全 文 ：林业科学研究 ２０１４，２７（３）：４１７ ４２２
ＦｏｒｅｓｔＲｅｓｅａｒｃｈ
文章编号：１００１１４９８（２０１４）０３０４１７０６
北京九龙山不同林分枯落物及土壤水文效应
吴 迪１，辛学兵１，赵明扬１，裴顺祥１，孔 颖２
（１．中国林业科学研究院华北林业实验中心，北京 １０２３００；２．国家林业局调查规划设计院，北京 １００７１４）
收稿日期：２０１３０６０４
基金项目：国家“十二·五”林业科技支撑计划项目“黄土及华北石质山地水土保持林体系构建技术研究与示范”（２０１１ＢＡＤ３８Ｂ０６）
作者简介：吴 迪（１９８６—），女，硕士生．研究方向：人工林生态系统结构与功能．Ｅｍａｉｌ：ｗｕｄｉ１２１８ｅｄｕ＠１６３．ｃｏｍ
通讯作者：副研究员．研究方向：森林培育、森林生态等方面研究．Ｅｍａｉｌ：ｘｉｎｘｂ０１＠１６３．ｃｏｍ
摘要：对北京九龙山油松、侧柏、黄栌３种纯林的枯落物层水文效应和土壤水分效应进行研究，结果表明：黄栌林分
的枯落物总蓄积量最大，为１３．１５ｔ·ｈｍ－２，其次为油松和侧柏，分别为１２．５０、９．５３ｔ·ｈｍ－２；黄栌的最大持水量和
有效拦蓄量最大，分别为２８．７３、２３．１７ｔ·ｈｍ－２；侧柏的最小，分别为１２．６７、１０．１７ｔ·ｈｍ－２。未分解层和半分解层
枯落物持水量分别在浸泡１０ｈ后和８ｈ后达到饱和，二者的吸水速率均在浸泡２ｈ内最大，４ｈ后趋于平稳。不同
层次枯落物持水量、吸水速率与浸泡时间均存在较好的函数关系；３个林地的土壤密度均值最大的为侧柏（１．３０ｇ·
ｃｍ－３），其次为油松和黄栌，分别为１．２３、１．０８ｇ·ｃｍ－３；黄栌的总孔隙度最大，为４９．６３％，其次为油松和侧柏，分别
为４９．４９％、４７．４４％；侧柏林地的土壤有效持水量最大，为９６．５３ｔ·ｈｍ－２，其次为黄栌和油松，分别为８８．２３、６９．００ｔ
·ｈｍ－２。对入渗速率与入渗时间进行拟合分析，二者呈幂函数关系，其相关系数Ｒ２值均在０．９０以上。
关键词：枯落物；森林土壤；水文效应；九龙山
中图分类号：Ｓ７１５ 文献标识码：Ａ
ＨｙｄｒｏｌｏｇｉｃａｌＥｆｅｃｔｓｏｆＬｉｔｅｒｓａｎｄＳｏｉｌｕｎｄｅｒＤｉｆｅｒｅｎｔＦｏｒｅｓｔｓ
ｉｎＪｉｕｌｏｎｇｓｈａｎｏｆＢｅｉｊｉｎｇ
ＷＵＤｉ１，ＸＩＮＸｕｅｂｉｎｇ１，ＺＨＡＯＭｉｎｇｙａｎｇ１，ＰＥＩＳｈｕｎｘｉａｎｇ１，ＫＯＮＧＹｉｎｇ２
（１．ＦｏｒｅｓｔｒｙＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔＣｅｎｔｅｒｏｆＮｏｒｔｈＣｈｉｎａ，ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＦｏｒｅｓｔｒｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０２３００，Ｃｈｉｎａ；
２．ＡｃａｄｅｍｙｏｆＦｏｒｅｓｔＩｎｖｅｎｔｏｒｙａｎｄＰｌａｎｔｉｎｇ，ＳｔａｔｅＦｏｒｅｓｔｒｙＡｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １００７１４，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅｈｙｄｒｏｌｏｇｉｃａｌｅｆｅｃｔｓｏｆｌｉｔｅｒｌａｙｅｒａｎｄｓｏｉｌｗａｔｅｒｏｆｔｈｒｅｅｋｉｎｄｓｏｆｐｕｒｅｆｏｒｅｓｔｓｔａｎｄｓｉｎＪｉｕｌｏｎｇｓｈａｎ
ｗｅｒｅｓｔｕｄｉｅｄ．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｔｏｔａｌｌｉｔｅｒｓｔｏｒａｇｅｃａｐａｃｉｔｙｏｆＣｏｔｉｎｕｓｃｏｇｇｙｇｒｉａｐｕｒｅｆｏｒｅｓｔｗａｓｔｈｅｌａｒｇｅｓｔ
