全 文 ：林业 科学 研究 , 一
七京九龙山不同立地土壤蓄水量
及水分有效性的研究 ’
周择福 李昌哲
摘要 对九龙山不同立地土壤蓄水量和土壤水分有效性研究结果表明 阴坡中下部的人工油
松林 、 中上部的灌木林和裸地 , 以及阳坡中下部的人工侧柏林 、 中上部的灌木林和裸地的土壤有效
涵蓄量分别为 、 、 、 、 、 土壤的饱和蓄水量变化范围在
“ , 之间 。 土壤水分只有 、 两月处在易效水阶段 , 其它时间均属难效水范
围 , 即使雨季的土壤有效水分也难以达到田间持水量 , 春早时期土壤水分接近或低于土壤凋萎含水
量 。
关键词 北京九龙山 、 立地条件 、 土壤蓄水量 、 土壤水分有效性
土壤水分有效性是评价植物对土壤水分利用程度 , 以及水分胁迫对植物生长影响的主要
指标 , 也是干旱 、半干旱地 区造林的重要问题 。此研究在国外开展较早 , 研究内容已涉及到了植
物根系的吸水速率 , 发展到土壤水分有效性动力学 。 我国对此研究较少 , 尤其对太行山低山
区的不同立地条件下的土壤水分有效性研究至今未见报道 。本文以北京九龙 山为试验基地 , 研
究了该区的土壤蓄水性和土壤水分有效性 , 得出了土壤水分的利用范围 , 为该区的林业生产实
践提供了理论依据 。
试区 自然概况
试验区属太行山低 山丘陵 , 位于北京市门头沟区的中国林业科学研究院北方造林实验中
心内 , ‘ , ‘ , 海拔 一 , 年均气温 一 ℃ , 年 降水量 , 多水年分
达 , 少水年分仅 , 一 月的降雨量占全年的 以上 , 年平均 蒸发量约
为降雨量的 倍 。 土壤为砂岩 、页岩风化坡积物上发育的淋溶褐土和褐土 , 由于长期遭受不同
程度的侵蚀 , 土壤表现为粗骨性特征 , 土层较薄 , 层次发育不全 , 石砾含量高 , 保水性能差 。植被
以灌 木 为 主 , 有 荆 条 , ! 勺 、 酸 枣
、 胡枝子 及 己 占 、蚂炸腿子 加 和三裂绣
线菊 等 。 另有成片的侧柏 ! 和油松
, 五, 人工林 。
研究方法
在实地调查的基础上 , 选择有代表性的 种植被类型 , 设置固定标准地 块 , 油松林和侧
一一 收稿 。
周择福助理研究员 , 李昌哲 中国林业科学研究院林业研究所 北京 。。 。
, 本文为国家“八五 ”攻关项 目“水土保持林结构模式”的部分内容
期 周择福等 北京九龙山不同立地土壤蓄水量及水分有效性的研究
柏林的标准地各为 , 阴、 阳坡灌木林的各为 , 标准地的基本情况见表
, 在灌木林地的附近各设一块 义 的标准地 , 雨季前清除灌木和杂草 , 经过一个雨
季 , 使其成为无杂草生长的裸露地 , 进行对比试验 。
表 标准地基本情况
均高目一牡你一,曰平树一植被类型 平
均胸地径
密度株 郁闭度盖度 瞥 臀 坡向 坡位 慢祥、】】少
办哎口勺亡」一座三了,八乙曰…, 孟一阴坡油松林阳坡侧柏林阴坡灌木
阳坡灌木
阴坡裸地
阳坡裸地
一
一
一
一
中下部
下部
中上部
中上部
中上部
中上部
田间持水量 环刀 法 最大吸湿水 米锲里西测定法 〔’〕。
土壤水分动态观测 用 中子水分仪和烘干法 , 从 年 年 月 月 。 每月测
次 , 每次 个重复 , 每块标准地测 。一 、 、 一 、 一 、 。 土层水分 。
土壤有效水含量 一土壤 田间持水量 一土壤凋萎含水量 。标准地调查 按常规
方法进行 。
结果与分析
不同立地土壤蓄水量
我国的林学界和水土保持领域 , 通常用土壤非毛管蓄水量作为计量森林土壤蓄水量的基
准 。 而半干旱地区 , 土壤毛管蓄水量是非毛管蓄水量的几倍 , 土壤水分很难达到饱和 , 林地土
壤水分经常处于亏缺状态 , 土壤储水以吸持蓄水为主 , 因此 , 用非毛管蓄水量评价土壤蓄水性
