全 文 ：第 3 卷 第 3 期
1 9 9 0 年 6 月
林 业 科 学 研 究
FO R E S T R E S EA R C H
V o l
.
3
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N o
。
3
Ju n
。 , 1 9 9 0
天目山森林土壤的水文生态效应
周重光 柴锡周 沈辛作
俞似军 钟哲科 王 卉
(浙江 省林业科学研究所 )
摘要 天 目 山主峰海拔高逾 1 5 0 Om , 由山 麓到 山顶形成四个森林植被 垂 直 带
谱 , 包括七个森林类型 , 即常绿 阔叶林 、 常绿 落叶阔叶混 交林、 落叶 阔叶林、 山 顶
灌丛一按林 、 针叶林 、 针阔混 交林和竹林 。调查研 究表明 , 各类型森林枯落物(层 )的
现存量 、 红 成成分 、 持水率 、持水量等均不相 同 。森林土壤(矿质层 )的主要物理性质
因森林类型 而不同 , 并均随着土攘的深度呈某种规律性 变异 。 森林土攘的持水量主
要受土攘孔 隙度的影响 。 在 天 日山地区 , 森林土壤的持水量较昨林地土滚(荒草地)
为高 , 落叶阔叶林类型 的土壤特水量 , 常较针叶林类型为高。
关键词 水文生态效应 ; 森林土壤 , 森林类型
一 、 自然地理特点
天 目山位于浙江省西北部 , 其主体由临安县境内的西天 目(海拔高1 5 07 m )和东天目(海
拔高1 47 9 m )以及安吉县境内的龙王山(海拔高1 5 87 m )所组成。 与周围的山丘有明晰的 边
界 , 形成了一个完整的地貌单元 , 是长江和钱塘江一些溪流的发源地和分水岭 工‘了。
天 目山属亚热带季风气候区 , 雨量充沛 , 湿度较大 , 由于受海拔高的影响 , 山顶山麓气
候差异甚大 。 山麓年均气温为14 . 9 ℃ , 七月份均温为2 1 . 4 ℃ , 一月份均温为2 . 7 ℃ , 年均
降水量为1 5 3 5 。 6 m m , 年蒸发量为1 3 5 8 。 6 m m , 年均风速为1 。3 m / s e e , 年均雾日为5 5 。 8天 ;
山顶年平均气温为8 。 7 ℃ , 七月份为20 . 5 ℃ , 一月份为3 。 2 ℃ , 年均降水量为 1 7 6 . 7 m m ,
年均蒸发量为1 5 52 . 6 m m , 年均风速为5 . 9 m / se c , 年均雾日为 248 天 。 山顶物候期比 山 麓
约迟 15 ~ 2 5天 ’〕。
天 目山是一座古老山体。 土壤种类复杂 , 垂直带谱明显。 在海拔高6 0 m 以下基本上 为
红壤 ; 6 0 0一 1 2 0 0 m 为黄壤 ; 1 2 0 om 以上为棕黄壤 [ 2 1。
通常所称的天目山 , 系指西天目山而言 , 它位于东经1 1 9 “2 5 ’ , 北纬 3 0 0 2 0 ’ 。 1 9 5 6年设立
天 目山自然保护区 , 1 9 8 6年改为国家自然保护区 , 总面积 1 0 0 余公顷 , 森林覆盖 率达 90 %
以上 。
本文于 1 9 8 9年 9 月 4 日收 到。
1 ) 浙江省林业厅 自然保护区考察组 , 1 9 85 , 天 目山 自然保护区考察报告 , 浙江省林业厅 。
2 1 6 林 ,Ik 科 学 研 究 3 卷
二 、 森 林 概 况
天目山地处亚热带北部区 , 据统计种子植物达 1 67 科 , 71 6属 , 1 57 。余种 , 其中木 本 植
物达 6 75 种。 现有森林主要分布在西夭目山南坡。 由山麓到山顶 , 形成四个明显的森 林 垂直
带谱 , 包括 七个森林类型 2 》。
1
。 常绿 阔叶林 分布在海拔高 6 0 m 以下 , 多为残次生林 。 主要树种为青冈 (C今cl ob al -
: , : o p si: g la :‘c a ) 、 苦林 (C a sra o o p sis s c le r o p丙万lla ) 、 紫楠 (Ph o e bo s丙e a : e : i)等 , 构成多种结构
复杂的林相 。
2
. 常绿落叶阔叶混 交林 分布在海拔高6 0 ~ 1 14 o m 。 在天目山森林植被中占有 重 要
地位。 常绿乔木主要有细叶青冈 、 绵储 (L itho c a l p o s he : : 夕i) 、 豺 皮 樟 (Litse a : o t u : d ij o lia
v a r
