免费文献传递   相关文献

Soil water holding capacity under four typical ecosystems in Wuyunjie Nature Reserve of Hunan Province

湖南乌云界自然保护区典型生态系统的土壤持水性能



全 文 :
摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 (SHENGTAI XUEBAO)
摇 摇 第 32 卷 第 2 期摇 摇 2012 年 1 月摇 (半月刊)
目摇 摇 次
北部湾秋季底层鱼类多样性和优势种数量的变动趋势 王雪辉,邱永松,杜飞雁,等 (333)……………………
中国大陆鸟类和兽类物种多样性的空间变异 丁晶晶,刘定震,李春旺,等 (343)………………………………
粉蝶盘绒茧蜂中国和荷兰种群学习行为及 EAG反应的比较 王国红,刘摇 勇,戈摇 峰,等 (351)………………
君主绢蝶的生物学及生境需求 方健惠,骆有庆,牛摇 犇,等 (361)………………………………………………
西南大西洋阿根廷滑柔鱼生物学年间比较 方摇 舟,陆化杰,陈新军,等 (371)…………………………………
城市溪流中径流式低坝对底栖动物群落结构的影响 韩鸣花, 海燕,周摇 斌,等 (380)…………………………
沉积再悬浮颗粒物对马氏珠母贝摄食生理影响的室内模拟 栗志民,申玉春,余南涛,等 (386)………………
太平洋中西部海域浮游植物营养盐的潜在限制 徐燕青,陈建芳,高生泉,等 (394)……………………………
几株赤潮甲藻的摄食能力 张清春,于仁成,宋静静,等 (402)……………………………………………………
高摄食压力下球形棕囊藻凝聚体的形成 王小冬,王摇 艳 (414)…………………………………………………
大型绿藻浒苔藻段及组织块的生长和发育特征 张必新,王建柱,王乙富,等 (421)……………………………
链状亚历山大藻生长衰亡相关基因的筛选 仲摇 洁,隋正红,王春燕,等 (431)…………………………………
太湖春季水体固有光学特性及其对遥感反射率变化的影响 刘忠华,李云梅,吕摇 恒,等 (438)………………
程海富营养化机理的神经网络模拟及响应情景分析 邹摇 锐,董云仙,张祯祯,等 (448)………………………
沙质海岸灌化黑松对蛀食胁迫的补偿性响应 周摇 振,李传荣,许景伟,等 (457)………………………………
泽陆蛙和饰纹姬蛙蝌蚪不同热驯化下选择体温和热耐受性 施林强,赵丽华,马小浩,等 (465)………………
麦蚜和寄生蜂对农业景观格局的响应及其关键景观因子分析 赵紫华,王摇 颖,贺达汉,等 (472)……………
镉胁迫对芥蓝根系质膜过氧化及 ATPase活性的影响 郑爱珍 (483)……………………………………………
生姜水浸液对生姜幼苗根际土壤酶活性、微生物群落结构及土壤养分的影响
韩春梅,李春龙,叶少平,等 (489)
…………………………………
………………………………………………………………………………
九州虫草菌丝体对 Mn的耐性及富集 罗摇 毅,程显好,张聪聪,等 (499)………………………………………
土霉素暴露对小麦根际抗生素抗性细菌及土壤酶活性的影响 张摇 昊,张利兰,王摇 佳,等 (508)……………
氮沉降对杉木人工林土壤有机碳矿化和土壤酶活性的影响 沈芳芳,袁颖红,樊后保,等 (517)………………
火炬树雌雄母株克隆生长差异及其光合荧光日变化 张明如,温国胜,张摇 瑾,等 (528)………………………
湖南乌云界自然保护区典型生态系统的土壤持水性能 潘春翔,李裕元,彭摇 亿,等 (538)……………………
祁连山东段高寒地区土地利用方式对土壤性状的影响 赵锦梅,张德罡,刘长仲,等 (548)……………………
沙质草地生境中大型土壤动物对土地沙漠化的响应 刘任涛,赵哈林 (557)……………………………………
腾格里沙漠东南缘可培养微生物群落数量与结构特征 张摇 威,章高森,刘光琇,等 (567)……………………
塔克拉玛干沙漠南缘玉米对不同荒漠化环境的生理生态响应 李摇 磊,李向义,林丽莎,等 (578)……………
内蒙古锡林河流域羊草草原 15 种植物热值特征 高摇 凯,谢中兵,徐苏铁,等 (588)……………………………
不同密度条件下芨芨草空间格局对环境胁迫的响应 张明娟,刘茂松,徐摇 驰,等 (595)………………………
环境因子对巴山冷杉鄄糙皮桦混交林物种分布及多样性的影响 任学敏,杨改河,王得祥,等 (605)……………
海藻酸铈配合物对毒死蜱胁迫下菠菜叶片抗坏血酸鄄谷胱甘肽循环的影响
栾摇 霞,陈振德,汪东风,等 (614)
……………………………………
………………………………………………………………………………
城市化进程中城市热岛景观格局演变的时空特征———以厦门市为例 黄聚聪,赵小锋,唐立娜,等 (622)……
基于遥感和 GIS的川西绿被时空变化研究 杨存建,赵梓健,任小兰,等 (632)…………………………………
亚热带城乡复合系统 BVOC排放清单———以台州地区为例 常摇 杰,任摇 远,史摇 琰,等 (641)………………
研究简报
不同水分条件下毛果苔草枯落物分解及营养动态 侯翠翠,宋长春,李英臣,等 (650)…………………………
大山雀对巢箱颜色的识别和繁殖功效 张克勤,邓秋香,Justin Liu,等 (659)……………………………………
期刊基本参数:CN 11鄄2031 / Q*1981*m*16*330*zh*P* ¥ 70郾 00*1510*37*
室室室室室室室室室室室室室室
2012鄄01
封面图说: 雄视———中国的金丝猴有川、黔、滇金丝猴三种,此外还有越南和缅甸金丝猴两种。 金丝猴是典型的森林树栖动物,常
年栖息于海拔 1500—3300m的亚热带山地、亚高山针叶林,针阔叶混交林,常绿落叶阔叶混交林中,随着季节的变化,
只在栖息的生境中作垂直移动。 川金丝猴身上长着柔软的金色长毛,十分漂亮。 个体大、嘴角处有瘤状突起的是雄性
金丝猴的特征。 川金丝猴只分布在中国的四川、甘肃、陕西和湖北省。 属国家一级重点保护、CITES附录一物种。
彩图提供: 陈建伟教授摇 国家林业局摇 E鄄mail: cites. chenjw@ 163. com
第 32 卷第 2 期
2012 年 2 月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol. 32,No. 2
Jan. ,2012
http: / / www. ecologica. cn
基金项目:中国科学院知识创新工程重要方向(KZCX2鄄YW鄄437);国家科技支撑计划项目(2009BADC6B05);领域前沿(O651054040)
收稿日期:2010鄄12鄄15; 摇 摇 修订日期:2011鄄05鄄17
*通讯作者 Corresponding author. E鄄mail: liyy@ isa. ac. cn
DOI: 10. 5846 / stxb201012151792
潘春翔,李裕元, 彭亿, 高茹,吴金水.湖南乌云界自然保护区典型生态系统的土壤持水性能.生态学报,2012,32(2):0538鄄0547
Pan C X, Li Y Y, Peng Y, Gao R, Wu J S. Soil water holding capacity under four typical ecosystems in Wuyunjie Nature Reserve of Hunan Province. Acta
Ecologica Sinica,2012,32(2):0538鄄0547.
