全 文 ：第２０卷第６期
２０１３年１２月
水土保持研究
Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ Ｓｏｉｌ ａｎｄ Ｗａｔｅｒ Ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ
Ｖｏｌ．２０，Ｎｏ．６
Ｄｅｃ．，２０１３
收稿日期：２０１３－０２－２８ 修回日期：２０１３－０４－１０
资助项目：林业公益性行业科研专项“都市型自然保护区保护与适应关键技术研究”（２０１００４０５３）
作者简介：高琛（１９９１—），男，甘肃靖远人，在读硕士，主要研究方向：水土保持。Ｅ－ｍａｉｌ：ｐｄｓｇｃ１９９１＠１６３．ｃｏｍ
通信作者：杨新兵（１９７８—），男，河北涉县人，博士，副教授，主要从事水土保持、森林健康、生态水文等方面的研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｈｂｙｘｂ２００８＠１２６．ｃｏｍ
北京松山不同密度丁香天然林枯落物及土壤水文效应
高 琛１，鲁绍伟２，杨新兵１，陈 波１，潘青华２，李少宁２，张玉平２
（１．河北农业大学 林学院 河北省林木种质资源与森林保护重点实验室，
河北 保定０７１０００；２．北京市农林科学院 林业果树研究所，北京１０００９３）
摘 要：以北京松山５个不同密度（７８４，１ ０２４，１ ２１０，１ ６１６，１ ８７２株／ｈｍ２）的丁香（Ｓｙｚｙｇｉｕｍ ａｒｏｍａｔｉｃｕｍ）天然林为
对象，对其枯落物层及土壤层水文效应进行研究。结果表明：枯落物总蓄积量、最大持水率、最大持水量随丁香天然林
密度的升高而增大。枯落物的总储量在１３．１９～３１．６６ｔ／ｈｍ２ 之间；有效拦蓄能力在３２．７１～７９．７７ｔ／ｈｍ２ 之间；枯落
物最大持水量在５０．７６～１１９．２９ｔ／ｈｍ２ 之间，与浸泡时间呈明显的对数关系（Ｒ＞０．８６）；枯落物最大持水率为
３８５．７２％～５０７．１６％，枯落物吸水速率与浸泡时间呈明显的幂函数关系（Ｒ＞０．９９）；同一密度土壤容重随土层深度的
增加而增大，总孔隙度随密度的升高先增大后减小。初渗速率在３７．５０～５４．５５ｍｍ／ｍｉｎ之间，入渗速率与入渗时间
存在较好的幂函数关系（Ｒ＞０．９９）。中密度丁香天然林水源涵养功能较强。
关键词：水文效应；丁香；密度；枯落物；北京松山
中图分类号：Ｓ７１５．７ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００５－３４０９（２０１３）０６－００５９－０７
Ｈｙｄｒｏｌｏｇｉｃａｌ Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ Ｆｏｒｅｓｔ Ｌｉｔｔｅｒｓ ａｎｄ Ｓｏｉｌ ｏｆ Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｙｚｙｇｉｕｍ ａｒｏｍａｔｉｃｕｍ
Ｆｏｒｅｓｔｓ ｗｉｔｈ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ Ｄｅｎｓｉｔｉｅｓ ｉｎ Ｓｏｎｇｓｈａｎ Ｍｏｕｎｔａｉｎ ｏｆ Ｂｅｉｊｉｎｇ
ＧＡＯ Ｃｈｅｎ１，ＬＵ Ｓｈａｏ－ｗｅｉ ２，ＹＡＮＧ Ｘｉｎ－ｂｉｎｇ１，ＣＨＥＮ Ｂｏ１，
ＰＡＮ Ｑｉｎｇ－ｈｕａ２，ＬＩ Ｓｈａｏ－ｎｉｎｇ２，ＺＨＡＮＧ Ｙｕ－ｐｉｎｇ２
（１．Ｋｅｙ Ｌａｂ ｏｆ Ｇｅｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ｏｆ Ｆｏｒｅｓｔ ａｎｄ Ｆｏｒｅｓｔ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｈｅｂｅｉ
