内分析.
表 1　林下地被物样本采集区概况
TABLE 1　The general situation of the ground cover collection area
林分概况 海　　拔 m
　　
林分 母质类型 坡向 坡度 (°) 坡面上部 坡面中部 坡面下部
幼龄林 坡积物 东 10 2 900 ～ 2 950 2 800 ～ 2 850 2 700 ～ 2 750
中龄林 坡积物 东南 15 2 900 ～ 3 000 2 800 ～ 2 900 2 700 ～ 2 800
成熟林 坡积物 东南 10 2 9500 ～ 3 000 2 800 ～ 2 900 2 750 ～ 2 800
过熟林 冰碛物 北 15 2 9500 ～ 3 000 2 800 ～ 2 900 2 750 ～ 2 800
　　在冷杉纯林内分坡面上部 、中部 、下部各挖一个
110 cm 深的土壤剖面 ,观测并记录土壤剖面特征 ,
用环刀在每个坡位取 5层原状土壤样本 ,用于土壤
物理特性测定.
2.2　地被物持水量及其吸水速度测定
用室内浸泡法测定林下地被物的持水量及其吸
水速度.首先 ,对所采集的地被物进行风干并称其重
量 ,然后将称重后的地被物原状放入土壤筛 ,再将装
有地被物的土壤筛置入盛有清水的容器中 ,保持水
面高于土壤筛的上沿.
将枯落物浸入水中后 ,每隔 2 h 将地被物连同
土壤筛一并取出 ,静置 5 min左右 ,直至地被物不滴
水为止 ,迅速称地被物湿重并进行记录.如此反复 5
次 ,即在水中浸泡 10 h.每隔 2 h从浸泡容器中取出
称重 ,所得的地被物湿重与其风干重差值 ,既为地被
物浸泡不同时间的持水量 ,该差值与浸泡时间的比
值为地被物的吸水速度.
2.3　土壤物理特性测定
在室内测定原状土样的饱和含水量 、田间持水
量 、毛管持水量等水分常数 ,然后计算得到所采土样
的容重 、总孔隙度 、毛管孔隙度和非毛管孔隙度.
3　结果与分析
3.1　实验结果
依持水量和吸水速度测定方法 ,将采集回室内
并进行风干称重后的地被物浸泡在清水中 ,分时段
46 北　京　林　业　大　学　学　报 第 24卷　
称其重量 ,计算得到 4种林龄林下苔藓层 、枯落物持
水量及其吸水速度(表 2 ,3).
表 2　林下地被物持水量 g·kg-1
TABLE 2　The water holding capacity of ground cover
林分层次 浸泡时间 h
2 4 6 8 10
幼龄林苔藓层 2 078 2 345 2 445 2 490 2 500
中龄林苔藓层 2 295 2 600 2 773 2 802 2 825
成熟林苔藓层 3 000 3 300 3 380 3 405 3 435
过熟林苔藓层 2 354 2 672 2 796 2 826 2 845
幼龄林枯落物 1 764 1 942 2 009 2 046 2 054
中龄林枯落物 1 747 2 059 2 069 2 094 2 094
成熟林枯落物 2 644 2 975 2 987 3 018 3 018
过熟林枯落物 1 853 2 108 2 220 2 247 2 264
表 3　林下地被物吸水速度 g·kg-1·h-1
TABLE 3　The water absorption speed of ground speed
林分层次 浸泡时间 h
2 4 6 8 10
幼龄林苔藓层 1 039 586 407 311 250
中龄林苔藓层 1 147 650 462 350 282
成熟林苔藓层 1 500 825 563 426 343
过熟林苔藓层 1 177 668 466 353 284
幼龄林枯落物 882 485 334 255 205
中龄林枯落物 873 514 344 261 209
成熟林枯落物 1 322 743 497 377 301
过熟林枯落物 926 527 370 281 226
依土壤水分常数及容重测定方法 ,对采取的土
壤样本进行测定 ,计算得到贡嘎山林地土壤的水分
常数及物理性质参数(表 4 ,5).
