全 文 ：第 30卷 第 7期 中 南 林 业 科 技 大 学 学 报 Vol.30 No.7
2010年 7月 JournalofCentralSouthUniversityofForestry＆Technology Jul.2010
收稿日期:2010-06-07
基金项目:国家 “十一五 ”科技支撑项目(2006BAD03A0702);西藏林芝高山森林生态系统国家野外科学观测研究(2006 ～ 2010)
作者简介:刘韶辉(1968-),男 ,博士研究生 ,从事森林群落和生态水文方向的研究;E-mail:L8414@qq.com
通讯作者:项文化(1967-),男 ,教授 ,博士 ,从事森林生态定位研究;E-mail:xiangwh2005@163.com
西藏南伊沟原始林芝云杉林土壤水文的物理特征
刘韶辉 1, 2 , 项文化 1 , 方江平1, 3
(1.中南林业科技大学 生命科学与技术学院 , 湖南 长沙　410004;　2.国家林业局 发展规划与
资金管理司 , 北京　100714;　3.西藏农牧学院 高原生态研究所 , 西藏 林芝　860000)
摘　要:对西藏南伊沟原始林芝云杉林的土壤水文物理参数 、土壤含水量季节变化和入渗特征进行测定。结果表
明:林芝云杉林土壤密度 、最大持水量 、毛管持水量 、田间持水量 、毛管孔隙度和总孔隙度的平均值分别为 1.07
g· cm-3 、 50.74%、 41.21%、 35.87%、 41.33%和 51.24%;随着土壤深度的增加 ,土壤密度增大 , 持水量 、孔隙度和
通气度均减小 , 持水能力逐步减弱;土壤含水量季节性变化与大气降水的趋势一致 ,雨季(5 ～ 9月)土壤含水量高 ,旱
季土壤含水量则明显下降 ,大致可分为蓄水(4 ～ 7月)、失水(8 ～ 9月)、耗散(10 ～ 12月)和稳定(1 ～ 3月)4个阶段;
土壤含水量随着土壤深度增加而下降 ,分为弱利用层(0 ～ 20 cm)、利用层(20 ～ 60 cm)和调节层(60cm以下)3个层
次;土壤水分入渗过程符合幂函数关系 , 0 ～ 31 cm层和 31 ～ 52 cm层的初渗速率分别为 12.0和 7.5 mm· min-1 , 稳
渗速率分别为 4.9和 2.7mm· min-1。
关键词:生态学;林芝云杉;原始林;土壤渗透性;西藏
中图分类号:S714.7;Q661.1 文献标志码:A 文章编号:1673— 923X(2010)07— 0015 — 04
SoilhydrophysicalpropertiesinaprimaryPicealikiangensisvar.
linzhiensisforestinNanyigouofTibet
LIUShao-hui1, 2 , XIANGWen-hua1 , FANGJiang-ping1, 3
(1.SchoolofLifeScienceandTechnology, CentralSouthUniversityofForestryandTechnology, Changsha410004, Hunan,
China;　2.DepartmentofDevelopmentPlanningandAssetsManagement, ChinaStateForestryAdministration, Beijing100714,
China;　3.InstituteofPlateauEcology, TibetAgriculturalandAnimalHusbandryCollege, Linzhi860000, Tibet, China)
Abstract:Soilhydrophysicalproperties, moisturedynamicandinfiltrationcapacitywereinvestigatedinaprimaryPicealiki-
angensisvar.linzhiensisforestinNanyigouofTibet.Theresultsshowthatsoilbulkdensity, maximumwaterholdingcapaci-
ty, capilaryporositywaterholdingcapacity, fieldwaterholdingcapacity, capillaryporosityandwholeporositywereaveraged
to1.07g· cm-3 , 50.74%, 41.21%, 35.87%, 41.33% and51.24%, respectively.Soilbulkdensityincreased, while
waterholdingcapacity, soilporosityandsoilmoisturecontentdecreasedwithincreasingsoildepth.Seasonalchangesinsoil
moisturecontentshowedasimilartendencytorainfal, withhighvalueinrainyseasonfromMaytoSeptemberandlowvalue
indryseasonfromOctobertoAprilnextyear.Seasonalchangesinsoilmoisturecouldbedividedintofourstages:waterstor-
age, waterloss, evaporationandstablestage.Soilmoisturecontentdeclinedwithsoildepth, whichcouldbedividedinto
threelayersofweakavailability, availabilityandadjustment.Theinfiltrationprocesscouldbeexpressedwithpowerfunction
model.InitialinfiltrationratesinsoilAlayer(0 ～ 31 cm)andBlayer(31 ～ 52 cm)were2.0 mm· min-1 and7.5
mm· min-1 respectively, andthestableinfiltrationrateswere4.9 mm· min-1and2.7 mm· min-1 , repectively.
