全 文 ：收稿日期 : 2002209203
基金项目 : 顺德市“青山工程”效益监测项目部分内容 (2000 —2005) ;科技部社会公益项目 (2003 —2005)“珠江三角洲
森林植被结构环境间的互动研究”部分内容
作者简介 : 刘伟钦 (1957 —) ,男 ,湖南双峰人 ,工程师.3参加本项目研究的还有中国林业科学研究院热带林业研究所的骆土寿、陈德祥 ;广东省顺德市农
业局的叶骚胜、欧阳文等 ,在此一并致谢.
通讯作者 :张刚华.
林业科学研究　2003 ,16 (4) :495～500
Forest Research
　　文章编号 : 100121498 (2003) 0420495206
顺德地区不同森林改造区土壤水分
—物理特性研究 3
刘伟钦1 , 陈步峰2 , 尹光天2 , 张刚华2 , 罗瑞强1 , 李意德2
(11 广东省顺德市农业局 ,广东 顺德　528300 ; 21 中国林业科学研究院热带林业研究所 ,广东 广州　510520)
关键词 : 顺德 ;森林改造区 ;土壤密度 ;土壤孔隙 ;土壤水分 ;
中图分类号 : S71412 　　　文献标识码 : A
森林土壤水分 —物理特性研究是森林生态系统研究的一项重要内容。土壤是固相、液相、
气相三相态的综合体。其中土壤水分是最活跃的因素 ,是联系地表水和地下水的纽带 ,是陆地
植物赖以生存的源泉[1 ] 。在对顺德市调查和论证的基础上 ,2000 年开始实施“青山工程”森林
改造 ,将完成全市 1 18117 hm2 林分改造 ,广泛应用乡土阔叶树种 ,恢复“多树种、多层次、多色
彩、多功能”的地带性植被群落 ,充分发挥森林的生态功能 ,达到改善城市环境质量、提高城市
文化含量、提升城市形象的目的 ,为此就顺德地区不同森林改造区土壤水分 —物理特性进行了
分析和研究。
1 　研究区概况
顺德地处广东省珠江三角洲腹地 ,地理位置为 113°01′～113°23′E ,22°40′～23°02′N ,气候
为亚热带季风气候 ,光照充足 ,温暖湿润 ,年降水量 :1999 年为 97818 mm ,2000 年为 1 77912
mm ,2001 年为 2 15615 mm ,地带性植被为南亚热带季风常绿混交林 ,组成种类复杂多样而富于
热带性。由于近代人为干扰而使森林植被遭到严重的破坏 ,20 世纪 70 年代前后人工种植的
马尾松 ( Pinus massoniana Lamb. ) 林、竹林、桉树 ( Eucalyptus spp . ) 林和相思 ( Acacia spp . ) 林等 ,
林相简单 ,结构单一 ,生长寿命短 ,容易老熟。
7 个不同森林改造区土壤为红壤和赤红壤 ,成土母质是红色沙页岩 ,因淋溶作用强烈 ,山
地赤红壤酸碱度均表现较强的酸度 (水液 pH 值 3160～4170) 。可溶性盐分和石灰质等流失较
多 ,速效 N、P、K含量较低 ,现有森林土壤多为薄有机质层的薄土层土壤 ,有机质含量多在 2 %
以下。
7 个不同森林改造林区概况分别如下 :
　　1 号区和 2 号区位于顺德市大良镇睡牛岗 ,海拔 7215 m ,坡向为东北 ,坡度 2215°,为全垦
造林地 ,主要树种有米老排 ( Wytilaria laosensis Lec. ) 、枫香 ( Liquidambar formosana Hance) 、尾叶
桉 ( E. urophylla S. T. Blake)等 ,株行距为 3 m ×3 m ,平均树高为 1125 m ,郁闭度 014 ;土壤发育
层次为 A～C层 ,土壤干燥 ,间有粉白色粉砂土 ,石砾 ;根系少。
3 号区位于顺德市大良镇睡牛岗 ,海拔 9115 m ,坡向为南 ,坡度 18°;为林内间种林地 ,主要
树种有窿缘桉 ( Eucalyptus exserta) F. V. M) G. muell) ,米老排 ,株行距 4 m ×4 m ,平均树高 6125
m ,郁闭度 017 ;土壤发育层次为 A～C层 ,土壤潮 ,间有粉砂 ,石砾 ;根系少。