（１３．１５ｔ·ｈｍ－２），ｆｏｌｏｗｅｄｂｙＰｉｎｕｓｔａｂｕｌｉｆｏｒｍｉｓｐｕｒｅｆｏｒｅｓｔ（１２．５０ｔ·ｈｍ－２），ｗｈｉｌｅｔｈａｔｏｆＰｌａｔｙｃｌａｄｕｓｏｒｉｅｎｔａｌ
ｉｓｐｕｒｅｆｏｒｅｓｔ（９．５３ｔ·ｈｍ－２）ｗａｓｔｈｅｍｉｎｉｍｕｍ．Ｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｗａｔｅｒｈｏｌｄｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙａｎｄｔｈｅｍｏｄｉｆｉｅｄｉｎｔｅｒｃｅｐ
ｔｉｏｎａｍｏｕｎｔｏｆＣ．ｃｏｇｇｙｇｒｉａｐｕｒｅｆｏｒｅｓｔｗｅｒｅ２８．７３ｔ·ｈｍ－２ａｎｄ２３．１７ｔ·ｈｍ－２ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ，ｗｈｉｌｅｔｈａｔｏｆＰ．ｏｒｉ
ｅｎｔａｌｉｓｐｕｒｅｆｏｒｅｓｔｗｅｒｅｏｎｌｙ１２．６７ｔ·ｈｍ－２ａｎｄ１０．１７ｔ·ｈｍ－２ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｔｈｅｗａｔｅｒｈｏｌｄｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙｏｆｕｎｄｅ
ｃｏｍｐｏｓｅｄｌｉｔｅｒｇｏｔｓａｔｕｒａｔｅｄｉｎ１０ｈｏｕｒｓ，ｗｈｉｌｅｔｈｅｄｕｒａｔｉｏｎｏｆｓｅｍｉｄｅｃｏｍｐｏｓｅｄｌｉｔｅｒｗａｓ８ｈｏｕｒｓ．Ｔｈｅｗａｔｅｒａｂ
ｓｏｒｐｔｉｏｎｒａｔｅｏｆｔｈｅｌｉｔｅｒｉｎｕｎｄｅｃｏｍｐｏｓｅｄａｎｄｓｅｍｉｄｅｃｏｍｐｏｓｅｄｌａｙｅｒｓｋｅｐｔｔｈｅｈｉｇｈｅｓｔｆｏｒｔｈｅｉｎｉｔｉａｌ２ｈｏｕｒｓ，ａｎｄ
ｇｏｔｓｔａｂｉｌｉｚｅｄａｆｔｅｒ４ｈｏｕｒｓ．Ｔｈｅｗａｔｅｒｈｏｌｄｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙａｎｄｉｍｍｅｒｓｉｏｎｔｉｍｅｏｆｄｉｆｅｒｅｎｔｌｉｔｅｒｌａｙｅｒｓｆｏｌｏｗｅｄａｆｕｎｃ
ｔｉｏｎａｌｒｅｌａｔｉｏｎ，ｓｏａｓｔｈｅｌｉｔｅｒｌａｙｅｒｓｗａｔｅｒａｂｓｏｒｐｔｉｏｎｒａｔｅａｎｄｔｈｅｉｍｍｅｒｓｉｏｎｔｉｍｅ．Ｔｈｅａｖｅｒａｇｅｓｏｉｌｂｕｌｋｄｅｎｓｉｔｉｅｓｏｆ
Ｐ．ｏｒｉｅｎｔａｌｉｓｐｕｒｅｆｏｒｅｓｔ，Ｐ．ｔａｂｕｌｉｆｏｒｍｉｓｐｕｒｅｆｏｒｅｓｔａｎｄＣ．ｃｏｇｇｙｇｒｉａｐｕｒｅｆｏｒｅｓｔｗｅｒｅ１．３０ｇ·ｃｍ－３，１．２３ｇ·
ｃｍ－３，ａｎｄ１．０８ｇ·ｃｍ－３ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．ＴｈｅｔｏｔａｌｓｏｉｌｐｏｒｏｓｉｔｉｅｓｏｆＣ．ｃｏｇｇｙｇｒｉａｐｕｒｅｆｏｒｅｓｔ，Ｐ．ｔａｂｕｌｉｆｏｒｍｉｓｐｕｒｅ
ｆｏｒｅｓｔａｎｄＣ．ｃｏｇｇｙｇｒｉａｐｕｒｅｆｏｒｅｓｔｗｅｒｅ４９．６３％，４９．４９％，ａｎｄ４７．４４％ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｔｈｅｓｏｉｌｅｆｅｃｔｉｖｅｗａｔｅｒ
ｈｏｌｄｉｎｇｃａｐａｃｉｔｉｅｓｏｆ，Ｐ．ｏｒｉｅｎｔａｌｉｓｐｕｒｅｆｏｒｅｓｔ，Ｐ．ｔａｂｕｌｉｆｏｒｍｉｓｐｕｒｅｆｏｒｅｓｔａｎｄＣ．ｃｏｇｇｙｇｒｉａｐｕｒｅｆｏｒｅｓｔｗｅｒｅ９６．５３
林 业 科 学 研 究 第２７卷
ｔ·ｈｍ－２，８８．２３ｔ·ｈｍ－２，ａｎｄ６９．００ｔ·ｈｍ－２．Ｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｓｏｉｌｉｎｆｉｌｔｒａｔｉｏｎｒａｔｅａｎｄｉｎｆｉｌｔｒａｔｉｏｎｔｉｍｅ
