全 文 ：第 3 卷 . 第 2 期
1 9 9 0 年 4 月
林 业 科 学 研 究
FO R E S T R E S EA R C H
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2
A Pr
. , 1 9 9 0
卧龙自然保护区植物生长季节
森林土壤水分状况苦
张万儒
许本彤
庞鸿宾
李 彬
杨承栋
屠星南
(中国林业科学研究院林 业研究所 )
摘要 本文于 1 9 8 1~ 19 8 4年植物生长季节衬四 川卧龙 自然保护 区森林土壤水分
状况 , 进行 了定位研 究。 试验林地设笠在 1 20 ~ 4 3 0 0 m 海拔高度的不 同生物 气候
带的森林类型下 。
选择的五处试验林地是 : ¹ 常绿阔叶林下的山地黄壤; º 次生落叶阔 叶 林下
的山地徐攘 ; » 针阔混 交林下的山地暗榨壤 , ¼暗针叶林下的山地徐 色暗针 叶 林
土 , ½ 高山草句植被下的高山草甸土 。 试验结果阐明 了试验林 地 土 壤 的 蓄水 性
能 , 枯枝 落叶层最大蓄水能力 36 ~ 313 t/ h a , 森林土壤的渗透 系 数 在 1 . 54 ~ 5 . 3
m m / m i n
, 试验林地生长季节森林土滚水分贮量 , 都在最佳含水量下限以上 , 试脸
林地森林土攘水分供给 (生态湿度 )顺序为 : 山地棕 色暗针叶林土 (重湿 ) > 高山草句
土 (重湿 ) > 山地棕壤 (湿 ) > 山地黄攘 (较湿 ) > 山地暗棕攘 (较湿一潮 ) 。
关键词 卧龙 自然保护区 , 森林土攘水分 , 森林土攘水分一物理性质 , 森林土
壤水分季节性动态
土壤水是肥力因素之一 , 也是土壤物理学研究中最活跃的领域。 森林土壤中的水分不足
或过剩 , 对林木的生长和发育都会产生不 良的影响。 森林土壤水分状况的变化不仅和气候 、
地形的变化有关 , 而且也取决于林木的组成、 年龄 、 疏密度及林分特点。 本项研究的目的在
于阐明卧龙自然保护区不同森林垂直带下的土壤在生长季节剖面的水分动态变化规律 , 为制
订提高森林生产力的措施 , 提供重要的科学依据 。
一 、 试验地概况与研究方法
( 一 ) 试脸地概况
本研究的定位观察区 , 设在四川省阿坝藏族自治州卧龙自然保护区内 , 位 于 1 02 “0 51 ~
10 3
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24 ‘ E
, 30
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45 ‘~ 31
“
25 , N , 海拔高度 1 20 0~ 4 30 0 m 之间 , 属青藏高原东部边缘的邓
本文于 19 8 9年 4 月 21日收到。
参加外业工作的还有李炳伟 、 杨玲 、 张小玲 、 祁月清 、 霄树生 、 潘德乾 、 安长生( 中国林业科学院) , 肖教俭 、 陈真
友 、 沈仲民 、 杨 忠秀 、 赵灿南 (卧龙自然保护区 ) 。
1 0 4 林 业 科 学 研 究 3 卷
嵘电东坡 , 氓江上游右岸的高山深谷地区 。
定位试验林地设在卧龙自然保护区不同生物气候垂直带五个有代表性的森 林 类 型 中 :
¹ 中亚热带常绿阔叶林下的山地黄壤 (地点为青城山 ) , º 具有暖温带气候特征的次生落叶
阔叶林下的山地棕壤 (沙湾 ) ; » 具有温带气候特征的针阔混交林下的山地暗棕壤 (龙 岩) ;
¼ 具有寒温带气候特征的针叶林下的山地棕色暗针叶林土 (贝母坪 ) , @ 具有亚寒带气候特
征的高山草甸植被下的高山草甸土 (坯口 ) 。 试验林地土壤的基本性质见表 1 。
表 1 试验林地土旅的基本性质 [l]
海拔 森林类型 土 壤 母 质 {二 土层 腐殖 质地 石砾 < 分散 湿度 有机质 C / N PH 盐基饱 枯 粉
( m ) 厚度 质层 含量 0 . 0 0 1 系数 (% ) 和 度 硅铝率怕权 (e m )厚度 ( % ) 】n m ( % )落叶 (c m ) 粘粒层 含量
厚度 ( % )
(e m )
1 20 0 常绿 阔叶林 山地黄城 砾岩风化物 7 9 0 24 重壤 土 20 ~ 19 . 2 16 . 5 较湿 3 ~ 4 10 ~ 12 4 . 6 ~ 8 ~ 17 2 。 8 5
3 0 5
.
