・园林花卉・植物 北方园艺２００９（４）：１７０～１７３ 不同封育类型灌木林地土壤物理性状研究 杨本琴，余新晓，岳永杰，高志亮 （水土保持与荒漠化防治教育部重点实验室北京林业大学，北京１０００８３） 摘要：研究了北京市密云县西沟林场封山育林地区不同封育措施灌木林地土壤物理性状 和土壤渗透性能。结果表明：在封造、封禁、封育３种封育措施的灌木林地中，土壤容重为：封造灌 木林地＞封禁灌木林地＞封育灌木林地，土壤总孔隙度、非毛管孔隙度、毛管孔隙度、饱和蓄水 量、有效涵蓄量、毛／饱和蓄水量的顺序为：封造灌木林地＜封禁灌木林地＜封育灌木林地。封育 灌木林地土壤初始入渗速率是封禁灌木林地的１．４５倍，是封造灌木林地的１．８５倍。前３０ ｍｉｎ 累积入渗量顺序为：封育灌木林地＞封禁灌木林地＞封造灌木林。从土壤物理性状和渗透性能 来看，封育措施能更好的改良土壤结构、降低土壤容重和增加土壤总孔隙度，提高灌木林土壤水 源涵养和理水调洪功能。 关键词：封山育林；土壤孔隙度；水源涵养；土壤入渗 中图分类号：Ｓ ７５５：Ｓ ７１８．５１ ６文献标识码：Ａ文章编号：１ＯＯ１一（）（）Ｏ９（２ＯＯ９）Ｏ４—０１７Ｏ一０４ 土壤层是森林水文效应的第三层次。土壤层水文 功能的强弱主要取决于土壤的土层厚度、土壤容重、孔 研究区位于北京市密云县西沟林场，其地理坐标为 东经１１７。１７ ３０”，北纬４Ｏ。３６ ３ ８， 。地势呈东南、西北走向， 东低西高，海拔２１０４１ ５８０ ｍ，属于低山、中山地带。平 隙度等物理性状 ］。土壤层是大气降水的主要蓄存库 和调节器。由于母岩、气候、地形、植被和生物等的不 同，导致土壤性质存在明显的差异，使土壤具有空间和 时间上的异质性；在较小的尺度上，主要受植被分布、微 立地以及人为或自然干扰的影响 。以往关于乔木林 均坡度２５。，个别陡坡达３５。以上。封育区土壤类型主要 为山地褐土，土壤层厚度为２０￣５０ ｃｍ，大多数属于薄土 层，基岩为石灰岩，植被破坏严重，疏林地多；水土流失 十分严重，立地条件很差。年平均降雨量６００￣９００ ｍｒｎ， ７Ｏ 的降雨量集中在７、８、９月。 １．２试验地基本特征 以及乔灌混交林对土壤物理性状的研究报道较多，关于 封山育林区不同封育措施对灌木林地土壤物理性状的 影响研究还不多见。１９８３年潮关西沟林场开始实施封 山育林，恢复该区的森林植被。试验研究了北京土石山 区封育地区封禁、封育、封造３种封育措施下，主要灌木 林地土壤的物理性状，分析比较了不同封育措施对灌木 为了把造成土壤本身性质空间异质性的因子最小 化，样地选择在相同母质形成的棕壤土上，土壤形成的 生物气候条件和立地条件大致相似。各样地内灌木群 落的优势种以荆条（Ｖｉｔｅｘ ｎｅｇｕｎｄｏ ｖａｒ．ｈｅｔｅｒｏｐｈｙｌｌａ）为 林地土壤物理性状、持水能力和渗透性能的影响，为水 源保护区灌木林经营管理模式提供理论支持。 主，主要分布在阳坡和半阳坡，是适应性特别强的灌木。 荆条的伴生灌木较多，有鼠李（Ｒｈａｍｎｕｓｄａｖｕｒｉｃ）、绣线 菊（（Ｓｐｉｒａｅａ ｓａｌｉｃｉ ｌｉ）、酸枣（Ｚｉｚｉｐｈｕｓ ｕｂｅ Ｍｉ１１）、胡 枝子（Ｌｅｓｐｅｄｅｚａ ｂｉｃｏｌｏ）等。样地基本情况见表１。 １研究地点自然概况 １．１ 自然概况 表ｌ 试验地的基本特征 ２研究方法 第一作者简介：杨本琴（１９８３一），女，云南昭通市人，硕士，主要研究 方向为林业生态工程。Ｅ－ｍａｉｌ：ｉａｍＹＢＯ＠１６３．ｃｏｍ。 