祁连山青海云杉林土壤温湿度变化特征分析

李莎

(新疆阿克苏地区阿瓦提县胡杨林管理站，新疆 阿克苏 843200)



祁连山青海云杉林土壤温湿度变化特征分析

李莎

(新疆阿克苏地区阿瓦提县胡杨林管理站，新疆 阿克苏 843200)

摘要以祁连山大野口流域100 m×100 m青海云杉林样地为试验地，采用野外测定和室内分析相结合的方法，分析了青海云杉林地土壤含水量、土壤温度在剖面上的变化规律及土壤温湿度两者之间的相关性。研究表明：试验地青海云杉林土壤含水量随土层深度增加，其含水量逐渐减小，0～30 cm土层属于土壤水分相对稳定层，30～60 cm土层属于土壤水分活跃层。土壤温度随土层深度增加，其温度亦逐渐减小，土壤变异系数在不同深度土层呈现出先高(0～10 cm)后低(10～30 cm)而后又高(30～60 cm)的变化特点。土壤温湿度两者之间拟合公式为y=0.083 1 x-5.259 8(R2=0.489 2，P<0.01)。

关键词青海云杉林；土壤湿度；土壤温度；变化特征；祁连山

土壤是植物生长的基质，适宜的土壤温湿度更有利于植物生长，也有利于涵养水源，保持水土。土壤湿度作为林地土壤状况的一个重要指标，特别是土壤水分的渗透或运移综合反映了土壤的理化性质、植物对土壤的作用以及土壤环境状况等，在这些生态环境因子中，土壤温度对土壤水分的作用尤为明显，土壤水分的温度效应历来受到生态学家们的关注[1,2]。地处祁连山北麓的森林生态系统是我国西北地区重要的生态屏障之一，其建群种或优势种青海云杉分布在祁连山北坡，生长的土壤土层较薄，加上季节冻土的存在，研究其土壤温湿度变化规律意义重大。另外从土壤水热耦合运动理论出发来讨论土壤温湿度变化特征有许多困难，而且需要通过控制性试验才能达到一定的目的。因此，本研究主要通过大样地多重复土壤剖面法取样和测定进行青海云杉林地土壤温湿度变化规律研究。

本研究选择建立在祁连山北坡的100 m×100 m青海云杉林样地为试验地，通过土壤剖面法进行土壤含水量取样和土壤温度测定，对其变化规律进行分析，采用回归分析方法分析土壤温湿度之间的相互作用，以期为祁连山青海云杉林经营和管理提供参考依据。

1试验区基本情况

试验区位于祁连山中段的肃南裕固族自治县马蹄区西水乡西水林区的大野口流域，该流域面积68.06 km2，海拔2 650～4 600 m，平均海拔为3 330 m，植被类型和土壤类型具有明显垂直分布梯度，人为干扰较小，是开展森林生态研究的理想场所。属大陆性高寒半湿润山地气候，年平均气温为5.4 ℃，最低月平均气温-12.5 ℃，最高月平均气温19.6 ℃左右；年降水量为300～500 mm，多集中在6—9月，年蒸发量为1 488 mm。选择已在该流域建立的青海云杉林100 m×100 m大样地作为试验样地，利用全站仪将样地分割为20个25 m×25 m的小样方。样地位于阴坡青海云杉林相对平坦的林地中，地理位置为38°31′48″ N，100°15′00″ E，平均海拔2 835 m，坡度13°，坡向NW。林分起源为天然次生林，土壤为山地灰褐土，存在季节冻土。样地内乔木树种组成单一，只有青海云杉，群落成熟稳定，林木更新良好，林下光照不足。灌木层物种较少，主要由蔷薇科金露梅(Potentillafruticosa)和银露梅(Potentillaglabra)等落叶灌木组成。草本层主要有苔草(Carextristachya)、珠芽蓼(Polygonumvivipamm)、马先蒿(Pedicularissylvatica)等典型高山草甸植物，物种较为丰富。苔藓层发育发达，盖度达到80%以上，厚度约10 cm，主要由山羽藓(Abietinellaabietina)、欧灰藓(Hypnumcupressiforme)、提灯藓(Mniumcuspidatum)等组成。

2研究方法

2.1　土壤取样和测定方法

于2014年8月1日至8月3日在已分隔好的25个25 m×25 m的小样方内顺坡向沿“品”字形选3个采样点进行土壤含水量取样和土壤温度测定，共计75个采样点，采用经典的测定方法——土壤剖面法，剖面深度为0～60 cm，采样前先除去采样点表层枯枝落叶和苔藓层，利用小刀将土壤剖面划分层次，分别为0～10 cm、10～20 cm、20～30 cm、30～40 cm和40～60 cm。土壤温度测定采用针式温度计进行测定，每个层次2个重复，测定完土壤温度后，利用环刀沿土壤剖面自下而上取样，每个层次亦2个重复，用塑料密封袋带回实验室测定土壤含水量，土壤含水量的测定采用烘干法测定。

2.2　分析方法

使用SPSS 11进行土壤pH和养分的描述性统计分析，描述性统计分析包括最大值、最小值、平均值、标准差和变异系数。然后用回归分析法对土壤温度和湿度间的相互关系进行曲线回归分析，在曲线的拟合过程中，综合考虑了模型的简洁性和拟合优度的高低。

