全 文 ：第 轰卷 第 3 期
1 9 9 2 年 6 月
林业 科学研 究
F O R E S T R E SEA R C H
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1 9 9 2
北京九龙山林地土壤水分动态研究
张理宏 李昌哲 杨立 文
(中国林业科学研究院林业研究所 )
关位询 北京九龙山 林地 土壤水分 水分亏缺指标
1 试区自然概况
试验地属北京市门头沟区 , 地处1 1 6 0 6 ‘ E , s, “4 2 ‘ N , 属太行山低山丘陵区, 海拔 2 20
~ 59 9 m
。 年 平均 气 温 1 1 。 8 ℃ , 一 月 份 平均气温 一 4 . 1 ℃ , 七月份平均气温25 . 6 ℃ , 年
平均降水量 6 2 3 . 0 m m , 多雨年份达 9 7 4 . 7 m m , 少雨年份仅 2 55 。 3 m m , 其 中 1 9 8 8 、 1 9 8 9年
的降水量分别为 9 74 . 7 m m 、 60 . 3 m m , 降水主要集中在 6 一 9 月 , 占全年降水量 的 80 %
以上 , 而 7 、 8 两月的降水量又占这一期间的80 % 以上 ; 年平均蒸发量 1 8 7 o . 7 m m , 年 平
均风速 2 . s m /s , 主风向为西北风。 属南温带亚湿润区和南温带亚干旱区 。
试区土壤为在砂岩风化坡积物上发育起来的山地褐土 。 由于长期遭到不同程度的侵蚀 ,
土壤为幼年粗骨褐土 。 石砾含量高达30 % ~ 40 % , 土层较薄 , 一般小于40 c m , 局部有40 c m
以上中厚层土分布。 天然植被以次生灌丛和灌草丛为主 , 并分布有小面积的侧柏 (Pl at ic la 内 s
汾 i。砚ta lis (L . ) Fr a n e o )和油松(Pi” : 5 ta石u la e fo : m 矛5 Ca r r . )疏林 。
2 试验设计及方法
在阳坡、 阴坡的灌木林地和造林地各设一个样地。 1 9 8 8~ 19 8 9年 4 ~ 10 月 , 每10 夭取祥
一次 , 三次重复。 分层取样 , 每层 10 c m , 取样深 0 ~ 50 c m 。 用烘干法测定土壤水分 。
3 结果分析
3
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1 土城水分年变化
天然降水是试区土壤水分的唯一来源 , 由于本区降水集中在 6 ~ 9 月 , 全年有明显的雨
季与旱季之分 , 因此土壤水分的年内变化十分明显。 图 1 表明, 土壤水分变化幅度、 频率都
大。 如 1 9 8 9年阳坡灌木林地土壤最大含水量为1 8 . 42 % , 最小值为7 . 73 % , 相差l 。 4倍。全年
出现 4 个波峰 。 但总的来说 , 仍可将其划分为三个时期 , 即雨季前期( 4 ~ 6 月) , 雨 季( 7
~ 8 月) , 雨季后期( 9 ~ 10 月 )。 雨季前期 , 土壤水分保持在10 。 0 %左右 , 虽出现高值 , 但
又很快降低 , 如 1 9 8 9年 4 月25 日阳坡灌木林地的土壤水分含量为1 8 . 42 % , 基本上接近其 田
本文于 1 9 9 1年 6 月1 5 日收到 。
林 、Ik 学 研 究 5 卷
1 9 88 年
卜11持水量 (1 9 。 2 2 % ) , 到 S J王5 「1降为1 0 . 7 0
%
, 高峰期持续时间很短 。 由此说明 , 一次
降水使较薄的土层含水量迅速增大 , 但因气
候干燥 , 蒸发散强烈 , 在无后续降水的情况
下 , 土壤含水量迅速减少 , 雨季土壤含水量
较高 (15 . 0 %左右 ) , 这一时期虽然上壤水
分的损失仍比较大, 但有连续的降水 , 能及
时弥补蒸发散的损失。 一旦后续降水稍不充
分 , 也会出现低值 (如 19 8 9 年 8 月1 5 日阳坡
灌木林地为10 . 73 % ), 雨季后期随着降水量
的减少 , 土壤含水量随即降低。 因该时期蒸
发量相对减少 , 土壤水分一般保持在 1 0 . 0 %
台勺七若
