全 文 ：山西大学学报 (自然科学版) 增刊 · 黄土高原研究: 1 6一 8 6, 1 99 0
J o “ r 皿a l o f S h a 刀 x i U n i v e r s i t了 ( N a t . S e i 。 E d . ) S u p P l e m e且 t
河北杨人工林土镶水分状况的研究
王孟本 李洪建
摘要 本文根据19 8 8一 19 8 9年的定位观测资料 , 对 24 年生河j匕杨 人 工 林 年生 长 期 ( 4 一
10 月 ) 的土壤水分状况进行了研究 。 结果表明 : ( 1) 林分土壤水分循环的方式简单 、 水 平较
低 , 少数年份可达基本平衡 , 多数年份会出现失调 。 (幻影响土壤水分季节变化的主导 因素
是同期降水量及其分配情形 。 在一般年份中 ,大致以 7 月中旬为界 ,前 、 后期分别为土城千季
和土族视季。 ( 3 ) 降水重对土城剖面水分分布虽具有一定影响 , 但是 2 米以下土层却为相
`
.
1
对稳定的 “ 干层 ” 。
鉴于生长期土城有效水量较少 , 尤其是在 6 一 6 月份往往会出现 “ 卡脖子早 ”
种有效措施改善林地土集水分生态条件就显得十分必要 。
关甘润 河北杨林 , 土集水分
采用各万 ’
O 前 言
侧匕杨 ( oP p “ l“ “ . ho 夕ie en “ 。 是华北 、 西北黄土丘胶地的重要造林树种 : 弃山 西它主要分布在吕梁山西坡 , 尤以晋西北河曲 、 保德二县为集中〔 ` , 。 砖窑内流域位 于 河
曲导埠内中部靠黄河一侧 , 属国家 “ 七 ·澎 重点科技项目 “ 黄土高原综合治理 ” 的定位试脸研究示范区之一 河北杨人工林在流域内亦有较广泛分布郎 〕。 一
在黄土丘睦沟壑区 , 由于降水普遍较少 , 水分对林木的生长显得尤其重要 。 如何根
据天然降水条件 , 合理规划经营各种人工林 , 多年来一直是本区治理开发中需要研究解
决的问题之一 。 近些年来 , 黄土区人工林的水分生态问题虽已受到人们的重视 , 部分学
者也对此作过一些研究 , 但是与河北杨人工林有关的研究 , 目前还未见报道 。
本文根据` ” ` 8一 , ” ” 9年的定位观测资料 , 对河北杨人工林的牛攀水分动杏修征进行了分析和探讨 , 旨在为进一步客观认识与合理规划经营这一人工林提供科学依据。
1 试验概况 ·
1
.
1 试验区气候
根据所在县气象站纪录 ( 1 9 54 一 1 9招 ) , 年平均气温 8 . 8℃ ,最热月平均气温 2 3 . 9℃ ,
最冷月平均气温 一 9 . 4℃ ; 年平均降水量 4 4 7 . 5 m m , 其中 4一 1 0月降水量 4 1 6 . 9m m , 占
9 3
。
2写 , 7一 s 月降水量 2 3 4m m , 占5 2 . 3% , 年蒸发量 1 9 1 3 . 7m m , 其中 4一 8月蒸 发
量 1 3 4 6 . 7 o m , 占7 0 . 4% , 5 一 6 月蒸发量 6 1 3 . 7 o m , 占 3 3% 。
1
.
2试验地土坡
基质为第四纪马兰黄土 。 土城为栗褐土 , 全剖面养分贫乏 , 有机质含量极低 , 速效
氮 、 速效磷和速效钾含量均甚少 (表 1 ) 。
深 度 有 机 质 全 氮 速 效 氮 速效磷 速 效 钾 P H
( e m ) ( % ) ( % ) ( m g / 10口g ) ( m g / 1 0 0 9 ) ( m g / 1 00 9 )
. 取样时间为 19 8 9年10 月。
1
.