试验以野外调查观测、采样与室内分析相结合的方 法，从土壤容重、土壤孔隙度、土壤持水能力和渗透性能 几个方面，对不同封育措施下的灌木林地土壤物理性质 变化特征进行分析。 ２．１样地调查 通讯作者：余新晓（１９６１一），男，甘肃省平凉人，教授，博士生导师， 主要研究方向为森林水文。Ｅ－ｍａｉｌ：ｙｕｘｉｎｘｉａｏ＠ｂｊｆｕ．ｅｄｕ．ｃｎ。 基金项目：国际科技合作资助项目（２００６ＤＦＡ ０１７８０）。 收稿日期：２ｏｏ８—１１—１Ｏ １７Ｏ 北方园艺２００９（４）：１７０～１７３ ２００７年６月分别设置４０ ｍＸ ４０ ＩＤ＿的３种封育措施 植物・园林花卉・ 时的１．１８ ｇ／ｃｍ￣，在封造灌木林地，土壤容重由０～ １０ ＣＩＸＩ时的１．１２ ｇ／ｃｍ￣增加到２Ｏ～４０ Ｃｉ＇Ｄ＿时的１．４３ ｇ／ｃｒｎｓ。这种变化趋势主要是由于随着深度的增加，土 典型固定样地各１块，测定其海拔、坡度、坡向、坡角，调 查林分的树种、郁闭度、胸径、树高、冠幅盖度和枯落物 厚度。 壤中有机质含量逐渐减少，土壤团聚性降低，增加了土 壤的紧实度；而且不同植被下土壤表层的枯落物组成、 分解状况和地下根系的生长发育存在差异，土壤的容重 ２．２土壤样本的采集及测定方法 土壤物理性质的测定：采用环刀法，在标准地内挖 掘土壤剖面，用环刀按照土层Ｏ～１０ ＣＩＴＩ、１０￣２０ ｃｉｎ、２Ｏ～ ４０ ＣＵ１分层取样，每个组合重复３次。确定土壤剖面特 征和土壤质地，调查样地内土层厚度、松紧度、结构等。 用烘干法测定土壤的自然含水量，土壤容重、毛管孔隙 与孑Ｌ隙度受土壤发育状况的影响，从而造成土壤物理性 质的差异 。 ３．２土壤孔隙度 土壤孔隙度的大小、数量及分配是土壤物理性质的 基础，也是评价土壤结构特征的重要指标¨８ｊ。由表２可 知，土壤总孔隙度变化趋势与土壤容重变化趋势相反， 即土壤总孔隙度都随着土壤层次的加深而逐渐减小，说 度、非毛管孑Ｌ隙度和持水性能用环刀浸水法测定。 ３结果与分析 ３．１不同封育类型灌木林地土壤容重 林地土壤物理性状是反映林分水土保持功能强弱 的重要指标 。土壤物理性状的优劣直接影响到土壤 持水和渗透能力，主要包括土壤容重、孑Ｌ隙度等指标 ］。 明表层土壤比较疏松。不同封育措施下，封育灌木林地 的土壤总孔隙度、土壤非毛管孔隙度、土壤毛管孔隙度 较封禁措施、封造措施灌木林地的都有不同程度的增 土壤容重是土壤紧实度的敏感性指标，也是表征土壤质 量的一个重要参数。它与土壤的孑Ｌ隙度和渗透率密切 相关ｌ６］。一般来说，容重小，土壤疏松，有利于拦渗蓄水， 减缓径流冲刷。容重大则相反。不同封育措施下，各灌 木林地土壤容重有较大差异。由表２看出，在Ｏ～４０ ＣＩＴｔ 加。从土壤总孔隙度来看，封育灌木林地（５５．２０ ）＞封 禁灌木林地（５１．５１ ）＞封造灌木林地（４１．５３ ），分别 增加了３．６９ ～１３．６７Ｖｏｏ。土壤毛管孔隙度以封育灌木 林地最大，为４７．２８ ，封造灌木林地最低，为３５．３Ｏ 。 毛管孔隙度越大，土壤中有效水的贮存容量越大，可供 树木根系利用的有效水分的比例增加。土壤非毛管孔 隙度均值排列顺序为：封育灌木林地＞封禁灌木林地＞ 封造灌木林地，分别为９．９５ 、７．７２ 和６．８１ 。非毛 土层内，土壤容重均值排列顺序为封造灌木林地＞封禁 灌木林地＞封育灌木林地，分别为：１．２６、１．１４、 ０．８８ ｇ／ｃｍ３，土壤容重增加了０．２６～Ｏ．３８ ｇ／ｃｍ３。由于 高的容重值通常表明土壤有退化的趋势 ］。所以，封育 措施能更好的减少土壤退化。 