4 号区位于顺德市均安镇生态乐园后门右侧 ,海拔 55 m ,坡向为西 ,坡度 26°;为未改造林
地 ,主要的树种有潺槁 (Litsea glutinosa (Lour. ) C. B. Rob. ) 、窿缘桉、尾叶桉等 ,平均树高 518 m ,
郁闭度为 019 ;土壤发育层次为 A0～B 层 ,土壤潮湿 ,含有石砾 ;根少量。
5 号区位于顺德市龙江镇锦屏岗 ,海拔 46 m ,坡向为西 ,坡度为 20°。为林内间种林地 ,主
要树种是 1982 年种植的湿地松 ( Pinus elliottii Engelm. ) ,林下间种观光木 ( Tsoongiodendron odor2
um Chun) 、红椎 ( Castanopsis hystrix A. DC. ) 、乐昌含笑 ( Michelia chapensis Dandy) 、大头茶 ( Gordo2
nia axillaries (Roxb. ) Dietr. )等 ,株行距 4 m ×4 m ,平均树高 1112 m ,郁闭度 019。土壤发育层次
为 A0～C层 ,土壤湿润 ,间有石砾 ;根系少。
6 号区位于顺德市龙江镇锦屏岗 ,海拔 72 m ,坡向为北 ,坡度为 2215°。全垦造林地 ,主要
种植广宁红花油茶 ( Camellia Semiserrata Chi) 、枫香、乐昌含笑、大头茶等 ,株行距 4 m ×4 m ,平
均树高 111 m ,郁闭度 011 ;土壤发育层次为 A0～BC 层 ,土壤湿润。
7 号区位于顺德市龙江镇锦屏岗 ,海拔 74 m ,坡向为北 ,坡度为 18°;为林内间种林地 ,主要
树种是湿地松 ,株行距 4 m ×4 m ,平均树高 618 m ,郁闭度 016 ;土壤发育层次为 A0～C层 ,土壤
湿润。
2 　研究方法
土壤野外调查采用《森林生态系统定位研究方法》中森林土壤基本调查方法[2 ] 。在 7 个不
同森林改造区根据地形、母质、植被等特点选择具有代表性和典型性的地段进行土壤取样。土
壤剖面样品的采集根据分层典形采样法 ,在各个层次的典型部位 (中间部位)用环刀采集 ,结合
发生学原理和机械分层 ,在 0～100 cm 之间分成 5 层 (0～20、20～40、40～60、60～80、80～100
cm) 。土壤水分 —物理特性分析研究采用环刀法、浸湿法和烘干法[2 ] ,把环刀浸入装有水的平
底盆 ,水面保持与环刀上部齐平 ,浸水时间为 12 h ,使环刀内土壤孔隙充满水分 ,然后把充满水
的环刀土壤 (去环刀底盖)放置在干沙上 ,按 12、24、48、72、120 h 分别称出环刀土壤质量 ,最后
从环刀中取出部分样品 (40 g)放入铝盒中 ,烘干至恒质量。
3 　结果与分析
311 　土壤的物理性质
在顺德地区研究的不同区域 ,其气象气候条件、地带性植被一致 ,但各自坡度、坡向、坡位、
土壤侵蚀、现有树种、群落结构、植被覆盖度、造林整地方式以及林地利用历史皆存在差异 ,因
而导致土壤的发育程度、侵蚀程度和土壤的物理特性也存在差异。
土壤密度 :从表 1 可以看出 4 号区的土壤密度平均值最低为 1145 g·cm- 3 ,1 号区最高为
694 林 　业 　科 　学 　研 　究 第 16 卷
1165 g·cm - 3 ,这与土壤取样时土壤剖面所反映的情况相吻合。密度值在 111～113 g·cm - 3表示
土壤松紧程度比较适宜 , > 114 g·cm - 3则较紧 , < 111 g·cm - 3则较松。土壤过紧导致土壤透水
性差 ,易产生地面积水与地表径流 ,减少降水向土壤的渗入量 ,而且土体内空气少 ,影响微生物
活动及养分的有效化[3 ] 。根据以上的标准 ,表 1 中的数据表明顺德地区 7 个不同森林改造区
土壤均较为紧实。随深度加深土壤密度值增大 ,这与 1992 —1993 年在热带山地雨林生态系统
的研究结果一致[4 ,5 ] 。对于个体 ,不同区域密度深度变化存在差异。在 1 m 土壤深度范围内 ,
睡牛岗 (1、2、3 号区)土壤密度特点 :随深度加深 ,土壤密度值增大 ;均安 (4 号区) :60～80 cm 密