. o blo n g ifo lia ), 落叶乔木主要有青钱柳(C ye lo c a叨a p a liu ; 。二 )、 化香 (P la ty c a幼 a : r: a -
bila c o a )
、 枫香(乙i口u id a m 乡a fo , 二。s a n a )等 , 组成了多种较复杂的森林 。
3
. 落叶阔叶林 分布在海拔高1 2 4 0一 1 4 5 o m , 主要树种有茅栗 (C a s ra : e a : e q u in ii) 、
大叶白辛树 (尸re , o st夕: a x c o叨功bo sa ) 、 四照花 (D e : d r o 石c n r丙a 二 ia 少a p o : ic a )等 , 组成结构较简
单的森林 。
4
. 山顶灌丛一接林 分布在海拔高1 4 5 0 ~ 1 5 07 m (山顶 )。 分灌丛和矮林两个亚类。 在
海拔高1 4 80 m 以下林相稀疏 , 树高 5 ~ s m , 在海拔高 1 4 8 o m 以上形成稠密的灌 木林丛 ,
树高2 . 5 m 左右 。
5
. 针叶林 分布在不 同海拔高范围内 , 包括五种针叶林 : ¹ 马尾松 ( Pt’洲 : lo as sol i助a)
林 。 主要分布于海拔高8 0 0 m 以下地带 , 有天然林和人工林 。 º 杉木 (C :‘,之n i , , g ha 二 ia la o c e 。l-
a r a )林 。 分布在海拔高8 0 0 m 以下 , 全为人工林 。 » 柳杉 ( C叨 p to , ‘e : i a ] o ; t :‘, ,。i ) 林 。 主要分
布在海拔高30 ~ 1 10 m 的道路两侧 。 ¼金钱松 ( Ps oud ol a : l’x o na 厉l’: )林 。 常分布在海拔高
30 0 ~ 110 o m 地带 , 呈混交状态 , 有部分纯林 。 ½ 黄山松( P in u s t a i :。a n e : 51: )林 。 主要分布在
海拔高8 0 一 1 20 m 的山脊线上 , 土层浅薄 , 纯林或与阔叶树种棍交 , 结构比较简单 。
6 . 针 阔混 交林 分布在海拔高30 ~ 1 30 m 之问的广阔地带 。 上述五种至f叶树种 , 除杉
木人工林外 , 均有针阔混交林存在 。
了. 毛竹 ( p几夕Ilo s t a e h, 、 p u吞。s c e 。: )汗术 分布在海拔高35 0一 1 lo o m , 主 要为人工林 , 也
有夭然林 。
三 、 调查研究方法
调查研究内容包括森林植被( 乔木 、 灌木和草本 ) 、 森林枯落物( 层 )和森林土壤 (矿质层 )
三个部分 。 该研究着重在后两部分 。 野外工作于 19 8 6~ 19 8 了年完 成 。 按 照 国 内外 常规 方
法 ‘2 一 日l进行调查研究。 限于地形地势的影响 , 对林分 (包括乔、 灌 、 草) 、 森林枯落物 (层 ) 、
森林土壤(矿质层 )等样地的选择 , 采用随机抽样和机械选样相结合的方法 。
由于地形起伏显著 , 森林类型和土壤的变化较大 , 每一森林类型设置样地 l 一 2 个 , 共
设有19 块 , 每块样地面积为10 m X 20 m 或 10 m 火 10 m 。 选定土坡取样点三处 , 共计57 个。
2 ) 浙江省林 业斤 自然保护 区考察组 , 19 8 5 , 天 目山森林植被类型 , 浙江省林 业厅。
3 期 周重光等 : 天目山森林土壤的水文生态效应 2 1 7
土坑深度为60 c m , 每隔2 0 c m 用环刀采取土壤样品两份供分析。 当天测定土壤的自然 含 水
率与饱和持水量 , 其它因子 (见表 2 、 表 3 各项 )在实验室测试计算 , 其持水量是根据孔隙度
求出的。 对无林地土壤(荒草地 )也进行调查 , 藉以和有林地的土壤进行比较。 在每一森林样
地内设置 1 m x l m 样方三个 , 共计 57 个 。 分别测定枯落物的现存量 、 组成成分 、 自然含水
率、 持水率 、 持水量。 后两项用水浸法进行 , 持续时间为 24 h 。
四 、 结 果 分 析
(一 ) 森林枯落物(层 )的水文生态效应
天目山森林内森林枯落物的水文生态效应 , 主要受森林枯落物现存量 、 组成成分、 自然
含水率、 持水率和持水量(即降水截留量 )的影响。
1
. 天 目山森林枯落物的组成成分 (表 1 ) , 在各类 森 林 中 , 均 以 落 叶 为 主 , 平 均 为
8 8
.