3 供斌林
19 6 年营造 , 位于流域中部的沙坪村南面 。 林地坡向东至东北 , 坡度下般 1 0 。 左右 ,
海拔约 1 10 0m 。 林木密度 2 2 2 0株 · 公顷一 ` , 株高 4 . 63 m 士 1 . 10 (平均值 士标准 误 差 , 下
同 ) , 胸高直径 5 . sc m 士 1 . 7 。 林下草本植物仅 10 余种 , 以披针叶黄 花 ( T h er 。 。 P : is
l
a n e o l a * a ) 和阿尔泰紫苑 ( A ; t e r a l t a i c u s ) 为优势种 。
1
.
4 浦试方法
一 土集含永量用供干法进行测定 , 总测深 30 o c扭 。 1 个土层的深度下限分别为10 c m 、
Zb。 m
、 `该6e , 、 。 de m 、 s o e。 、 : 。 o。恤 、 i Zo o m 、 1: 、 o e m 、 2 0 0 。 m 、 2匕。。 m 和 3 0 0。垃 。 每
层每次卦祥品公1兜 ,年 4月幼日八。月 2。日 , 每月5 日和 2在日馨侧定二次。 ’…19 89 年
4 一 1 0月 , 每月 20 日左右树定一次 。 4一 1。月降水量 (以降雨量代之 ) 角简身市量筒实
测 。
2
· 实验结果与分析
2
.
: 生妞永分妞却狡况
2
.
1
,
1 土壤水分循珠方式
由于试验地段地下水深埋 , 无供给林分需要之可能 。 在天然降水条件下 , 入渗的水
量只能湿润林地土壤上层 , 2 米以下即为相对稳定的
径流的过程中断 。 因此 , 林分的土壤水分循环方式 ,
式 :
“ 干层 ” (见下文 ) , , 转化为地下
可以归纳为 如 下 一 个 简单 的 模 踌一回
2
.
1
.
2土壤水分循环的水平或基点
尽管 19 8 8年和 19 9 8年生长期降雨量相差 9 4. 4 1二 之多 , 但是在这两年中, 林下 0 一
3 0 0 0 m土层的含水量在总体上却比较接近 , 分别为 6 . 36 % 士 1 . 13 %和 6 . 4 % 士。 . 6 % 。
在不同年份中 , 土壤含水量均在 6 . 4%(占田间持水量的 4 0 . 76 % )这个较小的常量附近
波动 ,说明河北杨林土壤水分循环的水平或基点的确较低 。 其特点可用如下模式表示 ,即
降水入渗低水分含量不二二二二二立较高水分含量蒸腾蒸发耗水
2
.
1
.
3 土壤水分循环平衡情况
根据生长期始末 O一 3 0 0 o m土层储水量的变化情况进行判断 , 在 19 8 8年 , 林地土 壤
水分的总输入量比总输出呈多 l o . g m m ,水分收支虽略有余额 , 但基本平衡 ; 在 1 9 8 9年 ,
林地土壤水分总输入量比总输出量少 4 0 . o m m , 水分收支亏缺较大 , 失调较为严重 。
由于前后两年生长期的降水量分别为 4 3 6 . 2 m m 和 3 4 1 . 8 m m , 略高于或明显低 于 历
年同期平均降水量 。 因此 , 上述情况说明了两点 : 其一 , 林下士壤水分循环的平衡状况
与降水量的关系非常明显 ; 其二 , 在降水量与历年平均量大体一致的年份 , 土壤水分循
环可达基本平衡 。
根据以上情 况 ,同时考虑到本区历年降水量年际变化较大 ( 2 1 1 . 4 m m一 7 1 5 . 3 m m ) ,
与平均量较为一致 (差领在 土 10 %平均二以内 ) 的年份并不 多 (占3 / 2 0 ) 。 因 此 可 以
进一步推断出 , 林下土壤水分循环只有在少数年份可达平衡或基本平衡 , 在多数年份会
出现失调 。
2
.
