全 文 ：第1 卷 第 4 期
1 9 8 8 年 8 月
林 业 科 学研 究
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海南岛尖峰岭半落叶季雨林
生态效应的研究 V . 一土壤水分状况 ‘
刘其汉 李艳敏“ 卢俊培
(中国林业科 学研究院热带林业研究所 )
摘 要
本项研 究采用小 区对比实验 , 用电队法连续 5 年浏定半落叶季雨林及其游耕地
的土墩水分含量 。 据此探计 了不同植被和人为干扰下 , 揭 色砖红攘水分动 态以 及热
带林的水文 效应 。 研究结果表明 , IOOc m 土 层 的年贮水量是垦地> 林地 ) 撩荒地 ,
土壤水分含量随降水、 植被的季节变化而 变化 , 而与降水量 的相 关不 显著 , 森林的
水文效应 , 反映在土壤的含水量上 , 不一定是增值 , 而主要是输导 、 调 节 。
关健饲 半落叶季雨林 , 游耕 ; 土坡水分
一 、 土壤物理性质及研究方法
(一) 土坡物理性质
试验地的概况已在有关文章中叙述 t‘l, 现着重介绍试验区褐色砖 红 壤 基 本 物 理 性 质
(表 1 ) 。
从表 1 可见土壤水分物理常数的比较 : o一6 0c m 土层 田间持水量林 内 (2 1 9 . 6 m m ) > 林
外(18 9 . lm m ) , 凋萎含水量 (0 一 40 c m ) 林外 > 林内 , 有效含水量 应是林 内> 林外 , 这是林
地土壤具有良好的结构所决定的。
(二 ) 试验方法
两个处理 : 林地 、 垦地(分别垦期 、 撩荒期 ) 。
五次重复 : 在试验区不同的地形部位随机设置 。
观测深度 : 0一 10 、 1 0一 2 0 、 2 0一 3 0 、 3 0一4 0 、 5 0一 6 0 、 7 0一8 0 e m 。
观测时间 : 1 9 7 9年 6 月至 1 9 8 4年 5 月 , 其中一9 7 9年 6 月至 1 9 8 1年 12月为垦期 , 1 9 8 2年 1
月至 1 9 8 4年 5 月为撩荒期 。 每月 15 一 18 日和20 一 25 日观察 , 取其平均值 。
观测方法 : 第一年用石膏块电阻值 , 同时用土钻取土烘干法直接测定含水量 , 求算相关
方程 。 以后的观测除最旱时电阻值误差大仍同时采用烘千法外 , 只测电阻值换算为含水率 ,
本文于1 9 8 7年 4 月1 5 日收到。
* 参加本项工作 的还有林月朔、 李海文 和刘京同志.
. , 李艳敏同志于1 9 83 年春调离本所。
3 6 8 林 业 科 学 研 究 1 卷
再按各层厚度和容重(6 Oc m 以下均为 B : 层 , 取 用 Goc m 的容重 )计算贮水星 。 随上层不同电
阻与含水率的相关方程 , 经微机处理 , 均为非线性负相关 , 选用其相 关显著者 , 列如丧 2 。
衰 1 福色砖红峨水分物理常橄
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二 、 结 果 与 讨 论
( 一 ) 土城含水 t 变化特点
土壤水分 含量妥到多种因子的影响 , 在同一降水和土壤条件下 , 彩响土士爬含水址的主要
因素是植被条件和人为干扰状况 。 现分别叙述如下 。
1
. 垦地与林地 从图 1 看出 , 0一 1。。c m 土壤贮水录垦地 明 显 大于林地 , 旱季 、 雨季
月最为明显 , 雨季初及雨季末两值较接近。表 3 更明显地表明了垦地比林地贮蓄更多的水分 ,
4 期 刘其汉等 : 海南岛尖峰岭半落叶季雨林生态效应的研究 3 6 9
