连续2年对三峡库区消落带土壤物理性质定位监测,研究三峡水库水位涨落对消落带土壤物理性质的影响。结果表明:消落带经受2个水位涨落周年影响区域比未受水位涨落影响区域的土壤密度增加了0.7%~4.6%,土壤总孔隙度、毛管孔隙度和非毛管孔隙度分别减少0.2%~7.5%,0.6%~4.0%和32%~60.8%,最大持水量、毛管持水量及田间持水量分别减少0.6%~15.1%,0.7%~11.9%和0.3%~12.5%。虽然各项物理指标表现出较为明显的变化趋势,但是差异不显著(P>0.05);经受3个水位涨落周年影响区域比未受水位涨落影响区域的土壤密度增加7%~17%;土壤总孔隙度减少18%~21%,毛管孔隙度减少11.3%~24.3%,非毛管孔隙度减少35%~53%,土壤最大持水量降低28%~31%,毛管持水量降低26%~31%,田间持水量降低26%~32%。消落带受水位影响区域和未受水位影响区域各土层的土壤物理指标均差异显著 (P<0.05)。
In order to understand any influence of water level fluctuating on the soil physical properties in hydro-fluctuation belt of the three gorges reservoir.fixed-location monitoring was made for two years.The results showed that after two years with the water level fluctuating,the bulk density increased by 0.7%-4.6% and total porosity,capillary porosity,non-capillary respectively decreased by 0.2%-7.5%,0.6%-4.0%,32%-60.8% and the maximum moisture capacity,capillary moisture capacity and field capacity respectively decreased by 0.6%-15.1%,0.7%-11.9%,0.3%-12.5%.The soil physical properties obviously varied,but the differences were not significant (P>0.05).After the water level fluctuating for three years,the bulk density increased by 7%-17% in comparison with the non-submerged zones,the total porosity decreased by 18%-21%,the capillary porosity decreased by 11.3%-24.3%,the non-capillary porosity decreased by 35%-53%,the maximum moisture capacity decreased by 28%-31%,the capillary moisture capacity decreased by 26%-31%,and the field capacity decreased by 26%-32%.There were significant (P<0.05) differences in the soil physical indicators between the non-submerged zones and the submerged zones in each soli layer.
全 文 :书第 !" 卷 第 " 期
# 年 " 月
林 业 科 学
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2345!#
三峡库区消落带土壤物理性质变化!
康6义%6郭泉水%6程瑞梅%6洪6明%6金江群%6王祥福#
"%5中国林业科学研究院森林生态环境与保护研究所6国家林业局森林生态环境重点实验室6北京 %$7!9摘6要!6连续 # 年对三峡库区消落带土壤物理性质定位监测!研究三峡水库水位涨落对消落带土壤物理性质的 影响% 结果表明& 消落带经受 # 个水位涨落周年影响区域比未受水位涨落影响区域的土壤密度增加了18: ;
!1":!土壤总孔隙度’毛管孔隙度和非毛管孔隙度分别减少 1#: ;81<:!1": ;!1:和 =#: ;"19:!最大持