Keywords:ecology;PiceaLikiangensisvar.linzhiensis;primaryforest;soilinfiltrationrate;Tibet
DOI :10.14067/j.cnki.1673-923x.2010.07.023
　 　中 南 林 业 科 技 大 学 学 报 第 30卷
　　森林土壤是森林生态系统发挥涵养水源功能的
重要场所[ 1] 。大气降水经过林冠截留后进入林地 ,
一部分水分入渗暂时贮存在土壤中 ,供植物生长 、蒸
腾或土壤蒸发 ,或进一步下渗形成壤中流或地下水 。
森林土壤含水量 、入渗性和蓄水能力作为土壤水文
物理特征指标 ,在减少地表径流 、控制水土流失以及
降低沉积物和污染物向地表水迁移等方面具有重要
作用[ 2] 。国内外在土壤水文物理特征及渗透性能
方面进行了大量研究 [ 3-7] ,比较不同植被类型 [ 8]或
植物群落结构[ 9]对土壤入渗性过程的影响 ,分析影
响土壤水分入渗性能的主要因素[ 7] ,建立经验公式
及模型对土壤入渗过程进行定量描述和模拟 [ 9] 。
西藏森林中 48%的面积为暗针叶林 ,暗针林的
蓄积量占全区的 61%[ 10] 。暗针叶林主要由云杉属
Picea、冷杉属 Abies和铁杉属 Tsuga的树种组成 。林
芝云杉 Picealikiangensisvar.linzhiensis是云杉属中
丽江云杉 Picealikiangensis的变种 ,主要分布在波密
东部 、林芝 、米林 、郎县 、工布江达 、隆子 、错那以至洛
扎等地区 ,这些地区丰沛的降水和温和的气候有利
于林木生长 ,森林高耸挺拔 ,郁密粗壮 ,有些树干直
径可达 2m,树高达 80 m,每公顷立木蓄积量堪称世
界之最 [ 11] 。这些森林分布于雅鲁藏布江中游两侧
及其支流的山坡上 ,在涵养水源 、保持水土和净化水
质等方面发挥重要作用 ,但目前还缺乏森林土壤水
文学特性方面的研究 。
1　研究区概况
研究区设在西藏林芝地区米林县南伊沟
(29°09′N, 94°01′E),海拔 3 050m,属于典型的亚
高山温带半湿润季风气候区 ,年平均气温 8.2℃,
最低月(1月)平均气温 -13.98℃,最高月(7月)
平均气温 19.23℃,年降水量 675mm, 85%的雨水
集中在 6 ～ 9月份 ,全年无霜期 170 d。
在成熟的林芝云杉林内 ,选择有代表性的地段
设置 30 m×30m标准样地 1块。样地的平均坡度
<5°,林内间有少量的急尖长苞冷杉 Abiesgeorgei
var.smithi,林分郁闭度为 0.7,平均树高 39.6 m,
平均胸径 88.3cm。土壤为山地棕壤;林下灌木和
草本种类繁多 ,灌木层主要有杯萼忍冬 Lonicerain-
conspicua、齿叶忍冬 L.setifera、毛叶野丁香 Leptoder-
misnigricans、木姜子 Litseapungens和大花黄牡丹
Paeonialudlowi等;草本层有鳞毛蕨 Dryopteris
spp.、管花鹿药 Smilacinapurpurea、蟹甲草 Cacalia
pentaloba、落芒草 Oryzopsistibetica和川西千里光 Se-
neciosolidagineus等;此外 ,苔藓层也比较发达 ,主要
有锦丝藓 Actinothuidiumhookeri、多蒴曲尾藓 Dicra-
