全 文 ：林 业科学研 究 ,
。邝 己
元谋干热河谷人工林地的水分
输入与土壤水分研究 ’
李 昆 陈玉德
摘要 通过 年 月 年 月对赤按 山毛豆人工幼林地的观测 , 在雨季降水平均
, 比多年平均值少 的条件下 , 林木未出现萎蔫和死亡 , 全年土壤平均含水量在 以
, 在最干的 一 苏 月份 土壤水分也能满足林木存活 水分输入后 被林冠截留部分约占总降水量的
纬 , 地表流失量仅 与 绒左右 , 大部分水分渗人土壤 。 在无任何地下水补给 , 天然降水作为唯 一水
分来探的情况下 , 干热河谷地区的营林和植被恢复应采取以获取最大的水分输入为主的整地 、造林
措施 。
关链词 干热河谷 、 人 林 、 水分
我国西南地 区横断山脉河谷海拔 以下地区 , 由于受亚热带季风和地形的影响 , 来
自海洋的暖湿气流在这儿产生焚风效应 雨量少而气温高 , 被称之为“干热河谷” 。 元谋盆地低
山丘陵区即位于该区 , 这是我国长防林工程建设的重点和造林难度最大的地区之一 。
自 年代后期起 , 有关科研单位和生产部门就在此陆续展开了内容广泛的造林试验 , 先
后在造林树种选择 、 造林方法 、 整地措施等方面做了许 多工作 , 总结出一系列成功的经验和失
败的教训 , 并指出土壤干旱是这一地区造林困难的主要原因仁’〕。 这些地 区气候炎热干旱 , 而且
同步 , 其气候特点表现出雨季 、 旱季之分 , 雨季 月仍 出现小旱 , 即间歇性干旱 旱季前
期 月一翌年 月雨量虽少 , 但气温不高 , 蒸发量小 土壤仍较潮润 , 对林木影响不大 旱季
末期 月气温迅速升高 , 蒸发量增大 , 土壤温度随之升高 , 湿度逐渐降低 , 并影响至土壤
深层 , 若抗旱能 力差 , 根系分布浅的树种 , 将难以度过旱季 。 因此 , 研究大气降水及其为林木利
用的水分问题 , 对于充分有效地利用有限的大气降水 , 为该地区的营林和植被恢复工作服务 ,
具有理论和实践意 义 。 本文即针对这一问题 , 就 年 月 年 月间对这一地区主要
的人工林类型 , 赤按 一 山毛豆林地的试验研究结果总结报道如下 。
试验区基本情况
元谋盆地低山丘陵区 , 是典型的干热河谷类型区 。 其气候特点 四季不明显 , 干湿季差异
大 , 年平均气温 牙℃ , 年平均 相对湿度 , 年平均降水 , 其中 月份的降
水量占年降水量的 翌年 月份的降水量仅占 与 , 而 月份的降水量占旱季降水总
量的 肠 , 年蒸发量达 , 年干燥度为 。
一 一 收稿 。
李昆助理研究 员 , 陈玉德 中国林业科学研究院资源昆虫研究所 昆明 。
, 本项 目为 年云南省应用基础研究基金青年基金资助项 目“元谋干热河 谷区人工林地水分循环及造林树
种抗 旱机理研究 ”内容之 一 。 喻占仁 、 崔永忠 、张志钧 、郑德蓉 、刘 秀贤等参加了部分 工作 , 谨此致谢 。
林 业 科 学 研 究 卷
试验地设置于元谋县城西北部 , 距县城 的小横山 , 海拔 南坡中下部 , 坡度
度 , 坡面较完整 土壤为燥红土 , 微酸性 , 土层深 植被是以扭黄茅 ,
材 为主的旱生草本植物 , 有少量生长较差 的坡柳 ,
人工林为 年 月定植的赤按 株 , 与山毛豆
〔 , 。 ‘ , 汀。 〕 穴 ’ 混交林 , 整地方式为撩壕 , 每株赤按约施
垃圾肥 普钙 , 林地总面积 , 。
材料与方法
材料
在试验区各置一台虹 吸式 自记雨量器和人工观测雨量器 。在有代表性的林地内 , 选择植株
大小均匀 、整齐的地块作标准地 , 内置 个 。 穿透水承接器 , 观测时间为
年和 年的 月 日 月 日 。
于每月下旬选择 晴夭在附近选定的样地内用土钻采集土样 , 每个样重复 次 , 土样采
自 、 、 个土层深处 , 烘干法测定水分 。 此项工作 自 年
月始至 年 月止 。
方法
在未造林地和造林地 内各建两个面积为 , 的封闭通流观测场 , 场内坡度 。 , 于每
次降水停止后即观测记录清池 。
以普查之平均值 , 各选择 株赤按和 山毛豆观测其干流 , 在其树干基部固定胶管 , 再导引
干流入塑料壶 瓶内 , 也是雨后观测记录清理 。
上述两项工作于 年和 年连续观测了两个雨季 , 植株生长状况则在每年的 月
和 月进行观测 。
