北京密云山区典型林地土壤入渗特性
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1 Key Laboratory of Soil and Water Conservation &Desertification Combating of Ministry of Education , School
of Soil and Water Conservation , Beijing Forestry University , 100083 , P. R. China ;
收稿日期 :200922012204 http :ΠΠwww. bjfujournal . cn ,http :ΠΠjournal . bjfu. edu. cn 基金项目 :北京市教育委员会“基于首都圈森林生态系统定位站平台的林木耗水研究”、国家林业局重点科研项目 (20062269) 、国家林业局 林业公益 性 行 业 科 研 专 项 经 费 项 目 ( 200804022 ) 、“十 一 五 ”国 家 科 技 支 撑 计 划 项 目 ( 2006BAD03A0201 ) 、北 京 市 科 技 计 划 重 大 项 目 (D0706001000091) 。 第一作者 :席彩云 。主要研究方向 :林业生态工程 、水土保持 。电话 :0102262348929 Email :xicaiyun123 @163. com 地址 :100083 北京林业大 学 586 信箱 。 责任作者 :余新晓 ,教授 ,博士生导师 。主要研究方向 : 森林水文 、水土保持 。电话 : 0102262338846 Email : yuxinixao111 @1261com 地址 : 100083 北京林业大学水土保持学院 。
2 材料与方法
中心试验区位于密云山区水源涵养林附近 ,共 选择了 4 块布设在中心试验区的标准地 (20 m ×20 m) ,对其林地土壤的结构和入渗特性进行研究 。各 标准地的基本情况见表 1 、2 。
林分类型
刺槐林 侧柏林 针阔混交林 灌木林
表 1 典型林分标准地的基本情况 TABLE 1 Basic information of sample plots of typical forest stands
密云水库是北京城市生活用水的主要来源 ,其 供水量占城市生活用水的 65 %以上 ,是整个市区居 民生产 、生活和北京城市建设 、发展的生命线 。密云 水库周边水源涵养林均为人工林 。近年来 ,密云水 库水质下降 ,已威胁到北京市民的饮用水安全 ,这是 因为地表径流带走大量氮磷营养盐进入水库 ,使水 库氮磷超标 ,发生富营养化[142216] 。
壤入渗的两个重要因素[3225] 。不同植被类型覆盖下 的土壤入渗性能有显著差异[6227] 。土壤入渗性能与 土壤侵蚀有着紧密的联系 ,是土壤抗侵蚀体的内在 因素之一 ,也是研究地表径流和坡面侵蚀的起点 ,探 讨流域产流机制的基础与前提[8229] 。因此 ,研究土壤 入渗性能对认识区域产汇流有重要意义 。目前 ,尽 管国内学者就入渗问题进行了许多研究 , 但多集中
起源
坡度Π(°)
海拔Πm
土壤
土层厚度Πcm 平均胸径Πcm 平均高Πm
郁闭度Π%
人工
23
205
轻壤
35
17
1013
85
人工
Байду номын сангаас23
200
中壤
30
27
517
90
人工
22
200
轻壤
60
11
610
90
人工
25
195
轻壤
50
1
019
85
林分类型 刺槐林 侧柏林 针阔混交林
灌木林
主要树种 刺槐
表 2 典型林分基本组成 TABLE 2 Basic compositions of typical forest stands
2 Forestry Station in Miyun Forestry Bureau of Beijing , 101500 , P. R. China. Soil infiltration characteristics in mountainous areas of Miyun , Beijing were studied with double2ring
XI Cai2yun1 ; YU Xin2xiao1 ; XU J uan1 ; ZHANG Zhen2ming1 ; ZHU Jian2gang1 ; WANG Chen1 ; PANG Zhuo1 ; WANG Na2li2 . Soil infiltration characteristics of typical plantations in mountainous area of Miyun , Beijing. Journal of Beijing Forestry University (2009) 31 (5) 422247 [ Ch , 25 ref . ]