湖南乌云界自然保护区典型生态系统的土壤持水性能
潘春翔1,2, 李裕元1,*, 彭摇 亿1,3, 高摇 茹1,2,吴金水1
(1. 中国科学院亚热带农业生态研究所 亚热带农业生态过程重点实验室,湖南 长沙摇 410125;
2. 中国科学院研究生院,北京摇 100049; 3. 湖南大学 环境科学与工程学院,湖南 长沙摇 410082)
摘要:土壤持水性能是决定生态系统水源涵养能力的关键,是自然保护区生态服务功能的重要方面。 以湖南省乌云界自然保护
区为研究区域,选取森林、灌丛、竹林和草地 4 个典型生态系统,采用野外调查采样和室内分析的方法研究了土壤的物理性质和
持水性能。 结果表明,乌云界 4 种典型植被下表层 0—20cm土壤有机质含量普遍较高(>76 g / kg)、容重较低(<0. 85 g / cm3)、团
聚体稳定性较强(>5mm水稳性团聚体达 22. 7%—52. 3% ),表明保护区土壤的结构发育总体上较好。 森林和竹林土壤具有较
多的大孔隙和较高的饱和导水率,有利于天然降水向地下水的转化,而灌丛和草地土壤毛管孔隙度则相对较高,其土壤中能够
保持更多的有效水分。 乌云界自然保护区 4 个典型生态系统 0—40cm 土层土壤重力水容量为:森林(83. 5 mm) >竹林(79. 2
mm)>灌丛(66. 9 mm)>草地(43. 8 mm),有效水容量为:草地(128. 7 mm) >灌丛(111. 6 mm) >森林(95. 9 mm) >竹林(83郾 9
mm)。 在明晰土壤总蓄水容量(>0 MPa)、重力水容量(0 — 0. 01 MPa)、有效水容量(0. 01—1. 5 MPa)、无效水容量(>1. 5 MPa)
等概念的基础上,建议用重力水容量和土壤有效水容量两个指标来评价生态系统土壤的水源涵养功能,其中土壤重力水容量可
以反映生态系统补充地下水和调控河川径流量的能力,而土壤有效水容量可以反映生态系统本身保蓄水分的潜力,这些指标均
可以通过土壤水分特征曲线进行求算。 乌云界自然保护区森林和竹林土壤对于补充地下水和调控河川径流量的能力较强,而
灌丛和草地土壤保蓄水分的能力较强。
关键词:湖南;乌云界自然保护区;水源涵养;土壤持水性能;土壤重力水容量;土壤有效水容量
Soil water holding capacity under four typical ecosystems in Wuyunjie Nature
Reserve of Hunan Province
PAN Chunxiang1,2, LI Yuyuan1,*, PENG Yi1, 3, GAO Ru1, 2, WU Jinshui1
1 Key Laboratory for Agro鄄ecological Processes in Subtropical Region, Institute of Subtropical Agriculture, Chinese Academy of Sciences, Changsha
410125, China
2 Graduate University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
3 College of Environmental Science and Engineering, Hunan University, Changsha 410082, China
Abstract: Soil water holding capacity is the key index of water conservation capacity of ecosystems and vital parameter of
ecological service function in Nature Reserve. Four typical ecosystems including forest, shrub, bamboo, and grassland were
selected in the study area of Wuyunjie Nature Reserve (WNR) of Hunan Province and soil physical properties and water
holding capacity were studied through field investigation, soil sampling, and laboratory analysis. The results showed that
the four typical vegetation鄄covered lands had greater soil organic matter content ( >76 g / kg), lower bulk density ( <0. 85
g / cm3), and higher soil aggregate stability (stable aggregate ( >5 mm in diameter) contents ranging from 22. 7% to 52.
3% ) in the surface soil layer (0—20cm) than the local farmland, suggesting that soil structural development was generally
http: / / www. ecologica. cn
better in the reserve area. Soil macroporosity and saturated hydraulic conductivity (Ks) in forest and bamboo ecosystems
were greater than those in shrub and grassland ecosystems, which were beneficial to the rainfall transfer to groundwater.
However, soil capillary porosity in shrub and grassland ecosystems were higher, indicating that more soil available water
could be reserved. The gravimetric soil water holding capacity (WHCg ) in the 0—40 cm soil layer under four typical
ecosystems in WNR changed in the following order: forest (83. 5 mm) > bamboo (79. 2 mm) > shrub (66. 9 mm) >
grassland (43. 8 mm). However, soil available water holding capacity (WHCa) were the following: grassland (128. 7 mm)
> shrub (111. 6 mm) > forest (95. 9 mm) > bamboo (83. 9 mm). On the basis of verifying the definition of total water
capacity (>0 MPa), WHCg(0—0. 01 MPa), WHCa(0. 01—1. 5 MPa), and unavailable water capacity (>1. 5 MPa), we
recommended that WHCg and WHCa could be used to measure soil water holding capacity of ecosystems. WHCg could be
used to assess the capability of recharging groundwater and adjusting river flow, while WHCa could be used to assess the
potential of soil water holding capability in the ecosystems. These indexes all could be measured through soil water
characteristic curves. The close relationships between soil water holding capability and water storage capacity demonstrated
that, vegetation type and soil structure were of importance in water sources reserve. Forest and bamboo ecosystems,
characterized by the well鄄developed spatial structures, had stronger capability in recharging groundwater and adjusting river
flows. However, shrub and grassland, which had relatively undeveloped spatial structure, could reserve more soil available
water in the ecosystems. All these were associated with the changes in soil structures. Therefore, the conservation of diverse
ecosystems has crucial ecological significance in the diversity conservation of habitats and eco鄄environments in the WNR.
Key Words: Hunan Province; Wuyunjie Nature Reserve; water resource reserve; soil water holding capability; gravimetric
soil water capacity; soil available water capacity
自然保护区是保护生物多样性的重要途径,其主要功能在于保护基因多样性、物种多样性、生态系统多样
性和景观多样性。 事实上自然植被的水源涵养[1]、削减洪峰[2]等生态调节功能也是自然保护区的重要功能,
但目前这方面的研究还相对较少,重视程度仍然不够。 目前中国林业系统自然保护区面积约占国土面积的
12. 8% [3],森林生态系统通过冠层、凋落物以及土壤 3 个层次对自然降水进行调节,其中土壤的调节能力占
90%以上[4鄄6],所以土壤是森林生态系统水源涵养功能的主要载体,探讨生态系统中土壤的水源涵养功能特
征对于全面评价和合理估测自然保护区生态系统的生态服务功能具有重要的理论价值。 但是对于土壤持水