蒸腾速率和环境 因子测定采用 一 稳态气孔计 , 称重用千分之一 电子天平 一
型 。
结果与分析
观测期间的 自然降水和特点
元谋盆地由于地势闭塞 , 海拔较低 , 东 、西 、 南三面有高山 , 自东南和西南方向来的暖湿气
流到此已是强弩之末 , 越山后下沉 , 产生梵风效应 , 不仅使盆地降水减少 , 还吹干热风 , 更加剧
已叫健徽
了干热程度 。 据元谋县气象站多年的观测
统计结果 , 全年平均降雨量 , 雨
季平均开始期在 月 日 , 从 月到翌年
月长达 个月的干旱中 , 月份的降水占
整个旱季降水量的 , 全年最高 月均
温也在 月 , 雨季开始后气温开始回落 , 其
关系如图 。
本试验 年和 年两个雨季的
观测 表 , 其结果 在这 一期 间内的降水
州犷
月份月
图 元谋气温与降水关系图
期 李 昆等 元谋干热河谷人工林地的水分输入与土壤水分研究
仅占当地多年观测平均值的 和 , 属雨水偏少年份 。 年雨季更是来迟 , 月份
降水仅为多年平均值的 。但是 , 就一般情况而言 , 每年 月都会有 的降水发
生 , 旱情也可由此而得以缓解 。 在工作的 中 , 年 月降水 , 年 月降水
, 年 月降水 。 所以 , 当地老百姓在农事活动中形成了 月中 、下旬耕
种旱地的习惯 。林木若渡过了 月上旬的最干旱期 , 存活和生长就有了保障 , 在一定程度上
也可反应其栽培林木对这一地区的生态适应性 , 而这一阶段的土壤水分状况也反映了全年的
最低水平 。 在两年降水量低于多年平均值近 的小旱年份测定的结果 , 对于接近或高于多
年平均值的年份 , 若没什么特殊性 , 其树木越过旱季是没问题的了 。
表 元谋盆地 一 月降水量 单 位
月 份 合计
亡月任…一尸 曰亡 门了朽 当地气象站多年观测结果本试验观测结果 1992 年1993年 40 .2
3 . 2 大气降水的分配
干热河谷地区 的营林及植被恢复工作 , 如同大多数林业工作一样 , 只能依靠有限的大气降
水 , 而林子一旦长起来 , 又将起到下垫面的作用反过来影响降水的分配 。
表 2 两年逗流情况观测结果 (单位 :m n、)
林降 水内冠留树截时 间 总降水 干 流山毛豆 赤按 还流量
逸流系数
( % )
3060 0.70 3.50
;:
.
{
79.2
41.9
97.7
98.0
80.9
135.0
50.8
51.8
93.3
69.6
401.9
396.3
3.5
3.90
:
.
::
2.8
0.8
4.2
2.8
4.7
2.6
0
0.6
0.9
1.0
12.6
7.8
4.3
月内七叮口
2
.
9
5
.
0 0
8
.
2 0
2
.
] 0
3
.
6 0
5
.
8月八6Q
造林地
2.0
2914510 月
(合计 )
1992 年
1993 年
1992 年
1993 年
1992 年
1993 年
1992 年
1993 年
1992 年
1993 年
1992 年
1993 年
1992 年
1993 年
1992 年
1993 年
1992 年
1993 年
1992 年
1993年
1992年
1993年
1992 年
1993 年
82.7
45.8
114.6
121. 1
85.9
143.2
52.9
55.4
100. 1
76.3
436.2
44 1.8
78.2
40.1
96.0
94.8
79.1
130.2
49.6
50.0
95.9
64.8
398.8
379.9
5.6
l0
0.50
2. 10
0.30
0.70
1.10
1.80
2.7
6.3
09一,妇1口J一了O1.人匕do.…,l月.Jg,丈9n111八」
未
造
林
地 10 月
(合计)
82.7
45.8
114.6
121.1
85.9
143.2
52.9
55.4
100.1
76.3
436.2
441.8
2.3
1.4
3.1
4.0
4.9
2.7
0
2.1
2.4
1.4
12.7
11.6
2.8
3.0
2.7
3.3
6.7
1.9
0
3.8
2.4
1.8
2.9
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月匕O甘
2
.