2 土坡千 、 湿季与降水 t 及其分配 的关系
试验结果表明 , 在两个年份中 , 林地上壤水分季节变化的总趋势表现出明显差异 。
在 1 9 8 8年 , 大致 以 7 月中旬为界 , 前 、 后期分别为土壤干季和土壤湿季 。 在 1 9 8 9年 , 则
大体以 7 月下旬为界 , 前期为士壤湿季 , 后期为土壤干季 。 在 。 一 1 5 o c m 」_层的上壤水
分季节变化曲线 上 , 我们更易看出这种区别 ; (图 _ 1 ) 。
由于土壤水分的变化是输入水 (入渗降水 ) 和输出水 (蒸腾 、 蒸发 ) 动 态 平 衡 的
过程 。 上城原有储水缓解水分供需矛盾的作用十分有限 , 蒸腾蒸发亦在很大程度上受到
同期降水给源的限制 。 所以 , 影响生长期林地 一壤干 、 湿季形成的主导因素显然是同期
降水量及其分配清况 。
在1 98 8年 , 土壤干季出现在前期 ·, 一方面是由于 4一 7 月初的降水量仅占生长期总
降水量的 1 /如 同 时是 由于林木的新梢生长和径向生长高峰分别在 5 、 6 月份 , 蒸 腾 耗水量处于整个生长期的最高峰。 此时降水入渗量不敷需要 , 并要消耗土壤原有储水 , ` 土
壤含水量便呈现出明显下降趋势 。 土壤湿季出现在后期 , 主要原因是 阶月初以后降水迅
速进入高峰期 , 土壤水分的输入量远远超出其支出量 。 后期土壤水分含量的变化与降水
量的分配基本上是同步进行的 (图 1) 。 一 户
·在 1 9 8 9年 , 土壤水分季节变化表现为湿季在前 , 而干季在后 , 其原因不仅是由于生
长期降水量少 , 为少水年 , 更主要的是由于生长期降水量分配异乎寻常 。 其主要特点是
第一个降水峰期来临较早 , 三个降水峰期又相互间隔较远 ( 图 1 ) 。 虽然前 期 降 水 较
·
6 3
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土城湿干度重ǎ%à
降量雨
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土樱湿度ǎ干重%)
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图 1 河北杨林的土城水分季节动态
多 , 可有效地缓解此阶段的水分供需矛盾 , 对林木生长极为有利 。 但是 由于各个降水峰
期之后均伴随着持续的于旱高温或干早, 土壤水分均入不敷出 , 林地土壤水分含量便呈
现出逐渐下降趋势。
鉴于 1 9 8 年生长期的降水量与历年平均水平比较接近 , 降水量季节分配情形亦与绝
大多数年份相似 。 而坤8熟年牛长期的降水盘及其分配情形则比较特殊 。 因此, 林地土壤水分季节变化的一般规律应为干季在前 , 湿季在后 , 二者大致以 7月中旬为界。
“ · 3 土毕* 分举立空化特征
.2 3
。
l 土坡剖面水分分布分层
韩仕峰等 (19 89 ) 曾对黄土区裸地的土坡剖面水分分布特征作了研究川 。 但 .是林
地与裸地不同 , 剖面土城水分变化不仅受到气象条件的制约 , 还要受林木及林下植物的
一定程度的影响 。 结合实际情况 , 本文对林分生长期土壤剖面水分分布试分为活跃层 、
次活跃层和相对稳定层三个层次 。
我们所采取的分层依据是标准误差 ( S力的大小 。 从统计学的角度看 , 用 S牙来反 映
各测试土层土壤水分的变化程度显然是合理的 。 我们的具体做法是 以生长期各牛壤湿度
剖面数据为基础 , 先计算出各测试土层若干个土壤含水量数据的 S ;值 , 然后视 S ; 值 之
大小 , 以判定各测试土层之归属 。 S二< 1 %为相对稳定 层 ; S石在 1 %一 1 . 5 % 之 间 为
次活跃层 , S妥> 1。 5%为活跃层 。