性能或水源涵养能力的评价,目前采用的指标主要还是田间持水量[7]和土壤非毛管孔隙蓄水量[8]等,这些概
念的物理意义(如对应的土壤水吸力)不甚明晰,其测定方法的经验性也很强,因此结果的科学性与可比性尚
值得商榷。 选用合适的土壤水分评价指标,既有明确的物理意义,又有规范统一的测定方法,对于土壤水源涵
养功能的客观评价具有重要的理论价值。
红壤类土壤广泛分布在中国南方亚热带地区,既是中国最大的土壤资源,也是中国主要经济作物及粮食
的重要生产基地,但是由于自然和人为因素的影响,其水土流失的严重程度仅次于黄土高原[9]。 该区的省级
以上自然保护区面积约占总面积的 6% ,它们对于调节气候、涵养水源应该是起到了重要作用,但是这方面的
研究报道很少见到。 基于此,本文选择湖南省乌云界国家级自然保护区为研究区域,针对土壤水源涵养功能
客观评价这一科学问题,选取森林、竹林、灌丛和草地等 4 种差异显著的典型生态系统,通过野外调查和采样
分析,采用新的评价指标对比研究了不同生态系统土壤持水性能和水源涵养功能的变化特征,以期为该自然
保护区水源涵养功能的定量评价提供数据基础,也为生态系统水源涵养功能评价方法的标准化提供一种
尝试。
1摇 材料与方法
1. 1摇 研究区自然概况
摇 摇 研究区位于湖南省乌云界自然保护区,该区位于湖南省西北部桃源县沅水一级支流水溪、澄溪、大洋溪、
935摇 2 期 摇 摇 摇 潘春翔摇 等:湖南乌云界自然保护区典型生态系统的土壤持水性能 摇
http: / / www. ecologica. cn
夏家溪的上游,海拔在 300—1200 m之间,为雪峰山余脉地段。 地理坐标为 28毅30忆40义— 28毅39忆47义N,111毅07忆
20义— 111毅29忆20义E之间。 保护区东西长 36. 0 km,南北宽 16. 5 km,总面积 338. 18 km2,森林植被覆盖率达
92. 5% 。 保护区属中亚热带季风气候区,年平均气温 14. 2 益,最冷月为 1 月,月平均气温 3. 2 益;最暖月为 7
月,月平均气温 25. 4 益。 多年平均日照时数为 1098 h,大于 10 益积温为 4938 益,无霜期约 270 d。 研究区多
年平均降水量 1887 mm,表现为夏春雨多、秋冬偏少的特点,全年可分为 4 月至 7 月下旬的多雨季节和 8 月上
旬至翌年 3 月下旬的少雨季节。 山体南侧年降雨量在 2000—2200 mm 之间,北侧山麓地带则逐降至 1400—
1500 mm。 温暖的气候条件加上充沛的雨量滋长了保护区茂密的森林植被,在植被区划上属于中亚热带常绿
阔叶林北部,主要植被类型有常绿阔叶林、常绿落叶阔叶混交林、针叶林、竹林、灌丛、草地和经济林。
1. 2摇 样地状况与土样采集
为了对比研究不同生态系统土壤水源涵养功能的变化特征,2008 年 8 月上旬在湖南乌云界保护区的核
心区选取海拔高程 600—1000m范围内分布面积大、代表性强、景观差异显著的森林、竹林、灌丛、草地 4 种典
型生态系统的 4 块样地,首先进行植物群落调查,在明确群落物种组成的基础上,在每一块样地中选取 3 个代
表性的位置(即 3 次重复),采用土壤剖面法分两层(即 0—20 cm和 20—40 cm)采集土样,主要包括:用环刀
采集原状土样,用于测定土壤容重、饱和导水率和水分特征曲线,每个土层各采集 3 个环刀样,另外采集 1 kg
左右混合土样,带回室内风干,然后分为两份,一份直接用于测定土壤团聚体组成,另一份研磨并过筛,用于测
定养分含量和颗粒组成等其它理化性质。
4 种植被类型的群落构成与立地条件描述如下:
(1)森林摇 为常绿落叶阔叶混交林,建群种主要包括落叶乔木枹栎(Quercus serrata)(密度 300 棵 / hm2,胸
径 31 cm,高度 13 m)和常绿乔木甜槠(Castanopsis eyrei)(密度 200 棵 / hm2,胸径 32. 5 cm,高度 15 m),乔木层
总盖度 40% ;灌木层主要有油茶(Camellia oleosa)、山胡椒(Lindera glauca)、漆树(Toxicodendron vernicifluum)、
黄栀子(Gardenia jasminoides)、格药柃(Eurya muricata)、映山红(Rhododendron simsii)等,总盖度 40% ;草本层
物种稀少,主要有狗脊(Woodwardia japonica)、淡竹叶(Lopnatherum gracile)等,盖度约 30% 。 凋落物层厚度
3—5 cm。 采样点立地条件:坡度 20—30毅,坡向 N30毅,海拔 604 m,采样点地理坐标为 111毅22忆22. 2义E 和 28毅
34忆31郾 9义N。 土壤为板页岩风化物母质发育的黄壤。
(2)灌丛 摇 建群种主要为润楠(Machilus microcarpa) (900 棵 / hm2 )、油茶(800 棵 / hm2 )、南烛( Lyonia
ovalifolia)(400 棵 / hm2)、水马桑(Coriaria nepalensis)(400 棵 / hm2)、漆树(100 棵 / hm2),群落高度 3. 5—4 m,
优势种密度为 7600 棵 / hm2,总盖度 95%以上;草本层主要有九节龙(Ardisia pusilla)、苔草(Carex spp. )、细辛
(Asarum sieboldii)等,总盖度 60% ,凋落物层厚度 3—5cm。 采样点立地条件:坡度 15—25毅,坡向 N340毅,海拔
827 m,地理坐标为 111毅22忆26. 6义E和 28毅33忆28. 1义N。 土壤为板页岩风化物母质发育的黄棕壤。
(3)竹林摇 建群种主要为毛竹(Phyllostachys pubescens)(密度 1100 棵 / hm2,高度约为 13 m),林内伴生少
量乔木树种,如杉木 ( Cunningghamia lanceolata)、枹栎等,总盖度 70% 左右;灌木层主要有映山红
(Rhododendron simsii)、山樱桃(Prunus campanulata)、毛萼莓(Rubus chroosepolus)等,总盖度 30% ;草本层植物
较稀疏,可见少量蝴蝶花( Iris japonica)、淡竹叶等,草本层总盖度 20% 。 凋落物厚度 2—5cm。 采样点立地条
件:坡度 15—25毅,坡向 N17毅,海拔 789 m,地理坐标为 111毅22忆32. 4义E和 28毅33忆30. 9义N。 土壤为板页岩风化物
母质发育的黄棕壤。
(4)草地摇 建群种主要为芭茅(Miscanthus sinensis),生长十分茂密,高度 230 cm左右(开花前),伴生种十
分丰富,主要有葛藤(Pueraria lobaata)、紫花前胡(Peucedanum decurcsivum)、地榆(Sanguisorba tenuifolia)、落
新妇(Astilbe chinensis)、千里光(Senecio scandens)、腹水草(Veronicastrum stenostachyum ssp. plukenetii)、乌头
(Aconitum carmichaeli)等,也见到零星分布的小灌木,如白马骨(Serissa serissoides)、盐肤木(Rhus chinensis)、映
山红等。 草地总盖度 100% ,凋落物厚度 2—3cm。 立地条件:坡度 15—30毅,坡向 N7 毅,海拔 967 m,地理坐标
为 111毅22忆26. 7义E和 28毅33忆19. 1义N。 土壤为板页岩风化物母质发育的黄棕壤。
045 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 32 卷摇
http: / / www. ecologica. cn
各样地土壤基本理化性质与养分状况见表 1。
表 1摇 4 种典型植被土壤的基本性质
Table 1摇 Soil basic properties under four typical vegetation stands
植被类型
Vegetation
type
土壤类型
Soil type
深度
Depth
/ cm
土壤颗粒组成 / %
Soil mechanical composition
砂粒 Sand
(2—0.05mm)
粘粒 Clay
(<0. 002mm)
质地
Texture pH
有机质
OM
/ (g / kg)
Olsen鄄P
/ (mg / kg)
全氮
Total N
/ (g / kg)
森林 黄壤 0—20 50. 7 22. 0 壤土 3. 94 81. 98 7. 69 2. 86
Forest Yellow soil 20—40 46. 5 25. 5 壤土 4. 21 36. 35 2. 75 1. 25
灌丛 黄棕壤 0—20 24. 1 27. 6 粉砂壤土 4. 34 82. 07 3. 96 4. 15
Shrub Yellow鄄brown soil 20—40 27. 8 30. 9 壤土 4. 44 38. 21 1. 05 2. 09
竹林 黄棕壤 0—20 34. 7 29. 4 粘壤土 4. 62 76. 42 4. 82 3. 64
Bamboo Yellow鄄brown soil 20—40 36. 2 30. 5 粘壤土 4. 69 39. 92 1. 93 1. 90
草地 黄棕壤 0—20 22. 0 25. 5 粉砂壤土 4. 50 85. 41 4. 37 3. 93
Grassland Yellow鄄brown soil 20—40 23. 3 26. 3 粉砂壤土 4. 68 47. 42 1. 46 2. 15
摇 摇 表中土壤质地分类为美国制
1. 3摇 分析方法与数据处理
土壤饱和导水率采用恒水头法测定[10],饱和导水率计算公式如下:
Ks = QL / ( )A 伊 t 伊 H (1)
式中,Ks为稳定饱和导水率(mm / min);Q 为流量(mm3 );L 为土柱长度,均为 50 mm;A 为土柱截面积
(mm2);t为时间(min);H为水头高度(mm)。
原状土柱采用高速离心机法测定土壤水分特征曲线,所有曲线均可拟合为指数衰减函数:
兹 = aexp( - bx) + cexp( - dx) (2)
式中,兹为计算土层土壤的重量含水量(重量分数),x 为压力值(MPa),a、b、c、d 为方程拟合参数。 根据
该拟合方程求算出每个原装土样在 0. 01、0. 03、1. 5 MPa 和 3. 1 MPa 时的土壤含水量,即毛管持水量、田间持
水量、凋萎含水量和最大吸湿水含量[11]。
表征土壤团聚体稳定性大小的平均重量直径(MWD)计算公式如下:
MWD =移
n
i = 1
X iWi (3)
式中,MWD为平均重量直径(mm);X i为筛分出的第 i 级团聚体平均直径(mm);Wi为第 i 级粒径范围的
团聚体占土壤样品干重的百分数(% )。
破坏率计算公式为:
PAD = AGd - AG( )w / AGd 伊 100% (4)
式中,PAD表示破坏率(% ),AGd表示大于 0. 25mm的干团聚体重量(g),AGw表示大于 0. 25mm的水稳性
团聚体重量(g)。
土壤蓄水容量计算公式为:
WHC =移
2
i = 1
兹i 伊 B i 伊 Di (5)