从容重的垂直变化来看，３种封育措施下各样地土 壤的容重变化趋势有着相同的变化规律，即土壤容重随 管孔隙度越大的林分，其土壤通透性越好，有利于降水 的下渗，从而减少地表径流。 研究表明，在封造、封禁、封育３种封育措施中，封 育措施能更有效的改善土壤物理性状。在封山育林地 区，植被破坏严重、立地条件比较差，植被更新慢。一定 着土壤层次的加深而逐渐增大，且变化趋势明显。在封 育灌木林地内，土壤容重由０４１０ ＣＦＩ１时的０．８２ ｇ／Ｃ１ＴＩ３ 强度的人类抚育措施可以加速植被更新，进而增加土壤 毛管孔隙和通气孔隙，减少非活性孔隙。 增加到２０￣４０ ｃｒｎ时的ｌ＿０８ ｇ／ＣＩＴＩ３；在封禁灌木林地内， 土壤容重由Ｏ～１Ｏ ｃｍ时的０．９３ ｇ／ｃｎａ￣增加到２０￣４０ ＣＩＴＩ 表２ 不同封育措施灌木林地土壤物理性状 ３．３不同封育措施灌木林地土壤蓄水能力 林地土壤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 。 从表３可以看出，各林地土壤饱和蓄水量均值分别 为：５１．５ｌ、５５．２Ｏ、４１．５３ ｎｕｎ，表现为封育林地＞封禁灌木 林＞封造灌木林。说明封育措施灌木林地土壤蓄水和 调节水分的潜在能力明显高于封禁灌木林地和封造灌 木林地。该研究表明，封育措施不仅改善了土壤结构， 而且提高了土壤水分的贮存性能。因此，水源涵养功能 最强的是封育灌木林，最小的是封造灌木林地。 １７１ ・园林花卉・植物 土壤蓄水性能与土壤前期含水量密切相关，当土壤 北方园艺２００９（４）：１７０～１７３ 蓄水特性，称其为有效涵蓄量 。 。有效涵蓄量均值表 现为：封育灌木林地＞封禁灌木林地＞封造灌木林地。 湿度大时，土壤持水量减少，即使降雨量很小，也会产生 地表径流。因此，把饱和蓄水量与土壤前期含水量之差 作为衡量土壤涵蓄降水量的指标 。土壤涵蓄降水量 最大为封育灌木林地，其次为封禁灌木林地．封造灌木 林地最差。该山区土壤饱和 ：水量以毛管蓄水量为主， 有效涵蓄量大，越有利于减少地表径流，减少降水的无 效损失和表土流失。 从毛 饱和持水量看，封禁、封育、封造３种封育措 施灌木林地的供水性能差别不大，分别为０．７８、０．８２、 故毛管蓄水量与土壤前期含水量之差更能反映土壤的０．７５。 表３ 不同封育措施灌木林地土壤水分状况 ３．４土壤渗透性能比较 和封育林地，可能是因为频繁的人类活动，压实土壤和 土壤的渗透性能是土壤的重要水分物理性质之一。 破坏了土壤结构，造成土壤一定深度内孔隙度的下降， 土壤渗透性能的好坏影响到降雨产流址及对土壤水分 尤其大孔隙的丧失是土壤渗透速率下降的主要原因。 的补给，直接关系到地表产生径流量的大小，对土壤侵 ３．４．２前３０ ｍｉｎ累积入渗量与入渗时间 降雨一般雨 蚀的影响较大口 。土壤的渗透性能越好，地表径流就越 强和雨量较大，降雨历时较短。研究土壤前３０ ｍｉｎ累计 少，土壤的侵蚀量也会相应地减少。因此，土壤渗透性 入渗量与入渗率有利于给夏季不同灌木林的水土保持 能是评价林地水分调节能力的主要标志之一。 效应和水源涵养提供数据支持。各林地前３０ ｍｉｎ的累 ３．４．１土壤入渗速度 由表４可知，封育灌木林地初始 积入渗量为５８５～９８５ ｉｒｌｒｎ，最小值出现在封造灌木林地， 入渗速率（３００ ｒｎｍ／ｍｉｎ）明显高于封造灌木林（１６２ ｍｍ／ 最大值仍出现封育灌木林地这说明封育灌木林地人渗 ｎ１ｉｎ）地和封禁灌木林地（２８６．