Ｐｒｏｖｉｅｎｃｅ，Ｆｏｒｅｓｔｒｙ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ，Ｈｅｂｅｉ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂａｏｄｉｎｇ，Ｈｅｉｂｅｉ ０７１０００，Ｃｈｉｎａ；
２．Ｆｏｒｅｓｔｒｙ ａｎｄ Ｐｅｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｂｅｉｊｉｎｇ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ ａｎｄ Ｆｏｒｅｓｔｒｙ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００９３，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ ｐｒｅｌｉｍｉｎａｒｙ ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｈｙｄｒｏｌｏｇｉｃａｌ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｌｉｔｔｅｒ ｌａｙｅｒ ａｎｄ ｓｏｉｌ ｌａｙｅｒ ｉｎ ｎａｔｕｒａｌ Ｓｙｚｙｇｉｕｍａｒｏ
ｍａｔｉｃｕｍｆｏｒｅｓｔｓ ｗａｓ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ ｉｎ ｔｈｅ ｆｉｖｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｄｅｎｓｉｔｉｅｓ（７８４，１ ０２４，１ ２１０，１ ６１６，１ ８７２ｐｅｒ／ｈｍ２）ｉｎ
Ｓｏｎｇｓｈａｎ ｍｏｕｎｔａｉｎ ｏｆ Ｂｅｉｊｉｎｇ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｔｏｔａｌ ｓｔｏｒａｇｅ ｃａｐａｃｉｔｙ，ｔｈｅ ｍａｘｉｍｕｍ ｗａｔｅｒ ｈｏｌｄ－
ｉｎｇ ｒａｔｅ ｏｆ ｌｉｔｔｅｒ ａｎｄ ｔｈｅ ｍａｘｉｍｕｍ ｗａｔｅｒ ｈｏｌｄｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｙ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｄｅｎｓｉｔｙ；ｔｈｅ ｔｏｔａｌ
ｓｔｏｒａｇｅ ｃａｐａｃｉｔｙ ｏｆ ｌｉｔｔｅｒ ｗａｓ ａｂｏｕｔ １３．１９～３１．６６ｔ／ｈｍ２，ｔｈｅ ｍｏｄｉｆｉｅｄ ｉｎｔｅｒｃｅｐｔｉｏｎ ｃａｐａｃｉｔｙ ｏｆ ｌｉｔｔｅｒ ｗａｓ
ａｂｏｕｔ ３２．７１～７９．７７ｔ／ｈｍ２；ｔｈｅ ｍａｘｉｍｕｍ ｗａｔｅｒ ｈｏｌｄｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｙ ｏｆ ｌｉｔｔｅｒ ｗａｓ ａｂｏｕｔ ５０．７６～１１９．２９ｔ／ｈｍ２
ａｎｄ ｈａｄ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｌｏｇａｒｉｔｈｍｉｃ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ ｔｉｍｅ（Ｒ＞０．８６）；ｔｈｅ ｍａｘｉｍｕｍ ｗａｔｅｒ ｈｏｌｄｉｎｇ ｒａｔｅ
ｏｆ ｌｉｔｔｅｒ ｗａｓ ａｂｏｕｔ ３８５．７２％～５０７．１６％ａｎｄ ｈａｄ ｐｏｗｅｒ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｗｉｔｈ ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ ｔｉｍｅ（Ｒ＞０．９９）；
ｔｈｅ ｓｏｉｌ ｂｕｌｋ ｄｅｎｓｉｔｙ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｄｅｐｔｈ ｏｆ ｓｏｉｌ ｌａｙｅｒ ｉｎ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｄｅｎｓｉｔｙ．Ｔｈｅ ｔｏｔａｌ ｓｏｉｌ ｐｏ－