一图 1 不 同年份 O ~ 5 0c m 土城水分动态曲线左右 , 曲线基本稳定。
田 间持水量与土壤水分含量之差比田间持水量 (以 K 表示 )是衡量土壤水分状况的一个重
要标志 。 其值越大 , 说明水分亏缺越严重。 根据研究 [ 2 1表明 , 当土壤含水量降到 田间持水量
的6 0 . 。。%~ 7 0 . 0 。%时 , 即 K 值为30 . 0 % ~ 40 . 0 %时 , 就对林木生长产生不利影响。 从
表 1 可知试 区土壤水分 K 值多在4 0 。 o。% 以上 , 表示水分亏缺严重 。 从图 1 可 以 看 出 , 阴
坡、 阳坡灌木林地 。~ 50 c m 土层土壤水分含量相差不大, 但由于田间持水量不同 , 阴坡 比
阳坡水分亏缺更为严重。 阳坡灌木林地的最大水分亏缺出现在 5 月份(5 2 . 20 % ) , 阴坡灌 木
林地也是出现在 5 月份(6 4 . 0 % ) , 高于阳坡灌木林地 。 阴坡灌木林地除 7 、 8 两月外 , 其
它时期的亏缺最都超过了田 间持水量的50 % 以上。 可见 阴坡比阳坡水分亏缺程度更 大。
裹 1 不同林地各月土滚水分亏映位 ( K ) ( 单位 : % )
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林 地
田 问 持
水 业
阳坡班木
阴坡祖木
阳 坡造林地
阴坡造林地
1 9
.
2 2
2 5
.
2 7
2 1
.
8 2
2 4
.
5 9
注 : K 二 ( 田 问持水盘 一 土城含水觅 ) / 田问持水皿 x 10 。% 。
3
.
2 土滚水分的垂直变化
对一般林地 , 。~ 30 c m 为受蒸 发散影响较大的速变层 [z, 3 1 , 而在试区这一深度表现得
更深 。 由表 2 看出 , 0 一 10 c m 的土壤 水 分 变 异系数值最大 , 说 明这一层的土壤 水 分 变
化最为强烈 。 10 ~ 50 c m 各层之间差 异不大 , 但从单个值来看都比较大 , 说明这些 层 次 的
衰 2 各层土坟水分的变异系橄
土 澳 深 度 ( c m ) 0 ~ 1 0
阳坡灌木林地
阴坡斑木林地
42
39
1 0 ~ 2 0 2 0 ~ 3 0 3 0 ~ 4 0 4 0 ~ 5 0
0
.
3 2 0
.
3 0 0
.
2 5 0
.
2 9
0
.
3 4 0
.
3 1 0
.
2 8 0
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2 8
3 期 张理宏等 : 北京九龙山林地土壤水分动态研究
土壤 深度 (C二〕
图 2 不 同林地 土澳水 分垂直变化 曲线—阳坡灌木林地 , ⋯⋯阴坡灌木林地- ·一阳坡造林地 , - · · - 一阴坡造林地
土壤水分含量的变化都很大。 这是由于植物
根系主要分布于这一范围 , 而且密集 , 在强
烈的蒸腾作用下 , 土壤水分变化很大。
由图 2 看出, 随土壤深度增加 , 阳坡、
阴坡灌木林地的土壤含水量都增加, 阳坡灌
木林地增加的幅度为 9 。 68 % ~ 1 4 . 30 % , 阴
坡灌木林地为 10 . 91 % ~ 1 3 。 1 % 。 在观测范
围内 , 增加形状都呈直线。 阳坡灌木林地比
阴坡灌木林地的增加速度快。
3
.
3 坡向对土城水分的形晌
由于土壤的厚度、 性质以及植物组成等
随坡向变化而变化 , 坡向使地面接受的光热
(次以书如娜叫
今
辐射不同, 又对降水产生再分配作用 , 从而造成了土壤水分随坡向差异 。 对本区阳坡 、阴坡灌
木林地的土壤水分观测结果表明 (图 1 ) , 5 、 6 月份阳坡灌木林地土壤水分含量大于阴坡灌
木林地 。 但从 7 月份开始 , 则为阴坡大于阳坡 。 从图 2 看 , 在垂 直 方 向 上 , O ~ 30 c m 之
内阴坡灌木林地土壤含水量大于阳坡。 30 ~ 50 c m 之间则为阳坡大于阴坡。 这可能是由于阴
坡植被较好 , 蒸腾强烈 , 消耗深层水分比阳坡多所致。 从两年平均值来看 , 阳坡灌木林地为
12
。
3 7 %
, 阴坡灌木林地为12 . 58 写 , 二者差异不明显。 这一点和其它地区有明显的区别 12 1 。
3
.