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下一一 V 林 地 ( 19 8 2年 1 月至 1 9 8 4年 5 月 )
这是由于垦地心土层水分未被利用的结果 。 从图
1 还可 以看出 , 1 月至 4 月中旬土壤贮水量低于
凋萎含水量 , 延至 4 月为最低值 , 这与大气干旱
和半落叶季雨林的落叶现象非常吻合。
从图 Z A 、 Z B看 出 , 在两季交 替 的月 份
( 1 1
、
5 月 ) , 土壤水分变化明显大于雨季和旱季
月 。 由旱季月进入雨季月 ( 5 或 6 月 ) , 降水量突
增 , 而土壤本身经旱季的干缩 、 龟裂形成许多纵
横交错的裂隙 , 通透性明显地提高 , 使大量的降
水进入并迅速向心土层渗透而使各层土壤水分含
量大增 。 图 2 中的水分等值线近于垂直向下 , 垦
地和林地都反映了这一特点 , 其中林地更为突出。
进入雨季与旱季交替月 (1 l一12 月 ) , 土 壤 的 蒸
发、 植被的蒸腾 , 消耗了大量的土壤水分 。 由于
表 3 土坡贮水量 (10 一l oo cm )变幅
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这时期土壤有效水含量较高 , 植物的吸收及土壤蒸发较容易 , 因而在一年里失水最大 。 林地与
垦地土壤水分状况的比较 , 其趋势虽相近 , 但林地失水强度及影响深度都超过垦地 。 这说明
林木根系利用了深层土壤水分 , 而垦地根系分布浅 , 未能吸收深层土壤水分 , 表明林地利用
水的效率高于垦地 。 进入雨季后 , 由于降水不断地补充 , 土壤水分不断趋 向饱和下渗到更深
的土层 , 含水量缓慢地增加 。 从图 Z A 、 Z B 中可见 , 同深度的林地 、 垦 地 的土 壤 水 分 比
较 , 林地含水量为20 一2 % , 而垦地则为2 2一加 % , 说明即使在雨季 , 林木根系仍在吸收深
土层水分以维持生命活动 。 以 o一 I Oc m 的土壤含水量比较 , 林地含水量大于垦地 。 两种相反
趋势的原因 , 是由于林地表层根系分布少 , 又有 1一Zc m 厚的凋落物覆盖 , 土壤蒸发及植物蒸
腾作用较小所致 , 而垦地作物覆盖少 , 其根系分布于0一 2 0c m 土层中, 土壤蒸发及植物蒸 腾
都直接而强烈地影响这一层 。 旱季土壤水分变化不大 , 对于林地来说 , 主要 由于在这一时间里
植物大量落叶 , 减少了蒸腾 , 同时落叶加厚了枯枝落叶层 , 减少了土壤蒸发而不使土壤过多
失水 , 表层 (0 一 1 0c m ) 含水量仍可保持 9 一10 % 。 旱季的垦地几乎是裸地 , 表土层进行较强
的蒸发失水过程 , 含水量降低到 6 一 9 % , 接近或低于凋萎含水量 (7 。 6 % ) 。 土 表 的蒸发对
于下层土壤水分影响不大 , 深土层的水分以水汽的形式扩散到大气中 , 其过程非常缓慢 , 从
水分等值线间距大小可看出这一特点。
以上可见 , “刀耕火种”后 , 土壤水的变化主要反映在表层减少 , 全剖面的总贮水量却因
蒸腾减少而增加 。
3 7 0 林 业 科 学 研 究 1 卷
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图2 上城砚度时间等值线
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. 撩荒地与林地 撩荒后植被渐渐恢复 , 到观察中期覆盖度约80 一 90 纬, 主要植 物 是
飞机草和灌木 、 小乔木 , 高1 . 3一 2 . 5 m 。
图 1 撩荒地与林地土壤贮水量表明 : 在 O一 I OOC m 土 层 贮 水量无论在量或月变化 上 都
