高级检索

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

土壤紧实度和凋落物覆盖对城市森林土壤持水、渗水能力的影响

吕娇 MustaqShah 崔义 徐程扬

吕娇, MustaqShah, 崔义, 徐程扬. 土壤紧实度和凋落物覆盖对城市森林土壤持水、渗水能力的影响[J]. 北京林业大学学报, 2020, 42(8): 102-111. doi: 10.12171/j.1000-1522.20190476
引用本文: 吕娇, MustaqShah, 崔义, 徐程扬. 土壤紧实度和凋落物覆盖对城市森林土壤持水、渗水能力的影响[J]. 北京林业大学学报, 2020, 42(8): 102-111. doi: 10.12171/j.1000-1522.20190476
Lü Jiao, Mustaq Shah, Cui Yi, Xu Chengyang. Effects of soil compactness and litter covering on soil water holding capacity and water infiltration ability in urban forest[J]. Journal of Beijing Forestry University, 2020, 42(8): 102-111. doi: 10.12171/j.1000-1522.20190476
Citation: Lü Jiao, Mustaq Shah, Cui Yi, Xu Chengyang. Effects of soil compactness and litter covering on soil water holding capacity and water infiltration ability in urban forest[J]. Journal of Beijing Forestry University, 2020, 42(8): 102-111. doi: 10.12171/j.1000-1522.20190476

土壤紧实度和凋落物覆盖对城市森林土壤持水、渗水能力的影响

doi: 10.12171/j.1000-1522.20190476
基金项目: 林业公益性行业重大专项(20140430102)
详细信息
    作者简介:

    吕娇。主要研究方向:城市森林土壤与水分。Email:2991838033@qq.com 地址:100083北京市海淀区清华东路35号北京林业大学

    通讯作者:

    徐程扬,教授,博士生导师。主要研究方向:树木与环境、城市森林构建、经营与评估等。Email:cyxu@bjfu.edu.cn 地址:同上

  • 中图分类号: S731.2

Effects of soil compactness and litter covering on soil water holding capacity and water infiltration ability in urban forest

  • 摘要:   目的  分析人为干扰对土壤密度、孔隙度、紧实度等物理性质的影响,揭示土壤紧实度、凋落物覆盖决定城市森林土壤的持水和渗水能力,以期为科学管理城市森林凋落物及践踏程度提供科学参考。  方法  以北京市典型城市森林公园−奥林匹克森林公园内森林为研究对象,通过测定不同践踏等级(轻度、中度、重度)、不同凋落物累积量(0 ~ 4 t/hm2、4 ~ 8 t/hm2、8 ~ 12 t/hm2)、不同草被植物覆盖度(0、0 ~ 50%、50% ~ 100%)下表层土壤持水、渗水相关特性,分析土壤紧实度、凋落物覆盖对土壤持水和渗水能力的影响。  结果  (1)践踏程度及凋落物累积量不同对土壤持水、渗水能力有显著影响(P < 0.05),草被覆盖度对土壤持水、渗水能力无显著影响(P > 0.05)。土壤通气性、持水能力、渗透能力均随践踏程度减弱显著增加。(2)土壤持水量和土壤渗透速率与土壤孔隙度呈显著正相关,与土壤密度呈显著负相关,表明人为干扰正是通过改变土壤通气紧实程度来影响土壤持水及渗透能力。(3)土壤紧实度增加,城市森林土壤持水和渗水能力显著降低;凋落物累积量增加,土壤持水渗水能力变化不明显。(4)土壤持水能力随着土壤紧实度的减少和凋落物累积量的增加而增强,二者具有协同效应;土壤渗水能力随着土壤紧实度的减少而增加,凋落物覆盖对其影响不大。  结论  土壤紧实度、凋落物覆盖决定城市森林土壤持水和渗水能力,减轻人为践踏,适当保留凋落物可以提高土壤持水、渗水能力,减少地表径流。
  • 图  1  奥林匹克森林公园中采样点的空间分布

    Figure  1.  Spatial distribution of sampling points in Olympic Forest Park

    图  2  不同践踏及凋落物等级下土壤各持水量变化

    踏等级1、2、3分别为轻度践踏,中度践踏,重度践踏。凋落物等级1、2、3分别为0 ~ 4 t/hm2、4 ~ 8 t/hm2、8 ~ 12 t/hm2。不同小写字母代表差异显著。下同。Trampling level 1, 2, and 3 are mild trampling, moderate trampling and severe trampling, respectively. Litter level 1, 2 and 3 are 0−4 t/ha, 4−8 t/ha and 8−12 t/ha, respectively. Different lowercase letters represent significant differences. Same as below.