水量’毛管持水量及田间持水量分别减少 1":;18: ;%%17:和 1=:;5<# 经受 = 个水位涨落周年影响区域比未受水位涨落影响区
域的土壤密度增加 8: ;%8:# 土壤总孔隙度减少 %9: ;#%:!毛管孔隙度减少 %%1=: ;#!1=:!非毛管孔隙度减
少 =<: ;<=:!土壤最大持水量降低 #9: ;=%:!毛管持水量降低 #": ;=%:!田间持水量降低 #": ;=#:% 消
落带受水位影响区域和未受水位影响区域各土层的土壤物理指标均差异显著 "!?5<%#" A$7 A%% A#<# 修回日期& # A! A#%
基金项目& 三峡库区景观生态防护林体系构建技术试验示范" #"B,C$=,=7%,1/’+,/’5&+6 !3&++-+4 *+%,-,.,! >,&,1/’!9
=>’*1#0*&6(4 /UVMUW/34VMUKWE4V E4XH4T03M4YM/TZEWMU0M[M0T03YW3EWH4F/4 WLMK/H0\LXKHYE0\U/\MUWHMKH4 LXVU/]
T03YW3EWH/4 ^M0W/TWLMWLUMMF/UFMKUMKMU[/HU5TH_MV]0/YEWH/4 O/4HW/UH4FZEKOEVMT/UWZ/XMEUK5+LMUMK30WKKL/ZMV WLEWETWMU
WZ/XMEUKZHWL WLMZEWMU0M[M0T03YW3EWH4F! WLM^30‘ VM4KHWXH4YUMEKMV ^X18:A!1":E4VW/WE0\/U/KHWX!YE\H0EUX\/U/KHWX!4/4]YE\H0EUXUMK\MYWH[M0XVMYUMEKMVX1#: A81<:!1":A!1:!=#: A"19:E4VWLMOEHO3OO/HKW3UMYE\EYHWX!YE\H0EUXO/HKW3UMYE\EYHWXE4VTHM0VYE\EYHWXUMK\MYWH[M0XVMYUMEKMVX1": A%<1%:!18:A1=: A%#1<:5+LMK/H0\LXKHYE0\U/\MUWHMK/^[H/3K0X[EUHMV! ^3WWLMVHTMUM4YMKZMUM4/WKHF4HTHYE4W"!>
1<5,TWMUWLMZEWMU0M[M0T03YW3EWH4FT/UWLUMMXMEUK!WLM30‘VM4KHWXH4YUMEKMVX8:A5< VHTMUM4YMKH4 WLMK/H0\LXKHYE0H4VHYEW/UK^ MWZMM4 WLM4/4]K3^OMUFMV a/4MKE4V WLMK3^OMUFMV
a/4MKH4 MEYL K/0H0EXMU5
?&/ @(14’&6LXVU/]T3YW3EWH/4 ^M0W# K/H0\LXKHYE0\U/\MUWHMK# YLE4FMK# WLUMMF/UFMKUMKMU[/HU
66三峡库区消落带是指水库正常蓄水位海拔
%8< O与防洪限制水位海拔 %!< O之间的区域!属于
水库水域生态系统和陆地生态系统交互过渡地带!
是国内外罕见的一种新生的生物地理景观% )冬水
夏陆*是三峡库区消落带生境变化的主要特征% 消
落带的土壤不仅受水库水位涨落的重力侵蚀和波浪
冲击的影响!而且在消落带出露成陆地时期还会受
到雨水的冲刷% 长期持续的结果必将产生一系列生
态环境问题% 国内外众多学者和有关部门自三峡水
库建设始期就开始关注三峡库区土壤的变化!并就
林 业 科 学 !" 卷6
消落带受水位涨落影响后土壤化学性质的变化开展
了模拟试验研究"张金洋等!#!# 傅杨武等!#9#
詹艳慧等!#"# .M4‘EWEYLE0EO$,&35!#<=’
土壤退化"蒋德明等!#9$及退耕还林过程中"何 谨等!#9# 王新宇等!#9$土壤物理性质的变化! 以及不同的林分条件"聂立水等!#8# 黄志刚等!
#8$及管理方式"张猛等!#"对土壤物理性质的影响等方面!对于水库消落带及自然消落带特别是对于拥有特殊水位涨落周期的三峡库区消落带的土壤物理性质变化的研究还很少!尚未见到关于三峡库区消落带土壤物理性状变化的模拟和监测方面的研究报道7年以后三峡水库运行进入正常状态7年以前为水库试运行期!在此期间各年份的水位处在不断调整之中<+#8年!水库的最低水位一直维持在<+ #"年为海拔"+#8年为海拔8+#7年水库的最低水位上升至水库原设计的最低水位8+#9年为9+#7年为 月份三峡水库开始蓄水!
水位迅速上升# %% 月至翌年 % 月为高水位保持期!
%+< 月为水位缓慢下降期% 消落带在低水位保持
期出露成陆地!在高水位保持期被水淹没%
秭归县茅坪镇兰陵溪村九曲垴消落带监测样地
坡度 ="b!坡向西北 %"b% 该地区年均气温 %9 c !