4 %
, 其中黄山松林的枯落物中落叶约占95 写 , 在落叶阔叫林(茅栗林 )中约占 93 . 0 % ,
占比例最少的柳杉林也有 6 . 0 % 。 其它如枯枝 , 松树的雄花、 球果 , 栋类的壳 斗 等 , 也 常
占一定比例。
表 1 天 目山不同森林类型林分的特征及其枯落物(层)的性能
样地林分特性 森 林 枯 落 物 (层 )
森 林 类 型 海 拔 高
隋|.一
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1
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1
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15
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山 顶 矮 林
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1 130
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1 17 4
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.
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14
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6 5林地竹草毛荒
16
.
40 5 0
.
21 335
.
2 6 39 5 9
¹ 林下枯落物 ( 层 )掠 取殆尽 , º 人为千扰严重 , » 该类林 分主要 由衫木 、 木荷 、 枫香 等树 种组成 。
2
. 天目山不同森林类型枯落物的现存量 , 显然受林分组成 、 树种生物学特性的 影 响 ,
也与其林分结构 、 密度 , 及灌木 、 草本植物的覆盖度有关。 组成树种不同 , 其枯 枝 落 叶 数
量 、 分解速度、 持水率 、 持水量等均不相同。 从表 1 中可以理出如下顺序 : 针阔混交林 > 常
绿落叶阔叶混交林 > 金钱松林> 柳杉林 > 马尾松林 > 黄山松林> 山顶矮林 > 毛竹林 > 山顶罐
丛林 > 落叶阔叶林( 茅栗林 ) 。 不同森林类型枯落物的现存量 , 平均为1 6 . 4 t/ hao
3 . 西天目山不同森林类型枯落物的自然含水率、 持水率和持水量 (表 1 ) , 均与森 林 枯
落物的组成成分 、 特性, 质地和分解程度有关。 而自然含水率在较大程度上受其所处环境中
2 18 林 业 科 学 研 究 3 卷
湿度条件的制约。 持水量的大小则更多地受森林枯落物现存量和持水率的影响 。
天 目山各森林类型枯落物的自然含水率平均为5 0 . 1 % 。 其持水率平均为3 3 3 . 3 % , 其持
水量平均值 39 . 6 t/ ha , 其大小 顺序为 : 金钱松林> 常绿落叶阔叶混交林 > 针阔混 交林 > 柳
杉林 > 黄山松林> 山顶矮林> 山顶灌丛林> 马尾松林 > 落叶阔叶林(茅栗林 )> 毛竹林 。
(二 ) 森林土峨(矿质层 )的水文生态效应
森林土壤(矿质层 )的水文生态效应 , ‘洁因森林类型而不同 ;而森林土壤的物理性质 , 特别
是土壤的结构和孔隙度 , 对水文生态效应具有显著的影响 。
1
. 天目山森林土壤的主要物理性能 , 如容重和比重 , 在60 c m 深的土层内 , 有随深度而
增大的趋势 [l 。 1。 保持天然状态的森林土壤 , 结构 良好 , 其容重常小于1 . 0 , 而人为干扰 严 重
的(如马尾松林 、 常绿阔叶林 )和非林地 (荒草地 )土壤 , 其容重常大于 1 . 0( 表 2 )。 森林 土 壤
的孔隙度(包括毛管孔隙 、 非毛管孔隙和总孔隙 ) , 在天然状态下均随 深 度 增 加 而 逐 渐 减
少 协‘。I, 但受人为干扰严重的及非森林土壤 , 则出现较大的变异(表 2 )。
2
. 天目山森林土壤的吸湿水(重量或容积 )和毛管水(容积 )的含量 (% ) , 在 60 c m 深度 范
围内, 由上而 一 「有逐渐降低的趋势 , 但人 为破坏严重的(如马尾松林等 )或非森林土 壤 (荒 草
地 ) , 其吸湿水含量往往与上述情况相反 l‘“! 。 毛管水的含量 , 受人为千扰的 , 其变异性也大
(表 2 ) 。 森林土壤自然水的含量(容积% ) , 由上而下有逐渐增高的趋势 , 但人为影响严重的
则有较大的变异 (表 2 )。
3
. 天目山森林土壤 (矿质层 )蓄水性能 , 主要受土壤结构和孔隙度的制约。 其毛管 孔 隙
度均大于非毛管孔隙度 , 在 60 c m 土层深度的范围内 , 各类森林土壤的毛管持水量 , 在静态
情况下 , 均大于非 毛管孔隙度的持水量 。 森林土壤毛管孔隙的平均持水量为 2 7 7 . 35 t/ h a ,
非毛管孔隙的平均持水量为1 1 7 . 9 0 t/ ha 。 各森林类型土壤的持水量均不相同(表 3 )。
表 3 天目山森林土坡的孔陈度及其持水 t
森 林 类 吧
孔硫 度(% )
管 孔 晾
⋯持 水见(t/ h 。 )
非 毛 竹 孔 陈
、L, 度‘% , 】持 水 , ‘, / h a , 、L。 , (% ) ⋯
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常绿阔叶 落叶混 交林
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黄山松林
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.
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.
9
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.
9
森 林
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4 6 2 9
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.
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.
9
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.
6 3
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.
9
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.
3
6 5
.
9 2
6 4
。
9
3 9 5 5
.
23
3 8 9 4 2
平均值
汁 : 表中所列持水 t 的致值, 均系指 土层 60 c m 深度范圈内所含的水分 。
3 期 周重光等 : 天目山森林土壤的水文生态效应 2 1 9
表 2 天目山森林土滚(矿质层 )的主要物理性能
比重容
土 层深度
森 林 类 型 重
(e m )
总孔隙度
(% )
吸 湿 水
(重% )
常绿阔叶林
0 ew 2 0