1
2 0 0 0 极 、 械落叶 山地棕壤 板岩风化物 11 9 0 38 重坡土 20 15 。 8 6 。 6 湿 4 ~ 6 10 5 . 6 ~ 42~ 6 6 3 。 3、
阔叶林 5 。 8 4 . 3
2 5 00 铁 、械 、桦针 山地暗棕壤 板岩风化物 2 0 8 0 25 重壤土 亡 n ~ 一 12 . 5 8 . 8 塑二 4 ~ 9 9 ~ 11 6 。 5~ 7 1~ 8 8 3 . 4阔混交林 6 . 8‘若了 锐漫
3 30 0 杜鹃一眠江 山地棕色暗 板岩坡积物 26 7 0 30 重壤 土 “打 13 . 1 15 . 7 4 ~ 12 8 ~ 12 7 . 4ro 9 5 3 . 0冷杉林 针叶林 土 7 。 6里现
4 3 00 高山草甸 高山草甸土 J J j 搜j 」 .J 户 , 台 , 进进一 15 7 5 13 中壤土 5忿了 13 . 6 5 ~ 9 6 . 4~ 7 3~ 7 5 ; :;-6 。 8毛又石狱积别
(二 ) 研究方法
定位试验工作从 19 8 1年开始 , 连续四年至19 8 4年结束 。
1 . 森林土攘水分季节性动态测定 l“] 每月测定一次 , 每隔 10 c m 分层采取土样 , 一直到
10 0 c m 深度为止 , 测定时间主要是在林木生长季节 。
2
. 森林土壤含水量诸 因子测定 [“1 含水量—烘干法 , 渗透性—渗透 简 法 , 水分一物理性质—环刀法 , 土壤化学、 物理性质—室内分析 。
二 、 结果与讨论
本文研究的森林土壤水分状况是指植物生长季节中 , 森林土壤水分在土壤剖面中的动态
变化、 贮量 。 它反映土壤水量 的平衡和循环特征 。
( 一 ) 试验林地土坡水分一物理性质
森林土壤水分一物理性质的数量特征 (表 2 ) , 不仅反映了土壤肥力的高低 , 而且是定量
研究水源涵养功能的重要因子 。
据测定林地 A 。层容重在。. 2左右 , 其它层次均在。. 75 ~ 1 . 26 间 , 剖面从上至下 , 由于枯落
物减少 , 容重呈递增趋势 。A 。层总孔隙度为60 v % ~ 90 v % , 其它层次为47 v % ~ 67 v % , 基本反
映了土壤层次结构情况 。 从A 、 B 两层毛管孔隙与非毛管孔隙的比值看 , 山地棕色暗针叶林
土 ( 6 . 7 4 , l ) > 山地棕壤 (5 。32 : 1) > 高山草甸土 (4 。 7 9 : 1) > 山地黄壤 ( 3 。 33 : 1) > 山地暗棕壤
(1
.