本研究利用野外原位试验和室内分析相结合的 方法 ,选择密云水库 4 种典型水源涵养林进行土壤 双环入渗试验 ,从土壤因子的角度分析密云水库水 源涵养林土壤入渗性能 ,分析不同植被对土壤入渗 性能的影响 , 以期对深入研究区域尺度的土壤侵蚀 问题提供基础 ,为密云水库水源涵养林的营造和树 种的选择提供科学的理论依据 。
土壤入渗是指降雨后落到地面上的雨水从土壤 表面渗入土壤形成土壤水的过程 ,它是降雨 —径流 循环过程中的关键一环 ,是降水 、地表水 、土壤水和 地下水相互转化过程的一个重要环节[1222] 。因此 ,土 壤入渗是分析土壤侵蚀过程的重要参数 ,同时也是 营造水源涵养林时需认真考虑的因素 。影响土壤入 渗的因素很多 ,植被类型及土壤理化性质是影响土
雀儿舌头 ( Leptopus chinensis)
核桃 ( Juglans regia) 黄栌
杜梨 ( Pyrus betulifolia) 山杏
荆条 酸枣 孩儿拳头 小叶鼠李 ( Rhamnus parvifolia)
主要地被物
茜草 ( Rubia cordifolia) 狗尾草 ( Setaria viridis) 大油芒 ( Spodiopogon sibiricus)
(1 水土保持与荒漠化防治教育部重点实验室 , 北京林业大学水土保持学院 2 北京市密云县林业工作站)
摘要 :利用双环法对北京密云山区 4 种典型林地 (刺槐林 、侧柏林 、针阔混交林和灌木林地) 进行原位测试 ,研究其 土壤入渗规律 。结果表明 :利用 Horton 公式对土壤入渗过程的拟合精度高于 Philip 方程 ;土壤含水量与土壤初渗速 率呈极显著的负相关 ,但与稳渗速率关系并不显著 ;土壤稳渗速率与土壤密度呈负相关 ,与土壤有机质含量和孔隙 度呈正相关 ;4 种典型林地土壤稳渗率的顺序为灌木林地 (4193 mmΠmin) > 刺槐林地 (4123 mmΠmin) > 针阔混交林 地 (4118 mmΠmin) > 侧柏林地 (3109 mmΠmin) 。 关键词 :林地土壤 ; 土壤入渗 ; 入渗模型 中图分类号 :S71412 文献标志码 :A 文章编号 :1000221522 (2009) 052200422206
第 31 卷 第 5 期 2009 年 9 月
北 京 林 业 大 学 学 报 JOURNAL OF BEIJ ING FORESTRY UNIVERSITY
Vol. 31 , No. 5 Sep. , 2009
北京密云山区典型林地土壤入渗特性
席彩云1 余新晓1 徐 娟1 张振明1 朱建刚1 王 琛1 庞 卓1 王纳丽2
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
第5期
席彩云等 : 北京密云山区典型林地土壤入渗特性
43
于黄土高原地区等水土流失较严重的区域[102213] ,而 对于水源涵养林林地土壤的入渗特性研究较少 。
method based on field investigation in four typical plantations ( Robinia pseudoacacia , Platycladus orientalis , conifer2broadleaf mixture , and shrubs) . Results showed that fitting precision with Hortonπs model was higher than that with Philipπs equation. Soil moisture content was found to have a negative correlation with initial infiltration rate , but not with steady2state infiltration rate. A negative correlation was observed between steady2 state infiltration rate and soil bulk density , but a positive one between steady2state infiltration rate and soil organic matter as well as porosity. The order of steady2state infiltration rate of the four typical forestland was shrub land ( 4193 mmΠmin) > R. pseudoacacia land ( 4123 mmΠmin) > conifer2broadleaf mixture land (4118 mmΠmin) > P. orientalis land (3109 mmΠmin) . Key words forestland soil ; soil infiltration ; infiltration model