6
林 业 科 学 研 究 8 卷
从 1992~ 19 93 年两个雨季的观测结果来看 (表 2) , 首先 , 在所观测地区 , 由于雨季气温仍
较高 , 地面容易干燥 , 连续的强度较大的降水比较少 , 故在人工林地大气降水变成地表迁流流
失的数量并不多 , 两年分别为 3.1% 和 2.0 % 。 由于大规模的工程整地 , 造林当年地表植被及土
表遭到破坏 , 林下空旷 , 因而造林地的土壤流失较未造林地大 。 其次 , 在人工林以赤按 3 3 0 株
/hm Z和 山毛豆 6 675 株/hm Z配置 的情况 下 , 定 植 l a 后冠 层截流 量为 6.67 % , 次年达
10.30% 。 当然 , 这与降雨状况密切相关 。 从树种来看 , 山毛豆树冠开阔 , 枝叶量大 , 叶面粗糙多
毛而截留量大 ;赤按则干直冠小 , 枝叶量小而下垂 , 叶面角质层厚光滑而截留量较小 。这在采用
大规模工程整地造林的地区 , 在不影响主栽树种的前提下 , 适当配置一定数量的速生而截留作
用大的灌木树种 , 有利于林地的迅速覆盖 , 降低雨滴对地面的直接打击 , 减少水土流失 。 但是 ,
树冠截留量大 , 就意味着渗入土壤的降水减少 。 在元谋干热河谷区无什么地下水补给 , 大气降
水渗入土壤的多寡 , 决定了土壤水分状况 。 因此 , 造林 以后的经营管理也必须围绕水分问题开
展工作 。
试验区燥红土下 , 大多是粘性很重而不透水的变性土层 (当地称膨涨土 ) , 林地内虽有一定
量的降水变成地下径流渗入 10 0 cm 以下的土层 , 但 1991年 12 月对定植仅半年的赤按根系的
调查结果表明 , 定植半年后主根根系分布深度已达 186 om , 整个雨季降水又仅 40 0一60 m m ,
完全可被滞留于土层中 , 为植物所利用 。 因此 , 可以认为 , 除了冠层截留及地表径流的大气降水
外 , 基本都被土层吸收贮藏并为植物所利用 。而在试验期间 , 进入林地土壤的大气降水 , 两个雨
季平均是 38 .9 m m , 而空地则为 426 .2 m m , 空地比林地多了 37 .3 m m , 几乎多了 10 % 的降水
渗 入了土壤层 。
3. 3 土壤水分状况
元谋盆地中低山丘陵区的干旱 , 实质上是季节性干旱 。 在雨季 , 土壤水分对植物来说是充
足的 , 关键是雨季的降水有多少能贮存于土壤中以备来年旱季利用 。 在试验观测的两年零 3 个
月中 (1992 年 3 月一1994 年 5 月 ) , 虽然雨季降水约为多年平均值的 83 写 , 但土壤水分都没低
到导致植物萎蔫和死亡的程度 。 观测结果 (表 3) , 总的来说有如下几个特点 。
表 3 年土壤水分变化情况 (单位 :% )
林地
类型
土层
(enl)
20 ~ 25
40 ~ 45
60一 65
2 0 ~ 2 5
4 0 ~ 4 5
6 0 ~ 6 5
l 月
9.62
9.67
11.0 ‘1
9
.
1 9
1 2
.
0 9
1 2
.