7 5 , l) , 从A 层的非毛管孔隙看 , 则是山地暗棕壤最高 ( Zo . os v % ) , 高山草甸 土 最 低
2 期 张万儒等: 卧龙自然保护 区植物生长季节森林土壤水分状况 1 05
表 2 试验林地土班水分一物理性质
一二 . , 瓜 一 口一妥. 1非毛管 阵香流}总 孔 }二 , 川 、 杏 二 1二 小。 ‘二 }二 。 , 杏 二山 栅 } ! 休 仪 }廿里 I } } l“飞“ ! ” /J’ ‘ ! ‘“ , ‘小 ‘ }毛 ” ’‘ , ‘
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山地黄壤
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( 2 0 0 0 m )
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山地暗棕族 一2 3 。 1 41 4 . 1 59 。 4 66nUI365⋯口怪2 37‘15,J泊,6nU的舀ŽU”匀.⋯131勺眨U月,汽口内J7品舀143.⋯斑b匕DQ臼月盛 ‘U一b268 4”挂J吸, ,二‘怪.⋯‘吸6t廿一匕54,自‘工暇甘”Ž,几5.匕n血甘“n”.⋯月上抢””,目‘,32”肠口知月,.0,孟O口n”曰A 。A( 2 5 0 0 m ) BC 0 ~ 2 02 0e 4 54 5~ 8 08 0~ 12 0山地棕色暗针叶林土( 3 3 0 0 m ) A 。A 0 ~ 1 515 ~ 4 54 5 ~ 7 07 0~ 9 0 1 6 。 6 79 。 406 。 981 2 ‘ 96 6 7 . 7 43 6 . 5 72 0 . 6 7 5 0 8 04 0 962 6 87 9 3 。 7 25 0 . 3 63 6 . 0 1 6 0 。 8 94 9 。 4 33 3 . 8 5薰99门匕J,O月,通”9.⋯69sq,曰上1一1工”匕91曰1.U248.⋯月‘Žn6671匕JŽ,山gn口Žj性Ž吕月,”.⋯血U‘q”比舀6月“nJ,几”知目‘比”2甲.,几内舀阮压比Œ曰一
1
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”高山草甸土( 4 3 0 O m ) 8 。 0 01 1 。 957 。 90 4 9 。 1 34 6 。 3 54 2 . 2 1 5 7 . 1 35 8 . 3 05 0 . 1 1 1 7 . 7 92 1 . 7 01 4 。 2 1 3 6 。 2下3 1 . 5 53 1 . 2 2 3 9 . 3 436 . 6 03 5 . 90印自‘01ŽJ0‘1.110OU工勺‘几‘ 吸口才,占”尸口二US,一,曰月才ACB
、
( 8
.
O v % )
。 最大持水量和毛管持水量都随剖面的深度递减 , 这和上述孔隙度的分布基 本 一
致。 最大持水量 , 即饱和持水量的容积百分率 ( v % ) , 在理论上应与总孔隙度一致 , 但 由于
土壤中总是留有少量的闭塞空气 , 所以 , 一般的测定数据应略低于实际值 。
(二 ) 试脸林地土滚 , 水性能
土壤水源涵养能力是指水的保持和蓄水两个方面 。 土层厚度标志着保蓄土壤 水 分 的深
度。 林地土壤不仅有非毛管孔隙和土层厚度 , 还有一定的林冠郁闭度及枯枝落叶层 , 因此 ,
森林土壤不仅储蓄水分 , 而且有水源涵养作用。
森林枯枝落叶层是森林土壤特有的发生层次 , 因森林类型不同 , 蓄水数量有 很 大 差 异
(表 3 ) 。 暗针叶林的枯枝落叶层 , 最大持水量为 347 . 1 5 t/ h a (连活苔鲜层 ) ; 针阔混交林为
31 3
.