度达到最大 ;而锦屏岗 (5、6、7 号区) :40～60 cm 密度值达到最大。
表 1 　不同森林改造区土壤密度 (g·m - 3)
土壤深度/ cm 1 号区 2 号区 3 号区 4 号区 5 号区 6 号区 7 号区 平均值
0～20 1156 1152 1140 1145 1136 1148 1141 1146
20～40 1152 1159 1142 1140 1144 1142 1156 1148
40～60 1175 1156 1159 1138 1174 1153 1172 1161
60～80 1166 1164 1170 1157 1170 1148 1154 1161
80～100 1177 1175 1172 1144 1160 1153 1157 1163
(平均值) 1165 1161 1157 1145 1157 1149 1156 1156
图 1 　不同森林改造区土壤孔隙特性
土壤孔隙特性 :从图 1 可以看出 ,顺德不同森林改造区土壤孔隙特性总的趋势 :随着土壤深
794第 4 期 刘伟钦等 :顺德地区不同森林改造区土壤水分 —物理特性研究
度的加深 ,孔隙度减小 ,土壤均具有上虚下实特性利于水分下渗[6] 。非毛管孔隙度 2133 %～
9183 % ,毛管孔隙度 27157 %～40171 % ,总孔隙度 31185 %～48122 % ,非毛管孔隙占毛管孔隙比率
6152 %～30135 %。从对比分析看 ,总孔隙度和毛管孔隙度排序为 :均安镇 (4 号区) > 锦屏岗 (5、6、
7 号区) >睡牛岗 (1、2、3 号区) ,表明均安镇生态乐园土壤保水性能最好 ,睡牛岗最差 ;3 个区域的
非毛管孔隙度均小于 10 % ,不利于植物根系的扎入 ,这与土壤调查根系少相吻合。
土壤持水特性 :从表 2 可以看出 ,4 号区的原含水量、最大持水量、毛管持水量、田间持水
量、最佳含水率以及合理灌溉定额均最大 ,其值分别是 1719 %(26011 mm) ,3019 %(44618 mm) ,
2618 %(38614 mm) ,2414 %(37519 mm) ,1711 %(24710 mm) ,11218 mm ;而 1 号区的相应值最低 ,
分别是 319 % (6314 mm) ,2213 % (36411 mm) ,1917 % (32213 mm) ,1713 % (30815 mm) ,1211 %
(19710 mm) ,9215 mm。排水能力 510 %～811 %(4617～9313 mm) ,6 号区最大 ,7 号区最小。以
各项值对比可以看出 4 号森林改造区 (均安镇生态东园)种植有潺槁、窿缘桉、尾叶桉下的土壤
持水性能最为理想 ,5、6、7 号森林改造区 (锦屏岗) 湿地松林下土壤持水性能次之 ,1、2、3 号森
林改造区 (睡牛岗)的土壤持水性能最差。
表 2 　土壤持水性能
改造区
原含水量
% mm
最大持水量
% mm
毛管持水量
% mm
田间持水量
% mm
最佳含水率下限
% mm
合理灌溉额
mm
排水能力
% mm
比率
1 号 319 6314 2213 36411 1917 32213 1713 30815 1211 19710 9215 510 5516 0117
2 号 1514 24614 2515 40713 2212 35418 2010 34614 1410 22411 10319 514 6018 0160
3 号 1313 20915 2710 41612 2311 35713 2012 33812 1411 21813 10115 618 7719 0150
4 号 1719 26011 3019 44618 2618 38618 2414 37519 1711 24710 11218 615 7019 0158
5 号 1514 24510 2811 43318 2410 37211 2013 34617 1412 22112 10410 718 8711 0156