６７ ｌｎｍ／ｍｉｎ），分别高丫 性能良好，有利于将地表径流迅速转化为壤中流，特别 １．８５和１．４５倍。一定范围内土壤水分入渗速率较大即 是对于短时高强度的暴雨作用明显。因此封育措施灌 意味着较多降水转化为土壤水和地下水，延缓地表径流 木林地水涵养和对径流量的调节功能较好。对试验资 形成，侵蚀量减少。稳定入渗率顺序为：封育灌术林 料的分析和国内外学者的现有研究成果可知，前３０ ｍｉｎ 地＞封禁灌木林地＞封造灌木林地，分别为０．５９、０．４８ 的入渗变化最为强烈，而入渗３０ ｍｉｎ以后的变化趋于平 和０．４２ ｍｍ／ｍｉｎ，提高了０．１ｌｔ０．１７ ｍｍ／ｒａｉｎ。封造灌 缓［ 木林地初始入渗率和到达稳渗时问远远小于封禁林地 表４ 不同封育措施灌木林地的入渗速率 ４结论 土壤饱和蓄水量从大到小为：封育灌木林地（５５．２０ 综合各封育措施灌木林地土壤容重和孔隙度特征 ｒａｍ）＞封禁灌木林地（５１．５１ ｍｍ）＞封造灌木林地 表明：封育灌木林地透水性、通气性和持水性能比较协 （４１．５３ ｎ１ｍ）。封育灌木林地土壤有效涵蓄量最大，为 调，既有利于林木生长，又具有较好的水源涵养功能。 ４１．６３ ｒｎｌＴｌ，其次为封禁灌木林地，为３９．６５ ｍｉｌｌ，封造灌 在改良土壤物理性状方面，封育灌木林地好于封禁灌木 木林地最差，为３１．７８ ｎ＇ｌｌＴｌ。该研究表明，在封育、封禁、 林地，封禁灌木林地好于封造灌木林地。从土壤垂直变 封造三类封山育林措施当中，封育灌木林土壤的水源涵 化上来看，随土层厚度增加，各种封育措施灌木林地土 养功能是最强的，最差的是封造灌木林。 壤容重变大，总孔隙度、非毛管孔隙度及土壤持水蓄水 不同封育措施林地土壤初始入渗率和稳定人渗率 能力减小。 相差较大。初始入渗速率的顺序为：封育灌木林地＞封 禁灌木林地＞封造灌木林地。稳渗速率大小表现为：封 １７２ 北方园艺２０ｏ９（４）：ｌ７ｏ～１７３ 育灌木林地＞封禁灌木林地＞封造灌木林地。土壤人 渗速率和前３０ ｍｉｎ入渗量表明，３种封育措施林地土壤 调节水分的潜在能力表现为封育灌木林地明显高于封 禁灌木林地，封禁灌木林地高于封造灌木林地。 从总体上看，封育灌木林地土壤的蓄水和调节水分 的潜在能力是最强的。从毛管持水量／饱和持水量看，３ 植物・园林花卉・ ［２］张希彪，上官周平．人为干扰对黄土高原子午岭油松人Ｉ 林土壤物 理性质的影响ＬＪ］．生态学报，２００６，２６（１１）：８５—９５． ［３］余新晓，牛健植，徐军亮．山Ｆｘ￣／ｂ流域生态修复研究ｌ＿Ｊ］巾囝水土保 持科学。２００４，２（１）：４ １０． ［４］刘培娟，杨吉华．新泰土门林场四种林地土壤蓄水性能及渗透速率 的研究『ｌｊ］．水土保持研究，２００７，１４（６）：３１ ３３． ［ｊ］马平安，郭全邦，李荣华，等．太行山片麻岩山地植被水土保持效益 研究¨ｊ］．地理与国土研究，１９９９，１５（３）：４４—４６． ［６］王贵霞，李传荣．沙质海岸５种植被类型土壤物理性状及其水源涵 养功能ｌｌＪ］．水土保持学报，２００５，１９（２）：１４２—１４６． ［７］孙艳红，张洪江．缙云山不同林地类型土壤特性及其水源涵养功能 种封育措施灌木林地的供水性能差别不大。从土壤有 效涵蓄量指标来看，封育灌木林对水分的贮蓄和调节能 力较强。 依据上述结果，封育区封育效果显著。建议在现有 灌木林经营管理当中，对于立地条件比较差的林地， 采取适当的人为封育措施，促使林分更新，加速土壤改 良，提高水源涵养能力，以更好的发挥灌木林的多种生 口］．