式中,WHC为 0—40cm土层土壤的蓄水容量(mm),B i为土壤容重(g / cm3),Di为土层深度(mm),i 为土
层序号,0—20cm为 1,20—40cm为 2。
土壤重力水容量计算公式为:
WHCg =WHC t-WHC0. 01MPa (6)
式中,WHCg为土壤重力水容量 (mm),WHC t为总蓄水容量 (mm),即饱和时土壤中保持的水量,
145摇 2 期 摇 摇 摇 潘春翔摇 等:湖南乌云界自然保护区典型生态系统的土壤持水性能 摇
http: / / www. ecologica. cn
WHC0. 01MPa为土壤毛管持水量(<0. 01 MPa)时的土壤蓄水容量(mm)。
土壤有效水容量计算公式为:
WHCa =WHC0. 01MPa-WHC1. 5MPa (7)
式中,WHCa为土壤有效水容量 ( mm),WHC1. 5MPa为无效水容量 ( mm),即土壤含水量为凋萎湿度
(>1. 5MPa)时的土壤蓄水量。 上述几个蓄水容量存在如下关系:WHC t = WHCg+WHCa+WHC1. 5MPa。
土壤容重、大团聚体组成、总孔隙度等基本理化性质指标均采用常规方法测定或计算[12],毛管孔隙度根
据下式计算:
Pc = 兹0. 01MPa 伊 B i / 籽 (8)
式中,Pc为土壤毛管孔隙度(% ),兹0. 01MPa为根据土壤水分特征曲线求算出的 0. 01 MPa的土壤重量含水量
(% ),B i为实测的土壤容重(g / cm3),籽为水的密度(g / cm3),数值为 1。 土壤非毛管孔隙度(Pnc)可根据总孔
隙度(P t)减去毛管孔隙度(Pc)获得。
文中所有数据均采用 Excel、SPSS13. 0 统计软件包统计分析,方差分析达到显著水平的(P<0. 05),再进
行多重比较,水分特征曲线方程采用 SigmaPlot7. 0 绘图软件拟合。 文中所列数据除了作特别说明的以外,全
部为 3 个样点的平均值。
2摇 结果与分析
2. 1摇 典型生态系统土壤物理性质比较
2. 1. 1摇 土壤基本物理性质
乌云界 4 种典型植被类型土壤基本物理性质的测定结果表明,研究区表层 0—20cm土壤较为疏松,容重
一般为 0. 73—0. 82 g / cm3,下层 20—40cm土层相对较紧实,容重也仅为 0. 71—1. 02 g / cm3,显著低于该地区
耕作土壤表层土壤的容重(1. 05—1. 18 g / cm3) [13鄄14],表明保护区自然植被(尤其是地表凋落物)对于改善土
壤的结构特性起着至关重要的作用。
表 2摇 4 种典型植被土壤的容重和孔隙度
Table 2摇 Soil bulk density and porosity under four typical vegetation stands
植被类型
Vegetation type
深度
Depth
/ cm
容重(标准差)
Bulk density
(SD) / (g / cm3)
总孔隙度(标准差)
Total porosity
(SD) / %
毛管孔隙度(标准差)
Capillary porosity
(SD) / %
非毛管孔隙度(标准差)
Non鄄capillary porosity
(SD) / %
森林 Forest 0. 82(0. 06) 59. 3(0. 9) 37. 2(1. 5)bc 22. 1(2. 0)b
灌丛 Shrub 0—20 0. 73(0. 16) 63. 1(3. 0) 46. 7(6. 5)ab 16. 3(6. 0)bc
竹林 Bamboo 0. 75(0. 05) 66. 4(0. 1) 35. 5(2. 2)c 30. 9(2. 3)a
草地 Grassland 0. 75(0. 05) 64. 3(5. 3) 52. 4(6. 1)a 11. 9(2. 7)c
显著度 Sig. 0. 640 0. 222 0. 009 0. 002
植被类型
Vegetation type
深度
Depth
/ cm
容重(标准差)
Bulk density
(SD) / (g / cm3)
总孔隙度(标准差)
Total porosity
(SD) / %
毛管孔隙度(标准差)
Capillary porosity
(SD) / %
非毛管孔隙度(标准差)
Non鄄capillary porosity
(SD) / %
森林 Forest 1. 02(0. 19) 56. 8(6. 6) 37. 1(0. 6)b 19. 7(6. 1)
灌丛 Shrub 20—40 0. 71(0. 05) 64. 7(4. 6) 47. 0(4. 8)a 17. 6(0. 1)
竹林 Bamboo 1. 06(0. 06) 53. 4(2. 7) 36. 7(1. 4)b 16. 7(3. 8)
草地 Grassland 0. 87(0. 15) 60. 7(7. 0) 51. 7(2. 9)a 9. 0(4. 1)
显著度 Sig. 0. 084 0. 214 0. 001 0. 162
摇 摇 表内同一层次标有相同字母的数据表示其统计差异不显著(P>0. 05)
4 种植被类型表层与下层土壤的孔隙状况比较结果表明(表 2),总孔隙度和非毛管孔隙度总体上表层高
于下层,这与容重的变化趋势相反,而毛管孔隙度表层与下层较为接近。 相同层次内,总孔隙度表层和下层均
无显著性差异(P>0. 05),而表层的非毛管孔隙度都是森林与竹林较高,灌丛与草地显著较低,表层毛管孔隙
度的变化则相反,其差异均达到极显著水平(P<0. 01);下层毛管空隙度差异显著,而非毛管孔隙度差异不显
245 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 32 卷摇
http: / / www. ecologica. cn
著。 这些表明,尽管不同生态系统土壤总空隙状况差异不显著,但是森林与竹林土壤大孔隙较多,而灌丛和草
地土壤毛管孔隙较多。 这与不同生态系统植物根系的分布有密切关系。 土壤孔隙的形成与土壤有机质的高
低、土壤动物的扰动以及植物根系的穿插作用均有密切关系。 由前文可知,不同植被下土壤有机质含量差异
不大(表 1),但是森林与竹林林下地表活地被物十分稀疏,草本层盖度仅为 20%—30% ,而灌丛和草地草本
层盖度均在 60%以上,表明灌丛和草地土壤中分布有更多的细根,而细根代谢产生的有机物质有利于土壤颗
粒的胶结和毛管孔隙的形成,同时细根的周转也会为土壤留下根孔[15]。 也有研究[16]表明,在植被自然演替
过程中细根生物量达到顶峰的是在灌丛和草地阶段,而不是演替顶级的乔木林阶段,相应地灌丛和草地阶段
土壤的毛管孔隙较多。 此外,在竹林生态系统中,由于竹鞭主要分布在 25cm以上土层中[17],竹鞭对表层土壤
的穿插作用也显著增加了土壤的非毛管孔隙度。
2. 1. 2摇 土壤结构状况
不同粒级的土壤团聚体含量与稳定性大小是反应土壤结构特征好坏的重要指征。 表 3 表明,灌丛与草地
土壤>5 mm大团聚体含量显著高于森林与竹林,而 2—0. 25 mm 粒级的团聚体含量则恰恰相反,表明灌丛与
草地土壤的结构性发育明显好于森林和竹林土壤。 实际调查与分析结果表明,尽管不同植被类型下土壤有机
质差异相对较小(表 1),但是由于灌丛与草地植被下草本植物较发育,表层土壤中细根也相应校多,细根代谢
分泌物的胶结作用以及细根本身的物理残绕作用均有利于土壤大团聚体的形成[18鄄20]。 土壤团聚体平均重量
直径(MWD)大小可以表征土壤团聚体的稳定性强弱。 分析结果(表 4)表明,灌丛和草地土壤的 MWD 显著
高于森林和竹林土壤,与表 3 中灌丛和草地具有较多大团聚体的结论一致。
表 3摇 4 种典型植被土壤团聚体组成特征
Table 3摇 Soil aggregate hierarchy under four typical vegetation stands
植被类型
Vegetation type
团聚体分级(标准差)Aggregate size distribution(SD) / %
>5mm 5—2mm 2—1mm 1—0. 5mm 0. 5—0. 25mm <0. 25mm
森林 Forest 33. 9 (9. 1) b 19. 7(3. 1)c 8. 1(0. 8)b 10. 8(1. 3)b 13. 5(5. 1)a 13. 9(3. 0)a
灌丛 Shrub 47. 0(16. 3)a 24. 8(4. 0)b 6. 3(2. 1)c 7. 4(3. 9)c 6. 7(4. 1)b 7. 8(4. 4)b
竹林 Bamboo 22. 7(10. 8)b 30. 9(4. 4)a 12. 4(2. 7)a 13. 4(2. 6)a 10. 8(2. 6)a 9. 9(2. 0)b
草地 Grassland 56. 3(7. 6)a 18. 9(4. 2)c 5. 6(0. 7)c 5. 0(1. 3)c 3. 9(1. 5)b 10. 4(1. 2)b
显著度 Sig. 0. 000 0. 000 0. 000 0. 000 0. 000 0. 001
摇 摇 表内同一层次标有相同字母的数据表示其统计差异不显著(P>0. 05)
表 4摇 4 种典型植被土壤团聚体稳定性比较
Table 4摇 Soil mean weight diameter (MWD) and percentage of aggregate destruction (PAD) under four typical vegetation stands
植被类型 Vegetation type
团聚体平均重量直径(标准差)
Mean weight diameter of soil aggregate(SD) / cm
0—20cm 20—40cm
团聚体破坏率(标准差)
Percentage of aggregate destruction(SD) / %
0—20cm 20—40cm
森林 Forest 2. 7 (0. 3)b 2. 0 (0. 5)b 9. 9 (3. 6)a 17. 2 (7. 8)b
灌丛 Shrub 3. 6 (0. 5)a 3. 2 (0. 4)a 5. 8 (4. 3)b 5. 8 (5. 2)c
竹林 Bamboo 2. 5 (0. 2)b 1. 9 (0. 6)b 12. 7 (3. 7)a 25. 7 (10. 8)a
草地 Grassland 3. 6 (0. 2)a 3. 5 (0. 2)a 6. 0 (3. 8)b 6. 6 (0. 8)c
显著度 Sig. 0. 000 0. 000 0. 001 0. 000
摇 摇 表内同一层次标有相同字母的数据表示其统计差异不显著(P>0. 05)
土壤团聚体破坏率(PAD)可用于衡量土壤的抗蚀能力,是评价土壤结构性好坏的重要指标。 当 PAD 较
大的时候,大团聚体在遇水后极易崩解破坏,堵塞土壤空隙,阻碍水分下渗,容易形成坡面径流,加剧土壤侵
蚀。 表 4 中 PAD分析结果显示,无论是表层还是下层,森林和竹林的 PAD 均显著高于灌丛和草地,表明灌丛
和草地土壤的结构稳定性要明显高于森林和竹林,这与灌丛和草地地表有较多的活地被物有密切关系,因为
较多的活地被物意味着表层土壤中会分布有较多的细根,细根代谢产生的有机酸、多糖等有效胶结成
345摇 2 期 摇 摇 摇 潘春翔摇 等:湖南乌云界自然保护区典型生态系统的土壤持水性能 摇