"%c年积温< 8#=1" c!全年无霜期 =" 天!年均
降雨量% %OO!年日照时数’杜鹃
"#)/6/6+6′/+和毛叶木姜子" :-,%& =/3-%
等!草本植物有棕叶狗尾草">,&’-& E&3=-0/3-&’芒
"F-%(&+,).%%-++和三穗苔草"7&’G,′−%
林地枯落物覆盖度 8: YO左右% #$$9
年按照水库管理部门的要求!对海拔 %8< O以下地
段的高大乔木和灌木进行了清理%
巫山县巫峡镇龙江村监测样地坡度 !%b!坡向
西北 #< 9<81= c!全年无霜期 =<天!年均降水量!71=
OO!也属于亚热带季风性湿润气候% 水库运行前!
样地植被为天然次生灌丛!主要种类有木槿
"H-;-%(.%%5’-&(.%′金丝梅"H5E’-(.=E&,.3.=和刺叶冬青"∗3G;-/’-,%+!混生有少量羽脉山黄麻
"I’=& 3<-4&,&等乔木树种:%
主要草本植物有蜈蚣草 "!,′−’ 马兰
"9&3-=′−和龙葵" >/3&+.=+-4’.=:% 土壤类型为石灰岩母质风化而成
的黄色石灰土% 土层厚度 =< YO左右!水库运行前
后林地植被未曾进行过清理%
#6研究方法
ABCD样地设置
在湖北省秭归县茅坪镇兰陵溪村九曲垴和重庆
市巫山县巫峡镇龙江村的消落带内!各设置 % 块长
!O!宽上!顶边设在海拔
%9< O% 样地设置以后!在 ! 边每间隔 < O埋设了
% 根水泥标桩%
ABAD土壤样品采集和测定
将 #8+#9 年水库的最高水位 "海拔
%<" O和 #9+#7年水库的最高水位"海拔分别作为不同测定年度消落带受水库水位
涨落影响的区域和未受影响区域的分界线% 土壤物
理样品分别取自分界线的上部和下部% #9年!在海拔7 年!在海拔 %<" O以下"经历
了 = 个水位涨落周年区域和海拔区域设置了 " 个土壤取样
点!在海拔 %8# O"调查当年的最高水位以上未受水位涨落影响区域!设置了=个取样点 ;%! ;#和 # ;
=YO划分土层YO=的环刀"直径<YO!高<YO取样!每个点取 = 个重
复土壤测试样品% #9 和 #7 年采集土样的时间
一致!均为 9 月份在水库水位退至海拔 %!< O之后%
测试内容包括& 土壤密度’最大持水量’毛管持
水量’田间持水量’毛管孔隙度!非毛管孔隙度和总
孔隙度% 测定方法按照中华人民共和国林业行业标
准中,森林土壤水分 A物理性质的测定 - "国家林
业局!#测定规程进行%
ABED数据整理和统计分析
数据整理和统计分析等用 )@’)0和 &d&& %"5软件完成%&’()’(,-4&’,*/ #4’(,-2(1(’,*/ ,AFFG #4AFFH
测定指标
(4VM_MK
年份
GMEU
海拔
,0WHW3VMeO
秭归县土层 &/H00EXMU/TfHF3HeYO 巫山县土层 &/H00EXMU/TS3KLE4eYO
; %;# #;= 均值QME4 ; %;# #;= 均值QME4
#9>E %1%#E %1%"E %17密度CM4KHWXe"F.YOA=
?%<" %1!EE %1%#E %1#%E %1%!
#$$7
>%8# %1=7E %1=
?%<" !918=E !!1!E!<17E !<17< #7>9
>%<" O !<1=8E !!1""E !%1\/U/KHWXe: ?%<" O !!1=8E !=1!"E !!1
>%<" O =19%E %1#9E %1!=E #1%8 71!!E "1<%E <1%"E 81!非毛管孔隙度∗/4]YE\H0EUX?1<9E 1<7E19< 8177E =18"E #1"=E !187
\/U/KHWXe: #7>9 年调查时!消落带海拔 %<" O以下区域经
受了 # 个水位涨落周年的影响% 测定结果"表 %显示!秭归县九曲垴样地未受水位涨落影响区域"海拔的土壤密度总体平均值为 %1!!