ｒｏｓｉｔｙ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｆｉｒｓｔｌｙ ａｎｄ ｔｈｅｎ ｄｅｃｒｅａｓｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｄｅｎｓｉｔｙ．Ｔｈｅ ｉｎｉｔｉａｌ ｉｎｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ ｒａｔｅｓ ｏｆ ｓｏｉｌ ｖａｒｉｅｄ ｂｅ－
ｔｗｅｅｎ ３７．５０ｍｍ／ｍｉｎ ａｎｄ ５４．５５ｍｍ／ｍｉｎ．Ｔｈｅ ｉｎｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ ｒａｔｅ ｈａｄ ｐｏｗｅｒ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ｉｎｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ ｆｉｔ
ｔｉｍｅ（Ｒ＞０．９９）．Ｓｙｚｙｇｉｕｍ ａｒｏｍａｔｉｃｕｍｆｏｒｅｓｔ ｗｉｔｈ ｍｅｄｉｕｍ ｄｅｎｓｉｔｙ ｈａｄ ｓｔｒｏｎｇｅｒ ｗａｔｅｒ ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ ｆｕｎｃｔｉｏｎ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｈｙｄｒｏｌｏｇｉｃａｌ ｅｆｆｅｃｔ；Ｓｙｚｙｇｉｕｍ ａｒｏｍａｔｉｃｕｍ；ｄｅｎｓｉｔｙ；ｌｉｔｔｅｒｓ；Ｓｏｎｇｓｈａｎ ｍｏｕｎｔａｉｎ ｏｆ Ｂｅｉｊｉｎｇ
森林作为地球上可再生资源及陆地生态系统的
主体，通过庞大的林冠层和丰富的枯落物层，既能吸
收和截留一定的降雨，又能有效地减轻雨水对土壤的
溅蚀，有利于雨水下渗，在人类生存和发展的历史过
程中起着不可替代的作用［１－２］。森林中的枯落物层在
涵养水源、拦蓄地表径流、增加土壤通透性、保护及促
进土壤形成和发育方面起着重要的作用［３］。土壤层
中的土壤毛管孔隙和非毛管孔隙能促进雨水的下渗，
不但能给植物提供水分，而且能把多余的水分储存起
来或通过渗流汇入溪流中，充分体现了森林涵养水
源、保持水土的功能。丁香主要分布在西南、西北、华
北和东北地区 ，是我国北方各省区主要的园林绿化
树木之一，丁香天然种多分布在海拔８００～３ ８００ｍ
的山地 ，具有耐寒、耐旱、耐瘠薄，病虫害较少，适应
性较强，和一定的水土保持功能的特点。目前，有关
丁香属植物的研究多集中于光合特性［４］、生理特
性［５］、化学研究［６］和药用［７］等方面，而对其不同密度
下水文效应研究相对较少。为此，本文对北京松山不
同密度丁香天然林枯落物及其土壤水文效应进行定
量分析，旨在初步揭示不同密度下丁香天然林枯落物
层和土壤层的水源涵养功能，为不同密度丁香天然林
的生长提供一定参考。
１ 研究区概况
北京松山自然保护区位于北京市西北部延庆县海
坨山南麓，地处燕山山脉的军都山中，总面积４ ６７１ｈｍ２，
距北京市区仅９０ｋｍ，地理坐标为东经１１５°４３′４４″—
１１５°５０′２２″，北纬４０°２９′０９″—４０°３３′３５″。松山地区处
于暖温带大陆性季风气候区，受地形条件的影响，与
延庆盆地相比，气温偏低，湿度偏高，形成典型的山地
气候，是北京地区的低温区之一。山前低山地带年平
均气温８．５℃，最高气温３９℃，最低气温－２７．３℃，年
降水量４５０ｍｍ。中山地带年平均温度为４～５℃，年
降水量６００ｍｍ。山顶年平均温度只有２℃左右。区
内地形比较复杂，海拔高度６２７．６～２ １９９．６ｍ，多数
山地海拔在１ ２００～１ ６００ｍ之间。该区土壤呈垂直
带谱分布，自下而上分为山地暗棕壤土带、棕色针叶