表 4　土壤样本水分常数测定结果
TABLE 4　The measurement result of soil s water constant
土层 深度 cm 饱和含水量 % 毛管持水量 % 田间持水量 %
A1 0～ 10 83.96 75.41 65.86
A1B 10～ 20 72.34 64.86 56.42
B 20～ 80 66.40 52.48 45.09
BC 80～ 100 55.29 44.48 39.50
C 100以下 56.89 49.51 42.81
表 5　土壤物理性质
TABLE 5　The soil physical features
土层 深度 cm 容重 (g·cm-3)
总孔隙
度 %
毛管孔隙
度 %
非毛管孔
隙度 %
毛管孔隙度占
总孔隙度比例 %
A1 0～ 10 0.851 71.45 64.18 7.27 89.82
A1B 10～ 20 0.972 70.32 63.05 7.27 90.08
B 20～ 80 1.013 67.27 53.17 14.09 79.04
BC 80～ 100 1.136 62.81 50.53 12.28 80.44
C 100以下 1.119 63.67 55.41 8.25 87.03
3.2　不同林龄地被物持水特性
3.2.1　不同林龄地被物持水量
对表 2中 4种林下苔藓层持水量进行比较 ,可
以明显看出成熟林林下苔藓层持水量最大 ,为 3 453
g kg ,是其风干重量的 345.3%;过熟林林下苔藓层
的次之 ,为 2 865 g kg ,是其风干重量的 286.5%;中
龄林林下苔藓层的持水量位居第三 ,为 2 850 g kg ,
是其风干重量的 280.5%;幼龄林林下苔藓层持水
量最小 ,为2 500 g kg ,是其风干重量的 250%.
对 4种林下枯落物持水量进行比较 ,也显示出
成熟林林下枯落物持水量最大 ,为 3 018 g kg ,是其
风干重量的 301.8%;其次是过熟林林下枯落物持
水量 ,为 2 284 g kg ,是其风干重的 228.4%;第三是
中龄林林下枯落物持水量 ,为 2 094 g kg ,是其风干
重量的 209.4%;幼龄林林下枯落物持水量最小 ,为
2 054 g kg ,是其风干重量的 205.4%.
对 4种林龄林下苔藓层持水量与林下枯落物持
水量进行比较 ,均是苔藓层的持水量大于枯落物的
持水量.
3.2.2　地被物持水量与浸泡时间关系
林下苔藓层 、林下枯落物持水量与浸泡时间之
间存在一定的相关关系见图 1.
图 1　林下地被物与其浸泡时间关系
FIGURE 1　The relation between ground cover and it s immersing time
从图 1可看出 ,林下地被物持水量在前 4 h 内
增长较快 ,在水中浸泡 6 h左右 ,其持水量基本上达
到最大值 ,即 6 h 之后 ,增加浸水时间 ,其持水量增
加速度明显减小或不再发生变化.
分别对比 4种林龄林分下苔藓层与枯落物持水
量随浸泡时间变化趋势 ,发现枯落物持水量在浸泡
4 h时已基本达到饱和 ,而苔藓层持水量浸泡 6 h时
才基本达到饱和 ,枯落物和林下苔藓层达饱和时 ,其
最大持水量分别为 3 018 g kg和 3 453 g kg.可见 ,贡
嘎山 4种林龄冷杉纯林林下苔藓层持水能力均强于
枯落物.
3.2.3　地被物吸水速度与浸泡时间关系
林下苔藓层 、林下枯落物吸水速度与浸泡时间
47第 3期 程金花等:贡嘎山冷杉纯林地被物及土壤持水特性
之间存在明显的相关关系见图 2.
图 2　林下地被物吸水速度与其浸泡时间关系
FIGURE 2　The relation between ground cover s water
absorption speed and its immersing time
对所研究的 4种林龄林下苔藓层 、林下枯落物
吸水速度与浸泡时间之间关系分析并进行拟合 ,发
现林下地被物吸水速度与浸泡时间之间存在如式
(1)所示的关系.
S =ktn (1)
式中 , S 为枯落物吸水速度[ g (kg·h)] , t 为浸泡时
间(h), k 为方程系数 , n 为指数.
由分析拟合得到林下地被物吸水速度 S 与浸
泡时间 t之间的方程式 ,详见表 6.
表 6　林下枯落物和苔藓层吸水速度与浸泡时间关系式
TABLE 6　The equation between the water absorption speed
of ground cover and its immersing time
苔藓层 关系式 枯落物层 关系式
幼龄林苔藓层 S=1 057.4 t -0.8832 幼龄林枯落物 S=893.4 t -0.9052
中龄林苔藓层 S=1 167.1 t -0.8677 中龄林枯落物 S=903.7 t -0.8921
成熟林苔藓层 S=1 524.1 t -0.9173 成熟林枯落物S=1 354.7 t -0.9214
过熟林苔藓层 S=1 201.2 t -0.8816 过熟林枯落物 S=944.4 t -0.8736
从图 2中可看出 ,林下地被物在前 2 h 内吸水
速度最大 ,之后急剧下降 , 6 h 左右时下降速度明显
减缓.从图 2还可看出 ,林下地被物浸入水中刚开始
时吸水速度相差较大 ,但随浸泡时间延长 ,4种林龄
8种林下地被物吸水速度趋向一致.这主要是因为
随着浸泡时间增长 ,不同林龄地被物持水量接近其
最大持水量 ,也就是说地被物逐渐趋于饱和 ,其持水
量增长速度随之减缓所致.