Og t/ h a , 次生阔叶林为 42 . 15 t/ ba , 常绿阔叶林为 36 . 4 6 t / ha 。 枯枝落叶及苔薛层疏
松、 多孔 , 吸水性很强 , 表 3 可知 , 仅活苔醉层的最大持水量可达 5 91 % 。 从绝对持水量来
说 , 起主要作用的是F和H层两个亚层 , 因为随着枯枝落叶的分解 , 其比面积增大 , 增强了
吸水能力。 此外 , 持水量还和枯枝落叶层的总厚度有关 , 这点在最大持水量的总和 已反映出
来(表 3 ) 。
林地土壤蓄水量测定结果表明 (表 3 、 4 ) , 山地黄壤 1 2 63 . 86 t / ha , 山地棕壤 6 5 3 . 4 5
t / ha
, 山地暗棕壤 2 5 4 7 。 4 9 t / ha , 山地棕色暗针叶林土 1 0 6 2 。 8 5 t / ha , 高山草甸土 1 1 7 9 . 2
t/ ha
。 卧龙自然保护区有 20 万公顷林地 , 按平均每公顷蓄水量 1 341 . 97 t 计算 , 其蓄水量可
1 0 6 林 业 科 学 研 究 3 卷
衰 3 枯技 , 叶层的. 大持水t
一 { j . : , } 最 大 持 水 互工 很 } ! 华 汉 }- - - 一 -一 了一一- - - 一 - -- - - . - - - - - - - - -— 一} 亚 层 1 { { } 总 计《“ 类型 、 海拔‘ } { (cm , J ‘%) ⋯‘t/h a) ⋯一 ~ 八瓜丁厂而而-
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(常绿阳叶林 、 1 ZO0 m ) 1 F 3 . : 7 1 . 3 : 1 . 。。 “6 · ‘6 } 3
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(次生落叶 阔叶林 、 2 0 0 o m ) F · H
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(针阔混交林 、 2 5 O0 m )
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( 睛针叶林 、 3 3 0 0 m )
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1 0
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.
1 9
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. . . . . . . . . . . . . . . 曰 . . 曰. 口 . . . . 甸. 曰. . . . , . . . . . . . . . .
土 城
( 植被类型 、 海拔商度 )
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山 地 棕 城
(次生落叶阔叶林 、 2 0 0 0 m )
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( 暗针叶林 、 3 3 00 m )
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高 山 草 甸 土
( 高一l一草甸植被 、 4 3 0 0
A 1 0 4
.
0
1 1 7
.
9
¹ 每公顷蓄水 t ( t ) = 10 ‘ ( m Z ) x =L 层深 ( m ) K 非毛管孔旅度 ( v % ) x 水 容重( t / m ’)
达 2 6 8 39 . 4 万吨 , 相当于10 万方容量的小水库268 个 。 因此 , 如遇持续性的大暴雨 , 大量的
降水被保蓄在枯枝落叶和土层中 , 大大减少了洪峰的压力 , 发挥了水源涵养的功能。
(三 ) 试脸林地土班洛通性能
森林中透过林冠的降水有 70 % ~ 80 %进入土壤 , 进行第二次分配【‘] , 其数量的多少取决于
土壤的渗透性能 , 因此 , 土壤的渗透速度是土壤水分再分配的主要指标。 据试验地A 层46 次
渗透观测表明 , 渗透性不仅在森林土壤类型之间有明显差异 , 而且同类土城间也不相同 。 从
洲
2 期 张万儒等 : 卧龙自然保护区植物生长季节森林土壤水分状况 1 0 7
度速的末n5J‘、、,
山地黄英
巡攫婴三山地徐坡
、 .一一 . . - 二 ~ ~ ~ _ ‘ ~ ~二 ~ 二高山草甸土
ƒ月日\三„、盆
各类土壤接近稳定渗透速度平均值作出的土壤渗透过程
曲线 (图 1 ) 来看 , 不同类型的森林土壤渗透性能有明显
区别。 其规律为山地黄壤 > 山地暗棕壤> 山地棕色暗针
叶林土 > 山地棕壤> 高山草甸土 。 但开始稳定渗透所需
要的时间却是 : 高山草甸土 ( 15 m in) < 山地暗棕壤 ( 17
m in ) < 山地棕壤( 2 1 m i n ) < 山地棕色暗针 叶林 土 ( 2 7
m in ) < 山地黄壤 ( 3 5 m i n ) 。
表 5 看出 , 初渗阶段 5 m in 末的速度 、稳渗速度和土
壤水分一物理性质的关系 。 表 5 和图 2 又可以看 出 , 初
渗和稳渗速率与非毛管孔隙度呈明显的正相关 , 初渗阶
段的入渗率与土壤原始湿度和土壤吸力有关 , 即湿度小
吸力大的土壤速率大 。 但山地棕色暗针叶林土 , 虽然初
始含水量最高 ( 42 . 56 % ) , 相对吸力小 , 却有 较高的初
渗速率 , 而且稳渗速率也较高 , 可能与水稳性团聚体含
量高 (8 2 . n % ) , 土壤内部结构相对稳定有关。 一般认为 ,
10 1 5 2 0 2 5 30 35 一骊
t (m i刀 )
2018场玛比86‘,0
图 1 不同森林土坡 的渗透过程线
—初 渗过程 一一开始稳渗
均一的土 壤 , 其入渗过程线在初
渗阶段斜率小 , 且稳定早 , 这点与高山草甸土相符合 , 其它几种土壤因石砾含量大 , 其稳定
渗透所需时间长短的机制还不清楚 。
表 S 入渗速率与土坡水分一物理性质
L 4 ,
{ 初渗阶段 {
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二 , _
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.