ｗａｓｓｔｕｄｉｅｄｂｙｆｉｔｉｎｇａｎａｌｙｓｉｓ，ａｎｄｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｃｏｕｌｄｂｅｄｅｓｃｒｉｂｅｄｂｙｕｓｉｎｇｔｈｅｐｏｗｅｒ
ｆｕｎｃｔｉｏｎａｎｄａｌｖａｌｕｅｓｏｆＲ２ｗｅｒｅｇｒｅａｔｅｒｔｈａｎ０．９０．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｌｉｔｅｒｓ；ｆｏｒｅｓｔｓｏｉｌ；ｈｙｄｒｏｌｏｇｉｃａｌｅｆｅｃｔ；Ｊｉｕｌｏｎｇｓｈａｎ
九龙山地处北京西郊的门头沟区，山体呈“Ｖ”
字型围绕于门头沟城区的南、西、北三面，山地的森
林植被发挥了涵养水源、保持水土及美化环境等多
种生态功能。九龙山进行封山育林始于２０世纪６０
年代，并且营造了大面积的人工林，构成了以人工森
林和灌丛为主的植被类型［１］。９０年代初，对九龙山
区的森林植被水文功能的研究才逐步展开，部分学
者［２－４］对该区森林植被水文功能的研究主要集中在
人工幼林和灌木林，尤以灌木林为主。森林的水源
涵养能力因树种生物学特性、林分结构等因素的不
同存在明显差异［５－６］。森林枯落物和土壤的水分贮
蓄能力是发挥森林涵养水源和保持水土功能的重要
水文参数［７］。枯落物对林内降水有效转化为土壤水
分有着复杂而重要的作用，林地土壤是天然的大水
库和水分调节器［８］。据研究［９］，在森林三个水文作
用层中，林地枯落物层和土壤层拦蓄水量能占到森
林总体水源涵养量的８０％以上。本研究选取林龄
相同的侧柏（Ｐｌａｔｙｃｌａｄｕｓｏｒｉｅｎｔａｌｉｓ（Ｌ．）Ｆｒａｎｃｏ）、油
松（ＰｉｎｕｓｔａｂｕｌｉｆｏｒｍｉｓＣａｒ．）和黄栌（Ｃｏｔｉｎｕｓｃｏｇｇｙ
ｇｒｉａＳｃｏｐ．）３种人工纯林林分，对其林地枯落物层和
土壤层水文效应进行定量研究，旨在为该地区的林
地水分管理提供一定的理论依据。
１ 研究区概况
研究区位于太行山系东部北段的北京门头沟区
九龙山（３９°５７′Ｎ，１１６°４′Ｅ），最高峰位于西部刺玫花
坨，海拔９９７ｍ。气候属典型暖温带半湿润大陆性季
风气候，年平均气温１１．８℃，年平均降水量６２３．０
ｍｍ，降水主要集中在 ６—９月，年均蒸发量 １８７０
ｍｍ，无霜期２１６ｄ。土壤为山地褐土，植被以人工
森林和灌丛为主，３种纯林林下灌草种类有三裂绣
线菊（ＳｐｉｒａｅａｔｒｉｌｏｂａｔａＬｉｎｎ．）、臭椿（Ａｉｌａｎｔｈｕｓａｌｔｉ
ｓｓｉｍａ（Ｍｉｌ．）Ｓｗｉｎｇｌｅ）、构树（Ｂｒｏｕｓｓｏｎｅｔｉａｐａｐｙｉｆｅｒａ
（Ｌｉｎｎ．）Ｌ’ＨｅｒｔｅｘＶｅｎｔ．）、胡枝子（Ｌｅｓｐｅｄｅｚａｂｉｃｏｌｏｒ
Ｔｕｒｃｚ．）、酸枣（ＺｉｚｉｐｈｕｓｊｕｊｕｂａＭｉｌ．ｖａｒ．ｓｐｉｎｏｓａ
（Ｂｇｅ．）ＨｕｅｘＨ．Ｆ．Ｃｈｏｗ．）、榆树（Ｕｌｍｕｓｐｕｍｉｌａ
Ｌｉｎｎ．）、鼠李（ＲｈａｍｎｕｓｄａｖｕｒｉｃａＰａｌ．）、栓皮栎
（ＱｕｅｒｃｕｓｖａｒｉａｂｉｌｉｓＢｌｕｍｅ），荆 条 （Ｖｉｔｅｘｎｅｇｕｎｄｏ
Ｌｉｎｎ．ｖａｒ．ｈｅｔｅｒｏｐｈｙｌａ（Ｆｒａｎｃｈ．）Ｒｅｈｄ．）、红花锦
鸡儿（ＣａｒａｇａｎａｒｏｓｅａＴｕｒｃｚ．ｅｘＭａｘｉｍ．）、爬山虎
（Ｐａｒｔｈｅｎｏｃｉｓｓｕｓｓｅｍｉｃｏｒｄａｔａ（Ｗａｌ．）Ｐｌａｎｃｈ．）、荩草
（Ａｒｔｈｒａｘｏｎｈｉｓｐｉｄｕｓ（Ｔｈｕｎｂ．）Ｍａｋｉｎｏ）、矮丛苔草
（ＣａｒｅｘｃａｌｉｔｒｉｃｈｏｓＶ．Ｋｒｅｃｚｖａｒ．ｎａｎａ（ｌｅｖｌ．ｅｔ
Ｖａｎｔ．）Ｏｈｗｉ）等。
２０１２年５月６—１０日在九龙山布设侧柏、油松、
黄栌３种人工纯林标准样地，样地面积２０ｍ×２０ｍ，
每种林分类型样地设置３块，调查记录样地立地因