能不全面 , 也不合理 , 应以非毛管孔隙和毛管孔隙蓄水 即饱和蓄水量 评价该区的土壤蓄水性
能 。
土壤蓄水量的计算公式如下
, 。
式 中 ,—土壤饱和蓄水量 , 。 、 。—分别为毛管蓄水量和非毛管蓄水量 。
一 。 ‘ 一 ’ 。 几
—土层厚度 ‘ 、丸—毛管孔隙度 、 非毛管孔隙度 ‘—水容重 。由表 可知 , 由于受立地条件的坡向和坡度的影响 , 不同立地 的土壤蓄水量差异很大 , 阴
坡土壤蓄水量好于阳坡 。 即使在同一坡向中 , 土壤的饱和蓄水量也有差异 , 处在阴坡中下部位
的油松林地土壤蓄水量最高 , 为 “ t/ hm , , 其次为灌木林和裸地 , 阳坡以中上部的灌木
林最高 1 87 1.54 t/ hm , , 中下部的侧柏次之 , 裸地的最低 。 土壤的蓄水性能与土壤的前期含水
量密切相关 , 当土壤湿度很大时 , 土壤的蓄水量就会减少 , 即使降雨量很小时 , 也会产生地表径
流 。 因此 , 把饱和蓄水量与土壤平均含水量之差作为衡量土壤涵蓄降水量的指标 。 由上分析可
知 , 该区的蓄水方式以毛管蓄水为主 , 毛管蓄水量与土壤平均蓄水量之差更能反映土壤的蓄水
林 业 科 学 研 究 8卷
特性 , 称其为有效涵蓄量(表 2) 。 有效涵蓄量的变化与涵蓄降水量的变化一致 , 都是阴坡好于
阳坡 , 由于乔木林地的坡度较灌木林地和裸地的坡度小 , 坡位又处在中下部 , 因此 , 乔木林地的
有效涵蓄量明显高于灌木林地和裸地 。有效涵蓄量大 , 有利于调节地表径流 , 增加土壤有效水 ,
减少降水的无效损失和表土的流失.因此 , 在九龙山低山区的中下部位 , 营造乔木人工林 , 可以
改 良土壤 , 减少地表径流 , 增加土壤水分 。
表 2 标 地 土 壤 蓄 水 量
标准地
名称
土层厚
度(em )
毛管蓄水量(r/hm Z) 非毛管蓄水量(t/hm Z) 饱和蓄水量(t/h m Z)
合计 合计 水层厚度(IDm ) 合计
水层厚度
(m m )
涵蓄.
降水量
(n川1)
有效»
涵蓄量
(m m )
0~ 2020~ 50
0~ 2020~ 50
0~ 2020~ 50
0~ 2020ro 50
每公顷
含水量
761.361232.70
604.20
806.40
812.481103.60
595.20
819.04
1994.06
水层厚 每公顷
度(。 m ) 含水量
162.70199.41 196.90 359.60 36.00
每公顷
含水量
924.061429.60
1410.60
1916.08
1414.24
175.84141.06 201.36
150.20191.61 253.60
198.30141.42 259.00
780.04
377.20 37.72 1007.76
2353.66
1787.80
235.37
178.78
49.78
41.13
185.59
137.65
149.63
99.93
403.80 40.
457.30 45.73
70
962.681357.20
793.501078.04
2319.88
1871.54
0~ 50 1856.32 2224.02
阳坡裸地(ck) 0~ 50 1111
.76
185.63 367.70
111.18 494.10 41 1605.86
231.99 58.12 173.87 133.49
187.15 45.50 141.65 95.92
222.40 33.14 139.26 102.49
160.59 40.04 120.19 70.78
36.49
¹ 土壤含水量 :1992~ 1993 年 3~ 10 月平均土壤含水量 ;º 涵蓄降水量 :饱和蓄水量一 土壤含水量 , » 有效涵蓄量 :毛管
蓄水量一土壤含水量 。
3
.
