太行山干旱山区不同人工林土壤水份特征

太行山干旱山区不同人工林土壤水分特征摘要为了了解不同林分土壤水资源的变化规律，为太行山干旱山区植被恢复提供科学依据。

结果表明：1）各种林分类型的土壤容重、孔隙度和渗透速率等表征土壤水文物理性质的指标，明显好于无林地，其中混交林好于纯林. 2）在旱季和雨季，随着土壤深度的增加，大部分要分土壤含水量呈现递减趋势，其变动幅度小于无林地。

3）随着土壤深度的增加，各森林类型土壤饱和持水量逐渐减小；混交林表层土壤蓄水功能最好，其他林分各层次差异较小；在涵养水源和水分有效性方面，混交林优于纯林。

关键词太行山；干旱山区；人工林；土壤水分：土壤入渗；土壤孔隙度
土壤是森林生态系统的重要组成部分，对森林的生态环境效应具有积极意义。

土壤水分是流域水量平衡乃至地区水文循环中的重要因子，是生态系统中最活跃、最有影响的因素之一。

随着SPAC概念的产生，有关土壤水分研究的基本概念和内容都有很大的突破和深入。

在土壤水分研究中，中国对西北地区水分问题的研究已经比较深入，形成了较完整的体系，在北方石质山区，也有较多关于森林涵养水源功能和土壤水分的研究；但涉及太行山干旱山区不同林分土壤水分特征的研究报道不多，因面相对缺乏林分合理经营管理的依据。

太行山地区是华北平原及京津的重要生态屏障，但由于该地区干旱土薄、林分破坏严重，植被覆盖率下降；同时，近年来的各种开发建设活动日趋频繁，将具备一定水土保持功能的自然地理环境加以人为强制性改变，降低了水源涵养能力，进一步恶化生态环境，太行山干旱山区土壤水资源日趋缺乏；因此尽快重建山区森林植被并充分发挥其水源涵养功能，成为改善太行山区生态环境的重要途径之一。

为此，我站对现有人工林的土壤透性能、土壤水分时空变化及贮蓄水分能力进行对比研究，以了解不同林分土壤水资源的变化规律，在干旱的气候、土壤环境中为林木的生长创造出相对比较适宜的土壤水环境，使降水较少的干旱、半干旱地区也能建立起相对稳定、生长快速的人工林生态系统，提高经济林的产量和品质。

为太行山干旱山区植被空间分布格局，及造林、营林技术理论指导和科学依据。

a)材料与方法
1.1研究区概况
1.2试验材料
1996年5月中旬和8月中旬，在研究区内选取有代表性的4种不同林分进行实验观测，另选1处无林地作为对照。

按不同林分的坡度、坡向、坡位、土壤、林分郁闭度等因子，选取12个内型样地（每种林分选3个标准样地，每个标准地规格20m ×20m 。

所选4种试验地，坡向均为阳坡，坡位为山坡中部，土壤类型为褐土，土层厚度30cm 。

5种林分类型分别为松树纯林、柏树纯林、刺槐纯林、侧柏＋刺槐混交林，其中混交方法为行间混交，混交比例均为1：1。

试验区林分的造林时间及管理措施基本相同，树龄有25年左右，林分密度为1000～1200株/hm 2，基本概况见表1。

表1人工林样地基本情况表
1.3研究方法
在各标准地内，按S 型均匀布设5试验样点，分层进行各指标的观测。

1）土壤含水量：烘干法。

2）土壤容重、孔隙度等物理性质指标：环刀法。

采用下式计算出毛管蓄水
量、饱和蓄水量等土壤蓄水性能指标，即：h P W c C 1000=
h P W t t 100
0= 式中：c W 为土壤水分毛管蓄水量，mm ；t W 为饱和蓄水量，mm ；c P 为总孔隙度，﹪；h 为计算土层深度，m 。

3）水分入渗性能：渗透环法测定，单环逐次定量加水。

入渗性能参数计算
公式为
i i i St q v /10= t h K /=θ
t h K K )03.07.0/()03.07.0/(10θθθ+-+=
式中：i v 为每次重复测定的渗透速率，mm/min ；i q 为入渗水量，Ml ；i t 为入渗时间，min ；S 为渗透环断面面积；cm 2；θK 为实测水温下的渗透系数，mm/min ；10K 为水温10℃下的渗透系数，mm/min ；h 为渗透锋面深度，mm ；t 为渗透所用总时间，min ；θ为测定所用水的水温，℃。

2 结果与分析
2.1 林地土壤容重和孔隙度
土壤容重与孔隙度是反映土壤物理性质的重要参数，两者直接影响着土壤蓄水和通气性能。

土壤容重越小，孙隙度越大，说明土壤发育良好，利于水分保持与渗透，并间接影响到土壤肥力状况。

表3 各林分土壤水分物理特征参数
由表3可以看出，有林地不同层次的土壤容重和孔隙状况相差较大。

随土层深度的增加，土壤容重也随之越大，表层土壤较为疏松。

从土壤容重均值看，柏树＋刺槐混交林地＜刺槐纯林地＜侧柏纯林地＜油松纯林地＜无林地。

不同林地土壤容重变动范围为1.09～1.33g/cm 3,都小于无林地土壤容重（1.475g/cm 3）。

侧
柏＋刺槐混交林表层（0～10cm）土壤容重最小为1.09 g/cm3，纯林在1.16～1.29g/cm3之间，无林地则高达1.43g/cm3；混交林下层土壤容重为1.18 g/cm3，纯林地下层土壤容重为1.31～1.40g/cm3之间，无林地为1.52g/cm3。

