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第41卷第1期东 北 林 业 大 学 学 报

Vol.41No.12013年1月JOURNAL OF NORTHEAST FORESTRY UNIVERSITY Jan.2013

1)甘肃省科技支撑计划项目(1104FKCE070)㊂

第一作者简介:郑子龙,男,1982年12月生,甘肃省小陇山林业科学研究所㊁甘肃小陇山森林生态系统定位研究站,助理工程师㊂

通信作者:蔺岩雄,甘肃省小陇山林业科学研究所㊁甘肃小陇山森林生态系统定位研究站,工程师㊂E -mail:[email protected]

收稿日期:2012年2月24日㊂责任编辑:任 俐㊂

甘肃小陇山林区不同森林类型土壤水分动态

1)

郑子龙 蔺岩雄 袁一超 高兴红 孟玉珂

(甘肃省小陇山林业科学研究所,天水,741022)

  摘 要 以小陇山林区栎类阔叶混交林㊁锐齿栎林㊁日本落叶松林㊁油松林及无林地5种森林土壤为研究对象,通过2011年对9个样点土壤水分长期定位观测,研究不同森林类型土壤水分动态变化规律㊂结果表明:大气降水和蒸散量是引起土壤含水量变化的主要因素,土壤含水量季节性变化趋势十分明显;坡位对林区不同森林类型土壤含水量无显著影响;不同层次土壤含水量差异显著,土层深(H )0≤H <20cm 的土壤含水量变化较为剧烈,但总体上其含水量大于20cm≤H <60cm 的土壤含水量;各个时期阔叶混交林㊁锐齿栎林土壤平均含水量较高,具有较强水土保持能力和显著水源涵养作用㊂

关键词 小陇山林区;森林类型;土壤水分动态分类号 S718.5

Soil Moisture Dynamics of Different Forest Types in Xiaolong Mountain Region in Gansu Province ,China /Zheng ZiLong,Lin Yanxiong,Yuan Yichao,Gao Xinghong,Meng Yuke(Research Institute of Xiaolong Mountain Forest Science and Technology,Tianshui 741022,P.R.China)//Journal of Northeast Forestry University.-2013,41(1).-51~54

Five kinds of forest soil of oak and broad leaved mixed forest,Quercus aliena var.acuteserrata forest,Larix kaempferi forest,Pinus tabulaeformis forest and non⁃forest land were investigated in Xiaolong Mountain region.Soil water dynamics variation law of different forest types were studied through nine plot observations of the soil moisture in 2011.The results showed that:Atmospheric precipitation and evapotranspiration are main factors for the change of soil moisture.The season⁃al variation of soil moisture content is clear.The effect of slope position on soil moisture for different forest types is not sig⁃nificant.There is significant difference in the soil moisture content of different soil layer (H ),at 0≤H <20cm,the change of soil moisture content is severe.On the whole,the soil moisture content at 0≤H <20cm is higher than that at 20≤H <60cm layer.Broad leaved mixed forest and Q.aliena var.acuteserrata forest have higher soil moisture content with strong soil and water conservation ability and significant water conservation function.

Keywords  Xiaolong Mountain region;Forest types;Soil moisture dynamics

  森林土壤是森林生态系统的重要组成部分[1],森林的分布及其生长过程都不同程度地受到森林土壤水分的影响[2]㊂森林各种林木所利用的水分绝大多数都是通过根系吸收土壤水分得到的,因此,土壤水分的供给成为林木生长和生存的制约因素[3-5]㊂小陇山林区是嘉陵江㊁渭河上中游地区重要的水源涵养林区,随着近年来小陇山林区天保工程㊁封山育林和荒山造林等森林保护和恢复工程的展开,使得小陇山林区植被覆盖率大为提高,但森林生态质量仍较低,林区水土流失情况较严重㊂文中通过对小陇山主要森林土壤类型水分动态特征的研究,揭示森林与土壤水分的关系,控制与改善森林水分状况,提高林区森林生态质量,为森林资源的合理经营和科学管理,以及水土保持综合效益的分析提供科学依据㊂

1 研究区概况

研究区位于小陇山林业科学研究所生态定位站

沙坝试验基地,隶属天水市秦州区娘娘坝镇李子园乡,地处小陇山林区中心地带,地理坐标东经105°

54′,北纬34°07′㊂海拔1550~2100m,属大陆性季风气候㊂总面积2117.0hm 2,年均降水量757mm,

平均相对湿度78%,平均年蒸发量1012.2mm,≥10℃有效积温2480℃㊂林分以锐齿栎天然次生林,日本落叶松㊁华北落叶松和油松人工林为主㊂境内山体较低,地势起伏小,平均坡度38°,土壤以山地褐土和山地棕壤土为主㊂