http: / / www. ecologica. cn
分[18,21],这些均可显著增强土壤团聚体的稳定性,而土壤有机质虽然可总体上改善土壤结构,但有机质含量
与团聚体稳定性的关系并不十分密切[22],由表 1 中 4 种生态系统表层土壤有机质含量十分接近即进一步证
明了这一点。
植被类型 Type of vegetation
图 1摇 4 种典型植被土壤稳定导水率
摇 Fig. 1摇 Soil water infiltration rates under 4 typical vegetation
stands摇
同一土层中,标有相同字母的表示其统计差异不显著
2. 1. 3摇 土壤饱和导水率
土壤饱和导水率(Ks)的测定结果(图 1)表明,各个
生态系统表层饱和导水率均显著高于下层,这与表层土
壤结构发育较好、而下层土壤结构性较差的特征相一
致。 从不同生态系统的比较来看,表层和下层的变化顺
序基本一致,表层土壤 Ks依次为:竹林(13. 5 mm / min)
> 森林(6. 8 mm / min)>灌丛(5. 7 mm / min)>草地(4. 9
mm / min),这与土壤非毛管孔隙度的变化趋势相一致,
而与毛管孔隙度的变化趋势相反(表 2),表明森林和竹
林植被下土壤大孔隙较多,降雨更容易向土壤下层入渗
转化为地下水,而不易产生地表径流,从而有效削减洪
峰流量。 这也意味着随着植被从草地向森林的正向演
替和土壤理化性质的演化,土壤的水源涵养能力在逐渐
增强。 但其它区域的一些研究也表明,Ks除了受植被演替过程中土壤结构变化的影响以外,还与植被恢复过
程[21]、土壤母质、类型、质地[23鄄25]、空间变化[26鄄27]等多种因素有关。
2. 2摇 典型生态系统水源涵养能力比较
2. 2. 1摇 土壤持水性能
土壤持水性能的高低是反映生态系统水源涵养能力大小的关键。 对 4 个典型生态系统土壤各项持水性
能的分析结果表明,表层与下层的变化趋势基本一致(表 5),土壤饱和持水量的差异不显著,但是从毛管持水
表 5摇 4 种典型植被土壤主要持水性能
Table 5摇 Soil water holding capacity characteristic under four typical vegetation stands (重量分数%)
植被类型
Plant type
深度
Depth
/ cm
饱和持水量
(标准差)
Saturated
capacity(SD)
0. 00MPa
毛管持水量
(标准差)
Capillary
capacity(SD)
0. 01MPa
田间持水量
(标准差)
Field capacity
(SD)
0. 03MPa
凋萎含水量
(标准差)
Wilting water
level(SD)
1. 5MPa
最大吸湿水
(标准差)
Max. hygroscopic
water(SD)
3. 1MPa
森林 Forest 72. 2(5. 5) 45. 2(1. 3)b 40. 2(0. 8)b 15. 8(2. 0)b 6. 9(1. 2)
灌丛 Shrub 0—20 88. 1(18. 2) 64. 2(5. 6)a 59. 6(5. 4)a 25. 8(2. 1)a 12. 4(0. 8)
竹林 Bamboo 89. 1(5. 6) 47. 8(6. 0)b 43. 3(6. 0)b 18. 9(3. 3)b 8. 9(1. 9)
草地 Grassland 86. 2(12. 8) 70. 3(11. 7)a 64. 9(11. 0)a 26. 8(6. 7)a 12. 6(4. 0)
显著度 Sig. 0. 384 0. 011 0. 009 0. 042 0. 073
植被类型
Plant type
深度
Depth
/ cm
饱和持水量
(标准差)
Saturated
capacity(SD)
0. 00MPa
毛管持水量
(标准差)
Capillary
capacity(SD)
0. 01MPa
田间持水量
(标准差)
Field capacity
(SD)
0. 03MPa
凋萎含水量
(标准差)
Wilting water
level (SD)
1. 5MPa
最大吸湿水
(标准差)
Max. hygroscopic
water(SD)
3. 1MPa
森林 Forest 58. 2(19. 4) 37. 5(8. 4)b 32. 6(5. 7)b 13. 4(2. 4)b 6. 2(1. 3)c
灌丛 Shrub 20—40 91. 6(13. 0) 66. 8(11. 5)a 61. 4(11. 1)a 26. 2(1. 2)a 12. 4(0. 3)a
竹林 Bamboo 50. 4(3. 9) 34. 6(1. 5)b 32. 3(1. 8)b 15. 2(1. 3)b 7. 7(0. 7)bc
草地 Grassland 72. 2(20. 5) 61. 2(13. 9)a 56. 2(12. 0)a 23. 9(7. 1)a 11. 3(4. 0)ab
显著度 Sig. 0. 097 0. 016 0. 010 0. 014 0. 031
摇 摇 (1)饱和持水量为实测数据,其余含水量数据均是根据相应的土壤水分特征曲线拟合方程求算所得;(2)表内同一层次未标或标有相同字
母的数据表示其统计差异不显著(P>0. 05)
445 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 32 卷摇
http: / / www. ecologica. cn
量、田间持水量、凋萎含水量以及最大吸湿水含量的比较结果来看,总体上均是灌丛和草地植被显著高于森林
和竹林(表层最大吸湿水除外),表明灌丛和草地土壤要比森林和竹林具有更强的土壤持水能力,即土壤中可
以保蓄更多的有效水供给生态系统本身的利用和消耗。
2. 2. 2摇 土壤蓄水容量
乌云界 4 种典型植被下土壤蓄水容量的计算结果(表 6)表明,0—40cm土层土壤的总蓄水容量变化范围
为 226. 4—252. 4 mm,不同生态系统之间差异不显著(P>0. 05),但是土壤总蓄水容量的 3 个组成部分,即重
力水(0—0. 01 MPa)、有效水(0. 01—1. 5 MPa)和无效水(>1. 5 MPa)容量在总量中所占的比例,在不同生态
系统之间却有明显的不同,其中有效水容量有显著差异,灌丛和草地土壤有效水容量明显较高,分别为 111. 6
mm和 128. 7 mm,而森林和竹林相对较低,分别为 95. 9 mm 和 83. 9 mm,表明乌云界自然保护区的灌丛和草
地植被具有更强的保蓄土壤水分的能力,而森林和竹林生态系统由于其非毛管孔隙度较高,土壤入渗能力较
强,降雨能更多地转化为地下水,因此森林和竹林具有较强的补充地下水和调节河川径流的能力。
重力水容量和无效水容量差异较小(P>0. 05)。 由于重力水主要占据的是土壤的大孔隙,而且仅在降雨
过程中短暂存在,之后会很快向下层入渗,因此大孔隙实际上仅作为降雨入渗过程中的水流通道,并没有起到
保蓄水分的作用。 此外,>1. 5 MPa的土壤水分一般不能被植物有效利用,因此称之为无效水,这部分水分在
有植被生长的土壤上一般很少发生变化,因此无效水容量实际上对于评价森林土壤蓄水能力没有实际价值,
可见在乌云界 4 个典型生态系统土壤总蓄水容量中,实际上有 50—60% (表 6)不能真正反映土壤本身的蓄水
能力,基于此,本文提出采用有效水容量概念,即土壤水吸力介于 1. 5 MPa(凋萎含水量)和 0. 01 MPa(毛管持
水量)之间的土壤蓄水容量,来评价土壤的持水性能,这样可以更直观、有效地反映土壤本身的持水能力大
小,能更客观地反应不同生态系统土壤的持水能力差异,从而体现其生态服务功能的客观变化,例如植被恢复
过程中土壤质量演化对土壤蓄水能力的增强作用[28]、森林植被对改善土壤大孔隙性状的作用[4, 29],但是土壤
总蓄水容量可用来表征土壤的水源涵养潜力的大小,而重力水容量可以反映土壤调蓄地下水和削减地表径流
能力的高低。
总之,尽管乌云界 4 种典型植被下土壤总蓄水容量差异不显著,但是采用土壤有效水容量和重力水容量
两个指标进行比较,可以明显看出他们之间具有显著的差异,即灌丛和草地土壤有效水容量较高,而森林和竹
林的重力水容量较高,反映出不同生态系统在土壤水源涵养功能上的显著差异,因此土壤有效水容量和重力
水容量两个指标能够更敏感地反映土壤水源涵养功能的变化。
表 6摇 4 种典型植被土壤 0—40cm蓄水容量
Table 6摇 Soil water storage in 0—40cm soil under four typical vegetation stands
植被类型
Vegetation type
总蓄水容量
(标准差)
Total water
storage capacity
>0 MPa
重力水容量(标准差)
Gravimetric water capacity(SD)
(0—0. 01 MPa)
容量
Capacity / mm
占总量
Proportion / %
有效水容量(标准差)
Available water capacity(SD)
(0. 01—1. 5 Mpa)
容量
Capacity / mm
占总量
Proportion / %
无效水容量(标准差)
Unavailable water capacity (SD)
(>1. 5Mpa)
容量
Capacity / mm
占总量
Proportion / %
森林 Forest 232. 1(14. 7) 83. 5(15. 9) 36. 0 95. 9(7. 8)bc 41. 3 52. 7(5. 4)b 22. 7
灌丛 Shrub 251. 9(9. 8) 66. 9(17. 0) 26. 6 111. 6(19. 9)b 44. 3 73. 6(7. 0)ab 29. 2
竹林 Bamboo 226. 4(26. 8) 79. 2(30. 1) 35. 0 83. 9(2. 8)c 37. 1 63. 3(6. 1)ab 28. 0
草地 Grassland 252. 4(24. 2) 43. 8(7. 7) 17. 4 128. 7(5. 9)a 51. 0 79. 9(13. 7)a 31. 7
显著度 Sig. 0. 430 0. 117 0. 010 0. 051
摇 摇 表内同一层次未标或标有相同字母的数据表示其统计差异不显著(P>0. 05)
3摇 讨论与结论
土壤蓄水容量是生态系统水源涵养能力的核心,但是关于土壤水源涵养能力评价采用的指标很不统一,
许多概念的物理意义也不明晰[30鄄31],其中多数采用马雪华[9]提出的土壤非毛管孔隙蓄水量作为土壤的蓄水
能力,但是,从土壤物理学角度来看,该部分水容量实际上是土壤中低吸力段(<0. 01 MPa)的土壤水容量,即
545摇 2 期 摇 摇 摇 潘春翔摇 等:湖南乌云界自然保护区典型生态系统的土壤持水性能 摇
http: / / www. ecologica. cn
本文中的重力水容量,没有包含土壤中介于 0. 01—1. 5 MPa 的实际植物有效水容量,因此该指标不能全面反
映土壤的实际水源涵养能力。 另一方面,单纯的重力水容量不能真实反映生态系统演化,特别是土壤结构变
化对土壤蓄水容量的影响。 例如在本研究中,乌云界四种典型生态系统重力水容量依次为森林(83. 5 mm)>