8 7
2 月
10.55
10.39
11.50
10.13
12.85
13.06
9.74
]0.55
]2.51
l().65
12. 96
13. 03
4 月
9.63
10.39
12.02
9.23
12.13
13.76
5 月 6 月 7 月
12.49 10.00 9.87
11.96 10.04 11. 23
]1.35 10.96 13. 52
9.34 11.26 13.02
14. 11 13.46 15. 29
16.82 15.40 17.64
12 月
16.16
15.59
14.04
10 .29
9.86
10 .28
21.16
22.57
18.85
9 月 10 月 11 月
10.71 12.94 11.55
11.26 12.69 ]1.33
11.95 13. 13 12.17
14.54 14.34 14.27
17.61 16.46 15.25
18.60 ]4.30 16.30
12 .25
14.62
14.38
林造地未
(l) 无论林地还是空旷地 , 土壤水分的季节变化基本与气候变化规律一致 , 只是 含水量变
幅空旷地大于林地 。 M a g a n 和 C ha il 的研究认为 :当土壤可利用水分充足时 , 特别在大气湿度
低的情况下 , 按树消耗土壤水分较 多 , 而当土壤干旱时 , 按树有一种适应性的降低耗水保持土
壤水分的机制「2 」。 对赤按的测定结果也表明 , 随着土壤含水量的不同 , 蒸腾强度也相差较大 (见
图 2) 。 W · 拉夏埃尔对此也曾论述到 , 周期性干旱地 区的乔木和灌木的叶子 , 在干旱期间丧失
的水分仅及雨季丧失量的 10 % 一 3 % 三3〕。 据此可认为是林木作用的结果 , 导致了林地土壤水
期 李 昆等:元谋干热河谷人工林地的水分输入 与土壤水分研究
分季节变化小于空旷地 。
( 2 ) 无论是空旷地还 是林地 , n 月 ~ 翌年 7
月表土层土壤都比较干燥 。 虽然 5~ 7 月不断有降
水发生 , 因受天气状况的影响 , 表土层含水量极不
稳定 , 雨后这层土壤含水量可达 15 ~ 20 % , 但若
连续 3 d 无雨 , 则可降到 10 % 左右或更低 。
( 3) 若按雨季 、 旱季来考察各季节间及上下土
层 间的土壤水分状况 (表 4) , 可看到林地土壤水
分在同一季节 , 上下层土壤 含水量的绝对值变动
未超过 1% ;同层不 同季节 间比较 则在 1.5 % 左
右 ;空旷地上中层间变动达 2% 以上 , 中下层间则
未超过 1% ;季节间变动在 2.72 % ~ 4. 63 % 。
1.00.80.60.40.2
(1.上·工-:J侧烟幽摧
时间(时)
图 2 干湿处理 赤按蒸腾强度比较
表 4 全年干 、 湿季土壤含水量及差值
(单位 :% )
林地
类型 握、‘11 1 户 全年平均 旱季平均 湿季平均 干湿季差值(绝对值 )
20~ 25
40~ 45
60~ 65
11.12
1 1.25
13.05
12.45
14.95
14.47
10.39
10.49
11.45
20~ 25
40 ~ 45
60~ 65
10.13
13.13
1 1.13
11.96
12.02
12 .80
14 .76
16 .77
16.8 5
1.57
1.53
1.35
4.63
3.64
2.72
当然 , 土壤水分状况还受到坡 向的影响 。
1 9 9 2 年 4 月对西北坡和南坡造林地土壤含水
量测定的结果 , 40 一45 cm 层土壤含水量绝对
值 , 西北坡 比南坡高 1.83 % 一 3.02 % 。 另外 ,
破著烂沟 、坡度陡峭处土壤也不易保住 水分 。
因此 , 在目前经济技术诸多因素还不能满足需
求的前提下 , 干热河谷地区的营林和植被恢复
工作 , 先集中力量于水分条件较好的阴坡 、 半
阴坡或坡面较完整 、 土层深厚的阳坡地段 , 可
收到事半功倍的效果 。
造林地未
3 .4 土壤水分的季节变化与林木生长
如何有效地利用有限的天然降水 , 关系这一地区迅速绿化 , 从整体上改善生态环境 。 虽然
所测得的结果表明 , 未造林地的土壤水分含量大于造林地 , 但土壤水分作为一种资源却不能用
来改造 自然 , 创造另一种更合理更完善的环境 .实际是对这种资源的极大浪费 。
两年的观测结果 (表 5) 表 明 , 定植 后的第 1 个旱 季植株高生长 虽只占全年 生长量的
7.8 % , 但地径增长率却达到 32 . 4 % 。 随着植株长大 , 旱季的土壤水分就满足不了植株生长了 ,
而在水分条件较好的林地中(株行距 3 m 火 3 m , 穴植 ) , 第 2个旱季 (1992 年 12 月~ 19 93 年 5
月)高生长量虽也仅占 6.6% , 但径生长仍占 31 . 1% 。 说明土壤水分在严重制约生长 , 否则 , 赤
按一年四季都可生长 。 到雨季 3 330 株/h m Z的林地 (19 93年 5 月~ 1993 年 12 月 )又恢复了较
表 5 赤按不同造林密度旱湿季生长情况 (单位:cm )
一99 2 年湿季 1993年湿季密度(株/h m Z)
项
目 1991 一1 2 1 9 9 2 0 5
1 9 9 1 ~ 9 2 年早季
净增长 增长率(% )
14.00 7.80
0.77 32.40
32.00 19.80
0.83 36.60
1992一 1 2 净增长 增长率
(% )
1993 一 0 5 1 9 9 3 1 2 净增长
3 330 株高 179
.00 193 .00
地径 2.38 3 .15
株高 162.00 194 .00
地径 2.27 3. 10
304 .00 111.00
3 .95 0.80
317.00 123 00
3.79 0.69
316.00
4.02
1992~ 93年旱季
净增长 增长率
(% )
12.00 3.90
0.07 1.80
21.00 6.60
1. 18 31.10
397.00
5.17
31.00
l。 1 5
1 1 1 2
3 3 8
.