子，３种林分标准样地基本情况见表１。
表１ ３种林分样地的基本概况
林分类型 海拔／ｍ 坡度／（°） 坡向 土壤厚度／ｃｍ 郁闭度 平均树高／ｍ 平均胸径／ｃｍ 林龄／ａ 密度／（株·ｈｍ－２）
侧柏纯林 ２６４ ２７ ＮＥ８５° ３０ ０．７５ ８．７ ９．３ ４７ ３１１０
油松纯林 ３００ ３５ ＮＥ１０° ３２ ０．６５ ５．１ １１．３ ４７ ２１００
黄栌纯林 １７１ ２５ ＮＥ２０° ３４ ０．８０ ４．５ １０．４ ４７ ２２００
２ 研究方法
２．１ 枯落物蓄积量的调查方法
在３种林分的样地内，分别在林型坡面的上、
中、下部随机布设３个０．５ｍ×０．５ｍ的样方，测定
样方内枯落物层厚度，并按未分解层和半分解层分
层取样称其在自然状态下的质量。将所提取的枯落
物各组分样品带回室内置于烘箱中，在７５℃下烘干
至恒定质量后称质量，统计各样地枯落物蓄积量并
计算枯落物的自然含水率（其为采样时的含水率，且
采样的前３ｄ以上均无降雨），计算公式如下：
Ｒ０ ＝（Ｍ０－Ｍｄ）／Ｍｄ×１００％ （１）
式中：Ｒ０为枯落物自然含水率（％），Ｍ０为枯落
物样品自然状态下的初始质量（ｇ），Ｍｄ为枯落物样
品烘干的质量（ｇ）。
８１４
第３期 吴 迪等：北京九龙山不同林分枯落物及土壤水文效应
２．２ 枯落物持水性能的测定
枯落物的持水量及吸水速率采用室内浸泡法进
行测定。将烘干后的各组分枯落物样品装入尼龙网
袋浸入水中后，分别在 ０．１５、０．５、１、２、４、６、８、１０、
２４ｈ测定枯落物吸水后的质量，通过计算可求得在
这几个时间段内的持水量和吸水速率。一般认为浸
泡２４ｈ的枯落物已经达到饱和，达到最大持水量，
而吸水速率则趋于稳定［１０］。据研究［１１］可知，当降
水量达到２０ ３０ｍｍ后，不论何种植被类型的枯落
物层含水量的高低，其实际持水率约为最大持水率
的８５％左右；所以，为了更接近实际的拦蓄降水量，
采用调整系数０．８５进行枯落物层有效拦蓄量的估
算，计算公式如下：
Ｒｍ ＝（Ｍ２４－Ｍｄ）／Ｍｄ×１００％ （２）
Ｒｓｖ＝０．８５Ｒｍ －Ｒ０ （３）
Ｗｍ ＝Ｍ×Ｒｍ （４）
Ｗｓｖ＝Ｍ×Ｒｓｖ （５）
Ｗｍｓｖ ＝（Ｒｍ －Ｒ０）Ｍ （６）
式（２） （６）中：Ｒ０、Ｒｍ、Ｒｓｖ分别为枯落物自然
含水率（％）、最大持水率（％）和有效拦蓄率（％）；
Ｍｄ、Ｍ２４分别为枯落物样品烘干的质量（ｇ）和浸泡２４
ｈ后的质量（ｇ）；Ｗｍ、Ｗｓｖ、Ｗｍｓｖ、Ｍ分别为枯落物层最
大持水量（ｔ·ｈｍ－２）、有效拦蓄量（ｔ·ｈｍ－２）、最大
拦蓄量（ｔ·ｈｍ－２）和枯落物蓄积量（ｔ·ｈｍ－２）。
２．３ 土壤物理性质的测定
在３种林分的标准样地内选取代表性样点，挖
取土壤剖面，分别按０ １０、１０ ２０、２０ ３０ｃｍ土
层取样，每个组合进行３次重复。采用１００ｃｍ３的
标准环刀进行土壤含水量、土壤孔隙度和土壤密度
的测定，具体的测定及计算方法参照中华人民共和
国林业行业标准《森林土壤水分 －物理性质的测
定》（ＬＹ／Ｔ１２１５—１９９９）。采用公式［１２］（７） （９）计
算土壤有效持水量（Ｗ０，ｔ·ｈｍ
－２）、毛管持水量
（Ｗｃ，ｔ·ｈｍ
－２）和饱和持水量（Ｗｔ，ｔ·ｈｍ
－２）。
Ｗ０ ＝１００００Ｐ０ｈ （７）
Ｗｃ＝１００００Ｐｃｈ （８）
Ｗｔ＝Ｗ０＋Ｗｃ （９）
式（７） （９）中：Ｐ０、Ｐｃ分别为土壤非毛管孔隙
度（％）和毛管孔隙度（％）；ｈ为土层厚度（ｍ）。
２．４ 土壤入渗测定
在林分的标准样地内，采用自制双环（规格：内
外环直径分别为１５、２５ｃｍ，高２５ｃｍ）进行现场贮水
方法测定。将内、外环同时垂直砸入土壤中１０ｃｍ，
向双环的内外环中注水，并使水面保持在１０ｃｍ高
度，利用放置于内环中的标尺读取在单位时间内所