2 5 m m }
’
⋯贾怪匡佣万资宁一仁嘿黔告一川洲一釜盗二图 1 所标的渗透过程线只是经验曲线 , 而不能作为每种土壤的渗透过程。 从试验林地土
壤饱和渗透系数测定结果 (表 6 )看 , 即便同类土壤 , 由于小地形的影响 , 剖面地点不一 , 不
仅入渗过程不同 , 而且饱和渗透系数也各异 , 甚至相差很大。 尽管如此 , 四种林 地 土 壤 均
比无林地土壤 (高山草甸土) 的平均渗透系数都大 。 以林地平均渗透系数最小的山 地 棕 壤 为
例 , 渗透系数为2 。 9 6 m m / m in , 土壤蓄水量为6 1 . 1 m m , 如在小于 6 i . 6 m m / h 的雨强内2 1
m 讯 , 可 以不发生地表通流(这里只是暂时的储存量 , 尚不包括向土体深层的渗透 ) 。 可见 ,
森林土壤涵养水源 , 调节地表逗流的功能是相当可观的。
1 0 8
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林 业 科 学 研 究 3 卷
林地土城饱和 , 姗 系橄洲定结果
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(四 ) 试验林地土峨水分季节性动态
卧龙自然保护区主要降水时期 , 是在 6 ~ 9 月 , 这段时间的降雨占全年降雨量的70 % 左
右 , 与林木生长季节相吻合。 试验将 1 9 81 ~ 1 9 84年 6 ~ 9 月各类土壤 。一 loo c m 土 层 的 水
分动态变化规律 , 绘成等湿线图 t.1 (图 2 一 6 )。 为了了解土壤水分与降水量的关系 , 在次生落
叶阔叶林山地棕壤绘图说明(图 3 ) ; 为了便于理解不同土壤水分含量对森林植物的有效性 ,
又列出试验林地土壤水分一物理性质表格 (表 7 ) 。
裹 7 试验林地土城水分一物理性质
I 层 次 1 容 屯森 林 土 壤 ! I
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两 山 草甸土 { 一 1 · 1”
田 间持水见 !最佳含水a 下限}稳定侧姿含水皿} 有效水分范围
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1 7 0
试验林地森林土壤水分季节性动态的特点 :
1
. 表 7 表明试验林地土壤水分一物理性质的情况 。试验林地容重1 . 08 ~ 1 . 30 9 /c m 3 , 田
间持水量3 3 0 ~ 3 4 0 m m , 最佳含水量下限 2 3 1一2 3 5 m m , 有效水分含量范围一7 0一i g o m m 。
2
. 试验林地在生长季节的土壤水分动态变化 [‘, ’l(图2 ~ 6 , 表 s ) 。 1 9 8 1一 1 98 4年 6 一 9
月 0 一 1 0 0 e m 土层土壤水分贮量年变化范围 : 山地黄壤 1 9 0 ~ 3 5 7 m m , 山地棕壤 3 0 6 ~ 5 0 8
m m
, 山地暗棕壤1 2 8一 4 1 3 m m , 山地棕色暗针叶林土3 62 ~ 6 6 0 m m , 高山草甸土 3 3 0 ~ 5 2 4
m m
。 试验林地生长季节土壤水分贮量 , 都在最佳含水量下限以上 , 只有山地暗 棕壤水分贮
量有时低于最佳含水量下限 , 山地棕色暗针叶林土 、 高山草甸土 , 水分贮量保持在 田间持水
量以上 。 说明了试验林地土壤水分贮量对植被生长的保证程度 。
3
. 生长季节末期( 9 月)的土壤水分贮量 (丧 8 ) 。 山地黄壤水分贮量在 最 佳 含 水 量 下
限至田间持水量之间 , 戈显度为较湿 , 山地棕壤水分贮量接近并超过田间持水 量 , 乏显度 为 况