很接近 。 从撩荒地与林地的土壤贮水量 (表 4 )看出 , 最大值及年平均值很接近 , 但最小值撩
荒地略大于林地 。 表明林地和垦地土壤贮水量相接近 。 但从根系 分 布 层 (0 一 3 0c m ) 的土壤
贮水量比较 (表 5 )来看 , 两者有明显差异 , 林地大于撩荒地 (比值为 1 ·。2一 1 . 26 ) 。 表明撩荒
4 期 刘其汉等 : 海南岛尖峰岭半落叶季雨林生态效应的研究 37 1
地深层水同样未被植物所利用而贮存较多的水量 , 表土层和亚表土层出现千燥层 。
表 4 土壤贮水量 (0 一IOOc m )变幅
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表 5 O一30 c m 土坡贮水量比较 (m m )
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表 6 土 坡 水 分 变 化 幅 度 (% )
(1 9 8 2年 1 月至 1 98 4 年 5 月 )
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林地和撩荒地土壤水分月变化直接受降水的影响 , 其变化趋势随降水的增加而增 加( 图
3 )
。 表 6 反映了不同月间及不同深度土壤水分变化幅度的差异 : 在同一深度 , 林地或 撩 荒
地土壤水分变化的幅度雨季初及雨季末均大于雨季月间和旱季月间 (这一观测年度的雨季 延
至 6 月出现 ) , 图 Z C 、 Z D 也反映了这一特点 , 而且也与垦地水分变化相似 。 林 地 和 撩 荒
地土层湿度变化幅度大致有这样的趋势 , 即随着深度的增加而减少 , 但也有个别层次间有相
反的规律 , 这与土壤水汽运动方向有关 , 说明降水或蒸发 (蒸腾失水 )对深层土壤水分影响次
于表层 。 雨季初土壤水分含量增加的幅度是林地大于撩荒地 , 说明林木、 枯枝 落叶及其纵横
发达的根系有利于水分的积累和下渗 , 对降水有较强的缓冲能力。 以失水过程为主的旱季初
期 , 其土壤水分变幅 , 除表土层较接近外 (一 5 . 8与一 6 . 1 ) , 其余两层则是撩荒地大于林地 , 表
明土壤失水初期 , 林地土壤具有减缓失水速率的作用。
综上所述 , 撩荒后土壤贮水量趋近于林地 , 但在根系分布层 ( 。一 3 0c m ) , 则比林地干
燥 , 而底土层水分有所增加 。 这说明林木对土壤水分有缓冲、 调节的功能 。
3
. 垦地与徐荒地 垦地与撩荒地的植物覆盖度 、 覆盖空间、 根系分布的多度及深 度 差
异很大 , 这些因素不仅影响着降水的进入及再分配 , 而且也影响着土壤水分运动及耗水量 。
通过与林地比值 (林地 /垦地 、 林地 /撩荒地)的比较 , 间接地反映了两者的关系 (表 7 )。 表土
3 7 2 林 业 科 学 研 究 1 卷
层( o 一 10 c m ) , 旱 季 或 雨季比值较接近而且
均大于 l , 即土壤含水量林地大于垦地和撩荒
地 。 在旱季 1 0c m 以下各层水分比值撩荒地略
大于垦地 , 并且随深度的增加而渐渐减小 。 这
可能是撩荒地在亚表层中有一定的根系分布 ,
吸收了下层水分耗于蒸腾 , 而这时垦地是裸露
地 , 土壤水分仅 以蒸发形式损失 , 致使下层土
壤水分高于撩荒地 , 雨季各层比值非常接近 ,
这可能与各自的植物覆盖度一效有 关 (在这一
时期 , 垦地正值种植期 , 水分来源充足 , 消耗
相当, 土壤水量相近) 。 表 7 土壤贮 水 量 ( O 一
1 00 em ) 比值 为 : 撩 荒 地 (1 . 0 5 ) 大 于 垦 地
(0
.