6 号 1618 25010 2816 42511 2312 34514 2015 33117 1413 21314 9915 811 9313 0159
7 号 1413 21918 2618 41411 2413 37516 2118 36714 1513 23613 11012 510 4617 0153
　　注 :原含水量 : %指质量湿度 ,mm 指 1 m 土层所持水量 ,其它同理 ;比率指原含水量与最大持水量的比率
312 　土壤下渗特性
土壤水分非饱和下渗是自然土壤特别是森林土壤的主要下渗方式 ,本试验能够较好地反
映自然状态下土壤下渗规律 ,从图 2 可以看出 ,在 0～12 h 内饱和水分土壤下渗速率最大值为
图 2 　7 种不同森林改造区土壤水分下渗速率均值曲线
894 林 　业 　科 　学 　研 　究 第 16 卷
6164 mm·h - 1 ,最小值为 3121 mm·h - 1 ,平均下渗速率是 4188 mm·h - 1 ,属于中等偏慢型。24 h
后 ,平均下渗速率下降到 0159 mm·h - 1 ,48 h 后平均下渗速率降到 0133 mm·h - 1 ,72 h 后降为
0128 mm·h - 1 ,96 h 后降为 0127 mm·h - 1 ,120 h 后降为 0126 mm·h - 1。从以上数据和图 2 可以
看出 ,土壤非饱和下渗速率随时间的延长而缓慢地减小 ,在 24 h 内 7 种不同森林改造区下渗
速率差异较大 ,48 h 后平均下渗速率均降至很小 ,不同林区差异比较小。从中可以反映出森林
土壤重力水在没有水分补给情况下 ,可在 1～2 d 内下渗完毕 ,以后下渗均为土壤毛管持水。
313 　土壤水分的有效性
据研究 ,当土壤含水量降低到田间含水量的 60 %以下时 ,大部分植物的生长活动就会受
到影响 ,根系从土壤中吸取水分时所需消耗的能量将大幅度增加 ,此时土壤水分不易被植物吸
收利用 ,这部分水称为难效水。当土壤含水量达到田间持水量时 ,土壤基质对水分的作用力较
小 ,土壤通气状况良好 ,根系活动旺盛 ,土壤中的水分容易被植物吸收利用 ,这部分水称为易效
水 ,其数值范围为田间持水量的 80 %～100 %。当土壤含水量介于难效水和易效水之间时 ,植
物根系比较容易从土壤中吸收水分 ,这部分水称为中效水 ,其值为田间持水量的 60 %～
80 %[7 ] 。
根据以上划分标准 ,对顺德不同森林改造区土壤水分进行分析和评价 ,分析结果 (表 3) 表
明 :1 号森林改造区土壤水分整个剖面均为难效水 ,影响植物生长 ;6 号森林改造区土壤水分为
易效水 ,其余 5 个森林改造区土壤水分均为中效水 ,植物能够正常生长。对于土壤不同深度而
言 ,0～20 cm 土层水分受外界气象因子影响大 ,其土壤水分的多寡主要影响草本植物的生长 ,
而 20～60 cm 土层水分主要影响到乔灌木的生长 ,因为乔灌木的根系主要分布在 10～60 cm 土
壤深度 ,在 60 cm 以下的土壤深度的土壤水分对植物的需水性起着调节作用 ,它的多寡和地下
水埋藏深度共同影响着土壤的抗旱时间的长短。从表 3 可以看出 ,除 1 号森林改造区土壤深
度 20～60 cm 土壤水分难于供应值物生长外 ,其余 6 个森林改造区此深度水分能够保证植物
的正常生长。
表 3 　顺德不同森林改造区土壤水分有效性分析
土壤深度/
cm
1 号区
含水
量/ %
有效
性
2 号区
含水
量/ %
有效
性
3 号区
含水
量/ %
有效
性
4 号区
含水
量/ %
有效
性
5 号区
含水
量/ %
有效
性
6 号区
含水
量/ %
有效
性
7 号区
含水
量/ %
有效
性
0～20 5131 难 18177 中 12197 难 16183 中 10139 难 16187 中 19114 中
20～40 6114 难 15158 中 13120 难 13193 难 16140 中 14146 中 18162 易
40～60 2145 难 13191 中 13154 中 20179 中 19142 易 18115 易 7144 难