润 , 山地暗棕壤水分贮量在最佳含水量下限至凋萎含水量之间 , 湿度为较湿一潮 ; 山地棕色
暗针叶林土 、 高山草甸土水分贮量均在田间持水量至毛管持水量之间 , 湿度为重湿 。


2 期 张万儒等 : 卧龙自然保护区植物生长季节森林土壤水分状况 1 1 1
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4. 1 9 8 1一1 9 84年生长季节土壤水 分 动
态变化(表 8 )初步表明 : 试验林地水 分 状况
的特征是 , 山地棕色暗针叶林土 、 高山草甸
土水分局部地区出现过剩 , 山地棕壤水分基
本平衡 , 山地黄壤 、 山地暗棕壤水分有时略
有不足 , 但水分仍保持在凋萎含水量以上 。
土壤水分状况属“季节性淋溶型 ” , 植物生长
季节森林土壤水分供给基本上是有保证的。
从图 2 一 6 可以看出林地土壤水分供给
顺序为 : 山地棕色暗针叶林土 (重湿 )> 高山
草甸土 (重湿) > 山地棕壤 (湿 ) > 山 地黄 壤
(较湿 )> 山地暗棕壤 (湿一潮 ) 。
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三 、 结 论
1
. 森林土壤含水性能取决于枯 枝 落叶
层厚度与分解程度 , 以及土壤厚 度 与有 机
质含量。 试验林地枯枝落叶层最大蓄水能力
为 3 6 ~ 3一3 t / h a , 最 大 蓄 水 能 力 为 6 1 1~
2 3 3 4 t / h a
。
2
. 试验林地土壤的渗透性强 , 渗 透 系
数 1 . 54 ~ 5 . 3 m m / m in , 在调 节地 表 通流
上有显著作用。 影响森林土壤渗透性能的主
要因子是非毛管孔隙度 , 其次是初始含水量
和坡度。
3
。 试验林地生长季节 O ~ 1 0 0 c m 土层
土壤水分贮量 , 都在最佳含水量下限以上 ,
山地棕色暗针叶林土 、 高山草甸土的水分贮
量 , 保持在田间持水量至毛管持水量间; 山
地暗棕壤水分贮量有时低于最佳 含 水 量 下
限 。 说明了试验林地土壤水分状况对森林植
物生长的保证程度 。
4
. 试验林地土壤供水的特征是 , 山 地
棕色暗针叶林土 (重湿 )> 高山草甸土 (重湿 ,
水分局部出现过剩) > 山地棕壤 (湿 , 水分基
本平衡 )> 山地黄壤 (较湿 ) > 山地暗棕壤 (较
湿一潮 , 水分有时不足 , 但全年土壤水分都
保持在凋萎含水量以上 ) 。
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衰 8
林 业 科 学 研 究
不同森林类型土城水分贮t 攀节性动态 (单位 :
3 卷
m m )
层次
(e m )
侧定
时 间
1 9 8 1 19 8 2 1 9 8 3 1 9 8 4
森林土壤
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山地黄坡
山地棕城
山地暗棕城
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今 考 文 献
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.
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.
5
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.
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