3.3　土壤物理性质及容水能力
由表 4可以看出各龄级的冷杉纯林林地土壤饱
和含水量为 55.29% ～ 83.96%, 毛管持水量为
44.48% ～ 75.41%, 田间持水量为 39.50% ～
65.86%.
由表 5可看出冷杉纯林林地土壤 A1 层的容重
为 0.851 g cm3 ,总孔隙度为 71.45%,毛管孔隙度为
64.18%.随土层加深 ,土壤容重逐渐变大 ,孔隙度逐
渐变小 ,C 层土壤容重为 1.119 g cm3 ,总孔隙度为
63.67%,毛管孔隙度为 55.41%.这表明贡嘎山冷杉
纯林林地表层土壤比较疏松 ,但深层土壤比较紧实.
4　结　　论
(1)贡嘎山冷杉纯林4种林龄林下地被物最大
持水量存在一定差异 ,成熟林林下苔藓层最大持水
量为 3 435 g kg ,过熟林林下的为 2 845 g kg ,中龄林
林下的为 2 825 g kg ,幼龄林林下的为 2 500 g kg.成
熟林林下枯落物最大持水量为3 018 g kg ,过熟林林
下的为 2 264 g kg ,中龄林林下的为 2 094 g kg ,幼龄
林林下的为 2 054 g kg.成熟林林下苔藓层最大持水
量为其风干重的 343.5%,即贡嘎山冷杉纯林林下
地被物持水量最大可达其风干重的 3.5倍.
(2)4种林龄林下地被物持水量随时间变化过
程均是在前2 h 内持水量增加较快 ,之后增加趋势
明显变慢 ,4 ～ 6 h时基本达到饱和.这表明贡嘎山
冷杉纯林林下地被物持水量随时间变化过程与林龄
无关.
(3)经分析拟合 ,得到 4种林龄冷杉纯林林下
苔藓层 、林下枯落物吸水速度与浸泡时间之间关系
式为 S=ktn .且其林下苔藓层持水能力均强于林下
枯落物层持水能力.
(4)贡嘎山冷杉纯林林地土壤土层容重为
0.851 ～ 1.136 , 土壤饱和含水量为 55.29% ～
83.96%,毛管持水量为 44.48% ～ 75.4 1%,田间持
水量为 39.50% ～ 65.86%.说明贡嘎山冷杉纯林林
地土壤有较强的容水能力.
(5)由于本文仅对林下地被物持水量及其吸水
速度 、土壤物理性质及其持水特性等方面进行了探
讨 ,其他方面还有待进一步研究 ,以系统探讨这一地
区冷杉纯林对区域水文过程的影响.
参 考 文 献
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改良技术.水土保持通报 ,2000 , 20(6):30～ 32
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parian clear cutting:Implications for boreal forestry and warm-and cool-
water fi sheri ses.Journal of Soil and Water Conservation , 1997 , 52(6):
452 ～ 455
(责任编辑　赵　勃)
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为配合2003年 1月初开幕之全国第八届梅花蜡梅展览(中国花卉协会梅花蜡梅分会与昆明市人民政府
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99 ～ 100页(可向 100083北京清华东路 35号北京林业大学 148 信箱索取 ,联系人:董晓燕).论文字数最好
3 000 ～ 5 000字 ,最多不超过 10 000字.请采取Word 7.0以上版本打印 ,一式两份一同挂号寄来(附软盘),或
通过电子邮件寄稿.
投稿地址:100083北京林业大学 123信箱 ,联系电话:010-62338312 ,010-62338935
电子信箱:chenjymc@public.bta.net.cn
收稿人:陈俊愉
4　投稿前 ,最好先报论文题目.论文全文及软盘等截止日期:2002年 8月 31日.
中国花卉协会梅花蜡梅分会
中国园艺学会梅研究会　　同启
国 际 梅 品 种 登 录 中 心
　　2002年 4月 20日
49第 3期 程金花等:贡嘎山冷杉纯林地被物及土壤持水特性