林土带、亚高山疏林草甸土带和高山苔原土带，保护
区现有维管束植物１０９科４１３属７８３种及变种，占北
京地区同类植物总数的４９．８％。乔木树种有丁香
（Ｓｙｚｙｇｉｕｍ ａｒｏｍａｔｉｃｕｍ）、山杨 （Ｐｏｐｕｌｕｓ ｄａｖｉｄｉ－
ａｎａ）、油松（Ｐｉｎｕｓ ｔａｂｕｌｉｆｏｒｍｉｓ）、核桃楸（Ｊｕｇｌａｎｓ
ｍａｎｄｓｈｕｒｉｃａ）、五角枫（Ａｃｅｒ ｅｌｅｇａｎｔｕｌｕｍ）、蒙古栎
（Ｑｕｅｒｃｕｓ ｍｏｎｇｏｌｉｃａ）、白桦（Ｂｅｔｕｌａ ｐｌａｔｙｐｈｙｌｌａ）、
黑桦（Ｂｅｔｕｌａ ｄａｈｕｒｉｃａ）、侧柏（Ｐｌａｔｙｃｌａｄｕｓ ｏｒｉｅｎｔａｌ－
ｉｓ）和华山松（Ｐｉｎｕｓ ａｒｍａｎｄｉ）等。
２ 实验材料与方法
于２０１２年８月底在北京松山自然保护区调查不
同密度丁香天然林，选取５块具有代表性的地段作为
标准地进行采样分析，样地面积为５０ｍ×５０ｍ，对其
进行每木检尺，各样地基本特征见表１。在５块标准
样地内，根据地形变化情况分别设１．０ｍ×１．０ｍ９
个样方，调查样方内枯落物层厚度及蓄积量，其中未
分解枯落物系指基本上保持其原有形状及质地的枯
枝落叶；半分解枯落物系指只有部分植物组织残片尚
保持其原来形态的枯枝落叶；而枯落物的分解层指枯
落物完全分解腐烂，呈连片、污黑的有机物质，看不出
残体的植物枯落物痕迹［８］。采用土壤剖面调查法，分
别按０—１０，１０—２０，２０—４０ｃｍ机械分层取样。枯落
物持水量和吸水速率的测定采用室内浸泡法［９］，分别
测定枯落物在浸泡１，２，４，６，１２，２４ｈ的变化，设３次
重复，研究其吸水过程和吸水速度。枯落物有效拦蓄
量采用有效拦蓄量估算枯落物对降雨的实际拦蓄
量［１０］，即：
Ｗ＝（０．８５Ｒｍ－Ｒｏ）Ｍ
式中：Ｗ———有效拦蓄量（ｔ／ｈｍ２）；Ｒｍ———最大持水
率（％）；Ｒｏ———平均自然含水率（％）；Ｍ———枯落物
累积量（ｔ／ｈｍ２）。
用环刀浸泡法测土壤容重、孔隙度等物理性质［１１］，
双环法测土壤入渗［１２］，土壤持水量采用下式［１３］计算：
Ｗ＝１００００Ｐｈ
式中：Ｗ———土壤持水量（ｔ／ｈｍ２）；Ｐ———土壤孔隙度
（％）；ｈ———土壤层厚度（ｍ）。
表１ 不同密度标准地基本特征
样地号
密度／
（株·ｈｍ－２）
坡度／
（°）
坡向 郁闭度
平均树
高／ｍ
平均胸
径／ｃｍ
Ⅰ ７８４ １５ ＥＳ ０．７０ ５．３７ １１．７１
Ⅱ １０２４ ３５ Ｓ ０．７２ ６．３９ ９．３５
Ⅲ １２１０ ３３ ＷＳ ０．７５ ４．３６ ８．４７
Ⅳ １６１６ １５ ＥＳ ０．８１ ５．３５ ９．４２
Ⅴ １８７２ ２７ ＥＳ ０．８４ ５．７７ １０．０４
３ 结果与分析
３．１ 不同密度枯落物蓄积量分析
由表２知，不同密度丁香天然林枯落物总蓄积量
存在一定差别，其变动范围为１３．１９～３１．６６ｔ／ｈｍ２，
枯落物总蓄积量大小排序为：样地Ⅰ＞样地Ⅴ＞样地
Ⅳ＞样地Ⅲ＞样地Ⅱ，即丁香天然林枯落物总蓄积量
随密度的升高而增大。分析５个不同密度丁香天然
林枯落物未分解层、半分解层蓄积量可以得出，相同
密度条件下枯落物半分解层蓄积量均大于未分解层，
且各层蓄积量所占总量的比例不同。未分解层样地
Ⅴ枯落物蓄积量占总蓄积量的比例最大，为３９．８９％。
样地Ⅲ占比例最小，为１７．６５％，在半分解层内样地
Ⅴ枯落物蓄积量占总蓄积量的比例最小，为６０．１１％。
未分解层枯落物随密度的增加呈现出增加的趋势，半
分解层则相反。
０６ 水 土 保 持 研 究 第２０卷
表２ 不同密度枯落物蓄积量
样地号
总厚度／
ｍｍ
总蓄积量／
（ｔ·ｈｍ－２）
未分解层
厚度／ｍｍ
蓄积量／
（ｔ·ｈｍ－２）
占总量／％
半分解层
厚度／ｍｍ
蓄积量／
（ｔ·ｈｍ－２）
占总量／％
Ⅰ ３５ ３１．６６ ２０ ８．５７ ２７．０８ １５ ２３．０９ ７２．９２
Ⅱ ２９ １３．１９ １８ ４．７９ ３６．３３ １１ ８．４０ ６３．６７