2 研究方法

2.1 标准地设置

2010年3 4月份进行野外调查,选择林区具

有代表性的林分类型 栎类阔叶混交天然次生林㊁锐齿栎天然次生林㊁日本落叶松人工林㊁油松人工林及无林地(以下简称阔叶混交林㊁锐齿栎林㊁落叶松林㊁油松林),通过线路调查,选择典型地段设置标准地[6],标准地面积为20m×30m㊂对标准地用GPS 确定地理位置㊁海拔高度,用罗盘仪和红外线测距仪进行样木定位,同时进行每木检尺,实测林木胸径㊁树高等,各林分标准地概况见表1㊂

2.2 土壤水分测定方法

土壤含水量:在各标地内用土钻分层取土,4月

1日 10月1日每隔10d左右重复测定㊂

土壤含水量动态变化:2011年在阔叶混交林㊁锐齿栎林㊁落叶松林㊁油松林及无林地5种标地内采用多剖面重复测定,用取土钻分层取土,从5月份开始,每10d左右取土样1次,3次重复㊂分层取样,分别按0≤H<10cm㊁10cm≤H<20cm㊁20cm≤H< 30cm㊁30cm≤H<40cm㊁40cm≤H<60cm土层取样(其中油松林因土壤层小于40cm,只取4层土样)㊂在105℃下烘干至恒质量,用精度为0.01g的电子天平称质量,计算土壤含水量,用以分析土壤水分的垂直动态特征和生长季内各层次间土壤水分与其间降水量的关系,测定工作在10月1日结束[7-8]㊂土壤自然含水率=原土质量-烘干土质量/烘干土质量㊂

表1 标准地基本情况

标准地号林分

类型

林龄/

a

海拔/

m

坡度/

(°)坡向坡位

树高/

m

胸径/

cm郁闭度树种组成土壤类型

1阔叶混交林26163931北上10.1013.40.80锐齿栎㊁千金榆㊁四照花山地褐土2阔叶混交林26163929北下10.1013.40.80锐齿栎㊁千金榆㊁四照花山地褐土3锐齿栎林28162837南上7.8420.30.70锐齿栎㊁油松山地褐土4锐齿栎林28162835南下7.8420.30.70锐齿栎㊁油松山地褐土5落叶松林30158725南上16.2014.90.60日本落叶松山地褐土6落叶松林30158722南下16.2014.90.60日本落叶松山地褐土7油松林25161138北上10.6014.20.65油松㊁多毛樱桃山地褐土8油松林25161136北下10.6014.20.65油松㊁多毛樱桃山地褐土9无林地山地褐土

2.3 降水量测定方法

采用标准雨量器进行人工观测㊂

3 结果与分析

3.1 不同森林类型土壤水分季节性变化规律

大气降水是林区土壤水分的唯一来源,土壤含

水量受降水季节性特点的影响也呈现出明显的季节

变化[9-10]㊂2011年4月10日至2011年9月27日,试验区不同森林类型土壤含水量动态变化如图1所

示㊂由图1可以发现,4月份不同森林类型土壤含

水量都大幅下降,从最高含水量39%降到了14%,

其原因可能为4月份的降水量较少,而同时植物也

开始抽芽发叶,土壤水分通过根系的吸收大量蒸腾消耗所致;2011年5月份至2011年10月份,除6月份降水量较少以外,5㊁7㊁8㊁9月份的降水量都达到了150mm以上,而不同森林类型土壤含水量开始呈现上下波动,表现出气温升高和植物新陈代谢和蒸腾作用都在大量地消耗土壤水分,表明森林土壤水分的季节动态变化主要受降水量㊁蒸发量㊁植物耗水等因素的影响,林分类型不同,各因素对土壤水分的影响情况也不相同㊂同时由图1可以看出,4月份小陇山4种主要森林类型中阔叶混交林㊁锐齿栎林的土壤含水量总体上保持较高水平,分析其原因可能是阔叶混交林㊁锐齿栎林林分枯落物较厚,保水性能优于日本落叶松林和油松林林分[11],无林地的土壤含水量最低㊂