1 研究区概况
试验区位于北京密云山区密云水库水源涵养林 附近 , 地 理 位 置 为 东 经 116°48′～ 117°30′, 北 纬 40°30′～41°45′。林区内山峦绵延 ,高差大 ,地形复 杂 ,岩石分布按海拔递增交错分布有花岗岩 、石灰
岩 、凝灰岩 、砂岩及砾岩 。土壤类型有褐土型耕作土 和淋溶褐土 ,前者无腐殖质 ,后者表层腐殖质含量较 高 ;部分地区也有暗棕壤分布 ;pH 值 614～814 。属 于典型的暖温带半湿润大陆季风性气候 ,年平均气 温 1015 ℃,无霜期 176 d ,日照总时数2 800 h 。多年 平均降雨量为 663 mm ,最大年降雨量为1 104 mm , 降水分布不均 ,年际变化大 ,80 %集中在 6 —8 月 ,且 往往集中在强度大的几次暴雨或连阴雨中 。林区内 植被 主 要 包 括 刺 槐 ( Robinia pseudoacacia) 林 、油 松 ( Pinus tabulaeformis) 林和侧柏 ( Platycladus orientalis) 林 。林区森林覆盖度达 8715 % ,主要树种有油松 、 侧柏 、刺槐 、栓皮栎 ( Quercus variabilis) 、黄栌 ( Cotinus coggygria ) 、山 桃 ( Prunus davidiana ) 、山 杏 ( P1 sibirica) 、元 宝 槭 ( Acer truncatum ) 、槲 树 ( Q. dentata) 。已郁闭成林 ,形成了良好的森林环境 。该 区具有较好的树种资源和土壤水分条件 。
主要下木
荆条 ( Vitex hegundo) 酸枣 ( Ziziphus jujuba var. spinosa)
孩儿拳头 ( Grewia biloba)
侧柏
多花胡枝子 ( Lespedeza floribunda) 荆条 酸枣
孩儿拳头
油松 槲树
三裂绣线菊 ( Apiraea trilobata) 孩儿拳头
of Soil and Water Conservation , Beijing Forestry University , 100083 , P. R. China ;
收稿日期 :200922012204 http :ΠΠwww. bjfujournal . cn ,http :ΠΠjournal . bjfu. edu. cn 基金项目 :北京市教育委员会“基于首都圈森林生态系统定位站平台的林木耗水研究”、国家林业局重点科研项目 (20062269) 、国家林业局 林业公益 性 行 业 科 研 专 项 经 费 项 目 ( 200804022 ) 、“十 一 五 ”国 家 科 技 支 撑 计 划 项 目 ( 2006BAD03A0201 ) 、北 京 市 科 技 计 划 重 大 项 目 (D0706001000091) 。 第一作者 :席彩云 。主要研究方向 :林业生态工程 、水土保持 。电话 :0102262348929 Email :xicaiyun123 @163. com 地址 :100083 北京林业大 学 586 信箱 。 责任作者 :余新晓 ,教授 ,博士生导师 。主要研究方向 : 森林水文 、水土保持 。电话 : 0102262338846 Email : yuxinixao111 @1261com 地址 : 100083 北京林业大学水土保持学院 。
2 材料与方法
中心试验区位于密云山区水源涵养林附近 ,共 选择了 4 块布设在中心试验区的标准地 (20 m ×20 m) ,对其林地土壤的结构和入渗特性进行研究 。各 标准地的基本情况见表 1 、2 。
林分类型
刺槐林 侧柏林 针阔混交林 灌木林
表 1 典型林分标准地的基本情况 TABLE 1 Basic information of sample plots of typical forest stands
密云水库是北京城市生活用水的主要来源 ,其 供水量占城市生活用水的 65 %以上 ,是整个市区居 民生产 、生活和北京城市建设 、发展的生命线 。密云 水库周边水源涵养林均为人工林 。近年来 ,密云水 库水质下降 ,已威胁到北京市民的饮用水安全 ,这是 因为地表径流带走大量氮磷营养盐进入水库 ,使水 库氮磷超标 ,发生富营养化[142216] 。