9 3 )
, 即早季贮水母垦地大于撩荒 地 , 在 雨
季贮水量的比渔较接近 , 垦地略小于撩荒地 ,
其含水量垦地略大于撩荒地 。
图 3 友明 : 垦地 、 撩荒地土壤水分的月变
化趋势一致 , 随降水量的增加而递增 ; 雨季月
的土壤湿度明显大于旱季月的湿度 , 其变化幅
度最大值都出现在雨季们及雨季末 , 而其旱季 、
雨季变幅则较小。
(二 ) 土滚水分的垂直分布
从图 4 看出 , 湿度随深度变化的趋势相近 ,
按水分变化幅 度大致划分为两层 : o 一 3 0 (4 0 )
c m 为 受 蒸发 、 蒸腾 、 降水影 响 活 动层 , 30
(4。)一 80c m 为 影响较弱的平稳层 。 前者土壤
水分含量变幅大 , 易随降雨而饱和下渗或随旱
季而干旱 , 易出现调萎含水量 ; 后者变化 幅 度
小 , 且随深度递增其含水量趋于稳定 , 少 受 植
被及季节性变化的影响 。
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垦地 ( 1 9 了9年 6 ) j至 1 9 8 1年 12 月 )
林地 ( 1 0 下O年 6 月至 1 9 8 1年 12 月 )
燎荒地 ( 1 9 8 2年 I J] 至 1 9 8 1年 S J】
林地 ( 1 9 R 2年 1 月至 1 9 8 4年 5 月 )
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刘其汉等 : 海南岛尖峰岭半落叶季雨林生态效应的研究 3 7 3
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图 4 J a ) 土壤 水分垂 直分布
( 1 9 7 9年 6 月 至 1 9 8 1年 1 2月 )
. — . 垦地 ( 早季 ) O— O 垦 地 ( 雨季 )汉 一一又 林地〔早季 ) , 一 V 林地 ( 雨季 )
图 4 了 b ) 土壤水分 垂直分布
( 19 另2 年 1 月至1 0 8 4年 5 月 )
. — . 撩荒地 (早季 )又一一 x 林地 (旱 季) O—O 撩荒地 (雨季 ), - -一 7 林地 ( 雨季 )
土壤水分垂直分布在季节间有明显差异 。 旱季是一个蒸发 (蒸腾 )失水的过程 , 土壤 含水
量随深度的增加而增大 (图 4 ) 。 各土层土壤含水量极值之差 , 以垦地最大 (9 . 2一 1 6 。 8 % ) , 撩
荒地次之 ( 10 . 9一 1 6 . 2 % ) , 林地最小( 1 . 8一 1 . 9% ) , 说明这一时期 土壤水分受强烈蒸发和蒸
腾的支配 , 土壤水分运动由下而上 , 仅靠土壤蒸发对深土层水分消耗是有限的 , 林地土壤水
分在较深土层中同样受蒸发和蒸腾作用的影响 , 有相当一部分被根系吸收并蒸腾 。 证明同一
深度土壤水分含量是林地明显小于垦地和撩荒地 。 雨季土壤水分分布受降水、 下渗及蒸发 、
蒸腾的共同支配 , 其分布特点与旱季不同 , 雨季降水不断补充在表上层 (0 一 10 c m ) , 使其含
水量较高 , 尤以林地最高(图 4 ) 。 在 1 0一2 0c m 土层 中 , 因根系的吸收及下渗作 用 , 各处理
水分含量为全剖面 的最小值 。 3 0C m 以 下 , 垦 地 、 撩荒地变化趋势一致 , 水分随深度的递增
而增加 , 50 一 6 0c m 土层为最大 , 而后减少 , 表明30 一60 c m 土层水分以积累过程为主。 这除
了与生物因素有关外, 还 与 相当于发生层的B 层的结构紧实、 粘重 、 保水能力强 、 水 分 下
渗量少有关 。 而林地则有所不同 , 在30 一 8 0c m 土层 , 水分变化表现为随深度缓慢 递 减 , 归
因于林木根系的 吸 收及土壤的穿透而改善了土壤结构 , 加速了土壤水分的下渗 。 这一 现 象
与林地心土层渗水量大于垦地是一致的。
(三 ) 土城贮水量与降水的关系
降水是土壤水分的主要来源, 降水量的大小及过程 , 在一定程度上影响着土壤贮水量 ,