2 不同立地的土壤凋萎含水量
从土壤水分特征曲线 1 50 0 kP.时推求出的试验土壤含水量[’1 , 并与盆栽测定的 2.5 年生
油松 、侧柏苗的凋萎系数相比较(表 3) , 最大吸湿水含量最多的是 阴坡灌木林地 (20 一 50 。m )
为 4.78 % , 最少的是油松林地 (2 o ~ 50 cm )为 2.96 % ;两乔木树种土壤的凋萎含水量以最大
吸湿水 的 1.5 倍计算 , 最多的是阴坡油松林地 4.45 写 , 阳坡侧柏林地次之 4.41 % , 再与盆栽
2.5 年生油松和侧柏的凋萎系数 (分别为 4. 90 % 、 4 . 38 % ) 相比较圈 比值很接近 。 因此 , 用实测
的土壤最大吸湿水的 1. 5倍 , 作为试区的土壤凋萎含水量是合适的 。 它们的调萎含水量从大到
小依次为 :中下部的 阳坡侧柏林地 4.41 % 和 阴坡油松林地 4.45 % ;中上部的 阳坡灌木林地
5. 61 % 和阳坡裸地 5.96 写 , 以及阴坡裸地 6. 2 % 和阴坡灌木林地 6.74 % , 可见 , 不 同立地土
表 3 土 壤 有 效 水 含 呈 (单位 :% )
田间持水量 凋萎含水量 有效水含量
标准地名称 土层厚度(em ) 田间持水量 平均 力值 平均
最大吸 5 倍 平均
500 kP.
时土壤
含水量
有效
含水量 平均
八6dO月O通.‘bd几…O巴甘JO11,
1左几八J,O甘U工了月八了‘七一1C匕…O“咋几‘J渡且心U,孟1直,立火,曰1bt了O自二JO曰‘兮rJ舟b1.1人:…几b亡J工勺月了O曰4 . 4 5
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阴坡
灌木林
阳坡
灌木林
阴坡裸
地(ek )
0~ 2020~ 50
0~ 2020~ 50
月了nU,‘O11江J,曰八」.…nOC0~2020~50
0.220.290.280~2020~500~50 23.86 20.9023.86 0.34 0.330.34 4.15 6.22 5.616.22 6.85 17。 6 4 1 5 . 2 91 7 . 6 4
阳坡裸
地 (ek ) 0~ 50 18
. 56 18.56 0.33 0.33 3.97 5。 9 6 5 . 9 6 8 . 3 5 1 2 . 6 0 1 2 。 6 0
注 :油松和侧柏用 2年生留床苗侧次萎系数 , 分别为 4.90 写和 4.38 % .
期 周择福等:北京九龙山不同立地土壤蓄水量及水分有效性的研究
壤的调萎含水量不同 。 在林地土壤内 , 林木本身还有一种能忍受最低土壤含水量的特性 , 凋萎
含水量越低 , 林木的抗旱性就越强 , 侧柏凋萎时的土壤含水量比油松林地低 , 阳坡侧柏比阴坡
油松的抗旱力强 , 阳坡灌木比阴坡灌木的抗旱力也强 。
3
.
3 不同立地土壤田间持水量和有效水范围
表 3 表明 , 田间持水量阴坡明显高于阳坡. 阴坡的灌木林地最大为 27.20 % , 油松林地
23 .92 % , 裸地 23 .86 % , 阳坡土壤的田间持水量变化范围在 18.56 % 一20 . 90 % 之间 , 阳坡灌木
林地为最大 , 裸地最小 , 侧柏介于两者之间 。 田间持水量最大是阴坡灌木林地为 27 .20 % , 最小
是阳坡裸地为 18 .56 % , 前者是后者的 1.5倍。 可见 , 阴坡的供水状况好于阳坡 , 上层 (20 ~
50 cm )的供水状况好于下层(20 ~ 50 om ) , 同一坡向中 , 灌木林地的供水状况好于乔木林地 ,
裸地最差。 土壤有效水含量是田间持水量与凋萎含水量之差 。 试区内土壤的有效水含量由大
到小依次为 :阴坡中上部灌木林地 20 .4% , 阴坡中下部油松林地 19 .48 % , 阴坡中上部裸地
17 .64 写 , 阳坡中下部侧柏林地 15 . 6写 , 阳坡中上部灌木林地 巧 .29 % , 阳坡 中上部裸地
12 .60% , 有效水的范围分别为:阴坡中上部灌木林地 6.74 % ~ 27 .20 % , 阴坡中下部油松林地
4. 45 % ~ 23 . 92 % , 阴坡 中上部裸地 6. 2 % ~ 23 . 86 % , 阳坡中上部灌木林地 5. 61 % ~
20.90 % , 阳坡中下部侧柏林地 4.41 写~ 20 .04 % , 阳坡中上部裸地 5.96 写一 18 .56 % 。
3
.