消耗的水量［１３］。每个林地作３个重复的入渗性能
试验，取其平均值进行统计分析。表层土壤的初渗
速率、稳渗速率的计算方法参照中华人民共和国林
业行业标准《森林土壤渗滤率的测定》（ＬＹ／Ｔ
１２１８—１９９９）。
本文数据处理均使用ＭＡＴＬＡＢ２０１２ａ完成［１４］。
３ 结果与分析
３．１ ３种林分的枯落物蓄积量
由表２可知：３种林分枯落物的总蓄积量存在
差异，黄栌最大，为１３．１５ｔ·ｈｍ－２，其次是油松和侧
柏，分别为１２．５０、９．５３ｔ·ｈｍ－２。油松枯落物未分
解层蓄积量占总蓄积量的比例最大，为６７．６０％，其
次是黄栌，为６３．８０％，侧柏最小，为５９．３９％；半分
解层蓄积量占总蓄积量的比例则相反，但３种林分
中未分解层蓄积量均大于半分解层。
表２ ３种林分的枯落物蓄积量及比例
林分类型
枯落物层
总厚度／ｍｍ
枯落物总蓄积量
／（ｔ·ｈｍ－２）
未分解层
枯落物蓄积量／（ｔ·ｈｍ－２） 比例／％
半分解层
枯落物蓄积量／（ｔ·ｈｍ－２） 比例／％
侧柏纯林 １６ ９．５３ ５．６６ ５９．３９ ３．８７ ４０．６１
油松纯林 ４０ １２．５０ ８．４５ ６７．６０ ４．０５ ３２．４０
黄栌纯林 ３３ １３．１５ ８．３９ ６３．８０ ４．７６ ３６．２０
３．２ ３种林分枯落物水文效应
３．２．１ 枯落物最大持水量 由表３可知：３种林分
枯落物的最大持水量和最大持水率均存在差异，但
这２个指标的变化规律相似。黄栌的最大持水量和
最大持水率均最大，分别为 ２８．７３ｔ·ｈｍ－２和
２０７．７９％，侧柏的最小，分别为 １２．６７ｔ·ｈｍ－２和
１２８．５１％。这是因为黄栌林地的枯落物蓄积量最
大，且枯落物分解程度较高，半分解层枯落物的蓄积
量较大，所以黄栌枯落物层的最大持水量最大。因
此，在本次试验中阔叶树枯落物的持水量高于针叶
树，这与饶良懿等［１５］的研究结果相同。
９１４
林 业 科 学 研 究 第２７卷
表３ ３种林分不同层次枯落物最大持水量
及最大持水率
林分类型
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
侧柏纯林 ８．６１ ４．０６ １２．６７ １５２．１５ １０４．８６ １２８．５１
油松纯林 １４．７０ ５．６０ ２０．３０ １７３．９５ １３８．３９ １５６．１７
黄栌纯林 ２０．６９ ８．０４ ２８．７３ ２４６．６６ １６８．９１ ２０７．７９
３．２．２ 枯落物持水动态变化 由图１可知：枯落物
在浸泡０ ２ｈ内，持水量增加迅速，而后随浸泡时
间的延长，增加速度较初始浸泡时明显减缓，半分解
层枯落物持水量在浸泡８ｈ后基本达到饱和，而未
分解层则在１０ｈ后接近饱和状态。通过回归分析
得出枯落物持水量与浸泡时间的关系表达式为：
Ｑ＝ａｌｎｔ１＋ｂ （１０）
式中：Ｑ为枯落物持水量（ｔ·ｈｍ－２）；ｔ１为浸泡
时间（ｈ）；ａ、ｂ均为待估参数。
图１ ３种林分的枯落物层持水量与浸泡时间的关系
图２所示：枯落物的吸水速率随浸泡时间的延长
而减小，表现出反“Ｊ”字型规律，在最初浸泡时未分解
层和半分解层的吸水速率都较大。枯落物在前０．５ｈ
吸水速率达到最大值，并且在前４ｈ内吸水速率下降
的最快，４ｈ后逐渐变缓，直至趋停。枯落物在初始浸
泡时吸水速率相差较大，之后随着浸泡时间的延长，
枯落物吸水速率趋于一致。３种林分枯落物的吸水
速率与浸泡时间呈幂函数关系，表达式为：
Ｖ＝ｋｔ１
ｎ （１１）
式中：Ｖ为枯落物吸水速率（ｔ·ｈｍ－２·ｈ－１）；ｋ
为方程系数；ｔ１为浸泡时间（ｈ）；ｎ为指数。
３种林分的枯落物持水量、吸水速率与浸泡时间
的关系表达式见表４。
３．２．３ 枯落物拦蓄能力 由表５可知：３种林分枯落
物的有效拦蓄率和有效拦蓄量在未分解层和半分解层