nummajus、曲尾藓 D.scoparium、偏蒴藓 Ectropotheci-
umspp.和美丽大灰藓 Hypnumplumaeforme等 。
2　研究方法
在样地内呈 “品字形 ”选取 5个样点 ,按土壤发
生剖面分 A(0 ～ 31 cm)、B(31 ～ 52 cm)和 C(52 ～
80cm)3个层次 ,用环刀采集土样 ,测定土壤密度 、
毛管孔隙度 、非毛管孔隙度 、总孔隙度等及土壤通气
率 ,用烘干法测定土壤含水率 [ 3, 12] 。采用 “双环法 ”
测定土壤初渗速率 、稳渗速率[ 13] ,通过回归分析确
定其渗透曲线方程。最大持水量 、毛管持水量和非
毛管持水量分别由总孔隙度 、毛管孔隙度和非毛管
孔隙度计算得出[ 3] 。
3　结果与分析
3.1　土壤水分的物理性质
土壤是一个非均质 、多相 、分散和多孔的系统 ,
其水文物理性质表现为疏松性 、结构性 、吸收性 、持
水性 、透水性以及水分移动状况 。土壤密度与孔隙
度是反映林地土壤物理性质状况的重要指标之一 ,
其大小可以反映森林植被对土壤物理性质的改善程
度[ 14] 。从表 1可见 ,林芝云杉林的土壤密度随土层
深度的增加而增大 ,由 A层的 0.85g· cm-3增加到
C层的 1.29 g· cm-3。而最大持水量 、毛管持水量
和田间持水量都在逐渐下降 ,同样土壤毛管孔隙度
和总孔隙度也在下降 ,表明土壤的持水能力随深度
的增加而逐渐减弱 。土壤最大持续量可反映土壤在
雨季时最大的贮水能力 ,而毛管持水量可近似认为
土壤在枯水季节的贮水量[ 14] 。根据表 1的数据 ,可
推算出西藏原始林芝云杉林的土壤在雨季时 1 m3
最多可贮存 0.51 m3的水 ,而在枯水季节仍能保留
16
第 7期 　刘韶辉 ,等:西藏南伊沟原始林芝云杉林土壤水文的物理特征　
表 1　原始林芝云杉林土壤持水性能
Table1　SoilwaterholdingcapacityinaprimaryPicealikiangensisvar.linzhiensisforest
土壤层次 厚度 /cm
土壤密度 /
(g· cm-3)
最大持水
量 /%
毛管持水
量 /%
田间持水
量 /%
非毛管孔隙
度 /%
毛管孔隙
度 /%
总孔隙
度 /%
土壤通气
度 /%
A层 31.0 0.85 68.26 58.64 50.19 8.18 49.84 58.02 35.26
B层 21.0 1.07 47.79 37.10 32.22 11.44 39.70 51.14 35.07
C层 28.0 1.29 36.17 27.90 25.21 10.67 35.99 46.66 26.25
平均 1.07 50.74 41.21 35.87 9.92 41.33 51.24 32.19
0.41m3的水量 ,表明林芝云杉林土壤既有良好的
通气透水性能 ,又有强大的蓄水功能 ,有利于促进林
木的生长发育 ,能够充分发挥森林的水文效益 。
3.2　土壤含水量的季节变化
虽然各种类型森林土壤中水分含量不同 ,在时
间动态变化上也存在明显差异 ,但从总体上来看 ,它
们都有着基本一致的变化规律 ,即不论何种林分及土
壤层次 ,其含水率的变化都与大气降水密切相关[ 10] 。
从图 1可看出 ,林芝云杉林各层土壤的含水量与大气
降水趋势是一致的 ,雨季(5 ～ 9月)的降水量大 ,土壤
含水量也高 ,而旱季土壤含水量则明显下降。
