祁連山青海云杉林土壤溫濕度變化特征分析

李莎

(新疆阿克蘇地區阿瓦提縣胡楊林管理站，新疆 阿克蘇 843200)

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祁連山青海云杉林土壤溫濕度變化特征分析

李莎

(新疆阿克蘇地區阿瓦提縣胡楊林管理站，新疆 阿克蘇 843200)

摘要以祁連山大野口流域100 m×100 m青海云杉林樣地為試驗地，采用野外測定和室內分析相結合的方法，分析了青海云杉林地土壤含水量、土壤溫度在剖面上的變化規律及土壤溫濕度兩者之間的相關性。研究表明：試驗地青海云杉林土壤含水量隨土層深度增加，其含水量逐漸減小，0～30 cm土層屬于土壤水分相對穩定層，30～60 cm土層屬于土壤水分活躍層。土壤溫度隨土層深度增加，其溫度亦逐漸減小，土壤變異系數在不同深度土層呈現出先高(0～10 cm)后低(10～30 cm)而后又高(30～60 cm)的變化特點。土壤溫濕度兩者之間擬合公式為y=0.083 1 x-5.259 8(R2=0.489 2，P<0.01)。

關鍵詞青海云杉林；土壤濕度；土壤溫度；變化特征；祁連山

土壤是植物生長的基質，適宜的土壤溫濕度更有利于植物生長，也有利于涵養水源，保持水土。土壤濕度作為林地土壤狀況的一個重要指標，特別是土壤水分的滲透或運移綜合反映了土壤的理化性質、植物對土壤的作用以及土壤環境狀況等，在這些生態環境因子中，土壤溫度對土壤水分的作用尤為明顯，土壤水分的溫度效應歷來受到生態學家們的關注[1,2]。地處祁連山北麓的森林生態系統是我國西北地區重要的生態屏障之一，其建群種或優勢種青海云杉分布在祁連山北坡，生長的土壤土層較薄，加上季節凍土的存在，研究其土壤溫濕度變化規律意義重大。另外從土壤水熱耦合運動理論出發來討論土壤溫濕度變化特征有許多困難，而且需要通過控制性試驗才能達到一定的目的。因此，本研究主要通過大樣地多重復土壤剖面法取樣和測定進行青海云杉林地土壤溫濕度變化規律研究。

本研究選擇建立在祁連山北坡的100 m×100 m青海云杉林樣地為試驗地，通過土壤剖面法進行土壤含水量取樣和土壤溫度測定，對其變化規律進行分析，采用回歸分析方法分析土壤溫濕度之間的相互作用，以期為祁連山青海云杉林經營和管理提供參考依據。

1試驗區基本情況

試驗區位于祁連山中段的肅南裕固族自治縣馬蹄區西水鄉西水林區的大野口流域，該流域面積68.06 km2，海拔2 650～4 600 m，平均海拔為3 330 m，植被類型和土壤類型具有明顯垂直分布梯度，人為干擾較小，是開展森林生態研究的理想場所。屬大陸性高寒半濕潤山地氣候，年平均氣溫為5.4 ℃，最低月平均氣溫-12.5 ℃，最高月平均氣溫19.6 ℃左右；年降水量為300～500 mm，多集中在6—9月，年蒸發量為1 488 mm。選擇已在該流域建立的青海云杉林100 m×100 m大樣地作為試驗樣地，利用全站儀將樣地分割為20個25 m×25 m的小樣方。樣地位于陰坡青海云杉林相對平坦的林地中，地理位置為38°31′48″ N，100°15′00″ E，平均海拔2 835 m，坡度13°，坡向NW。林分起源為天然次生林，土壤為山地灰褐土，存在季節凍土。樣地內喬木樹種組成單一，只有青海云杉，群落成熟穩定，林木更新良好，林下光照不足。灌木層物種較少，主要由薔薇科金露梅(Potentillafruticosa)和銀露梅(Potentillaglabra)等落葉灌木組成。草本層主要有苔草(Carextristachya)、珠芽蓼(Polygonumvivipamm)、馬先蒿(Pedicularissylvatica)等典型高山草甸植物，物種較為豐富。苔蘚層發育發達，蓋度達到80%以上，厚度約10 cm，主要由山羽蘚(Abietinellaabietina)、歐灰蘚(Hypnumcupressiforme)、提燈蘚(Mniumcuspidatum)等組成。