中的变化规律一致，均是黄栌
#
油松
#
侧柏，产生这种
结果主要是由于不同林分不同层次枯落物的厚度和蓄
积量不同。从３种林分枯落物层次拦蓄降水的变化规
律可知：黄栌纯林对降水的拦蓄能力最强，油松纯林次
之，侧柏纯林最弱。
图２ ３种林分的枯落物吸水速率与浸泡时间的关系
０２４
第３期 吴 迪等：北京九龙山不同林分枯落物及土壤水文效应
表４ ３种林分枯落物层持水量、吸水速率与浸泡时间的关系式
枯落物层 林分类型 持水量与浸泡时间的关系式 Ｒ２ 吸水速率与浸泡时间的关系式 Ｒ２
未分解层 侧柏纯林 Ｑ＝０．９６７５ｌｎ（ｔ）＋５．４６２４ ０．９６５５ Ｖ＝５．３７６９ｔ－０．８４４３ ０．９９９２
油松纯林 Ｑ＝１．２１７２ｌｎ（ｔ）＋１０．６０１９ ０．９８４０ Ｖ＝１０．５２４３ｔ－０．８９５５ ０．９９９９
黄栌纯林 Ｑ＝１．９８９６ｌｎ（ｔ）＋１４．２２０４ ０．９６３４ Ｖ＝１４．０７８３ｔ－０．８７４６ ０．９９９６
半分解层 侧柏纯林 Ｑ＝０．２８７１ｌｎ（ｔ）＋３．０８６１ ０．９１１５ Ｖ＝３．０６９６ｔ－０．９１５４ ０．９９９３
油松纯林 Ｑ＝０．３５３５ｌｎ（ｔ）＋４．５３７１ ０．９４５７ Ｖ＝４．５２１２ｔ－０．９２８４ ０．９９９７
黄栌纯林 Ｑ＝０．２０４９ｌｎ（ｔ）＋７．７８１５ ０．９０７３ Ｖ＝７．７７６３ｔ－０．９７３２ ０．９９９９
表５ ３种林分不同层次枯落物拦蓄能力
枯落物层 林分类型 自然含水率／％ 最大持水率／％ 最大拦蓄率／％ 最大拦蓄量／（ｔ·ｈｍ－２）有效拦蓄率／％ 有效拦蓄量／（ｔ·ｈｍ－２）
未分解层 侧柏纯林 ６．９９ １５２．１５ １４５．１６ ８．２２ １２２．３４ ６．９２
油松纯林 ９．３７ １７３．９５ １６４．５８ １３．９１ １３８．４９ １１．７０
黄栌纯林 ８．１０ ２４６．６６ ２３８．５６ ２０．０２ ２０１．５６ １６．９１
半分解层 侧柏纯林 ５．０８ １０４．８６ ９９．７８ ３．８６ ８４．０５ ３．２５
油松纯林 ８．６２ １３８．３９ １２９．７７ ５．２６ １０９．０１ ４．４１
黄栌纯林 １２．０９ １６８．９１ １５６．８２ ７．４６ １３１．４８ ６．２６
３．３ ３种林地土壤水文效应
３．３．１ 土壤物理性质 由表６可知：３种林地的土
壤密度均值同土壤总孔隙度均值总体变化趋势相
反。从０ ３０ｃｍ土层来看，土壤密度总体变化趋
势是随土层深度的增加而增大，这主要是因为随着
土层深度的增加，土壤中有机质含量逐渐减少，土壤
团聚性降低，从而增加了土壤的紧实度。通过对比
可见，黄栌纯林的土壤结构性能更好。土壤毛管孔
隙度均值最大的是油松纯林，为４２．５９％，其次为黄
栌、侧柏，分别为４０．８１％和３７．７９％。土壤毛管孔
隙度大，有利于土壤吸持存储水量，对于树木维持自
身生长和根系吸水具有很大的益处。侧柏纯林的土
壤非毛管孔隙度均值最大，为９．６５％，其次为黄栌、
油松，分别为８．８２％和６．９０％。土壤非毛管孔隙度
大，有利于土壤通气透水，对于降水下渗和减少表土
流失具有重要作用。３种林地的土壤持水量不同，
饱和持水量最大的为黄栌纯林，为４９６．３３ｔ·ｈｍ－２，
其次为油松、侧柏，分别为４９４．９０、４７４．４０ｔ·ｈｍ－２；
有效持水量为侧柏纯林最大，为９６．５３ｔ·ｈｍ－２，其
次为黄栌、油松，分别为８８．２３、６９．００ｔ·ｈｍ－２。
表６ ３种林地的土壤水分物理性状
林分类型
土层厚度
／ｃｍ
土壤密度
／（ｇ·ｃｍ－３）
总孔隙度
／％
毛管孔隙
度／％
非毛管孔
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）
侧柏纯林 ０ １０ １．１６ ５４．７６ ４５．０３ ９．７３ ５４７．６０ ４５０．３０ ９７．３０