3结果与分析

3.1　土壤剖面湿度变化特征

因土层较薄，加上季节冻土的存在，祁连山青海云杉根系分布较浅，根系分布深度平均在60 cm左右。本研究仅分析了0～60 cm深度的青海云杉林土壤剖面湿度变化，表1为试验样地不同深度土壤含水量变化统计特征值。从表1可以看出，随土层深度的增加，不同土层土壤含水量最大值、最小值和均值大小均是逐渐减小的。这是因此研究区青海云杉林地土壤水分主要来自于大气降水，降雨达到土壤表层后逐渐深入到土壤深处。土壤含水量最大值、最小值和均值均出现在0～10 cm土壤表层，其最大值、最小值、均值和变异系数分别为83.20%、33.98%、59.50%和20.86%。10～20 cm和20～30 cm土层深度的土壤含水量变异系数和0～10 cm土层的土壤含水量变异系数差异不大，因此，0～30 cm土层属于土壤水分相对稳定层。而30~40 cm和40~60 cm土层土壤含水量的变异系数较大，其值分别为26.84%和31.98%，0～10 cm、10～20 cm和20～30 cm土层土壤含水量变异系数大，属于土壤水分活跃层，可能是30～60 cm土层是水分的储蓄层和植物对水分吸收利用的活跃层。再者，此次取样时间为8月初，与土壤冻土消融也有一定的关系。

表1　土壤含水量随深度变化统计分析结果(n=75)

3.2　土壤剖面温度变化特征

表2为试验样地不同深度土壤含水量变化统计特征值。从表2可以看出，同土壤含水量的变化规律一样，随土层深度的增加，不同土层土壤温度最大值、最小值和均值均逐渐减小。这是因为随土层深度的增加，处于地表以下的土层不能接受穿过林隙的太阳光照辐射，深层的土壤热量来源需要靠表层热量的扩散和传播，另外试验对象青海云杉林为藓类青海云杉林，土壤表层覆盖的苔藓层较厚，在一定程度上也阻延了太阳辐射在土壤中的传导和扩散。不同土层土壤温度最大值、最小值和均值均亦出现在0～10 cm土层范围内，其变异系数为15.59%。10～20 cm和20～30 cm土层的土壤温度变异系数分别为11.01%和12.53%，30～40 cm和40～60 cm土层的土壤温度变异系数分别为14.63%和19.94%。土壤温度变异系数在不同深度土层呈现出先高后低而后又高的变化特点。表层土壤温度受地面气象因子以及林地地表覆盖空间异质性的影响，土壤温度变化明显。10～30 cm中间层土壤温度变异系数较小，原因是此处受表层温度的影响较小，而且积累的热量被用于土壤水分热量的消耗，但是土壤温度变化微弱。30～60 cm底层土壤温度变异系数较大，原因是此处地温受影响较小有利于土壤热量的积累从而保持一定的热量，植物根系与土壤之间的相互作用激烈，使得底层地温活跃反而高于中间层。

表2　土壤温度随深度变化统计分析结果(n=75)

3.3　土壤温度和湿度的相关性

从表1和表2可以看出，试验地土壤湿度和温度随土层深度变化规律基本一致，为了从总体上了解青海云杉林地土壤湿度和温度的总体变化的相关性，本研究对将不同深度的土壤湿度和对应层次的土壤温度测量数据进行了分析(图1)。

从图1可以看出，土壤温度和土壤含水量二者之间呈极显著直线线性相关，线性公式为y=0.083 1x-5.259 8(R2=0.489 2，P<0.01)，土壤温度的变化直接影响土壤湿度，在影响作用的同时湿度也在影响温度，水热是相互作用的。这与杨梅学等人对藏北高原D110点不同季节土壤温度的日变化相互关系基本一致。

4结论与讨论

本研究表明，青海云杉林土壤水分和土壤温度在剖面的运移和传导过程中，土壤温湿度均随土层深度的增加逐渐减小。在林木根系分布范围0～60 cm土层深度中，存在水分相对稳定层和水分活跃层。温度变异系数呈表层高、中间层低和底层高的变化特点。此次取样时间是2014年8月初，此前林地较长时间未降雨，土壤水分环境较为稳定，土壤水分运移发生了一系列作用过程，包括对土壤温度的作用。然土壤温湿度的变化受多种因素的影响，诸如降雨过程中包括雨前和雨后对土壤温湿度的影响，苔藓层的隔热效应使得林地土壤温湿度变化具有滞后性和缓慢性，季节冻土的存在对结冰期和融冰期土壤温度的影响等。

参考文献：

[1] 冯宝平，张展羽，张建丰，等．温度对土壤水分运动影响的研究进展．水科学进展，2002，13(5)：643—648

[2]高红贝，邵明安．温度对土壤水分运动基本参数的影响．水科学进展，2011，32(4)：484—493

[3]杨绍富，刘志辉，闫彦，等．融雪期土壤湿度与土壤温度、气温的关系．干旱区研究，2008，25(5)：642—646

[4]杨国靖，肖笃宁，周立华．祁连山区森林景观格局对水文生态效应的影响．水科学进展，2004，15(4)：489-494

[5]张学龙，马钰，赵维俊，等．祁连山青海云杉种群种内竞争分析．干旱区研究，2013，30(2)：242—247

[6]李效雄，刘贤德，赵维俊．祁连山青海云杉林动态监测样地群落特征.中国沙漠，2013，33(1)：94—100

[7]杨梅学,姚檀栋,丁永建,等.藏北高原D110点不同季节土壤温度的日变化特征.地理科学,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

作者简介：李莎(1980-)，女，甘肃武威人，大学，技术员，主要从事林业生态研究，Email：105779436@qq.com

收稿日期：2015-10-28

中图分类号：S714

文献标识码：A

doi:10.13601/j.issn.1005-5215.2016.01.004

文章编号：1005-5215(2016)01-0010-03