但土壤贮水量并非单一受降水的影响 , 它同时受到 多种因素影响 。 我们在相关性分析中证明
了这一点 , 它们与降水量不是呈简单的直线关系 , 差异显著性检验表明 , 垦地与林地直线关
系不显著 , 而撩荒地各层贮水量与降水量除 10 一20 c m 土 层达显著相关外 , 都呈极显著的正
相关。 林地土壤的渗透量大于垦种地和撩荒地 , 大量的入渗水下渗更深土层 。 在雨季半落叶季
雨林生长旺盛 , 蒸腾作用加强 , 消耗大量的水分 ; 而在旱季因落叶而减少蒸腾 , 它对土壤水
分变化起着缓冲调节的作用 , 进一步影响贮水量随降水量而增加的相关性。 另外 , 凋落物层
覆盖土表 , 减少了土壤蒸发 , 同时吸收大量 的降水 。 据 M a d e1’ 与 Lul l报道 , 在美国五针松
林分下 , 厚6 . 4 c m 的枯枝落叶层最大贮水量约 10 m m 内 。这样 , 凋落物层对于贮水与降水的反
应也产生缓冲作用 。 垦种地几乎是裸露地 , 大量的降水以地表逗流形式流走 , 进入土壤少 ,
在表土层受强烈的蒸发作用而变幅大 ; 在深层 , 水分达一定值后保持相对稳定 , 受降水及蒸
3 7 4 林 业 科 学 研 究 l 卷
发的影响较小。 这些因素均导致 与降水的相关性差 。 撩荒地与上述 两处理不同, 土壤贮水量
与降水量有极显著 的相关 , 这似乎归因于撩荒地有一定的覆盖度 , 地麦迁流员相对减少 , 进
入土层的水分有所增加 , 说明撩荒地具有适中的蒸发和蒸腾作用 。 总.之 , 土壤贮水量与降水
的关系是复杂的 , 贮水量 的变化同时受多种因索的影响 , 它们之问的关系有待进一步探讨和
研究 。
二 壮一 、 奋口 语
1
。 根据五年观测结果认为 , 褐色砖红壤 IOOc m 土层 的贮水量 , 早地大于撩荒地和林地 ;
O一 3 0c m 土层 , 林地明显大于撩荒地 ; 其余土层林地小于撩荒地。
2
。 各层土壤贮水量与降水量的关系 : 垦地与林地相关性不显著 ; 撩荒地呈极显 著 的正
相关
3
。 卜壤 含水量的季节性 变化雨季大于旱季 , 雨季 初、 末变化强烈 , 卜IJ季 、 旱李间变化幅
度小。
4
。 上壤水分垂直分布的季节性差异 : 在旱季垦地与撩荒地随深度明显增加 , 林地则增加
较小 。 土壤水分垂直变化大致划 为两层 : o一 3。(4 0 )c m 受 水 分 收 戈影响的活动层 , 3 0 (40 )
一 8 0c m 和受水分收支影响较弱的稳定层 。
5
。 森林的水文效应反映在土壤的含水量上 , 不一定是增值 , 百[」上要是输与 、 调节 。
参 考 文 献
臼 〕卢俊培 书 , 1 9 8 1 , 海南 岛尖峰岭 i 落叶季币 林 “ 刀 抖火 种” 生 态后 果的 初 步现测 , 执 物 飞 公学 ‘J 地 位物学 丛刊 ,
示(4 )。
[ 2〕 Nla d e r , I) . 1 , a llLI I u ll, I! . 、V . , z , ‘, , [) 。p t卜 w e ig h t a n d w a t o r , t。: 。 g e in w h ig 卜t p in e
5 t a n d , in 卜1、一, s a c h u s e t ls , U S I)八 F o r e s t S e r v ic e R e s . P a Pe r N E一 , 9 . N o r t h e a st o r n 卜b r e s t
E x Pe r irn e n t S ta t io n U P p e r l) a r b y
.
4 期 刘其汉等 : 海南岛尖峰岭半落叶季雨林生态效应的研究 3 7 5
E C OLOG ICAL E FFICIENCY O F T H E SEMI一D E CIDUOU S
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A b str a e t
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