水土保持学报，２００６。２０（２）：１０６—１０９． 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ｍｅａｓｕｒｅｓ．Ｔｈｅ ｓｅｑｕｅｎｃｅ ｏｆ ｓｏｉｌ ｔｏｔａｌ ｐｏｒｏｓｉｔｙ ｗａｓ ｐｌａｎｔｉｎｇ ｍｏｄｅｌ ｓｈｒｕｂ＜ｃｌｏｓｉｎｇ ｍｏｄｅｌ ｓｈｒｕｂ＜ｓｅｍｉａｒｉｄ ｅｎｃｌｏｓｅｄ ｓｈｒｕｂ．Ｃａｐｉｌｌａｒｙ ｐｏｒｏｓｉｔｙ ａｎｄ ｕｎ— ｃａｐｉｌｌａｒｙ ｐｏｒｏｓｉｔｙ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｔｒｅｎｄ ａｓ ｔｈｅ ｔｏｔａｌ ｐｏｒｏｓｉｔｙ．Ｔｈｅ ｓｏｉｌ ｉｎｉｔｉａｌ ｉｎｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ ｒａｔｅ ｏｆ ｓｅｍｉａｒｉｄ ｅｎｃｌｏｓｅｄ ｗａｓ １．４５ ｔｉｍｅｓ ｔｈａｎ ｔｈａｔ ｏｆ ｃｌｏｓｉｎｇ ｍｏｄｅｌ ｓｈｒｕｂ ｗｈｉｃｈ ｗａｓ １．８５ ｔｉｍｅｓ ｔｈａｎ ｔｈａｔ ｏｆ ｐｌａｎｔｉｎｇ ｍｏｄｅ１．Ｔｈｅ ｓｅｑｕｅｎｃｅ ｏｆ ｃｕｍｕｌａ ｔｉｒｅ ｃａｐａｃｉｔｙ ｉｎｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ ｃａｐａｃｉｔｙ ｗｉｔｈｉｎ ｔｈｅ ｉｎｉｔｉａｌ ３０ ｍｉｎ ｗａｓ：ｓｅｍｉａｒｉｄ ｅｎｃｌｏｓｅｄ ｓｈｒｕｂ＞ｃｌｏｓｉｎｇ ｍｏｄｅｌ ｓｈｒｕｂ＞ｐｌａｎｔｉｎｇ ｍｏｄｅｌ ｓｈｒｕｂ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｓｏｉｌ ｐｈｙｓｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ａｎｄ ｉｎｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ ｃａｐａｃｉｔｙ，ｓｅｍｉａｒｉｄ ｅｎｃｌｏｓｅｄ ｍｅａｓｕｒｅ ｃａｎ ｂｅｔｔｅｒ ｉｍ— ｐｒｏｖｅ ｓｏｉｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ、ｒｅｄｕｃｅ ｓｏｉｌ ｂｕｌｋ ｄｅｎｓｉｔｙ、ｉｎｃｒｅａｓｅ ｔｈｅ ｓｏｉｌ ｐｈｙｓｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ，ａｎｄ ｉｍｐｒｏｖｅ ｓｏｉｌ ｉｎｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ ｃａｐａｃｉｔｙ， ｗａｔｅｒ ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ ａｎｄ ｆｌｏｏｄ ｗａｔｅｒ ｆｕｎｃｔｉｏｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｃｌｏｓｅ ｆｏｒｅｓｔ；Ｓｏｉｌ ｐｏｒｏｓｉｔｙ；Ｗａｔｅｒ ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ；Ｓｏｉｌ ｉｎｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ １７３