壤入渗的两个重要因素[3225] 。不同植被类型覆盖下 的土壤入渗性能有显著差异[6227] 。土壤入渗性能与 土壤侵蚀有着紧密的联系 ,是土壤抗侵蚀体的内在 因素之一 ,也是研究地表径流和坡面侵蚀的起点 ,探 讨流域产流机制的基础与前提[8229] 。因此 ,研究土壤 入渗性能对认识区域产汇流有重要意义 。目前 ,尽 管国内学者就入渗问题进行了许多研究 , 但多集中
起源
坡度Π(°)
海拔Πm
土壤
土层厚度Πcm 平均胸径Πcm 平均高Πm
郁闭度Π%
人工
23
205
轻壤
35
17
1013
85
人工
Байду номын сангаас23
200
中壤
30
27
517
90
人工
22
200
轻壤
60
11
610
90
人工
25
195
轻壤
50
1
019
85
林分类型 刺槐林 侧柏林 针阔混交林
灌木林
主要树种 刺槐
表 2 典型林分基本组成 TABLE 2 Basic compositions of typical forest stands
2 Forestry Station in Miyun Forestry Bureau of Beijing , 101500 , P. R. China. Soil infiltration characteristics in mountainous areas of Miyun , Beijing were studied with double2ring
XI Cai2yun1 ; YU Xin2xiao1 ; XU J uan1 ; ZHANG Zhen2ming1 ; ZHU Jian2gang1 ; WANG Chen1 ; PANG Zhuo1 ; WANG Na2li2 . Soil infiltration characteristics of typical plantations in mountainous area of Miyun , Beijing. Journal of Beijing Forestry University (2009) 31 (5) 422247 [ Ch , 25 ref . ]
本研究利用野外原位试验和室内分析相结合的 方法 ,选择密云水库 4 种典型水源涵养林进行土壤 双环入渗试验 ,从土壤因子的角度分析密云水库水 源涵养林土壤入渗性能 ,分析不同植被对土壤入渗 性能的影响 , 以期对深入研究区域尺度的土壤侵蚀 问题提供基础 ,为密云水库水源涵养林的营造和树 种的选择提供科学的理论依据 。
土壤入渗是指降雨后落到地面上的雨水从土壤 表面渗入土壤形成土壤水的过程 ,它是降雨 —径流 循环过程中的关键一环 ,是降水 、地表水 、土壤水和 地下水相互转化过程的一个重要环节[1222] 。因此 ,土 壤入渗是分析土壤侵蚀过程的重要参数 ,同时也是 营造水源涵养林时需认真考虑的因素 。影响土壤入 渗的因素很多 ,植被类型及土壤理化性质是影响土
雀儿舌头 ( Leptopus chinensis)
核桃 ( Juglans regia) 黄栌
杜梨 ( Pyrus betulifolia) 山杏
荆条 酸枣 孩儿拳头 小叶鼠李 ( Rhamnus parvifolia)
主要地被物
茜草 ( Rubia cordifolia) 狗尾草 ( Setaria viridis) 大油芒 ( Spodiopogon sibiricus)
(1 水土保持与荒漠化防治教育部重点实验室 , 北京林业大学水土保持学院 2 北京市密云县林业工作站)
摘要 :利用双环法对北京密云山区 4 种典型林地 (刺槐林 、侧柏林 、针阔混交林和灌木林地) 进行原位测试 ,研究其 土壤入渗规律 。结果表明 :利用 Horton 公式对土壤入渗过程的拟合精度高于 Philip 方程 ;土壤含水量与土壤初渗速 率呈极显著的负相关 ,但与稳渗速率关系并不显著 ;土壤稳渗速率与土壤密度呈负相关 ,与土壤有机质含量和孔隙 度呈正相关 ;4 种典型林地土壤稳渗率的顺序为灌木林地 (4193 mmΠmin) > 刺槐林地 (4123 mmΠmin) > 针阔混交林 地 (4118 mmΠmin) > 侧柏林地 (3109 mmΠmin) 。 关键词 :林地土壤 ; 土壤入渗 ; 入渗模型 中图分类号 :S71412 文献标志码 :A 文章编号 :1000221522 (2009) 052200422206
第 31 卷 第 5 期 2009 年 9 月