F.YOA=# 受水位涨落影响区域 "海拔 %<" O以下土壤密度的总体平均值为18:# 巫山县龙江样地未
受水位涨落影响区域土壤密度为 %17F.YOA=!受水位涨落影响区域的土壤密度为7年三峡水库最高水位上升到可
以看出!随着水位涨落周年的增加!受水位涨落影响
"海拔 %8# O以下区域和未受水位涨落影响"海拔区域土壤密度之间的差距进一步拉大%
其中!秭归县九曲垴样地受水位涨落影响 "海拔
%8# O以下区域的土壤密度总体平均值为
F.YOA=!未受水位涨落影响"海拔 %8# O以上区域的土壤密度总体平均值为17< F.YOA=%
受水位涨落影响区域和未受水位涨落影响区域
不同土层土壤密度的变化与土壤密度总体平均值变
化趋势相一致% #7 年测定结果显示& 秭归县九曲 = 林 业 科 学 !" 卷6 垴样地受水位涨落影响区域的 $ ;%$!%$ ;#$ 和 #$ ;=$ YO土层的土壤密度分别比未受水位涨落影 响区域同一土壤层次的土壤密度分别增加了 !:! %%:和 %!:% 巫山县龙江样地受水位涨落影响区 域的 $ ;%$!%$ ;#$ 和 #$ ;=$ YO土层的土壤密度 分别比未受水位涨落影响区域同一土壤层次的土壤 密度增加了 %":!%8:和 %9:% 方差分析结果表 明!秭归县九曲垴样地受水位涨落影响区域的 $ ; %$ 和 %$ ;#$ YO土层和巫山县龙江样地受水位涨 落影响区域的 $ ;%$!%$ ;#$ 和 #$ ;=$ YO土层的 土壤密度与同一样地未受水位涨落影响区域同一土 层的土壤密度之间在 $1$< 水平上差异显著% 消落带土壤孔隙度的变化总体表现为& 受水位 涨落影响区域的土壤总孔隙度’毛管孔隙度和非毛 管孔隙度均小于未受水位涨落影响区域% #7 年
测定结果表明!秭归县九曲垴样地受水位涨落影响
区域的土壤总孔隙度比未受水位涨落影响区域约减
少了 #%:!毛管孔隙度约减少了 #!1=:!非毛管孔
隙度约减少了 =<:# 巫山县龙江样地的土壤总孔隙
度约减少了 %9:!毛管孔隙度约减少了 %%1=:!非
毛管孔隙度约减少了 <=:%
方差分析结果表明!#9 年受水位涨落影响区 域和未受水位涨落影响区域各土层的土壤总孔隙 度’毛管孔隙度和非毛管孔隙度之间存在一定的差 异!但未达到 $1$< 水平上的显著程度# #7 年!除
秭归县九曲垴样地受水位涨落影响区域和未受水位
涨落影响区域中 #;= YO土层的非毛管孔隙度未
达到差异极显著程度外!其他土壤各层的各项指标
之间均在 1< 水平上达到显著差异%
EBAD消落带土壤持水特性的变化
对消落带固定监测样地受水位涨落影响和未受
水位涨落影响区域的土壤最大持水量’毛管持水量
和田间持水量的测定结果及差异显著性检验见
表 #%
表 ADAFFG 和 AFFH 年土壤持水特性变化
9#>IAD!"#% 0"#1#0*&1,’*,0’,AFFG #4AFFH
指标
(4VM_MK
年份
GMEU
海拔
,0WHW3VMeO
秭归县土层 &/H00EXMU/TfHF3HeYO 巫山县土层 &/H00EXMU/TS3KLE4eYO
; %;# #;= 均值QME4 ; %;# #;= 均值QME4
#9>1"#E =%1918"E !819=E=97189E!<"1!"O/HKW3UMYE\EYHWXe"F.‘FA #7> "981#=E "=1$E "9%1=
#$$9
>%<" =!81"8E =$"1%$E #9%1#$E =%%1"" 毛管持水量’E\H0EUX ?%<" ==91<%E #7"1"8E =$"1$
还是巫山县龙江样地!受水位涨落影响"海拔 %<" O
以下区域和未受水位涨落影响"海拔
区域的土壤持水特性的各项测定指标总体上呈下降
趋势% #7年!秭归县九曲垴消落带样地受水位涨落影响"海拔9 年受水位涨落
影响区域和未受水位涨落影响区域各土层的土壤最
大持水量’毛管持水量和田间持水量之间表现出一
定的差异!但未达到 1< 水平上的显著差异程度#
#7年受水位涨落影响区域和未受水位涨落影响区域各土层的各项土壤持水特性测定指标!均在$1$<水平上达到显著差异7# 杨会侠等!#8# 梁伟等! #"# 植被的逆行演替会导致土壤结构稳定性下 降!土壤密度增加!表土砂化"秦钟等!##% 三峡
库区消落带林地的枯落物经水库水位反复涨落!在
加之缺少密集植被的阻留!基本上被冲刷贻尽% 缺
乏枯落物覆盖!土壤抵抗水流的冲刷能力就会相应
减弱!这也是加剧土壤物理性状发生改变的一个间
接影响因素%
按水位高程!因地制宜!选择恰当的植物种类!