林芝云杉林土壤含水量的季节变化大致可分为
4个阶段:(1)蓄水阶段(4 ～ 7月):此时气温逐渐
升高 ,林木从休眠期进入生长旺盛期 ,土壤蒸发和林
木蒸腾均逐渐增强。同时 ,降水量也逐渐增大 ,大气
降水渗入到土壤中的水量大于地面蒸发和林木蒸散
引起的土壤水分消耗量 ,水分在土壤中逐渐积累 ,到
7月底 ,土壤含水量达到全年最高值。 (2)失水阶
段(8 ～ 9月):大气降水量虽然较大 ,但气温全年最
高 ,林木根系从土壤吸取水分维持较为旺盛的蒸散 ,
地面蒸发也较为强烈 ,所以渗入土壤中的水分不能
弥补因蒸腾 、地面蒸发和向深层下渗而损耗掉的水
分 ,土壤中的水分不断减少 。 (3)耗散阶段 (10 ～
12月):降水量开始减少 ,但日照充足 ,空气干燥 ,
太阳辐射强烈 ,土壤水通过地表和根系吸收被大量
蒸散消耗 ,含水量不断降低 。 (4)稳定阶段(1 ～ 3
月):气温降低 ,林木已停止生长 ,加之凋落物层覆
盖 ,地面蒸发量也较小 ,同时降水量不大 ,从而使土
壤水分相对稳定 。
3.3　土壤含水量的空间变化
林地土壤水分由于受降水补给和蒸散作用的影
响 ,特别是地被物和土壤性质的影响 ,土壤水分含量
随土壤深度增加有明显变化。林芝云杉林土壤含水
图 1　林芝云杉林土壤含水率季节变化及其与降水量之间
关系
Fig.1　Relationshipbetweenseasonalvariationofsoil
moisturecontentandprecipitationinaprimary
Picealikiangensisvar.linzhiensisforest
量随着土层深度的增加而逐渐减小 , 60cm以下趋
于平稳(见图 1)。根据根系水分吸收利用状况和土
壤水分变化情况 ,土壤水分变化为 3个层次:(1)弱
利用层(0 ～ 20 cm):土壤水分主要受控于大气因
子 ,特别是降水 ,加之表层渗透 、水分蒸发等都直接
作用于该层 ,因此该层土壤水分变化十分剧烈 。但
林芝云杉林在此层主要分布一些粗大的侧根 ,土壤
水受植物生长影响不大。 (2)利用层(20 ～ 60cm):
林芝云杉林细根主要分布在此层 ,在原始林高大树
体的强烈蒸腾作用下 ,土壤含水量明显下降 ,尤其在
生长季(4 ～ 10月)内 ,与地表层含水量差异大 ,表明
该层水分被植物利用率高 。 (3)调节层 (60 cm以
下):土壤水分变化幅度很小 ,稳定在 20% ～ 25%之
间 ,此层土壤根系较少 ,被植物利用率低 ,但在上层
土壤水下降较多时 ,可以通过水势梯度将该层水分
向上层运动 ,以减缓上层含水量变化的强度 ,来保证
林木生生长发育的需要 。同时 ,该层在丰水年雨季
可起到储水作用 ,故对林木根系吸收有一定的调节
作用 。
17
　 　中 南 林 业 科 技 大 学 学 报 第 30卷
3.4　土壤渗透特征
土壤水分入渗是一个非常复杂的流动过程 ,水
分到达地表之后 ,呈饱和或非饱和的形式运动以进
行水分的再分布和迁移过程。土壤渗透性能是描述
土壤入渗快慢的土壤水分物理特征重要参数之一 ,
是林分涵养水源的重要指标。土壤渗透性能越好 ,
地表径流就越小 , 地表水流失量也会相应地减
少 [ 15] ,不同土地利用类型的土壤渗透性能存在很大
差异[ 16] ,因此 ,分析不同地区植被类型的土壤渗透
性能 ,对合理恢复植被及科学评价水源涵养能力有
着重要的指导意义。