１０ ２０ １．３５ ４５．８０ ３３．８０ １２．００ ４５８．００ ３３８．００ １２０．００
２０ ３０ １．３９ ４１．７６ ３４．５３ ７．２３ ４１７．６０ ３４５．３０ ７２．３０
均值 １．３０ ４７．４４ ３７．７９ ９．６５ ４７４．４０ ３７７．８７ ９６．５３
油松纯林 ０ １０ １．１８ ４８．００ ４１．８７ ６．１３ ４８０．００ ４１８．７０ ６１．３０
１０ ２０ １．２６ ４９．８３ ４１．９３ ７．９０ ４９８．３０ ４１９．３０ ７９．００
２０ ３０ １．２６ ５０．６４ ４３．９７ ６．６７ ５０６．４０ ４３９．７０ ６６．７０
均值 １．２３ ４９．４９ ４２．５９ ６．９０ ４９４．９０ ４２５．９０ ６９．００
黄栌纯林 ０ １０ １．００ ５１．７０ ４０．２７ １１．４３ ５１７．００ ４０２．７０ １１４．３０
１０ ２０ １．１５ ５０．２０ ４３．５３ ６．６７ ５０２．００ ４３５．３０ ６６．７０
２０ ３０ １．０８ ４７．００ ３８．６３ ８．３７ ４７０．００ ３８６．３０ ８３．７０
均值 １．０８ ４９．６３ ４０．８１ ８．８２ ４９６．３３ ４０８．１０ ８８．２３
３．３．２ 土壤入渗速率 由表７可知：３种林地的土
壤初渗速率差别较大，黄栌纯林的初渗速率为
５１９９ｍｍ·ｍｉｎ－１，而侧柏纯林的初渗速率只有
２８９３ｍｍ·ｍｉｎ－１。土壤入渗速率随时间的增加而
逐渐减慢，直至趋于稳渗，稳渗速率为２．４７ ４．４６
ｍｍ·ｍｉｎ－１。除侧柏纯林在３０ｍｉｎ达到稳渗外，黄
栌和油松纯林均在２０ｍｉｎ达到稳渗。从初渗速率
的数值大小和达到稳渗的时间可以看出，黄栌林地
的土壤入渗能力最强，侧柏林地最弱。对土壤入渗
时间和入渗速率进行拟合分析，得出二者之间存在
较好的幂函数关系，表达式（表７）为：
ｙ＝ａｔ２
－ｂ，Ｒ２ ＞０．９０ （１２）
式中：ｙ为入渗速率（ｍｍ·ｍｉｎ－１）；ｔ２为入渗时
间（ｍｉｎ）；ａ、ｂ均为常数。
１２４
林 业 科 学 研 究 第２７卷
表７ ３种林地土壤入渗速率及拟合方程
林分类型 初渗速率／（ｍｍ·ｍｉｎ－１） 稳渗速率／（ｍｍ·ｍｉｎ－１） 稳渗时间／ｍｉｎ 回归方程 Ｒ２
侧柏纯林 ２８．９３ ４．４６ ３０ ｙ＝１１．８０９０ｔ－０．３２５０ ０．９０７８
油松纯林 ４０．９８ ２．４７ ２０ ｙ＝１０．９１０９ｔ－０．５００９ ０．９６６４
黄栌纯林 ５１．９９ ３．０９ ２０ ｙ＝１３．２１３２ｔ－０．５６６６ ０．９５８７
４ 结论与讨论
（１）北京九龙山黄栌纯林的蓄积量最大，为
１３．１５ｔ·ｈｍ－２，侧柏纯林的蓄积量最小，为９．５３ｔ·
ｈｍ－２；各层次蓄积量所占比例不同，未分解层油松
纯林占总蓄积量的比例最大，为６７．６０％，侧柏纯林
占总蓄积量的比例最小，为５９．３９％。
（２）３种林分枯落物层的最大持水量和最大持
水率均为黄栌纯林最大，侧柏纯林最小。通过拟合
分析３种纯林林分不同层次枯落物持水过程及吸水
速率，得出持水量与浸泡时间二者的关系符合
Ｑ＝ａｌｎｔ１＋ｂ，吸水速率与浸泡时间之间的关系为
Ｖ＝ｋｔ１
ｎ，与胡淑萍等［１６］和程金花等［１０］的研究结果相
似。３种林分枯落物的拦蓄能力不同，有效拦蓄量均
为未分解层大于半分解层，与张振明等［１７］的研究结
果相似。总的来看，拦蓄能力为黄栌纯林最强，未分
解层和半分解层的总拦蓄能力为２３．１７ｔ·ｈｍ－２。
（３）在３种林地中，土壤密度均值最大的是侧柏
纯林，为１．３０ｇ·ｃｍ－３，黄栌纯林最小，为１．０８ｇ·
ｃｍ－３。土壤总孔隙度为黄栌纯林最大，为４９．６３％，
侧柏纯林最小，为４７．４４％。３种林地的土壤持水量