有林地表层（0～10cm）土壤孔隙比表现为：侧伯＋刺槐混交林地（1.66）＞刺槐纯林地（1.27）＞柏树纯林地（1.15）＞松树纯林地（1.05）＞无林地（0.86），各土层平均值的大小顺序相同。

表明有林地土壤透水性、通气性和持水能力比较协调，既有利于林分生长发育，又有较好的涵养水源功能。

2.2林地土壤水分入渗
土壤水分入渗过程和渗透能力决定了降雨进程再分配中地表迳流和土壤储
水性，在干旱山区，林业发展的主要途径是充分有效地利用自然降水、减少地表径流、增加土壤水分。

林地土壤水分入渗速率是反映涵养水源功能的重要参数，它与土壤质地、结构、孔隙度、有机地含量和土壤湿度有关，入渗速率高的土壤，可以保证较多的降水渗入土壤中贮存，或形成壤中流、地下径流，减少了地表径流损失。

由图1可以看出，有林地土壤的入渗速率明显高于无林地。

无林地的渗透系K最小，为3.18mm/min；有林地土壤渗透系数从大到小的顺序为：侧伯＋刺数
10
槐混交林＞刺槐林＞侧伯林＞油松林＞无林地，另外还可以看出，有林地土壤初渗速率与稳速率差异较大，而无林地初渗与稳渗数值基本一致，这可能与有林地土壤有机质含量较高、具有较高含量的土壤黏粒，遇水或干燥时具有收缩、膨胀的能力，从而造成渗透时初渗速率大于稳渗速率有关。

图1各人工林类型的土壤渗透性能
2.3林地土壤水分含量
森林土壤水分含量用其时空动态变化，是区域水循环及水量平衡各环节共同作用，而达到动态平衡的结果，它影响着土壤养分的在形式和运移状况，对林木生长影响圈套。

森林土壤水分状况，不仅受气候、地形和土壤物理性质等影响，还受林分组成、郁闭度及枯枝落叶厚度等林分特征制约。

由表3可以看出，各林地全剖面平均含水量在旱季和雨季差异较大。

表3 1996年各林分土壤水分时空变化规律
图3　雨季各样地土壤含水量剖面图
510152025300～10cm
10～20cm
20～30cm
土壤含水量
在旱季，有林地不同层次土壤水分均大于无林地，不同层次土壤水分均值大小表现为：侧柏＋刺槐混交林＞刺槐纯林地＞柏树纯林地＞松树纯林地＞无林地，这与无林地无植被覆盖，蒸发量大，导致土壤水分流失较快有关。

从土壤水分空间变化看，随着土层深度的增加，混交林地土壤含水量均表现出下降趋势，
0～10cm土层和10～20cm土层土壤含水量相差很小。

这与表层枯枝落叶层厚度大，林分郁闭度大，土壤蒸发量小有一定关系。

而土壤下层水分含量降低原在可能与旱季的林木蒸腾耗水量大，根系层的土壤水分消耗较多的的原因。

而纯林地和无林地表层土壤含水量低于下层土壤这与纯林地和无林地表层枯枝落叶少，土壤蒸发较快有关。

表层土壤水分受自然因素影响很大，所以其水分运动及干燥变化十分活跃。

从土壤水分时间变化看，各样地雨季土壤含水量平均比旱季高出61﹪。

这说明干旱山区土壤水分对降雨有很强的依赖性。

在雨季，有林地各土层的土壤含水量明显高于无林地，各土层含水量均值大小表现为：侧柏＋刺槐混交林＞刺槐纯林地＞侧柏纯林地＞油松纯林地＞无林地。

从空间变化看，随着土壤深度的增加，有林地和无林地土壤水分均表现出下降的趋势，但有林地下降幅度较大（表层土壤含水量明显高于中、下层）、无林地的下降幅度最小（各土壤层次差别较小）。

另外，各林分之间，地表层土壤含水量明显大于土壤下层。

这可能与林地表层土壤含水量更多地受林下降雨和土壤蒸发的影响有关；而林地下层土壤水分更多地受降雨入渗和植物蒸腾耗水的影响。

由此可见，林地土壤水分变化比较复杂，同时受大气降雨、水分入渗、植被蒸腾和土壤蒸发的综合作用，以及土壤物理特性的影响，从而导致土壤水分的垂直分布格局在不同的季节，呈现不同的变化规律。

2.4林地土壤持水和蓄水
森林土壤是水分贮存的主要场所，林地持水和蓄水性能，是反映森林保持水分和涵养水源能力的重要特征之一。

从土壤保水能力看，毛管孔隙中的水分可以长时间保持在土壤中，主要用于植物根系吸收和土壤蒸发。

从土壤蓄水能力看，非毛管孔隙度能较快的容纳降水并及时下渗，更加有利于涵养水源。

2.4.1土壤持水能力各种林地土壤的持水能力，均高于无林地（表4）。

有林地全剖面饱和持水量均值在30.88﹪（油松纯林）～46.02﹪（侧伯＋侧槐混交林）之间；毛管持水量与饱和持水量的比值（简称毛/饱比值）是衡量土壤水分供应状况的重要指标，不同林地的毛/饱比值变动在0.63（侧柏＋刺槐混交林地）～0.79（油松单纯林）之间，说明它们的供水性能差别不大。

从持水能力的空间变化看，随着土壤深度增加，林分的土壤饱和持水量均出现减小趋势。