生长期土壤剖面水分分布的总规律是上层水分变化幅度大于下层 。 因此 , 一般 自上
而下依次为土壤水分活跃层 , 土壤水分次活跃层和土壤水分相对稳定层 。 但是由于受降
水量年际变化的影响 , 活跃层的下限 , 次活跃层的上 、 下限 , 以及相对稳定层的上限 ,
在不同年份中则可能有所不同 。
从表 2 可以看出 , 林分土壤水分活跃层的深浅与降水量的多少具有明显关系。 1 9 8 8
年和 1 9 8 9年生长期降水量分别为43 6 . 2 m m和 34 1 。 s m m 。 对比之下 , 林地土壤水分 活 跃
层的深度 , 前 、 后两年亦分别为 。一 1 5 0 o m 和 0一 1 2 o c m 。 这说明降水量愈多 , 活跃层
愈深 。 反之亦然 。
同理 ,在 1 9 8 9年 , 林地土壤水分次活跃层的上 、下限与相对稳定层的上限亦随之上升 。
衰 2 生长翔土坟创面水分分布分层
年 份
活 跃 层 次 活 跃 层 相 对 稳 定 层
一劣( e m )
S下 ( % )
深 度
( e m )
( % )
深 度
( Cm )
(沁 )
降 水 量
( m m )
一卜
1 98 8 0一 1 50 }2 。 1 1一 3 150一 2 0 0 2 00一3 0 0
19 8 9
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。一 …1一{1 1 2。一】1一 {15。一…< 1 ·
2
.
3
.
2 土壤水分的垂直变化梯度
影响土壤水分含量垂直变化的因素较多 , 各种因素且随时空而变化 。 对不同植被
城拱 !孙 朴 l 欢 、 )
,州魂月里
层卜保国度
{ 9 8 9与
图 2 生长期土坡湿度剖面
类型或不同时期的同一植被类型而言 , 其土
壤水分的垂直变化情况均有 可 能 不 , 同 。 但
是 , 大致而言 , 土壤水分垂直变化梯度不外
乎三种类型 : ( a) 上层土壤水分含量与下层
的相等或基本相等 , 变化梯度为零 , ( b) 上
层土壤水分含量大于下层 , 梯度为负 , ( c)
上层土壤水分含量小于下层 , 梯度为正 。
从图 2 可以看出 , 在 1 9 8 8年和 19 8 9年 -
河北杨人工林下的土壤水分垂直变化梯度均
为负。 2 0 0一 3 0 o e m土层的土壤含 水 量 比 0
一 2 0 0 o m 土层的土壤含水量少 20 %左右 。 说
明受林木蒸腾耗水的影响 , 在 2 0 0 o m 深度以
下土层即开始出现所谓的 “ 干层方 〔 4 j。
2
.
4土壤有效水纽 、 水分亏缺盆及其对林分的影晌
根据笔者的初步看法 , 植物群落土壤水分循环水平的高低 , 在一定范围和条件下 , 可
以作为衡量群落建群种抗旱力强弱的一个有用的指标 。 土壤水分循环的水平愈低 , 就说
明建群种的抗早力愈强 。 由此看来 , 河北杨
树种的抗早力的确较强 。 但是 , 从另一个角
度去看 , 这显然并不意味着河北杨喜旱或越
旱越好 。
两年试验结果同时表明 ,在年生长期中 ,
河北杨林地 O一 3 Oc0 m 土层的土 壤 有 效 水
量仅约 1 30 m m , 土壤 水 分 亏 缺 量 高 达约
3 6 5 m m ( 表 3 ) 。 即使是在降水峰期 , O一
I O 0 o m 土层的储水量也未达到过田间持水量
水平 ( 图 3 ) 。
正是由于生长期土壤有效水量很少 , 土
壤水分亏缺较为严重 , 加之土壤 肥 力`低 下
(表 1 ) , 从而限制了河北杨速生特性的发
挥 。 供试林的林木平均株高为 4 . 65 m , 枝干
的生产力为 0 . 4 7吨 · 公顷一 ` · 年一 ` 就完全说
明了这一点 。
19即 年瘫秘赫赫 .