进行植被的培育和恢复建设!是三峡库区实现充分
利用消落带资源’改善消落带生态环境状况和促进
库区经济社会可持续发展的目标% 消落带不同水位
高程地带的土壤受库水浸泡和受波浪冲击的时间长
短不同!土壤物理性质的变化程度有很大差别!掌握
消落带不同水位高程地带的土壤物理特征和变化趋
势!对于明确消落带植被建设的战略思路和建设重
点及其应采取的对策!具有重要的指导作用和实践
意义%
三峡库区消落带地域广阔!类型多样!今后有必
要分消落带类型开展土壤物理性质动态监测工作%
土壤化学’土壤生物’植被也应纳入监测范围!以进
一步为消落带植被建设和生态环境建设提供更多的
科学依据%
参 考 文 献
傅杨武!陈明君!祁俊生5#91重金属在消落带土壤水体系中的迁 移研究5水资源保护! #!"<$& 9 A%%5 国家林业局5#5中华人民共和国林业行业标准A森林土壤分析方 法5北京& 中国标准出版社5 何6谨!段义字5#95退耕还林还草区坝地土壤理化性状分布特征 分析5水土保持学报!##""& %!A85
黄承标!何6斌!梁怀军5%7775尾叶桉人工林取代灌草植被对土壤物
理性质的影响5西南林学院学报! %7"!& #%< A#%95 黄志刚!李峰瑞!曹6云!等5#85南方红壤丘陵区杜仲和油桐人工林水土保持效应的比较5林业科学!!="9& 9 A%!5
蒋德明!曹成有!押田敏雄!等5#95科尔沁沙地沙漠化过程中植被 与土壤退化特征的研究5干旱区资源与环境!## "%$ $& %<" A%"%5 梁6伟!白翠霞!孙保平!等5#"5黄土丘陵沟壑区退耕还林"草区土壤水分A物理性质研究5中国水土保持!"=& %8 A%95
聂立水!李吉跃!戴6伟5#85北京西山油松栓皮栎混交林的土壤水分特征5林业科学!!="增刊#5土壤物理性质变化简析5海南大学学报& 自然
科学版! #"!& =9 A=9!5
王新宇!王庆成5#95水曲柳落叶松人工林近自然化培育对林地土壤理化性质的影响5林业科学!!!"85不同退耕还林模式对地表径流及
土壤物理性状影响的研究5吉林林业科技! =""!& #7 A==5 杨6越!孙保平!郭建英!等5#75黄土丘陵区不同退耕模式对土壤 物理性状影响研究+以甘肃定西市为例5中国农学通报!#< "%"& 77 A%<5 查小春!唐克丽5#=5黄土丘陵林地土壤侵蚀与土壤性质变化5地理学报!<9"=& !"! A!"75
詹艳慧 !王里奥!焦艳静5#"5三峡库区消落带土壤氮素吸附释放 规律5重庆大学学报& 自然科学版! 9& %$ A%=5 张金池5#85长江中下游山地丘陵区植被恢复与重建5北京& 中国
林业出版社5
张6猛!张6健!徐6雄!等5#"5土壤管理方式对果 A草人工生态 系统土壤性质影响5林业科学!!#"9$& !! A!75 .M4‘EWEYLE0EO,! 2EXN! )HhHG5#<5(O\EYW/TUH\EUHE4 ^3TMUa/4MK
/4 ZEWMU R3E0HWX E4V EKK/YHEWMV OE4EFMOM4WY/4KHVMUEWH/4K5
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