60～80 2195 难 16112 易 12166 中 20123 易 16103 易 16182 易 11159 难
80～100 2176 难 12159 中 14137 易 17171 中 14188 中 17155 易 14185 中
(平均值) 3192 难 15139 中 13135 中 17190 中 15142 中 16177 易 14133 中
4 　结论
土壤物理特性对森林植被的生长起着非常重要的作用 ,土壤的密度和孔隙度的大小影响
着土壤的持水和溶解矿质元素性能 ,影响着植物的扎根和根系的吸水性能 ,进而影响土壤肥力
状况和植物的生长。通过对顺德地区不同森林改造区的土壤水分 —物理特性分析得出如下结
论 :总的趋势为随土壤深度的加深 ,土壤密度增大 ,孔隙度减小 ;土壤持水性能均安镇最理想 ,
994第 4 期 刘伟钦等 :顺德地区不同森林改造区土壤水分 —物理特性研究
锦屏岗次之 ,睡牛岗又次之。土壤水分下渗性能为土壤重力水在没有水分补给情况下 ,可在 1
～2 d 内下渗完毕 ,以后下渗均为土壤毛管持水 ,下渗速率随时间的延长而减小。土壤水分的
有效性方面除 1 号森林改造区土壤水分对植物生长有不利影响外 ,其余区域土壤水分均不会
影响植物的生长。
参考文献 :
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Study on the Soil Moisture2Physical Characteristics of
Rebuilt Forest in Shunde
LIU Wei2qin1 , CHEN Bu2feng2 , YIN Guang2tian2 ,
ZHANG Gang2hua2 , LUO Rui2qiang1 , LI Yi2de2
(11Shunde Agriculture Bureau ,Guangdong Provice Shunde 　528300 ,Guangdong ,China ;
21Research Institute of Tropical Forestry ,CAF ,Guangzhou 　510520 ,Guangdong ,China)
Abstract : The soil moisture2physical characteristics of forest ecosystem at 7 sites in Shunde region were ana2
lyzed . The results show that the soil bulk density increases and the pore decreases with the increase of soil
depth ;the soil water2holding characteristic of Jun’an town is superior to that of Jingping Hill and of Shuiniu
Hill . Without the supply of rainfall and surface water and groundwater ,the non2capillary water will drain within 2
days ,then the capillary water will be put into drainage slowly. As far as the availability of water is concerned ,the
soil water of the Shuiniu Hill will hamper the growth of plants ,and of the others will not .
Key words : Shunde ; rebuilt forest area ; bulk density ; pore ; soil moisture ;
005 林 　业 　科 　学 　研 　究 第 16 卷