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水 如 。
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图 3 河 北杨林下 土壤储水量与水分亏缺量动态
表 3 土班储水 , 、 有效水 , 及水分亏缺皿 `
年 份
土壤含水量
(干土 重% )
土壤储水量
( m m /3 0 0 e m )
土哪效水量…土壤水分” 缺 ,
(m m / 3 0 0 c m )」 ( m m / 3 0 0 c m )
土壤容重
( g / e也 3 )
田 h1J 持水量
(干土重 % )
1 9 8 8 1北
1 3 5
。
2
3 6 7
。
1 1
15
。
7 0
1公8 9 2 5 3` 1 3 6 3。 9 1
* 土壤萎蔫湿度以 3 % (干土重% )〔 5 〕作为参考值 。
3 结论与讨论
( 1) 河北杨人工林土壤水分循坏的基本特征为: 方式简单 、 水平较低 , 少数年份可
达基本平衡 , 多数年份会出现失调 。
一 虽然在一定条件下 , 林分土壤水分循环的水平愈低 , 说明群落建群种的 抗 早 力 愈
强 。 但是从另一方面看 , 林下土壤有效水量很少 已成为限制河北杨速生特性发挥的主要
障碍之一 。 由于土壤有效水量的多少又与天然降水量的大小具有密 切关系 。 因此在木区
梁坡地发展河北杨等乔木林 , 以用材作为其首要 目的是不现实的 , 充其量只能是以水保
和用材二者兼顾为目的 。
( 2) 影响林分生长期土壤水分季节动态的主导因素是同期降水量及其分配情形 , 在
多数年份中 , 大致以 7 月中旬为界 , 前 、 后期分别为土壤干季和土壤湿季 。
由于林木新梢生长高峰和径向生长高峰依次在 5 、 6 月份 , 多数年份会遇到 “ 卡脖
子早 ” 。 因此应特别注意适时松土保墒 , 缓解此阶段水分供需的尖锐矛盾 。
( 3) 虽然生长期降水量对土壤剖面水分分布具有一定影响 , 土壤水分活跃层的深浅
与降水量的多少具有明显依赖关系 。 但是 2米以下土层却为相对稳定的 “ 干层” 。
干层的存在 , 恶化了土壤水分状 况 , 使林木主要靠当年降水来维系生存 。 干层的形
成 , 主要同降水少 、 入渗浅有关 ,亦与林木熬腾和土壤蒸发有关 。 因此 , 在坡地造林时 ,
应选择水分条件优越的阴坡地段作为河北杨树种的造林地 , 并充分注意造林密度和适时
修剪与间伐 , 以减少土壤无效蒸发和林木过度蒸腾 , 达到改善林分土壤水分生态条件和
促进林木成材之目的 。
参 考 文 献
〔 1 〕 王宗汉等 . 河北杨生长特性调查 . 山西林业科技 , 1 9 8 7 ; ( 4) : 2 ~ 6
〔 2 〕 王孟本 . 晋西北河 曲县砖窑沟流域植被 . 山西大学学报 (自然科 学 版 ) , 1 9 8 8 , 1 ( 2) :
8 6~ 9 3
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〔 4 〕 李玉山 . 黄土区土壤水分循环特征及其对陆地水分循环的影响 . 生态学报 , 1 9 8 3 , 3 ( 2 ) :
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:
1 ~ 1 7
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