4 造林地水分特点
造林整地既改变了土壤物理性质 , 又由于割掉了灌草而减少了蒸腾。 因此 , 阳坡、 阴坡
造林地的土壤含水量均比阳坡、 阴坡灌木林地的大。 阳坡造林地两年平均土壤含水量比阳坡
灌木林地高 12 。 05 % , 阴坡造林地比阴坡灌木林地高9 . 21 % 。
由图 2 可知 , 阴坡 , 阳坡 造 林 地 的土壤含水量都大于灌木林地。 造林地 20 c m 以上的
土壤含水量明显地比20 c m 以下的 低 , 这是土壤表面蒸发作用的结果 , 阳坡 造 林 地 20 c m
以下的土壤含水量随深度增加而增加 , 阴坡则趋于稳定 。
3
.
5 土滚水分状况与最佳造林季节的分析
植物生长不可缺少水分 , 土壤水分对植物
的有效水量随土壤湿度的降低而减小。 植物在
土壤含水量降到凋萎系数之前 , 就出现水分亏
缺 , 使生长受到抑制。 研究表明IzJ : 当土壤含 _
水量降到 田 间持 水量 的 60 %~ 70 % 以 下 咨
时 , 就对树木生长产生不利影响。 此时的水分 里含量称为生长阻滞点, 因本区土壤千早 , 故以 套
60 % 作为本区的 生 长 阻滞 点。 图 3 表 明 : 一
阳坡造林地的土壤相对含水率高于阴坡 , 说明
从水分利用的角度来看 , 本区阳坡比阴坡水分
条件好 ; 阴坡造林地两年除7 、 8月外 , 其相对
含水率均处于生长阻滞点以下 , 而阳坡则变化
广女习。台已年
一、 、 1 98 9年
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5
时问 (月 , 日)
图 3 造林地 。~ SOc m 土镶相对含水率
3 7 0 林 业 科一 学 研 究 5 卷
较大 , 两者 9 、 10 月份都处于阻滞点以下 。
土壤水分含量低于生长阻滞点 , 则会影响植物生长 , 此时造林成活率很低 , 本区土壤含
水量低且变化大 , 因此造林时一定要选好时间 。 雨季前期 , 土壤水分不稳定 , 时高时低 , 生
长阻滞点以上时期持续时间短 。 雨季后期 , 更是水分不足 , 经常处于阻滞点以下 , 只有雨季
才能保证良好的水分状态 。 因此雨季是本区最佳造林季节。
本区土壤水分经常处于亏缺状态 , 土壤供水严重不足 。 为缓和水分矛盾 , 本区应营造疏
林结构的水土保持林。 除 7 、 8 月外 , 由于其它时期的土壤水分对林木生长经常处于抑制状
态 , 所以此时 ( 7 、 8 月)造林最好。
本区阳坡植被不如 阴坡植被 , 在强烈的蒸腾作用下 , 阴坡比阳坡土壤水分亏缺更严重。
造林地比灌木林地土壤含水量高10 % 左右。 因此 , 加大整地规格和行距 , 有效吸收 坡 面 逗
流 , 是缓解林木水分供需矛盾的一项重要技术措施 。
今
, 考 文 献
转仕峰 , 李 玉山 , 石 玉 沽 , 等 . 黄上高原土城水分资璐特征 . 水上保持通报 , 1 9 90 , 1 。(2) : 36 ~ 42 .
李凯荣 . 黄 土高原 区刺槐人工 林地土城水分特 征 . 见 : 浮化泥河沟试脸示范区 论文 集 . 北京 . 中国林业 出版 社 ,
1 9 90
,
56 ~ 5 9
.
刘其汉 , 李艳敏 , 卢 俊培 . 海南岛尖峰岭半落叶季雨林生态效应 的研究 : 土城水分状况 . 林业科学研究 , 1 , 8 . ,
1 (4 ) . 3 6 7 一 37 5 .
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