竹林(79. 2 mm)>灌丛(66. 9 mm)>草地(43. 8 mm),但土壤有效水容量(0. 01 — 1. 5 MPa)的变化却有所不
同,变化顺序为:草地(128. 7 mm)>灌丛(111. 6 mm)>森林(95. 9 mm)>竹林(83. 9 mm),这不仅仅是蓄水容
量大小顺序的变化,而是反映了不同生态系统水源涵养功能的显著差异。 因此,本文在明晰了各个土壤水容
量指标物理含义的基础上,建议用土壤重力水容量和土壤有效水容量两个具有明确物理意义的容量指标来评
价土壤的水源涵养能力,其中土壤重力水容量主要反映生态系统补充地下水和调控河川径流流量能力的大
小,而土壤有效水容量主要反映土壤或生态系统本身保蓄水分潜力的高低,这些可以更敏感地反映出土壤水
源涵养能力的变化。
对乌云界自然保护区不同生态系统土壤持水能力和蓄水容量关系的研究表明,植被类型、土壤结构特征
对土壤的水源涵养能力有显著的影响,其中空间层次结构发育良好的森林和竹林生态系统,具有较强的补充
地下水和调控河川径流流量的能力,而灌丛、草地等空间层次结构发育较差的植被则有更好的保蓄土壤水分
的能力,其原因主要在于不同生态系统地被物的显著差异导致的土壤结构性差异,其中森林和竹林生态系统
以凋落物等死地被物为主,土壤结构性和大孔隙较发育,因此具有较高的饱和导水率,而灌丛与草地植被以活
地被物为主,大孔隙少而毛管空隙发育,因此土壤本身的持水性能较强。 可见保持生态系统的多样性,对于维
持自然栖息地或区域生态环境的多样性也具有重要的生态意义。
致谢:湖南省桃源县乌云界自然保护区管理局孙玲珍副局长对野外考察提供支持,张卫东、胡伟参加野外考察
采样工作,在此一并致谢。
References:
[ 1 ]摇 Millennium Ecosystem Assessment椅Zhang Y M translated. Ecosystems and human well鄄being: a framework for assessment. Beijing: China
Environment Science Press, 2007.
[ 2 ] 摇 Ilstedt U, Malmer A, Verbeeten E, Murdiyarso D. The effect of afforestation on water infiltration in the tropics: a systematic review and meta鄄
analysis, Forest Ecology and Management, 2007, 251(1 / 2): 45鄄51.
[ 3 ] 摇 Report on China忆s 2009 Environmental Status. 2010鄄06鄄03. [2010鄄12鄄09] . http: / / jcs. mep. gov. cn / hjzl / zkgb / 2009hjzkgb / .
[ 4 ] 摇 Wen Y G, LIU S R. Quantitative analysis of the characteristics of rainfall interception of main forest ecosystems in China. Scientia Silvea Sinicae,
1995, 31(4): 289鄄298.
[ 5 ] 摇 Shi P L, Wu B, Cheng G W, Luo J. Water retention capacity evaluation of main forest vegetation types in the upper Yangtze basin. Journal of
Natural Resources, 2004, 19 (3): 351鄄360.
[ 6 ] 摇 Zhang Z Y, Zhang Z W, Chen Y S, Zhu C Z, Yuan Y W, Cui H X, Zhou R. A comparative study on water conservation capacity of five main
forest types. Journal of Fujian College of Forestry, 2005, 25(2): 171鄄175.
[ 7 ] 摇 Yuan G F. Protocals for Standard Water Environmental Observation and Measurement in Terrestrial Ecosystems. Beijing: China Environment
Science Press, 2007: 91.
[ 8 ] 摇 Ma X H. Hydrology of Forest. Beijing: Chinese Forestry Press, 1993.
[ 9 ] 摇 Yu Y, Lin H. The research progress of red soil erosion in China. Subtropical Soil and Water Conservation, 2009, 21(3): 34鄄38.
[10] 摇 Li Y Y, Shao M A. Change of soil physical properties under long鄄term natural vegetation restoration in the Loess Plateau of China. Journal of Arid
Environments, 2006, 64(1): 77鄄96.
[11] 摇 Shanxi Agricultural University. Soil Science (Second Edition) . Beijing: China Agriculture Press, 1994: 86.
[12] 摇 Liu G S. Soil physical and chemical analysis and description of soil profiles. Beijing: Standards Press of China, 1996: 5鄄19.
[13] 摇 Peng Y, Li Y Y, Li Z W, Yang X C, Pan C X, Xie X L. Comparison study on soil infiltration characteristics in red soil slope ecosystems.
Research of Soil and Water Conservation, 2009, 16(6): 205鄄209.
[14] 摇 Fang K, Chen X M, Du Z J, Zhang J B, Deng J Q. Dynamic variation and impact factors of red soil moisture in low mountain鄄hilly region.
Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2010, 26(1): 67鄄72.
[15] 摇 Wang D L, Yin C Q. Functions of root channels in the soil system. Acta Ecologica Sinica, 2000, 20(5): 869鄄874
[16]摇 Zeng F R, Shi J Y, Yan E R, Zhang R L, Wang X H. Temporal and spatial patterns of fine root mass along a secondary succession of evergreen
broad鄄leaved forest in Tiantong. Journal of East China Normal University (Natural Science), 2008, 6: 56鄄62.
[17] 摇 Zhang C S, Chen J H, Zhu F. Survey and analysis on development law in Phyllostachys heterocycla cv pubescens. Nonwood Forest Research, 25
(4): 74鄄76.
645 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 32 卷摇
http: / / www. ecologica. cn
[18]摇 Piccolo A, Mbagwu J S C. Role of hydrophobic components of soil organic matter in soil aggregate stability. Soil Science Society of America
Journal, 1999, 63: 1801鄄1810.
[19] 摇 Boix鄄Fayos C, Calvo \Cases A, Imeson A C, Soriano鄄Soto M D. Influence of soil properties on the aggregation of some Mediterranean soils and the
use of aggregate size and stability as land degradation indicators. Catena, 2001, 44: 47鄄67.
[20] 摇 Liu Y Q, Luo L X, Liu L Y, Yang J L, Xia X L. Fine鄄root character and its action mechanism of forest at its initial established stage on degraded
red soil. Chinese Journal of Applied Ecology, 2005, 16(9): 1735鄄1739.
[21] 摇 Greenland D J. Interactions between clays and organic compounds in soils. Part I. Mechanisms of interaction between clays and defined organic
compounds. Soils and Fertilizers, 1965, 28: 415鄄425.
[22] 摇 Lu J W, Li Z B. Advance in Soil Aggregate Study. Research of Soil and Water Conservation, 2002, 9(1): 81鄄85.
[23] 摇 Li Y Y, Shao M A, Chen H S, Huo Z, Zheng J Y. Impacts of vegetation recovery on soil physical properties in the cross area of wind鄄water
erosion. Acta Ecologica Sinica, 2010, 30(16): 4306鄄4316.