    Figure  2.  Changes in soil water holding capacity under different trampling and litter levels

    图  3  土壤孔隙度与土壤持水量的关系

    Figure  3.  Relationship between soil porosity and soil water holding capacity

    图  4  不同践踏及凋落物等级下土壤各渗透速率的变化

    Figure  4.  Changes in soil infiltration rates under different trampling and litter levels

    图  5  土壤孔隙度与土壤渗水能力的关系

    Figure  5.  Relationship between soil porosity and soil infiltration capacity

    图  6  土壤紧实度、凋落物累积量对饱和持水量、稳渗率的影响

    * 表示相关关系显著(P < 0.05);** 表示相关关系极显著(P < 0.01)。下同。* means significant correlation (P < 0.05); ** means extremely significant correlation (P < 0.01). The same below.

    Figure  6.  Effects of soil compactness and litter accumulation on saturated water holding capacity and stable infiltration rate

    图  7  土壤紧实度与凋落物累积量与土壤物理性质的关系

    Figure  7.  Relationship between soil compactness as well as litter accumulation and soil physical properties

    表  1  不同人为干扰下样地的数量分布

    Table  1.   Quantitative distribution of sample plots under different human interference

    草被覆盖度
    Grass coverage/%
    凋落物累积量/(t·hm− 2) Litter accumulation/(t·ha− 1)总计
    Total
    0 ~ 4 4 ~ 8 8 ~ 12
    轻度践踏
    Mild trampling
    中度践踏
    Moderate trampling
    重度践踏
    Severe trampling
    轻度践踏
    Mild trampling
    中度践踏
    Moderate trampling
    重度践踏
    Severe trampling
    轻度践踏
    Mild trampling
    中度践踏
    Moderate trampling
    重度践踏
    Severe trampling
    0 1 3 3 1 1 1 1 1 1 13
    0 ~ 50 2 2 1 1 2 2 1 1 2 14
    50 ~ 100 2 2 2 2 2 1 1 1 1 14
    总计 Total 5 7 6 4 5 4 3 3 3 41
    下载: 导出CSV

    表  2  人为干扰对土壤持水、渗水能力影响的方差分析

    Table  2.   Variance analysis on soil water holding capacity and water infiltration ability under human interference

    因子及因子间的
    相互作用
    Factor and interaction among factors
    饱和持水量
    Maximum water holding capacity (MWHC)
    毛管持水量
    Capillary water holding capacity (CWHC)
    田间持水量
    Field water holding capacity (FWHC)
    初渗率
    Initial infiltration
    rate (IIR)
    稳渗率
    Stable infiltration
    rate (SIR)
    平均渗透速率
    Average infiltration rate (AIR)
    T 12.276*** 11.278*** 10.363*** 3.095 10.842*** 10.945***
    G 1.026 0.473 0.435 0.542 1.330 0.390
    L 2.561* 2.686* 3.572* 2.398 3.315* 3.426*
    T × G 0.566 0.582 0.463 0.468 0.271 0.135
    T × L 0.666 1.857 2.159 1.712 0.289 0.148
    G × L 1.651 2.895 1.537 1.686 0.466 0.131
    T × G × L 0.071 0.960* 1.415 0.899 0.162 0.078
    注:T为践踏程度;G为草被覆盖度;L为凋落物累积量。表中数值为F检验值,*表示P < 0.05,**表示P < 0.01,***表示P < 0.001。Notes: T, trampling intensity; G, grass coverage; L, litter accumulation. Data are F testing values. * means P < 0.05 , ** means P < 0.01, *** means P < 0.001.
    下载: 导出CSV

    表  3  土壤各持水量及渗透指标与土壤物理性状指标的Pearson相关关系

    Table  3.   Pearson correlation coefficients between soil water holding capacity, infiltration index andphysical property indexes of soil

    物理性状指标
    Physical property index
    饱和持水量
    MWHC
    毛管持水量
    CWHC
    田间持水量
    FWHC
    初渗率
    IIR
    平均渗透速率
    AIR
    稳渗率
    SIR
    土壤密度
    Soil bulk density (BD)
    − 0.661** − 0.494* − 0.421* − 0.113 − 0.340* − 0.318*
    土壤紧实度
    Soil compactness (SC)
    − 0.542** − 0.659** − 0.549** 0.284** − 0.679** − 0.680**
    土壤非毛管孔隙度
    Non-capillary porosity of soil (NCP)
    − 0.469** − 0.046 − 0.069 0.190 0.259* 0.238*
    土壤毛管孔隙度
    Capillary porosity of soil (CP)
    0.619** 0.844** 0.667** − 0.084 0.070 0.071
    土壤总孔隙度
    Total porosity of soil (TP)
    0.797** 0.686** 0.604** 0.040 0.210 0.199
    土壤毛管孔隙度/土壤非毛管孔隙度
    Ratio of capillary porosity to non-capillary porosity of soil
    (NCP/CP)
    − 0.300** 0.007 − 0.091 − 0.146 − 0.251** − 0.275**
    下载: 导出CSV
  • [1] 贾一非, 张婷, 牟小梅, 等. 游憩机会谱(ROS)在城市森林公园的应用: 以北京奥林匹克森林公园为例[C]//中国风景园林学会2018年会论文集. 北京: 中国风景园林学会, 2018: 322−329.