Ⅲ ２２ １６．４４ １２ ２．９０ １７．６５ １０ １３．５４ ８２．３５
Ⅳ ２８ １８．６０ ８ ４．１４ ２２．２４ ２０ １４．４６ ７７．７６
Ⅴ ２０ ２７．６８ １０ １１．０４ ３９．８９ １０ １６．６４ ６０．１１
３．２ 不同密度枯落物水文效应
３．２．１ 不同密度枯落物最大持水量 ５个不同密度
丁香天然林枯落物的最大持水量和最大持水率如表
３所示。由表３可得：半分解层和未分解层枯落物最
大持水量随丁香天然林密度的升高均呈现增大的趋
势，总和最大的是样地Ⅴ，为１２５．７９ｔ／ｈｍ２，相当于
１２．５８ｍｍ 的降雨，最小的是样地Ⅱ，为５０．７６ｔ／
ｈｍ２，相当于５．０８ｍｍ的降雨。样地Ⅰ最大持水量达
到１１９．２９ｔ／ｈｍ２，可能与该样地所处的海拔较低以及
林下植被比较多有关。枯落物最大持水率的变动范
围在３８５．７２％～５０７．１６％之间，大小顺序为样地Ⅳ
＞样地Ⅴ＞样地Ⅲ＞样地Ⅱ＞样地Ⅰ，表明丁香天然
林枯落物最大持水率随密度升高而表现出增大的
规律。
表３ 不同密度枯落物最大持水量和最大持水率
样地号
最大持水量／（ｔ·ｈｍ－２）
未分解层 半分解层 总和
最大持水率／％
未分解层 半分解层 平均
Ⅰ ３４．７５ ８４．５４ １１９．２９ ４０５．３０ ３６６．１４ ３８５．７２
Ⅱ ２２．９２ ２７．８５ ５０．７６ ４７８．２０ ３３１．５４ ４０４．８７
Ⅲ １３．８１ ４８．２５ ６２．０６ ４７５．８９ ３５６．３４ ４１６．１２
Ⅳ ２２．１５ ６９．２６ ９１．４１ ５３５．４０ ４７８．９３ ５０７．１６
Ⅴ ４９．６０ ７６．１９ １２５．７９ ４４９．２７ ４５７．９９ ４５３．６３
３．２．２ 不同密度枯落物有效拦蓄量 由表４可以得
出：５个不同密度丁香天然林枯落物的拦蓄能力各不相
同，但随着密度的增高，五种样地未分解层和半分解层
的变化规律基本一致。如从有效拦蓄率和有效拦蓄量
来分析，未分解层和半分解层都随着密度的增加呈现
出先减小后增大的趋势，这与枯落物层蓄积量的变化
规律相同，表明枯落物的有效拦蓄量与其蓄积量有直
接关系。综合未分解层和半分解层的变化规律可知，
样地Ⅴ的有效拦蓄能力最强，为７９．７７ｔ／ｈｍ２，相当于
能拦蓄７．９８ｍｍ的降水，而样地Ⅱ的有效拦蓄能力
最弱，为３２．７１ｔ／ｈｍ２，只相当于拦蓄３．２７ｍｍ的降
雨，即高密度丁香天然林枯落物拦蓄能力较强。
表４ 不同密度枯落物的拦蓄能力
枯落物层 样地号
枯落物层蓄积量／
（ｔ·ｈｍ－２）
自然含水率／
％
有效拦蓄率／
％
有效拦蓄量／
（ｔ·ｈｍ－２）
有效拦蓄量深／
ｍｍ
Ⅰ ８．５７ ０．９５ ２４９．５６ ２１．４０ ２．１４
Ⅱ ４．７９ ０．６７ ３３９．２４ １６．２６ １．６３
未分解层 Ⅲ ２．９０ ０．２０ ３８４．３０ １１．１５ １．１２
Ⅳ ４．１４ ０．７７ ３７７．９３ １５．６４ １．５６
Ⅴ １１．０４ ０．７８ ３０４．０１ ３３．５６ ３．３６
Ⅰ ２３．０９ １．３６ １７５．０２ ４０．４１ ４．０４
Ⅱ ８．４０ ０．８６ １９５．８３ １６．４５ １．６４
半分解层 Ⅲ １３．５４ １．１０ １９３．３５ ２６．１８ ２．６２
Ⅳ １４．４６ １．１２ ２９５．１０ ４２．６８ ４．２７
Ⅴ １６．６４ １．１２ ２７７．７９ ４６．２１ ４．６２
３．２．３ 不同密度枯落物持水过程 由图１可明显地
看出，枯落物持水量与浸泡时间有一定的相关性。在
最初浸泡的２ｈ内，枯落物持水量迅速增加，而后随
着浸泡时间的延长，其增长趋势逐渐变缓，最后基本
停止，半分解层枯落物持水量在浸泡８ｈ后就基本达
到饱和，而未分解层枯落物持水量浸泡超过１２ｈ才
达到饱和，表明丁香天然林枯落物未分解层持水量大
于半分解层，这与两个分解层的自然含水率有关。此
１６第６期 高琛等：北京松山不同密度丁香天然林枯落物及土壤水文效应
外，由图１可以明显地看出，相同浸泡时间内样地Ⅳ、
样地Ⅴ的持水量明显大于其它样地，表明相同条件下