[24] 摇 Liu D P, Chen S X, Zhang J C, Xie L, Jiang J. Soil infiltration characteristics under main vegetation types in Anji County of Zhejiang Province.
Chinese Journal of Applied Ecology, 2007, 18(3): 493鄄498.
[25] 摇 Zimmermann B, Papritz A, Elsenbeer H. Asymmetric response to disturbance and recovery: Changes of soil permeability under forest \pasture鄄forest
transitions. Geoderma, 2010, 159(1 / 2): 209鄄215.
[26] 摇 Kelleners T J, Beekma J, Chaudhry M R. Spatially variable soil hydraulic properties for simulation of field鄄scale solute transport in the unsaturated
zone. Geoderma, 1999, 92(3 / 4): 199鄄215.
[27] 摇 Jing Y S, Zhang B, Thimm A, Zepp H. Anisotropy of soil hydraulic properties along arable slopes. Pedosphere, 2008, 18(3): 353鄄362.
[28] 摇 Liu Y, Zhang J, Yang W Q, Li X W, Yan B G, Huang X, Su J F, Lai G. Ground cover reserves and water holding capacity of forest鄄grassland
ecotone in natural recovery process in western Sichuan. Journal of Soil and Water Conservation, 2009. 23 (3): 173鄄178.
[29] 摇 Liu X, Zhang G C, Li X L, Xing X S, Zhao M. Characteristics of Soil infiltration and Water鄄holding of Different Forest Vegetation in Ecological
Rehabilitation of Small Watershed. Journal of Soil Water Conservation, 2004, 18(6): 1鄄6.
[30] 摇 Sun Y H, Zhang H J, Cheng J H, Wang Y J, Shi J, Cheng Y. Soil characteristics and water conservation of different forest types in Jinyun
Mountain. Journal of Soil Water Conservation, 2006, 20(2): 106鄄109.
[31] 摇 Ge D Y, Zhang H J, Wang W, L俟 W X, Wang X. Soil water characteristics of forestlands in the Simian Mountains of Chongqing southwestern
China. Journal of Beijing Forestry University, 2010, 32 (4): 155鄄160.
参考文献:
[ 1 ]摇 千年生态系统评估椅张永民译. 生态系统与人类福祉: 评估框架. 北京: 中国环境科学出版社, 2007.
[ 3 ] 摇 2009 年中国环境状况公报. 2010鄄06鄄03. [2010鄄12鄄09] . http: / / jcs. mep. gov. cn / hjzl / zkgb / 2009hjzkgb / .
[ 4 ] 摇 温远光,刘世荣. 我国主要森林生态系统类型降水截留规律的数量分析. 林业科学, 1995, 31(4): 289鄄298.
[ 5 ] 摇 石培礼, 吴波, 程根伟, 罗辑. 长江上游地区主要森林植被类型蓄水能力的初步研究. 自然资源学报, 2004, 19 (3): 351鄄360.
[ 6 ] 摇 张志永, 张卓文, 陈玉生, 朱传忠, 袁玉万, 崔鸿侠, 周瑞. 5 种主要森林类型涵养水源能力比较研究. 福建林学院学报, 2005, 25(2):
171鄄175.
[ 7 ] 摇 袁国富. 陆地生态系统水环境观测方法. 北京:中国环境科学出版社, 2007: 91.
[ 8 ] 摇 马雪华, 森林水文学. 北京: 中国林业出版社, 1993.
[ 9 ] 摇 于泳, 林洪. 我国红壤侵蚀研究进展. 亚热带水土保持, 2009, 21(3): 34鄄38.
[11] 摇 山西农业大学. 土壤学(第二版). 北京: 农业出版社, 1994: 86.
[12] 摇 刘光菘. 土壤理化分析与剖面描述. 北京: 标准出版社,1996: 5鄄19.
[13] 摇 彭亿, 李裕元, 李忠武, 阳小聪, 潘春翔, 谢小立. 红壤坡地生态系统土壤入渗特征比较研究. 水土保持研究, 2009, 16(6): 205鄄209.
[14] 摇 方堃, 陈效民, 杜臻杰, 张佳宝, 邓建强. 低山丘陵区红壤水分的动态变化及影响因素. 农业工程学报, 2010. 26(1) :67鄄72.
[15] 摇 王大力, 尹澄清. 植物根孔在土壤生态系统中的功能. 生态学报, 2000, 20(5): 869鄄874.
[16] 摇 曾凡荣, 施家月, 阎恩荣, 张仁良, 王希华. 天童常绿阔叶林次生演替过程中细根的生物量动态. 华东师范大学学报(自然科学版),
2008, 6: 56鄄62.
[17] 摇 张春生, 陈建华, 朱凡. 毛竹生长发育规律的调查分析. 经济林研究, 2007, 25(4): 74鄄76.
[20] 摇 刘苑秋, 罗良兴, 刘亮英, 杨家林, 夏晓兰. 退化红壤重建森林初期细根特征及其作用机理研究. 应用生态学报, 2005, 16 (9):
1735鄄1739.
[22] 摇 卢金伟, 李占斌. 土壤团聚体研究进展. 水土保持研究, 2002, 9(1): 81鄄85.
[23] 摇 李裕元, 邵明安, 陈洪松, 霍竹, 郑纪勇. 水蚀风蚀交错带植被恢复对土壤物理性质的影响. 生态学报, 2010, 30(16): 4306鄄4316.
[24] 摇 刘道平, 陈三雄, 张金池, 谢莉, 姜姜. 浙江安吉主要林地类型土壤渗透性. 应用生态学报, 2007, 18(3): 493鄄498.
[28] 摇 刘洋, 张健,杨万勤,李贤伟,闫帮国,黄旭,苏江峰,赖刚. 自然恢复过程中川西亚高山林草交错带地被物储量及持水性能研究. 水土
保持学报, 2009. 23 (3): 173鄄178.
[29] 摇 刘霞, 张光灿, 李雪蕾, 邢先双, 赵玫. 小流域生态修复过程中不同森林植被土壤入渗与贮水特征. 水土保持学报, 2004, 18(6): 1鄄6.
[30] 摇 孙艳红, 张洪江, 程金花, 王玉杰, 石健, 程云. 缙云山不同林地类型土壤特性及其水源涵养功能. 水土保持学报, 2006, 20(2):
106鄄109.
[31] 摇 葛东媛, 张洪江, 王伟, 吕文星, 王幸. 重庆四面山林地土壤水分特性. 北京林业大学学报, 2010, 32 (4): 155鄄160.