    Jia Y F, Zhang T, Mou X M, et al. Application of recreational opportunity spectrum(ROS) in urban forest parks: a case study of Beijing Olympic Forest Park[C]// Proceedings of the 2018 Chinese Society of Landscape Architecture. Beijing: Chinese Society of Landscape Architecture, 2018: 322−329.
    [2] 吴泽民, 王嘉楠. 应对气候变化:城市森林树种选择思考[J]. 中国城市林业, 2017, 15(3):1−5. doi:  10.3969/j.issn.1672-4925.2017.03.001

    Wu Z M, Wang J N. To the climate change: thinks on urban tree species selection[J]. Journal of Chinese Urban Forestry, 2017, 15(3): 1−5. doi:  10.3969/j.issn.1672-4925.2017.03.001
    [3] 李博, 张帅. 沿海城市弹性演变趋势与影响因素分析:以大连市为例[J]. 辽宁师范大学学报(自然科学版), 2017, 40(2):268−275.

    Li B, Zhang S. Influence factors and evolution of city elastic in Dalian[J]. Journal of Liaoning Normal University (Natural Science Edition), 2017, 40(2): 268−275.
    [4] 李英, 朱思睿, 陈振环, 等. 城市森林公园游憩者感知差异研究:基于城市休闲服务供给视角[J]. 生态经济, 2019, 35(1):114−118.

    Li Y, Zhu S R, Chen Z H, et al. Study on the perceived difference of tourists in urban forest parks: based on the perspective of urban leisure service supply[J]. Ecological Economy, 2019, 35(1): 114−118.
    [5] 陈晓冰, 李阳芳. 昆明城市绿地土壤水分入渗测试方法对比研究[J]. 林业调查规划, 2011, 36(5):18−21. doi:  10.3969/j.issn.1671-3168.2011.05.005

    Chen X B, Li Y F. Comparative study on determining methods of soil moisture infiltration in urban green space of Kunming[J]. Forest Inventory and Planning, 2011, 36(5): 18−21. doi:  10.3969/j.issn.1671-3168.2011.05.005
    [6] 赵亮, 张沛, 冯步广, 等. 南宁石门森林公园海绵化改造与海绵城市连片建设模式思考[J]. 中国给水排水, 2017, 33(2):20−26.

    Zhao L, Zhang P, Feng B G, et al. Thinking about mode for sponge-functional modification of Shimen Forest Park and contiguous development of sponge city in Nanning[J]. China Water & Waste Water, 2017, 33(2): 20−26.
    [7] 冯嘉仪, 储双双, 王婧, 等. 华南地区几种典型人工林土壤有机碳密度及其与土壤物理性质的关系[J]. 华南农业大学学报, 2018, 39(1):85−92.

    Feng J Y, Chu S S, Wang J, et al. Soil organic carbon density and its relationship with soil physical properties of typical plantations in South China[J]. Journal of South China Agricultural University, 2018, 39(1): 85−92.
    [8] 巩劼, 陆林, 晋秀龙, 等. 游憩活动对城市公园土壤的影响效应:以芜湖市赭山公园为例[J]. 安徽师范大学学报(自然科学版), 2010, 33(5):479−484.

    Gong J, Lu L, Jin X L, et al. Impacts of recreation activities on soil in city park: take Zeshan Park in Wuhu as an example[J]. Journal of Anhui Normal University (Natural Science), 2010, 33(5): 479−484.
    [9] Yan J F, Lei W. Plant litter composition selects different soil microbial structures and in turn drives different litter decomposition pattern and soil carbon sequestration capability[J]. Geoderma, 2018, 319(6): 194−203.
    [10] 郭宇嘉, 牛庆花, 陆贵巧, 等. 承德市第三乡林场不同林分类型枯落物和土壤的持水特性[J]. 水土保持通报, 2018, 38(3):38−44.