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.
0 4 1
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常绿落叶阔叶混交 林
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.
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.
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.
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.
5 1
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.
0 6
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.
5 2
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.
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.
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.
4 3
2 2
.
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。
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3 4
.
1 6
落叶阔叶林 ( 茅栗林 )
0 ro 2 0
2 0 ~ 4 0
4 Q~ 6 0
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.
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.
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.
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.
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.
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2
.
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.
45 9
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.
6 1
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.
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.
6 3
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.
9 3
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.
0 8
14
.
5 9
1 0
.
8 5
1 2
.
2 7
7
.
7 4
2 7
。
7 3
2 5
.
6 0
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.
8 3
1 7
.
5 3
1 4
.
6 0
1 1
.
8 8
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9
.
8 5
山顶灌丛林
0 ew 2 0
2 0 e 4 0
4 0 ~ 6 0
0
.
4 8 3
0
.
7 34
0 8 4 8
2
.
3 7 6
2
.
5 6 1
2 5 8 2
7 9
。
46
7 1
.
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.
16
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.
2 9
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.
3 4
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.
1 8
.
5 1
.
1 4
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.
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.
80
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1 0 2 0
马尾松林
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.
7 5 6
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7 1 9
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.
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5 8
.
2 7
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。
7 5
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¹ 该类林 分主要 由杉木 、 木荷、 枫香等树种组成 。
2 2 0 林 业 科 学 研 究 3 卷
天 目山不 同森林类型土壤的持水量 , 均
大于非林地土壤。 在各森林类型中 , 其持水
总量的大小和土壤总孔隙度基本上趋于一致
(表 3 、 4 ) , 即 : 常绿落叶阔叶混交林 > 山
顶矮林) 山顶灌丛林 > 落叶阔叶林 (茅栗林 )
> 金钱松林> 黄山松林> 针阔混交林> 毛竹
林 > 常绿阔叶林> 马尾松林> 柳杉林> 杉木
林 > 荒草地 。
(三 ) 天目山森林土城水文生态效 应 的
评价
1
. 天目山不 同森林类型中的 枯 落物现
存量 , 平均值 为1 6 . 4 t/ h a , 它们能有效地 防
止或减轻风雨直接冲击和侵蚀土壤。 在阴雨
(包括暴雨 )天气 , 能吸收和截留一定数量的
降水 , 其有效值平均达 39 . 6 t/ ha 。 而超 越
裹 4 夭 目山森林土城总持水 t
(单位 : t/ ha )
总公集土水林森待森 林 类 型 森林枯 落物
(层 )持水 里
个i亨 绿 阔 n卜林
常绿落叶阔叶 i民交林
落叶阔叶林 (茅栗林 )
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(矿质层 )
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.