密度大的丁香天然林枯落物持水量大于密度小的丁
香天然林，这与枯落物的蓄积量有关，密度越大，枯落
物的蓄积量就越多，相同条件下的持水量就越高。
图１ 枯落物不同分解层持水量与浸泡时间的关系
对１～２４ｈ之间５块样地未分解层、半分解层持
水量与浸泡时间的关系进行回归分析（表５），得出该
时间段内枯落物持水量与浸泡时间之间存在如下
关系：
Ｑ＝ａｌｎ（ｔ）＋ｂ
式中：Ｑ———枯落物持水量（ｇ／ｋｇ）；ｔ———浸泡时间
（ｈ）；ａ———方程系数；ｂ———方程常数项。拟合的对数
曲线相关系数均在０．８６以上。
表５ 不同密度枯落物持水量、持水率与浸泡时间关系
枯落物层 样地号
持水量与浸泡时间
关系式
相关系数Ｒ
持水率与浸泡时间
关系式
相关系数Ｒ
Ⅰ Ｑ＝４２．８６１ｌｎ（ｔ）＋６７３．８８ ０．８６８３ Ｖ＝６７２．６ｔ－０．９３９９ ０．９９９２
Ⅱ Ｑ＝３４．７９９ｌｎ（ｔ）＋６６３．７１ ０．９３２１ Ｖ＝６６３．７６ｔ－０．９５０７ ０．９９９７
半分解层 Ⅲ Ｑ＝４９．５４４ｌｎ（ｔ）＋６３０．９３ ０．９８０５ Ｖ＝６３２．２ｔ－０．９２９１ ０．９９９８
Ⅳ Ｑ＝４８．３５６ｌｎ（ｔ）＋６８７．８７ ０．９３８５ Ｖ＝６８７．９４ｔ－０．９３５１ ０．９９９６
Ⅴ Ｑ＝５３．４５ｌｎ（ｔ）＋６７０．５ ０．９４５２ Ｖ＝６７０．５９ｔ－０．９２７１ ０．９９９５
Ⅰ Ｑ＝６７．１８８ｌｎ（ｔ）＋６１８．９２ ０．９２９０ Ｖ＝６１８．３ｔ－０．９０３ ０．９９８８
Ⅱ Ｑ＝７２．５８ｌｎ（ｔ）＋６１１．８４ ０．９８８２ Ｖ＝６１４．８４ｔ－０．８９８１ ０．９９９７
未分解层 Ⅲ Ｑ＝７１．２４７ｌｎ（ｔ）＋６１２．８ ０．９７８９ Ｖ＝６１６．０９ｔ－０．９００３ ０．９９９６
Ⅳ Ｑ＝７４．７２８ｌｎ（ｔ）＋６３５．９４ ０．９４１０ Ｖ＝６３６ｔ－０．８９６５ ０．９９８９
Ⅴ Ｑ＝６０．２６３ｌｎ（ｔ）＋６５９．５５ ０．９２５９ Ｖ＝６５９．０７ｔ－０．９１７ ０．９９９２
注：ｐ＜０．０１。
３．２．４ 不同密度枯落物吸水速率 由图２可明显看
出，５块不同密度样地枯落物的吸水速率与浸泡时间
同样表现出一定的规律性：无论是未分解层还是半分
解层，枯落物在前２ｈ内吸水速率最大，之后随着浸
泡时间的延长急剧下降，６ｈ后下降速度明显减缓，１２
ｈ后吸水基本停止，枯落物吸水速率趋向一致。对５
块样地不同密度不同层次枯落物吸水速率与浸泡时
间进行拟合（表５），得出该时间段内吸水速率与浸泡
时间之间存在如下关系：
Ｖ＝ｋｔｎ
式中：Ｖ———枯落物吸水速度［ｇ／（ｋｇ·ｈ）］；ｔ———浸泡
时间（ｈ）；ｋ———方程系数；ｎ———指数。拟合的幂函数
曲线相关系数均在０．９９以上。
３．３ 不同密度土壤水文效应
３．３．１ 不同密度土壤容重 土壤容重越小，土壤疏
松多孔，结构性越好，越大则相反。由表６可看出，５
个样地土壤容重存在较大差异，在０—４０ｃｍ土层内，
土壤容重均值的排列顺序为样地Ⅱ＞样地Ⅴ＞样地
Ⅰ＞样地Ⅲ＞样地Ⅳ，表明在中低密度和高密度下土
壤容重最大，而低密度和中高密度下土壤容重最小。
从土壤容重的垂直变化来看，５个不同密度样
地土壤容重的变化规律相同，即随土层深度增加而逐
渐增大。在样地Ⅲ内，土壤容重从０—１０ｃｍ 时的
０．９８ｇ／ｃｍ３ 增加到２０—４０ｃｍ时的１．２４ｇ／ｃｍ３，两者
之间的差值达到了０．２６ｇ／ｃｍ３。这是因为，有机质含
量随土层深度的增加而逐渐减少，同时土壤团聚性降
低，从而增加了土壤紧实度，进而导致不同深度土壤
理化性质的差异。这一结果与陈波等［１４］在冀北山地
对不同海拔华北落叶松人工林水文效应的研究结果
一致。
２６ 水 土 保 持 研 究 第２０卷
图２ 枯落物不同分解层吸水速率与浸泡时间的关系
３．３．２ 不同密度土壤孔隙度 由表６可知，在０—４０
ｃｍ土层内，从５个不同样地总孔隙度的变化来看，随
着土层深度的加深样地Ⅱ、Ⅲ、Ⅴ增加，样地Ⅰ、Ⅳ减