2研究方法

2.1　土壤取樣和測定方法

于2014年8月1日至8月3日在已分隔好的25個25 m×25 m的小樣方內順坡向沿“品”字形選3個采樣點進行土壤含水量取樣和土壤溫度測定，共計75個采樣點，采用經典的測定方法——土壤剖面法，剖面深度為0～60 cm，采樣前先除去采樣點表層枯枝落葉和苔蘚層，利用小刀將土壤剖面劃分層次，分別為0～10 cm、10～20 cm、20～30 cm、30～40 cm和40～60 cm。土壤溫度測定采用針式溫度計進行測定，每個層次2個重復，測定完土壤溫度后，利用環刀沿土壤剖面自下而上取樣，每個層次亦2個重復，用塑料密封袋帶回實驗室測定土壤含水量，土壤含水量的測定采用烘干法測定。

2.2　分析方法

使用SPSS 11進行土壤pH和養分的描述性統計分析，描述性統計分析包括最大值、最小值、平均值、標準差和變異系數。然后用回歸分析法對土壤溫度和濕度間的相互關系進行曲線回歸分析，在曲線的擬合過程中，綜合考慮了模型的簡潔性和擬合優度的高低。

3結果與分析

3.1　土壤剖面濕度變化特征

因土層較薄，加上季節凍土的存在，祁連山青海云杉根系分布較淺，根系分布深度平均在60 cm左右。本研究僅分析了0～60 cm深度的青海云杉林土壤剖面濕度變化，表1為試驗樣地不同深度土壤含水量變化統計特征值。從表1可以看出，隨土層深度的增加，不同土層土壤含水量最大值、最小值和均值大小均是逐漸減小的。這是因此研究區青海云杉林地土壤水分主要來自于大氣降水，降雨達到土壤表層后逐漸深入到土壤深處。土壤含水量最大值、最小值和均值均出現在0～10 cm土壤表層，其最大值、最小值、均值和變異系數分別為83.20%、33.98%、59.50%和20.86%。10～20 cm和20～30 cm土層深度的土壤含水量變異系數和0～10 cm土層的土壤含水量變異系數差異不大，因此，0～30 cm土層屬于土壤水分相對穩定層。而30~40 cm和40~60 cm土層土壤含水量的變異系數較大，其值分別為26.84%和31.98%，0～10 cm、10～20 cm和20～30 cm土層土壤含水量變異系數大，屬于土壤水分活躍層，可能是30～60 cm土層是水分的儲蓄層和植物對水分吸收利用的活躍層。再者，此次取樣時間為8月初，與土壤凍土消融也有一定的關系。

表1　土壤含水量隨深度變化統計分析結果(n=75)

3.2　土壤剖面溫度變化特征

表2為試驗樣地不同深度土壤含水量變化統計特征值。從表2可以看出，同土壤含水量的變化規律一樣，隨土層深度的增加，不同土層土壤溫度最大值、最小值和均值均逐漸減小。這是因為隨土層深度的增加，處于地表以下的土層不能接受穿過林隙的太陽光照輻射，深層的土壤熱量來源需要靠表層熱量的擴散和傳播，另外試驗對象青海云杉林為蘚類青海云杉林，土壤表層覆蓋的苔蘚層較厚，在一定程度上也阻延了太陽輻射在土壤中的傳導和擴散。不同土層土壤溫度最大值、最小值和均值均亦出現在0～10 cm土層范圍內，其變異系數為15.59%。10～20 cm和20～30 cm土層的土壤溫度變異系數分別為11.01%和12.53%，30～40 cm和40～60 cm土層的土壤溫度變異系數分別為14.63%和19.94%。土壤溫度變異系數在不同深度土層呈現出先高后低而后又高的變化特點。表層土壤溫度受地面氣象因子以及林地地表覆蓋空間異質性的影響，土壤溫度變化明顯。10～30 cm中間層土壤溫度變異系數較小，原因是此處受表層溫度的影響較小，而且積累的熱量被用于土壤水分熱量的消耗，但是土壤溫度變化微弱。30～60 cm底層土壤溫度變異系數較大，原因是此處地溫受影響較小有利于土壤熱量的積累從而保持一定的熱量，植物根系與土壤之間的相互作用激烈，使得底層地溫活躍反而高于中間層。