北 京 林 业 大 学 学 报 JOURNAL OF BEIJ ING FORESTRY UNIVERSITY
Vol. 31 , No. 5 Sep. , 2009
北京密云山区典型林地土壤入渗特性
席彩云1 余新晓1 徐 娟1 张振明1 朱建刚1 王 琛1 庞 卓1 王纳丽2
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
第5期
席彩云等 : 北京密云山区典型林地土壤入渗特性
43
于黄土高原地区等水土流失较严重的区域[102213] ,而 对于水源涵养林林地土壤的入渗特性研究较少 。
method based on field investigation in four typical plantations ( Robinia pseudoacacia , Platycladus orientalis , conifer2broadleaf mixture , and shrubs) . Results showed that fitting precision with Hortonπs model was higher than that with Philipπs equation. Soil moisture content was found to have a negative correlation with initial infiltration rate , but not with steady2state infiltration rate. A negative correlation was observed between steady2 state infiltration rate and soil bulk density , but a positive one between steady2state infiltration rate and soil organic matter as well as porosity. The order of steady2state infiltration rate of the four typical forestland was shrub land ( 4193 mmΠmin) > R. pseudoacacia land ( 4123 mmΠmin) > conifer2broadleaf mixture land (4118 mmΠmin) > P. orientalis land (3109 mmΠmin) . Key words forestland soil ; soil infiltration ; infiltration model
1 研究区概况
试验区位于北京密云山区密云水库水源涵养林 附近 , 地 理 位 置 为 东 经 116°48′～ 117°30′, 北 纬 40°30′～41°45′。林区内山峦绵延 ,高差大 ,地形复 杂 ,岩石分布按海拔递增交错分布有花岗岩 、石灰
岩 、凝灰岩 、砂岩及砾岩 。土壤类型有褐土型耕作土 和淋溶褐土 ,前者无腐殖质 ,后者表层腐殖质含量较 高 ;部分地区也有暗棕壤分布 ;pH 值 614～814 。属 于典型的暖温带半湿润大陆季风性气候 ,年平均气 温 1015 ℃,无霜期 176 d ,日照总时数2 800 h 。多年 平均降雨量为 663 mm ,最大年降雨量为1 104 mm , 降水分布不均 ,年际变化大 ,80 %集中在 6 —8 月 ,且 往往集中在强度大的几次暴雨或连阴雨中 。林区内 植被 主 要 包 括 刺 槐 ( Robinia pseudoacacia) 林 、油 松 ( Pinus tabulaeformis) 林和侧柏 ( Platycladus orientalis) 林 。林区森林覆盖度达 8715 % ,主要树种有油松 、 侧柏 、刺槐 、栓皮栎 ( Quercus variabilis) 、黄栌 ( Cotinus coggygria ) 、山 桃 ( Prunus davidiana ) 、山 杏 ( P1 sibirica) 、元 宝 槭 ( Acer truncatum ) 、槲 树 ( Q. dentata) 。已郁闭成林 ,形成了良好的森林环境 。该 区具有较好的树种资源和土壤水分条件 。
主要下木
荆条 ( Vitex hegundo) 酸枣 ( Ziziphus jujuba var. spinosa)
孩儿拳头 ( Grewia biloba)
侧柏
多花胡枝子 ( Lespedeza floribunda) 荆条 酸枣
孩儿拳头
油松 槲树
三裂绣线菊 ( Apiraea trilobata) 孩儿拳头