小，表明在样地Ⅱ、Ⅲ、Ⅴ密度条件下表层土壤比较疏
松，样地Ⅲ土壤的总孔隙度从０—１０ｃｍ的３７．４５％增
加到２０—４０ｃｍ的４８．７１％，样地Ⅰ土壤的总孔隙度
从 ０—１０ｃｍ 的 ４２．０６％ 减 小 到 ２０—４０ｃｍ 的
２６．８１％。土壤总孔隙度均值顺序为样地Ⅲ＞样地Ⅱ
＞样地Ⅰ＞样地Ⅴ＞样地Ⅳ，表明不同密度土壤总孔
隙度变化趋势与土壤容重的变化趋势不同，即随密度
升高，总孔隙度先增大而后减小。毛管孔隙度值越
高，土壤中有效水的存贮量越大，树木用于生长发育
的有效水分的比例越大，不同密度土壤毛管孔隙度均
值排序为：样地Ⅲ＞样地Ⅰ＞样地Ⅱ＞样地Ⅴ＞样地
Ⅳ，表明随密度增加，丁香天然林土壤毛管孔隙度先
增大后减小，即中密度丁香天然林用于自身生长发育
所需的有效水分的比例高，低密度和高密度则相对较
低。非毛管孔隙度越大，土壤通透性越好，有利于降
水的下渗，减少地表径流，充分起到涵养水源的作用，
５种不同密度土壤非毛管孔隙度均值排序为：样地Ⅱ
＞样地Ⅲ＞样地Ⅴ＞样地Ⅰ＞样地Ⅳ，即中密度丁香
天然林地土壤的通透性和水源涵养能力最强。
表６ 不同密度土壤物理性状及持水量
样地号
土层深度／
ｃｍ
土壤容重／
（ｇ·ｃｍ－３）
非毛管
孔隙度／％
毛管
孔隙度／％
总孔隙度／
％
饱和持水量／
（ｔ·ｈｍ－２）
毛管持水量／
（ｔ·ｈｍ－２）
有效持水量／
（ｔ·ｈｍ－２）
０—１０ １．０９ ７．０１ ３５．０５ ４２．０６ ４２０．６０ ３５０．５０ ７０．１０
Ⅰ
１０—２０ １．３５ １．２８ ２５．０９ ２６．３７ ２６３．７０ ２５０．９０ １２．８０
２０—４０ １．２９ １．７５ ２５．０６ ２６．８１ ５３６．２０ ５０１．２０ ３５．００
均值 １．２４ ３．３５ ２８．４０ ３１．７５ ４０６．８３ ３６７．５３ ３９．３０
０—１０ １．５８ ８．２８ ２６．５６ ３４．８４ ３４８．４０ ２６５．６０ ８２．８０
Ⅱ
１０—２０ １．５０ ８．３２ ２８．１２ ３６．４４ ３６４．４０ ２８１．２０ ８３．２０
２０—４０ １．５８ １０．９７ ２５．７９ ３６．７６ ７３５．２０ ５１５．８０ ２１９．４０
均值 １．５５ ９．１９ ２６．８２ ３６．０１ ４８２．６７ ３５４．２０ １２８．４７
０—１０ ０．９８ ２．０９ ３５．３６ ３７．４５ ３７４．５０ ３５３．６０ ２０．９０
Ⅲ
１０—２０ １．１０ ４．１７ ２８．３９ ３２．５６ ３２５．６０ ２８３．９０ ４１．７０
２０—４０ １．２４ １８．２３ ３０．４８ ４８．７１ ９７４．２０ ６０９．６０ ３６４．６０
均值 １．１１ ８．１６ ３１．４１ ３９．５７ ５５８．１０ ４１５．７０ １４２．４０
０—１０ １．０２ ４．２６ ２３．９１ ２８．１７ ２８１．７０ ２３９．１０ ４２．６０
Ⅳ
１０—２０ １．０７ ２．８５ ２２．４５ ２５．３０ ２５３．００ ２２４．５０ ２８．５０
２０—４０ １．１２ １．７０ ２６．５４ ２８．２４ ５６４．８０ ５３０．８０ ３４．００
均值 １．０７ ２．９４ ２４．３０ ２７．２４ ３６６．５０ ３３１．４７ ３５．０３
０—１０ １．３５ １．４４ ２７．０５ ２８．４９ ２８４．９０ ２７０．５０ １４．４０
Ⅴ
１０—２０ １．４４ ５．８２ ２３．６４ ２９．４６ ２９４．６０ ２３６．４０ ５８．２０
２０—４０ １．６１ ５．４４ ２３．７９ ２９．２３ ５８４．６０ ４７５．８０ １０８．８０
均值 １．４７ ４．２３ ２４．８３ ２９．０６ ３８８．０３ ３２７．５７ ６０．４７
３．３．３ 不同密度土壤蓄水能力 由表６可知：５种
不同密度样地土壤蓄水性能存在一定差异，样地Ⅱ、
Ⅴ土壤蓄水性能随土层深度的增加呈现迅速增加的
趋势，而其它样地随土层深度的增加呈现出先减小后
３６第６期 高琛等：北京松山不同密度丁香天然林枯落物及土壤水文效应
迅速增加的规律。从饱和持水量均值来看，其大小顺
