坡位對冀西北林地土壤水分物理性質的影響

摘 要 為比較不同坡位林地土壤水分物理性質的差異，選擇冀西北張家口市涿鹿林場的白樺和華北落葉松2種純林，在坡上、坡下分別取樣進行土壤水分物理性質的測定和比較。結果表明：（1）白樺林土壤容重為0.66～1.17 gcm-3，華北落葉松林為0.79～1.16 gcm-3，2種林分土壤容重均為坡上＞坡下，土壤容重均隨土層深度的增加而增加，白樺林坡上與坡下土壤容重差異不顯著（P＞0.05），華北落葉松林坡上與坡下差異顯著（P＜0.05）。（2）2種林分土壤總孔隙度、毛管孔隙度和非毛管孔隙度均為坡下＞坡上，坡位與孔隙度呈極顯著正相關，坡上與坡下土壤總孔隙度差異顯著。（3）白樺林與華北落葉松林土壤飽和持水量總體隨土層深度增加而減小，土壤飽和持水量、毛管持水量和有效持水量均為坡下＞坡上，2種林分坡上與坡下飽和持水量相關性及差異性均極顯著。（4）2種林分土壤容重與持水量、孔隙度均極顯著負相關，土壤持水量與總孔隙度極顯著正相關。

關鍵詞 坡位；林地土壤；土壤水分物理性質；土壤容重；土壤持水量

中圖分類號：S714.2 文獻標識碼：A doi：10.13601/j.issn.1005-5215.2023.04.019

Abstract In order to compare the difference of soil hydrophysical properties of forestland in different slope positions， two pure forests， Betula platyphylla and Larix principisrupprechtii were selected from Zhuolu Forest Farm of Zhangjiakou City in northwest Hebei Province. Samples were taken on the upper and lower slopes respectively to measure and compare the soil physical properties. The results showed as the following four aspects. （1）Soil bulk density of Betula platyphylla forest was 0.66-1.17 gcm-3， and that of Larix principisrupprechtii forest was 0.79-1.16 gcm-3. The soil bulk density of the two stands showed upslope gt; downslope， and the soil bulk density increased with the increase of soil depth， but there was no significant difference between the upslope and downslope of Betula platyphylla forest （P gt; 0.05）. There were significant differences between the upper and lower slopes of Larix principisrupprechtii forest （P lt; 0.05）. （2）The total soil porosity， capillary porosity and noncapillary porosity of the two stands were all downslope gt; upslope， and there was a highly significant positive correlation between slope position and porosity， and there was a significant difference between the total soil porosity of the upper and lower slopes. （3）The soil saturated water holding capacity of Betula platyphylla forest and Larix principisrupprechtii forest generally decreased with the increase of soil depth. And the soil saturated water holding capacity， capillary water holding capacity and effective water holding capacity all showed downward slope gt; upward slope. The correlation and difference of saturated water holding capacity between the upper and lower slopes of the two stands were extremely significant. （4）Soil bulk density of the two stands was negatively correlated with water holding capacity and porosity， while soil water holding capacity was positively correlated with total porosity.

Key words slope position;soil hydrophysical properties;soil bulk density;soil water holding capacity

地形是“五大”成土因素之一，坡位是重要的地形因子，影響著太陽輻射在空間上對光照、水分等的再分配，對土壤生態系統的物質循環具有重要作用[1，2]。趙曉雪等[3]研究發現，坡位對土壤容重、貯水量和植被種類都產生顯著影響，不同坡位土壤貯水量為坡下＞坡上，土壤容重由坡上至坡下逐漸減小，坡下植被生長更為旺盛。雷斯越等[4]認為，不同坡位土壤水分物理性質及植被分布均表現出下坡位較優，地形對微觀及宏觀條件下的土壤和植被均具有重大影響。地形改變了土壤水分物理性質，因此，研究坡位對土壤水分物理性質的影響，有助于了解土壤侵蝕、土壤水文等生態過程。

本試驗選擇在張家口市涿鹿林場開展，該場位于河北省西北部，北京西部，屬永定河上游，位置特殊，有著重要的政治和生態地位。分別在涿鹿林場選取白樺（Betula platyphylla）和華北落葉松（Larix principisrupprechtii）2種典型林分，研究坡位對土壤水分物理性質的影響，旨在為當地森林的水土保持功能及水土流失綜合治理提供參考。

1 研究區域概況

張家口市涿鹿林場位于114°55′—115°31′ E，39°40′—40°39′ N，屬海河流域永定河上游，海拔1 000～2 800 m，主要土壤類型為褐土。屬溫帶半干旱大陸性季風氣候，年均降水量約370 mm，年均氣溫9.1 ℃。林區主要喬木樹種有華北落葉松、白樺、山楊（Populus davidiana）、油松（Pinus tabulaeformis）等。

2 研究方法

2.1 樣地設置

在研究區域內選取白樺、華北落葉松2種林分設立樣地，每個樣地規格為30 m×30 m，樣地基本特征見表1。

2.2 土壤水分物理性質測定

用體積100 cm3環刀在選取的樣地內分坡上、坡下取土樣，各設3個重復，每個剖面分6層取樣（每層10 cm），取樣深度60 cm，帶回實驗室，采用環刀浸泡法測定土壤的容重、孔隙度、持水量等指標[5]。利用SPSS軟件對不同指標進行相關性及差異性分析。