4 不同立地土壤水分的有效程度
由图 1 可知 , 试区内的土壤水分都没有达到有效水分的上限 , 大部分时间的土壤水分都处
在难效水的状态中 , 从 3~ 6 月阳坡中上部灌木林和裸地都处于难效水状态 , 有的还她于无效
水阶段 , 只有在 7 、 8 两月 , 由于降水量的增加 , 土壤水分好转 , 阴坡的中下部油松林 、中上部灌
木林和裸地处于易效水状态 ;阳坡中下部的侧柏林在8 月分处于易效水状态 。 这说明 , 在半干
旱的九龙山地区 , 土壤水分成为植物生长的主要限制因子 , 而春季土壤水分的严重亏缺影响着
林木的生长 。 因此 , 在造林时要选择抗旱性强的树种 , 同时 , 在现有人工林中 , 不断间伐调整林
分密度 , 减少树木蒸腾 。 尤其 3一5 月 , 春季造林时如不采取有效措施 , 幼苗是很难成活的 。 由
于 7 、 8 两月 , 阴坡的土壤水分都处在易效水状态 , 所以 , 雨季造林成活率较高 。
4 结 论
(l) 九龙山地区土壤水分条件较差 , 除雨季的 7 、 8 两月外 , 其它季节的土壤水分均处于难
效水状态 。因此 , 土壤水分成为该区林木生长发育的主要限制因子 , 林木难以成为大径材 , 除沟
道外 , 不宜发展用材林 , 应以水保林为主 。
( 2) 乔木树种有较高的涵蓄降水功能 , 九龙山地区除保护好现有植被外 , 凡是能种树的阴
坡 、低坡 , 要积极引进乔木树种 , 加大乔木树种的比例 , 发挥乔木树种在改良土壤 、保持水土 、涵
养水源的重要作用 。
( 3) 春季土壤干旱更为严重 , 每年 3一 6 月土壤水分接近或低于调萎含水量 , 春季造林如不
采取措施 , 造林难以成活 , 雨季的 7 、 8 两月土壤水分条件较好 , 应选择在雨后造林 。
林 业 科 学 研 究 8卷
易效水
~翰气J / 过多水
易效水 (
29 kPa )
难效水
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无效水
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%)啊荟如鳄洲
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加巧1005(球)姗爷如鳄洲
时间(月)
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过多水
易效水 过多水
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难效水
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易效水
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无效水
承)啊书如鳄叫
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时间(月)
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易效水
l(34 kPa) z0l 过多水 易效水
2(70 kP a )
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难效水
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(球)姗爷如鳄洲
眨曰日甘几了月自
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:嘿”一飞一几, 飞一飞一下一飞一花一万石不玉时间(月)
E
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时间(月)
F
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八%)啊爷如鳄洲
图1 不同立地土壤水分有效性评价(l 为田间持水量 , 2 为阻滞含水量.3 为凋萎含水量)
A .阴坡油松林地;B.阳坡侧柏林地瓜.阴坡灌木林地;
D .阳坡灌木林地;E.阴坡裸地.F.阳坡裸地
—0~20cm土壤含水量 , , ,一 20 ~ 50 cm 土壤含水童
参 考 文 献
1 邵明安.SPa c中的水分运动.水土保持学报 , 1 9 91 , 1 3( 增刊):1~ 8.
2 张万儒, 许本彤.森林土壤定位研究方法.北京:中国林业出版社.1986.30 ~ 37 .
3 马雪华.森林水文学.北京:中国林业出版社 , 1 9 9 3 . 1 2 3 ~ 1 2 8.
4 周择福 , 李昌哲.北京九龙山不同植被土壤水分特征的研究, 林业科学研究.1994 , 7 ( 1) : 48 ~ 5 2 .
5 姚茂和.树木凋萎时的土壤含水量的测定, 林业科技通讯 , 1 9 86 . (3 ) : 10 ~ 1 ,
期 周择福等 :北京九龙山不同立地土壤蓄水量及水分有效性的研究 187
A S tu d y o n W a te r S to r a g e C a P a c ity a n d W a te r
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