序是：样地Ⅲ＞样地Ⅱ＞样地Ⅰ＞样地Ⅴ＞样地Ⅳ，
且样地 Ⅲ 土壤贮蓄水分潜在能力比样地 Ⅳ 高
１２７．９０％，表明中密度丁香天然林土壤贮蓄水分潜在
能力最强，而高密度最弱。土壤有效持水量大小取决
于非毛管孔隙度的大小，有效持水量均值大小顺序
是：样地Ⅲ＞样地Ⅱ＞样地Ⅴ＞样地Ⅰ＞样地Ⅳ，这
与非毛管孔隙度均值的顺序基本一致。样地Ⅱ、Ⅲ有
效持水量相对较大，表明中密度丁香天然林持水能力
最强，而低密度和高密度较弱。
３．３．４ 不同密度土壤入渗性能 土壤渗透性能不仅
是土壤重要的水分物理性质之一，而且能直接体现出
样地涵养水源的能力。土壤渗透性能的好坏，直接关
系到地表能否产生径流及产生径流的大小。渗透性
好的土壤，在一定降雨强度下，水分可以进入土壤并
储存起来或转变为地下径流，从而使林地水土流失得
到很好地控制［１５－１６］。由表７可得，５种不同密度样地
土壤初渗速率均在３７．５０～５４．５５ｍｍ／ｍｉｎ之间。随
着时间的推移，入渗速率逐渐变慢，当达到一定的时
间后趋于稳定，稳渗速率在１．６９～４．４４ｍｍ／ｍｉｎ之
间，稳渗速率大小顺序依次为：样地Ⅲ＞样地Ⅱ＞样
地Ⅳ＞样地Ⅴ＞样地Ⅰ。表明中密度丁香天然林土
壤渗透性能最好。从入渗过程（图３）来看，５个样地
达到稳渗的时间都在２０ｍｍ左右，且入渗速率与入
渗时间存在较好的幂函数关系（表７），其关系式
如下：
ｙ＝ａｔ－ｂ
式中：ｙ———入渗速率（ｍｍ／ｍｉｎ）；ａ，ｂ———常数；ｔ———
入渗时间（ｍｉｎ）。拟合的幂函数曲线相关系数均在
０．９９以上。
表７ 不同密度土壤渗透速率及渗透模型
样地号
初渗速率／
（ｍｍ·ｍｉｎ－１）
稳渗速率／
（ｍｍ·ｍｉｎ－１）
回归方程
相关系
数Ｒ
Ⅰ ４６．１５ １．６９ ｙ＝２２．３６５ｔ－０．６３２４ ０．９９６９
Ⅱ ３７．５０ ３．４５ ｙ＝２３．４３６ｔ－０．５５０７ ０．９９２７
Ⅲ ５０．００ ４．４４ ｙ＝２５．７５７ｔ－０．５５１４ ０．９９６０
Ⅳ ５４．５５ ２．７９ ｙ＝２３．８９３ｔ－０．５７８９ ０．９９７３
Ⅴ ４２．８６ ２．１９ ｙ＝２０．３３５ｔ－０．５７３２ ０．９９８１
４ 结 论
（１）枯落物总蓄积量大小排序为：样地Ⅰ＞样地
Ⅴ＞样地Ⅳ＞样地Ⅲ＞样地Ⅱ，即丁香天然林枯落物
总蓄积量随密度的升高而增大。相同密度条件下，枯
落物半分解层蓄积量均大于未分解层，未分解层枯落
物随密度的增加呈现出增加的趋势，半分解层则
相反。
图３ 不同密度土壤入渗曲线
（２）半分解层和未分解层枯落物最大持水量随
丁香天然林密度的升高均呈现增大的趋势，最大持水
率的变动范围在３８５．７２％～５０７．１６％之间，且丁香
天然林枯落物最大持水率随密度升高呈现出增大的
规律。
（３）从枯落物持水过程来看，在最初浸泡的２ｈ
内，枯落物持水量迅速增加，之后随浸泡时间的延长
增加速度逐渐变缓。不同层次枯落物的有效拦蓄率
４６ 水 土 保 持 研 究 第２０卷
不同，但拦蓄量变化相同，均呈现出高密度丁香天然
林枯落物的拦蓄能力强，低密度弱的趋势。
（４）中低密度和高密度丁香天然林的土壤容重
最大，其它密度条件下的土壤容重相对较小。在０—
４０ｃｍ土层内，同一密度土壤容重随土层深度的增加
而增大，总孔隙度随密度升高先达到最大而后减小。
且中密度丁香天然林地土壤的通透性和水源涵养能
力最强。
（５）土壤饱和持水量均值大小顺序是：样地Ⅲ＞
样地Ⅱ＞样地Ⅰ＞样地Ⅴ＞样地Ⅳ，即中密度丁香天
然林土壤储蓄水潜在能力最强，而高密度最弱。有效
持水量均值大小顺序是：样地Ⅲ＞样地Ⅱ＞样地Ⅴ＞
样地Ⅰ＞样地Ⅳ，即中密度丁香天然林持水能力最
强，低密度和高密度下最弱。
（６）初渗速率在３７．５０～５４．５５ｍｍ／ｍｉｎ之间，
稳渗速率大小顺序依次为：样地Ⅲ＞样地Ⅱ＞样地Ⅳ
＞样地Ⅴ＞样地Ⅰ。表明中密度丁香天然林土壤渗
透性能最好。
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