图1 不同森林类型土壤水分动态变化曲线

3.2 不同森林类型土壤水分空间变化规律

3.2.1 坡位对土壤水分动态变化的影响

对试验区不同森林类型不同坡位土壤含水量进行统计分析(表2)[12],结果表明,不同森林类型㊁不同坡位之间土壤含水率的变化表现为,不同坡位同类型森林土壤含水率无显著性差异,只有日本落叶松林土壤上坡位与下坡位土壤含水量有显著性差异㊂分析其原因可能是日本落叶松上坡位由于水流冲刷导致土壤砂质量较大㊁土层厚度较浅,而下坡由于泥土淤积土层较厚,其土壤含水量高于上坡位㊂

25          东 北 林 业 大 学 学 报                第41卷

3.2.2 土壤水分垂直变化规律

一方面,土壤水分受降水量㊁气温㊁植物生长等

因素影响,随着季节变化而变化,另一方面,水分因

土壤本身结构㊁地被物等因素的影响,在空间上存在

垂直深度动态变化[13]㊂不同森林类型对土壤水分的剖面分布特征有重要影响,根系的分布区域决定

了不同样地土壤剖面水分分布区的数量和位置,植

物冠幅的形态决定了对表层土壤水分的保存能力,直接影响了表层土壤水分的含量[14]㊂

表2 不同森林类型土壤不同坡位土壤水分多重比较

坡 位

土壤含水量/%

阔叶混交林锐齿栎林油松林日本落叶松林上坡位(32.0±0.05)a(26.2±0.04)a(26.8±0.05)a(17.1±0.04)a 下坡位(32.9±0.02)a(26.9±0.03)a(23.2±0.04)a(34.0±0.05)b   注:表中相同字母表示差异不显著;不同字母表示差异显著(琢= 0.05)㊂

图2 土层对不同森林类型土壤含水量的影响35

第1期            郑子龙等:甘肃小陇山林区不同森林类型土壤水分动态

  由图2可以看出,不同森林类型土壤水分动态变化具有明显的差异,但从总体来看,它们都存在大致的变化规律,即不论何种林分及层次,其含水率的变化都与大气降水密切相关㊂其中,土层10cm≤H< 20cm土壤含水量受大气降水和植物蒸腾㊁土壤蒸发等作用的共同影响十分显著,表现为土壤含水量比20cm≤H<60cm土层波动剧烈㊂20cm≤H<60 cm土层的含水量波动则较为平缓,基本上保持在一个较为平稳的范围㊂但总体上阔叶混交林㊁锐齿栎林在土层0≤H<20cm的土壤含水量始终高于油松林㊁日本落叶松林及无林地的,分析其原因可能是阔叶混交林㊁锐齿栎林枯落物层较厚,减少了表层土壤水分的蒸发,而且阔叶林枯落物分解速度较针阔混交林快,有利于增加表层土壤的有机质含量㊁改善表层土壤结构㊁增加表层土壤的持水能力;而油松林㊁日本落叶松林及无林地枯落物层较薄,水分蒸发量较大㊂土层20cm≤H<60cm土壤含水量受大气降水和植物蒸腾㊁土壤蒸发影响较小,除林木根系水分吸收以外,水分含量基本稳定在一个较为平稳的范围㊂

3.3 最佳造林时间的分析

植物生长不可缺少土壤水分,充足的土壤水分是植物成活的必要条件[6,15]㊂由图1和图2可以看出,4月初本试验区由于气温升高使冬季的冰雪融化导致土壤含水量较高,达到了25%~40%,而5月份就会进入雨季,气温也不太高,保证了植物水分的吸收㊂同时,可以看出土层0≤H<20cm土壤也一直保持着较高的含水量,这为植物幼苗成活提供了有利因素㊂仅从土壤含水量分析本试验区最佳造林时间为4月10日前后㊂

4 结束语

研究发现大气降水㊁蒸散作用是引起土壤含水量变化的主要因素,土壤含水量季节性变化情况十分明显㊂各个时期阔叶混交林㊁锐齿栎林土壤平均含水量较高,具有较强水土保持能力和显著水源涵养作用,日本落叶松林及油松林次之㊂在观测期内,阔叶混交林月均土壤最低含水量在7月份,达到26.7%,月均最大土壤含水量在4月份,达到

32.3%;锐齿栎林月均土壤最低含水量在7月份,达到20.0%,月均最大土壤含水量在4月份,达到24.0%㊂

通过不同坡位土壤水分含量的对比发现,坡位对林区不同森林类型土壤含水量无显著性影响㊂小陇山林区不同层次土壤含水量差异显著㊂其中,土层0≤H<20cm的土壤含水量变化较为剧烈,但总体上其含水量大于土层20cm≤H<60cm的含水量;土层20cm≤H<60cm的土壤含水量波动则较为平缓,基本上保持在一个较为平稳的范围㊂

参 考 文 献

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