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2 4
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4 8
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.
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.
9
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.
5 5
3 8 3 6
.
5 5
3 1 6 0
.
9
竹草毛荒
其饱和持水量的水分 , 就缓慢地渗入到土壤中去 , 很少产生地表逗流 。 在天气干旱或疾风吹
袭时 , 又能减少土壤水分的丧失 , 这种作用在山丘地区更显得重要 。 此外 , 森林枯落物为动
植物、 菌类等的生 一民繁育 , 提供了良好 的环境条件。
2
. 天 目山森林土壤(矿质层 )的蓄水性能 , 受气候 、 地貌 、 母岩 、 生物等多种因素 的 影
响 , 而森林土壤的结构和孔隙度 , 特别是非毛管孔隙的数量 , 是森林土壤保储和调节水分的
重要条件 。 森林土壤 , 特别在 60 c m 以 内的层次中 , 植物根系密布 , 动物洞穴交错 , 有 机质
成分丰富 , 特别在没有或人为干扰不多的天然林中 , 土壤发育 良好 , 团粒结构占有较大比重 ,
其毛管孔隙度平均为46 . 3 % (占总孔隙度的 7 1 . 5 % )。 非毛管孔隙度平均为19 . 6% (占总孔隙
度的28 . 5 % ) 。 这样 , 一方面可以稳定地保证森林生物生长过程中所需要的大 量 水 分 (毛 管
水 ) , 同时林地上某些时间内过多的降水量 , 可以经由非毛管孔隙不停地下渗到土壤的深层或
岩石的裂缝中或补充到亏 缺的地下水层中去 。 因此 , 森林土壤的蓄水 、 保水和调节逸流的潜
力是极大的团 。
3
. 从表 4 可以计算出 , 不同森林类型的土壤 , 在静态情况下总蓄 水 量 ( 0 ~ 60 c m 土 层
内)的平均谊为3 9 了8 . zs t/ h a (3 9 7 。 sZ m m / h a ), 约 为 西天 目LIJ山顶和LI-J 麓 年 平 均 降 水 量
1 65 1
.
15 m m 的2 4 . 0 9 % 。 在总蓄水量中 , 森林枯落物对降水的截留量仅占总量的 1 . 。% (占
年平均降水量的 2 . 4 纬) , 这些水分在雨过之后大都蒸散消失 。 在矿质层土壤中 , 毛管孔隙持
水量 占总蓄水量的69 . 82 % (占年平均降水量的1 6 . 82 % ), 这部分水分所占 比 例较大 , 而且
在土壤中基本 _ L是稳定的 , 非毛管孔隙持水量 占总蓄水量的29 . 61 % (占年 平 均 降 水 量 的
7
.
13 % )
, 非毛管孔隙对降水的蓄存量总是动态的 , 也是无限量的 。 从这个意义上说 , 天目山
地区绝大部分降水 , 经由森林枯落物(层 )缓缓地渗入到土壤中去 , 除满足森林生物生活的需
要和地表蒸散外 , 其余部分就成为天目山区大小溪流的水源 。
3 期 周重光等 : 天目山森林土壤的水文生态效应 2 2 1
参 考 文 献
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T H E PR E LIMINA R Y !NV E ST !G AT 10 N ON TH E EFFE CT S
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罗 tio n a n d t e s ts s h o w e d t h a t th e s ta nd in g e r o Ps , e o m Po n e n t , w a te r一h o ld in g
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w a t e r in th e 5 0 11 th a n th e e v e rg re e n n e e d le fo r e s t do e s
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T h e a b u n da n t a n n u a l P re eP ita t io n o f T ia n m u M o u nt a in fo res t re g io n
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