不同，１０ｃｍ土层厚度的饱和持水量最大的为黄栌
纯林，其次为油松、侧柏。从有效持水量角度来看，
１０ｃｍ土层厚度的有效持水量为侧柏纯林最大，其
次为黄栌、油松，同周择福等［１８］的研究结果趋同，有
效持水量大，对于地表径流的调节、土壤有效水分的
增加、降低雨水的无效损失以及减少表层土壤的流
失具有一定的作用。
（４）在３种林地中，黄栌林地的土壤入渗能力最
强，侧柏林地最弱，这可能与土壤密度有很密切关
系。有研究表明，土壤密度与土壤渗透性呈极显著
负相关，即土壤密度越大，土壤的渗透性越差［１９］。
土壤入渗能力强可使降水很快入渗并贮存于土壤
中，否则，则以地表径流流失［２０］。
参考文献：
［１］李清河，杨立文，崔丽娟．北京九龙山封育植被群落变化的研究
［Ｊ］．林业科学研究，２００２，１５（３）：３２３－３３１
［２］张理宏，李昌哲，杨立文．北京九龙山林地对降雨的调蓄功能
［Ｊ］．林业科学研究，１９９４，７（２）：１６２－１６７
［３］刘创民，李昌哲，张理宏，等．北京九龙山森林植被涵养水源效
能多层次模糊综合评判［Ｊ］．吉林林学院学报，１９９５，１１（１）：４８
－５２
［４］张理宏，李昌哲，杨立文．北京九龙山林地土壤水分动态研究
［Ｊ］．林业科学研究，１９９２，５（３）：３６７－３７０
［５］彭明俊，郎南军，温绍龙，等．金沙江流域不同林分类型的土壤
特性及其水源涵养功能研究［Ｊ］．水土保持学报，２００５，１９（６）：
１０６－１０９
［６］黄庆丰，高 健，吴泽民．不同森林类型土壤肥力状况及水源涵
养功能的研究［Ｊ］．安徽农业大学学报，２００２，２９（１）：８２－８６
［７］刘世荣，孙鹏森，温远光．中国主要森林生态系统水文功能的比
较研究［Ｊ］．植物生态学报，２００３，２７（１）：１６－２２
［８］高甲荣，尹 婧，牛健植，等．长江上游亚高山暗针叶林林地水
文作用初探［Ｊ］．北京林业大学学报，２００２，２４（４）：７５－５９
［９］蒋秋怡．林木地上部分的持水性能及其对林地水文学性质的影
响［Ｊ］．浙江林学院学报，１９８９，６（２）：１７６－１８１
［１０］程金花，张洪江，余新晓，等．贡嘎山冷杉纯林地被物及土壤持
水特性［Ｊ］．北京林业大学学报，２００２，２４（３）：４５－４９
［１１］雷瑞德．秦岭火地塘林区华山松林水源涵养功能的研究［Ｊ］．
西北林学院学报，１９８４，１（１）：１９－３３
［１２］张 伟，杨新兵，张汝松，等．冀北山地不同林分枯落物及土壤
的水源涵养功能评价［Ｊ］．水土保持通报，２０１１，３１（３）：２０８－
２１２，２３８
［１３］赵 阳，余新晓，吴海龙，等．华北土石山区典型森林枯落物层
和土壤层水文效应［Ｊ］．水土保持学报，２０１１，２５（６）：１４８－１５２
［１４］谢中华．ＭＡＴＬＡＢ统计分析与应用：４０个案例分析［Ｍ］．北
京：北京航空航天大学出版社，２０１２
［１５］饶良懿，朱金兆，毕华兴，等．重庆四面山森林枯落物和土壤水
文效应［Ｊ］．北京林业大学学报，２００５，２７（１）：３３－３７
［１６］胡淑萍，余新晓，岳永杰．北京百花山森林枯落物层和土壤层
水文效应研究［Ｊ］．水土保持学报，２００８，２２（１）：１４６－１５０
［１７］张振明，余新晓，牛健植，等．不同林分枯落物层的水文生态功
能［Ｊ］．水土保持学报，２００５，１９（３）：１３９－１４３
［１８］周择福，李昌哲．北京九龙山不同立地土壤蓄水量及水分有效
性的研究［Ｊ］．林业科学研究，１９９５，８（２）：１８２－１８７
［１９］刘广路，范少辉，漆良华，等．不同类型毛竹林土壤渗透性研究
［Ｊ］．水土保持学报，２００８，２２（６）：４４－５６
［２０］谭宗健，王家彬，孙红梅，等．中山市７种林分类型土壤涵养水
源效能的初步研究［Ｊ］．广东林业科技，２０１２，２８（２）：３２－３６
２２４