3 結果與分析

3.1 坡位對林地土壤容重的影響

土壤容重體現土壤的孔隙度及密實程度，影響土壤的肥力及結構。由表2可知，白樺林與華北落葉松林土壤容重均隨土層厚度的增加而增加。白樺林坡上土壤容重為0.66～1.17 gcm-3，坡下為0.71～1.11gcm-3，華北落葉松林坡上土壤容重為0.91～1.16 gcm-3，坡下為0.79～1.11 gWingdings^B@cm-3。白樺林坡上土壤容重均值（0.99 gWingdings^B@cm-3）略高于坡下（0.97 gWingdings^B@cm-3），二者差異不顯著；華北落葉松林坡上土壤容重均值（1.05 gWingdings^B@cm-3）明顯高于坡下（0.99 gWingdings^B@cm-3），二者差異顯著。土壤容重均為坡上＞坡下。

3.2 坡位對林地土壤孔隙度的影響

土壤孔隙度大小反映森林植被維持生長發育及吸持水分的能力，與森林植被的生長發育能力呈正比關系[6]。由表3可知，白樺林與華北落葉松林土壤總孔隙度整體表現為隨土層厚度的增加而減小，2種林分坡上與坡下總孔隙度均值為白樺林坡下（53.35%）＞華北落葉松林坡下（51.84%）＞白樺林坡上（47.93%）＞華北落葉松林坡上（47.15%），土壤總孔隙度均為坡下＞坡上，白樺林坡上與坡下土壤總孔隙度大于華北落葉松林，說明白樺林土壤蓄水空間更大。毛管孔隙度白樺林坡下（35.14%）＞坡上（30.78%），華北落葉松林坡下（39.86%）＞坡上（36.39%）。非毛管孔隙度白樺林坡上與坡下分別為17.16%和18.21%，華北落葉松林坡上與坡下分別為10.76%和11.98%。

總之，2種林分土壤總孔隙度、毛管孔隙度和非毛管孔隙度均為坡下＞坡上。白樺林坡上與坡下土壤總孔隙度、毛管孔隙度差異極顯著，非毛管孔隙度差異顯著。華北落葉松林坡上與坡下土壤總孔隙度、毛管孔隙度及非毛管孔隙度差異均顯著。

3.3 坡位對林地土壤持水量的影響

土壤承載著對降水的存儲和分配等復雜水生態過程，其持水量可占森林生態系統涵養水源能力的80%以上[7]。由表4可知，白樺林與華北落葉松林土壤飽和持水量總體隨土層深度增加而減小。白樺林坡下土壤飽和持水量均值（320.10 mm）比坡上（287.60 mm）高11.30%，華北落葉松林坡下土壤飽和持水量均值（311.07 mm）比坡上（282.90 mm）高9.96%，土壤飽和持水量均坡下＞坡上。土壤毛管持水量白樺林坡上與坡下分別為184.67和210.87 mm，華北落葉松林分別為218.33和239.17 mm，2種林分土壤毛管持水量均為坡下＞坡上。土壤有效持水量為白樺林坡下（109.23 mm）＞白樺林坡上（102.93 mm）＞華北落葉松林坡下（71.90 mm）＞華北落葉松林坡上（64.57 mm）。總之，2種林分土壤飽和持水量、毛管持水量和有效持水量均為坡下＞坡上。白樺林坡上與坡下土壤飽和持水量、毛管持水量差異極顯著，有效持水量差異顯著；華北落葉松林坡上與坡下土壤飽和持水量、毛管持水量差異極顯著，有效持水量差異顯著。2種林分規律完全一致。

3.4 坡位對林地土壤物理參數相關性分析

由表5可知，白樺林坡位與土壤容重呈極顯著負相關，與持水量、孔隙度呈極顯著正相關，相關系數分別為-0.971、0.646和0.684；華北落葉松林與白樺林呈現同樣規律，相關系數分別為-0.953、0.715和0.693。2種林分土壤容重與持水量、孔隙度均極顯著負相關，相關系數白樺林分別為-0.768和-0.751，華北落葉松林分別為-0.791和-0.781。白樺林土壤持水量與孔隙度極顯著正相關，相關系數為0.623，華北落葉松林土壤持水量與孔隙度極顯著正相關，相關系數為0.698。

4 結論與討論

坡位是重要的地形因素，其通過改變光照、溫度和水分來影響土壤的結構和發育[8]。潘宗濤等[9]認為，地形是影響土壤容重的重要因子，而坡位又是主要的地形影響因子。地形對水分的分配作用導致坡下土壤水分狀況更好，坡下森林植被生長狀況較坡上更加旺盛，而植被根系及枯落物可以有效改善土壤孔隙狀況，坡下土壤孔隙度更大。本文研究得出坡位對土壤水分物理性質產生一定的影響，土壤容重均隨土層厚度的增加而增加，土壤容重均為坡上＞坡下，孔隙度、持水量均為坡上＜坡下。周萍等[10]認為，距離坡頂越遠，容重越小，孔隙度、持水量越大，與本研究結論基本一致。

坡位對土壤水分物理性質有較大影響。土壤容重均為坡上＞坡下，土壤總孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度、土壤飽和持水量、毛管持水量和有效持水量均為坡下＞坡上。土壤總孔隙度、土壤飽和持水量隨土層深度的增加而減小。

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