从表 2可看出 ,林芝云杉林不同土壤层的渗透
性能存在差异。 A层土壤有机质含量高 ,土壤密度
低 ,孔隙度增加 ,有利于土壤纵向和横向的水分渗
透 ,初渗速率和稳渗速率都明显高于 B层(C层因
砾石含量较高 ,未测量渗透性能),到达稳渗所用的
时间也比 B层短 ,说明 A层土壤的渗透性能良好。
表 2　林芝云杉原始林土壤入渗特征
Table2　SoilpermeabilityinaprimaryPicealikiangensis
var.linzhiensisforest
土壤层次 初渗速率 /(mm· min-1)
稳渗速率 /
(mm· min-1)
达稳渗时间 /
min
A层 12.0 4.9 14
B层 7.5 2.7 20
　　从图 2可见 ,林芝云杉林土壤入渗过程大致可
分为三个阶段:(1)始渗阶段:刚开始时 ,水分首先
填补非毛管空隙 ,入渗速率很大 ,变化率也大 。 (2)
趋稳阶段:当非毛管空隙填满后 ,进一步填充毛管
空隙 ,这样渗透速率逐渐下降 ,变化率也较小。 (3)
图 2　林芝云杉原始林土壤渗透变化曲线
Fig.2　ChangecurvesofsoilpermeabilityinprimaryPi-
cealikiangensisvar.linzhiensisforest
稳渗阶段:当毛管空隙也填满后 ,水分主要受重力
的影响 ,渗透速度基本稳定。
林地入渗率和入渗时间之间存在着良好的幂函
数关系:
A层:f=12.697 0t-0.3094 , R=0.989 0;
B层:f=9.751 5t-0.3922 , R=0.947 7。
4　结　论
林芝云杉原始林中土壤密度随土层深度的增加
而增大 ,持水量(最大 、毛管 、田间)、孔隙度 (总孔
隙 、毛管 、非毛管)和土壤通气度均随土层深度的增
加而减小 ,土壤的持水能力随土壤深度的增加逐渐
减弱 。林芝云杉林土壤具有良好的通气透水性 ,又
有较强的蓄水能力 ,能发挥较好的森林水文功能 。
各土壤测定的含水量表现为相似的季节性规
律 , 6、7月份为当地雨季 ,加之森林郁闭度较大 ,土
壤含水量最大;到年底 12月份时 ,由于暂时未下雪 ,
空气相对比较干燥 ,土壤含水率最低。随着土层深
度的增加 , 土壤含水量呈下降趋势 , 表层 (0 ～
10cm)含水量最高 ,到达 50cm以下时 ,土壤含水
量趋于稳定 ,为 20% ～ 25%。土壤水分入渗稳定时
间需要 14min(0 ～ 31 cm)和 20min(31 ～ 52cm),
其渗透过程均表现为幂函数关系 ,即 f=at-b,相关
系数达到了 0.989 0和 0.947 7, 表明结果拟合
较好 。
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18
第 7期 　肖京武 , 等:基于 ARCGIS的青秀山生态敏感性研究　
段 ,以及农田用地 ,面积 372.3 hm2 ,占总用地面积
的 32.69%。这些区域能承受一定的人类干扰 ,也
能够承受一定强度的开发建设 ,土地亦可作多种用
途进行开发利用 。但严重干扰会产生水土流失及相
关自然灾害 ,生态恢复缓慢 。
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[本文编校:谢荣秀 ]
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