745摇 2 期 摇 摇 摇 潘春翔摇 等:湖南乌云界自然保护区典型生态系统的土壤持水性能 摇
ACTA ECOLOGICA SINICA Vol. 32,No. 2 January,2012(Semimonthly)
CONTENTS
Dynamics of demersal fish species diversity and biomass of dominant species in autumn in the Beibu Gulf, northwestern South
China Sea WANG Xuehui, QIU Yongsong, DU Feiyan, et al (333)………………………………………………………………
Spatial variation in species richness of birds and mammals in mainland China
DING Jingjing, LIU Dingzhen, LI Chunwang, et al (343)
…………………………………………………………
…………………………………………………………………………
Comparative study on learning behavior and electroantennogram responses in two geographic races of Cotesia glomerata
WANG Guohong, LIU Yong, GE Feng, et al (351)
………………
………………………………………………………………………………
Biological characteristics and habitat requirements of Parnassius imperator (Lepidoptera: Parnassidae)
FANG Jianhui, LUO Youqing, NIU Ben,et al (361)
………………………………
………………………………………………………………………………
Annual variability in biological characteristics of Illex argentinus in the southwest Atlantic Ocean
FANG Zhou, LU Huajie, CHEN Xinjun, et al (371)
……………………………………
………………………………………………………………………………
The impact of run鄄of stream dams on benthic macroinvertebrate assemblages in urban streams
HAN Minghua, YU Haiyan, ZHOU Bin, et al (380)
…………………………………………
………………………………………………………………………………
Effect of suspended sediment on the feeding physiology of Pinctada martensii in laboratory
LI Zhimin, SHEN Yuchun, YU Nantao, et al (386)
……………………………………………
………………………………………………………………………………
Potential nutrient limitation of phytoplankton growth in the Western and Central Pacific Ocean
XU Yanqing, CHEN Jianfang, GAO Shengquan, et al (394)
………………………………………
………………………………………………………………………
Ingestion of selected HAB鄄forming dinoflagellates ZHANG Qingchun, YU Rencheng, SONG Jingjing, et al (402)……………………
Formation of aggregation by Phaeocystis globosa (Prymnesiophyceae) in response to high grazing pressure
WANG Xiaodong, WANG Yan (414)
……………………………
………………………………………………………………………………………………
Growth and reproduction of the green macroalga Ulva prolifera ZHANG Bixin, WANG Jianzhu, WANG Yifu, et al (421)…………
Screening of growth decline related genes from Alexandrium catenella ZHONG Jie, SUI Zhenghong, WANG Chunyan, et al (431)…
Analysis of inherent optical properties of Lake Taihu in spring and its influence on the change of remote sensing reflectance
LIU Zhonghua, LI Yunmei, LU Heng, et al (438)
…………
…………………………………………………………………………………
Neural network modeling of the eutrophication mechanism in Lake Chenghai and corresponding scenario analysis
ZOU Rui,DONG Yunxian, ZHANG Zhenzhen, et al (448)
……………………
…………………………………………………………………………
The compensatory growth of shrubby Pinus thunbergii response to the boring stress in sandy coast
ZHOU Zhen, LI Chuanrong, XU Jingwei, et al (457)
……………………………………
………………………………………………………………………………
Selected body temperature and thermal tolerance of tadpoles of two frog species (Fejervarya limnocharis and Microhyla ornata)
acclimated under different thermal conditions SHI Linqiang, ZHAO Lihua, MA Xiaohao, et al (465)…………………………
Effects of landscape structure and key landscape factors on aphids鄄parasitoids鄄hyper parasitoids populations in wheat fields
ZHAO Zihua, WANG Ying, HE Dahan, et al (472)
…………
………………………………………………………………………………
Effects of cadmium on lipid peroxidation and ATPase activity of plasma membrane from Chinese kale (Brassica alboglabra Bailey)
roots ZHENG Aizhen (483)…………………………………………………………………………………………………………
Effects of ginger aqueous extract on soil enzyme activity, microbial community structure and soil nutrient content in the rhizosphere
soil of ginger seedlings HAN Chunmei, LI Chunlong, YE Shaoping, et al (489)…………………………………………………
Manganese tolerance and accumulation in mycelia of Cordyceps kyusyuensis
LUO Yi, CHENG Xianhao, ZHANG Congcong, et al (499)
……………………………………………………………
………………………………………………………………………
Influence of oxytetracycline exposure on antibiotic resistant bacteria and enzyme activities in wheat rhizosphere soil
ZHANG Hao, ZHANG Lilan, WANG Jia, et al (508)
…………………
……………………………………………………………………………
Effects of elevated nitrogen deposition on soil organic carbon mineralization and soil enzyme activities in a Chinese fir plantation
SHEN Fangfang, YUAN Yinghong, FAN Houbao, et al (517)
……
……………………………………………………………………
Differences in clonal growth between female and male plants of Rhus typhina Linn. and their diurnal changes in photosynthesis
and chlorophyll fluorescence ZHANG Mingru,WEN Guosheng,ZHANG Jin,et al (528)…………………………………………
Soil water holding capacity under four typical ecosystems in Wuyunjie Nature Reserve of Hunan Province
PAN Chunxiang, LI Yuyuan, PENG Yi, et al (538)
……………………………
………………………………………………………………………………
The effect of different land use patterns on soil properties in alpine areas of eastern Qilian Mountains
ZHAO Jinmei, ZHANG Degang, LIU Changzhong,et al (548)
…………………………………
……………………………………………………………………
Responses of soil macro鄄fauna to land desertification in sandy grassland LIU Rentao, ZHAO Halin (557)……………………………
Characteristics of cultivable microbial community number and structure at the southeast edge of Tengger Desert
ZHANG Wei,ZHANG Gaosen,LIU Guangxiu,et al (567)
………………………
…………………………………………………………………………
Physiological and ecological responses of maize to different severities of desertification in the Southern Taklamakan desert
LI Lei,LI Xiangyi,LIN Lisha,WANG Yingju,et al (578)
……………
…………………………………………………………………………
Characterization of caloric value in fifteen plant species in Leymus chinensis steppe in Xilin River Basin,Inner Mongolia
GAO Kai, XIE Zhongbing, XU Sutie, et al (588)
……………
…………………………………………………………………………………
Spatial pattern responses of Achnatherum splendens to environmental stress in different density levels
ZHANG Mingjuan, LIU Maosong, XU Chi,et al (595)
…………………………………
……………………………………………………………………………
Effects of environmental factors on species distribution and diversity in an Abies fargesii鄄Betula utilis mixed forest
REN Xuemin, YANG Gaihe, WANG Dexiang, et al (605)
……………………
…………………………………………………………………………
Effects of alginate cerium complexes on ascorbate鄄 glutathione cycle in spinach leaves under chlorpyrifos stress
LUAN Xia,CHEN Zhende,WANG Dongfeng,et al (614)
………………………
……………………………………………………………………………
Analysis on spatiotemporal changes of urban thermal landscape pattern in the context of urbanisation: a case study of Xiamen
City HUANG Jucong, ZHAO Xiaofeng, TANG Lina, et al (622)…………………………………………………………………
The analysis of the green vegetation cover change in western Sichuan based on GIS and Remote sensing
YANG Cunjian, ZHAO Zijian, REN Xiaolan, et al (632)
………………………………
…………………………………………………………………………
An inventory of BVOC emissions for a subtropical urban鄄rural complex: Greater Taizhou Area
CHANG Jie, REN Yuan, SHI Yan, et al (641)
…………………………………………
……………………………………………………………………………………
Scientific Note
Litter decomposition and nutrient dynamics of Carex lasiocapa under different water conditions
HOU Cuicui, SONG Changchun, LI Yingchen, et al (650)
………………………………………
………………………………………………………………………
Nest鄄box color preference and reproductive success of great tit ZHANG Keqin, DENG Qiuxiang, Justin Liu, et al (659)……………
《生态学报》2012 年征订启事
《生态学报》是中国生态学学会主办的自然科学高级学术期刊,创刊于 1981 年。 主要报道生态学研究原
始创新性科研成果,特别欢迎能反映现代生态学发展方向的优秀综述性文章;研究简报;生态学新理论、新方
法、新技术介绍;新书评介和学术、科研动态及开放实验室介绍等。
《生态学报》为半月刊,大 16 开本,280 页,国内定价 70 元 /册,全年定价 1680 元。
国内邮发代号:82鄄7摇 国外邮发代号:M670摇 标准刊号:ISSN 1000鄄0933摇 CN 11鄄2031 / Q
全国各地邮局均可订阅,也可直接与编辑部联系购买。 欢迎广大科技工作者、科研单位、高等院校、图书
馆等订阅。
通讯地址: 100085 北京海淀区双清路 18 号摇 电摇 摇 话: (010)62941099; 62843362
E鄄mail: shengtaixuebao@ rcees. ac. cn摇 网摇 摇 址: www. ecologica. cn
摇 摇 编辑部主任摇 孔红梅摇 摇 摇 执行编辑摇 刘天星摇 段摇 靖
生摇 态摇 学摇 报
(SHENGTAI摇 XUEBAO)
(半月刊摇 1981 年 3 月创刊)
第 32 卷摇 第 2 期摇 (2012 年 1 月)
ACTA ECOLOGICA SINICA

(Semimonthly,Started in 1981)

Vol郾 32摇 No郾 2摇 2012
编摇 摇 辑摇 《生态学报》编辑部
地址:北京海淀区双清路 18 号
邮政编码:100085
电话:(010)62941099
www. ecologica. cn
shengtaixuebao@ rcees. ac. cn
主摇 摇 编摇 冯宗炜
主摇 摇 管摇 中国科学技术协会
主摇 摇 办摇 中国生态学学会
中国科学院生态环境研究中心
地址:北京海淀区双清路 18 号
邮政编码:100085
出摇 摇 版摇
摇 摇 摇 摇 摇 地址:北京东黄城根北街 16 号
邮政编码:100717
印摇 摇 刷摇 北京北林印刷厂
发 行摇
地址:东黄城根北街 16 号
邮政编码:100717
电话:(010)64034563
E鄄mail:journal@ cspg. net
订摇 摇 购摇 全国各地邮局
国外发行摇 中国国际图书贸易总公司
地址:北京 399 信箱
邮政编码:100044
广告经营
许 可 证摇 京海工商广字第 8013 号
Edited by摇 Editorial board of
ACTA ECOLOGICA SINICA
Add:18,Shuangqing Street,Haidian,Beijing 100085,China
Tel:(010)62941099
www. ecologica. cn
Shengtaixuebao@ rcees. ac. cn
Editor鄄in鄄chief摇 FENG Zong鄄Wei
Supervised by摇 China Association for Science and Technology
Sponsored by摇 Ecological Society of China
Research Center for Eco鄄environmental Sciences, CAS
Add:18,Shuangqing Street,Haidian,Beijing 100085,China
Published by摇 Science Press
Add:16 Donghuangchenggen North Street,
Beijing摇 100717,China
Printed by摇 Beijing Bei Lin Printing House,
Beijing 100083,China
Distributed by摇 Science Press
Add:16 Donghuangchenggen North
Street,Beijing 100717,China
Tel:(010)64034563
E鄄mail:journal@ cspg. net
Domestic 摇 摇 All Local Post Offices in China
Foreign 摇 摇 China International Book Trading
Corporation
Add:P. O. Box 399 Beijing 100044,China
摇 ISSN 1000鄄0933CN 11鄄2031 / Q 国内外公开发行 国内邮发代号 82鄄7 国外发行代号 M670 定价 70郾 00 元摇