0 0
4
.
9 7
4 1 6
.
0 0
6
.
0 0
7 8
.
0 0
1
.
1 2
增长率
(% )
9 。 8 1
2 8
.
6 0
2 3
.
1 0
2 2
.
5 4
0
哎 卜JJ任通,.…门子仁J八j夕工互Jg曰一b
林 业 科 学 研 究 8卷
高的增长水平 , 高生长近 1.o om , 径生长达 1.15 cm 。 到 1993 年底 , 每公顷生物量达 62 574 kg
(风干重 ) , 以 l m 厚土层 , 土壤容重 1.604 9 /c m , 概略计算至 5 月份的贮水量 , 林地为 191
357.25 t/hm , , 未造林地为 215 417.Z t/hm Z , 贮水量差值与生物量(风干重 )获取比为 384.5 :
1 , 而重要的是通过林木的作用 , 提高了林地的空气湿度 , 此生态效应在该地尤为重要 。
4 结 论
(1) 撩壕整地的工程林地在定植当年 , 土壤流失量相对 比未造林地稍高 , 第二年起 , 随着林
木的覆盖和地被物的恢复而降低 。 但总的来说 , 在这一地区由于降水量不大 , 在地形完整而土
层深厚的地方 , 宿根性草本植物 (如扭黄茅 )易于生长 , 故降水流失量不大 , 迁流系数为 3写左
右 , 近 90 % 的降水渗入了土壤 。
(2 ) 这一地区土壤最干时期是 3~ 5 月初 , 但是 , 3 一 7 月间表土层都比较干燥 , 降水时可暂
时提高 , 不久即又恢复原有干燥程度 。 8 一 10 月土壤湿度较大 , n 月~ 翌年 2 月由于气温较低 ,
蒸发量小 , 土壤湿度也较高 。
( 3) 各层土壤 含水量干湿季间的差值 , 空旷地较大 , 林地则较小 , 反映了林木对土壤水分状
况的影响 。
( 4) 土壤水分对很多树种的生产力均是关键因素[4] 。 选择适宜树种 、适宜种源 , 是解决元谋
干热河谷区营林和植被恢复的有效途径 。 而造林预整地 , 保持一定深度的疏松土壤 , 酌情施基
肥 , 促进苗木根系生长 , 起到 “ 以肥调水 ”的作用 , 是保证林木存活与生长的重要措施 。 及时的修
枝 、 疏伐 , 可保持相对的稳定 , 并可逐步提高林地生产力 。
参 考 文 献
王福光 , 杜天理 , 雷彻虹.试论我国西南地区干热河 谷荒山造林问题.造林论文集.北京 :中国林业 出版社 , 1 9 8 7 , 4 5 ~
4 9
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期 李 昆等:元谋干热河谷人工林地的水分输入与土壤水分研究 657
S tu d y o n In P u t o f W a te r R e g im e a n d 5 0 11 W a te r
C o n te n t in th e P la n ta tio n o f th e Y u a n m o u D r y
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t 菌根剂新闻发布会在京隆重举行
10月 5 日上午 , 中国林科院林研所菌根中心高科技新产品 一一 P l菌根剂新闻发布会在中国林科院隆重
举行 。参加新闻发布会的有新华社 、 人民 日报 (海内版) 、光明 日报 、中国科学报 、经济 日报 、 中国环境报 、科技 日
报 、农民报 、 中国林业报共 9 家中央级新闻单位 。 中央电台 、北京 人民广播电台等向发布会征 集了有关材料 。发
布会由中国林科院林研所所长张守攻研究员主持 。 中国林科院副院长熊耀国研究员到会祝词 .菌根中心主任
花晓梅副研究员就 Pl 菌根剂的科研 、推广情况 作了全面介绍并回答了记者的提问 。发布会还组织与会者参观
了 尸t菌根的展览和产品实物 。 会议自始至终在热烈的气氛中进行 。
尸t 菌根剂及其使用技术是中国林科院菌根中心 又 一 项新的科研成果 。 已在全国近 20 个省(区 ) 、市得到
较大面积的推广 。 该产品明显的促生效果引起了社会各界的广泛关注 。 本次发布会旨在使林业生产 、教学 、 科
研部门全面了解该项成果 , 进一步推广林木菌根化技术 , 使科研成果尽快转化为生产力.
(中国林业科学研究院林业研究所 李伟)