表2　土壤溫度隨深度變化統計分析結果(n=75)

3.3　土壤溫度和濕度的相關性

從表1和表2可以看出，試驗地土壤濕度和溫度隨土層深度變化規律基本一致，為了從總體上了解青海云杉林地土壤濕度和溫度的總體變化的相關性，本研究對將不同深度的土壤濕度和對應層次的土壤溫度測量數據進行了分析(圖1)。

從圖1可以看出，土壤溫度和土壤含水量二者之間呈極顯著直線線性相關，線性公式為y=0.083 1x-5.259 8(R2=0.489 2，P<0.01)，土壤溫度的變化直接影響土壤濕度，在影響作用的同時濕度也在影響溫度，水熱是相互作用的。這與楊梅學等人對藏北高原D110點不同季節土壤溫度的日變化相互關系基本一致。

4結論與討論

本研究表明，青海云杉林土壤水分和土壤溫度在剖面的運移和傳導過程中，土壤溫濕度均隨土層深度的增加逐漸減小。在林木根系分布范圍0～60 cm土層深度中，存在水分相對穩定層和水分活躍層。溫度變異系數呈表層高、中間層低和底層高的變化特點。此次取樣時間是2014年8月初，此前林地較長時間未降雨，土壤水分環境較為穩定，土壤水分運移發生了一系列作用過程，包括對土壤溫度的作用。然土壤溫濕度的變化受多種因素的影響，諸如降雨過程中包括雨前和雨后對土壤溫濕度的影響，苔蘚層的隔熱效應使得林地土壤溫濕度變化具有滯后性和緩慢性，季節凍土的存在對結冰期和融冰期土壤溫度的影響等。

參考文獻：

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[2]高紅貝，邵明安．溫度對土壤水分運動基本參數的影響．水科學進展，2011，32(4)：484—493

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[4]楊國靖，肖篤寧，周立華．祁連山區森林景觀格局對水文生態效應的影響．水科學進展，2004，15(4)：489-494

[5]張學龍，馬鈺，趙維俊，等．祁連山青海云杉種群種內競爭分析．干旱區研究，2013，30(2)：242—247

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[7]楊梅學,姚檀棟,丁永建,等.藏北高原D110點不同季節土壤溫度的日變化特征.地理科學,1999,19(6):570- 574

Variation Features of Temperature and Humidity of Soil forPiceacrassifolia

Plantation in Qilian Mountains

Li Sha

(Huyanglin Management Stations, Awati County, Xinjiang Aksu Prefecture, Aksu 843200, China)

AbstractTaking 100 m×100 m plots of Picea crassifolia in Dayekou basin of Qilian Mountains as testing ground by adopting method of field measurement and laboratory analysis. Change rule of moisture content of soil and soil temperature and correlation between temperature and humidity of soil were analyzed. Research shows that the soil moisture decrease gradually with the increase of depth of soil layer;0-30 cm soil layer is the relatively stable layer with soil moisture;30-60 cm soil layer is active layer with soil containing water;soil temperature gradually decreases with the increase of soil depth;the variation coefficient of soil different soil depth shows varied features : first high (0-10 cm) and then low(10-30 cm) and then high (30-60 cm);the fitting formula of temperature and humidity of soil is y=0.083 1x-5.259 8 (R2=0.489 2, P<0.01).

Key wordsPicea crassifolia plantation;humidity of soil;temperature of soil;variation features;Qilian Mountains

作者簡介：李莎(1980-)，女，甘肅武威人，大學，技術員，主要從事林業生態研究，Email：105779436@qq.com

收稿日期：2015-10-28

中圖分類號：S714

文獻標識碼：A

doi:10.13601/j.issn.1005-5215.2016.01.004

文章編號：1005-5215(2016)01-0010-03