    Guo Y J, Niu Q H, Lu G Q, et al. Water-holding capacity of litters and soil in different forests in Disanxiang Forest Farm of Chengde City[J]. Bulletin of Soil and Water Conservation, 2018, 38(3): 38−44.
    [11] 张光灿, 夏江宝, 王贵霞, 等. 鲁中花岗岩山区人工林土壤水分物理性质[J]. 水土保持学报, 2005, 19(6):44−48. doi:  10.3321/j.issn:1009-2242.2005.06.012

    Zhang G C, Xia J B, Wang G X, et al. Study on soil moisture physical characteristics of artificial forest in granite mountainous region[J]. Journal of Soil and Water Conservation, 2005, 19(6): 44−48. doi:  10.3321/j.issn:1009-2242.2005.06.012
    [12] 耿玉清, 余新晓, 孙向阳, 等. 北京八达岭地区油松与灌丛林土壤肥力特征的研究[J]. 北京林业大学学报, 2007, 29(2):50−54. doi:  10.3321/j.issn:1000-1522.2007.02.008

    Geng Y Q, Yu X X, Sun X Y, et al. Characteristics of soil fertility under pure <italic>Pinus tabulaeformis</italic> forests and shrubs in Badaling Mountain Area of Beijing[J]. Journal of Beijing Forestry University, 2007, 29(2): 50−54. doi:  10.3321/j.issn:1000-1522.2007.02.008
    [13] 彭琳, 王晓君, 黄从德, 等. 凋落物输入改变对慈竹林土壤有机碳的影响[J]. 水土保持通报, 2014, 34(1):129−132.

    Peng L, Wang X J, Huang C D, et al. Effects of litter input change on soil organic carbon in <italic>Dendrocalamus affinnis</italic> forest[J]. Bulletin of Soil and Water Conservation, 2014, 34(1): 129−132.
    [14] Wang P, Zheng H, Ren Z, et al. Effects of urbanization, soil property and vegetation configuration on soil infiltration of urban forest in Changchun, Northeast China[J]. Chinese Geographical Science, 2018, 28(3): 482−494. doi:  10.1007/s11769-018-0953-7
    [15] 罗金明, 孟佳, 闫巍, 等. 城市绿地的持水性能以及影响因素研究[J]. 土壤通报, 2016, 47(5):1113−1118.

    Luo J M, Meng J, Yan W, et al. Water retention and influence factor of soil in the urban green belt[J]. Chinese Journal of Soil Science, 2016, 47(5): 1113−1118.
    [16] 杨金玲, 张甘霖, 赵玉国, 等. 城市土壤压实对土壤水分特征的影响:以南京市为例[J]. 土壤学报, 2006, 43(1):33−38. doi:  10.3321/j.issn:0564-3929.2006.01.005

    Yang J L, Zhang G L, Zhao Y G, et al. Influence of urban soil compaction on soil water characteristics: taking Nanjing as an example[J]. Acta Pedologica Sinica, 2006, 43(1): 33−38. doi:  10.3321/j.issn:0564-3929.2006.01.005
    [17] 胡洁, 吴宜夏, 张艳. 北京奥林匹克森林公园种植规划设计[C]//2007年中国风景园林高层论坛论文汇编. 北京: 清华大学, 2007: 78−83.

    Hu J, Wu Y X, Zhang Y. Beijing Olympic Forest Park planting planning and design[C] // 2007 China landscape architecture high-level forum papers collection. Beijing: Tsinghua University, 2007: 78−83.
    [18] 潘剑彬, 董丽, 廖圣晓, 等. 北京奥林匹克森林公园空气负离子浓度及其影响因素[J]. 北京林业大学学报, 2011, 33(2):59−64.

    Pan J B, Dong L, Liao S X, et al. Negative air ion concentration and affecting factors in Beijing Olympic Forest Park[J]. Journal of Beijing Forestry University, 2011, 33(2): 59−64.
    [19] 吴正方, 王洪桥, 孟祥君, 等. 长白山高山苔原带植物群落、土壤、游径侵蚀对践踏干扰的响应[J]. 东北林业大学学报, 2012, 40(11):111−115. doi:  10.3969/j.issn.1000-5382.2012.11.027

    Wu Z F, Wang H Q, Meng X J, et al. Response of tundra plant communities-soil-trail erosion to human trampling disturbance in Changbai Mountain[J]. Journal of Northeast Forestry University, 2012, 40(11): 111−115. doi:  10.3969/j.issn.1000-5382.2012.11.027
    [20] 中国科学院南京土壤研究所土壤物理研究室. 土壤物理性质测定法[M]. 北京: 科学出版社, 1978: 140−148.

    Laboratory of Soil Physics in Institute of Soil Science of Chinese Academy of Sciences. Method for determination of soil physical properties[M]. Beijing: Science Press, 1978: 140−148.
    [21] 中华人民共和国林业行业标准. 森林土壤分析方法[M]. 北京: 中国标准出版社, 1999: 20−108.

    Forestry Industry Standards of the People’s Republic of China. Forest soil analysis methods[M]. Beijing: China Standard Press, 1999: 20−108.
    [22] 鲍文, 包维楷, 何丙辉, 等. 岷江上游23年生油松纯林下凋落物与土壤截留降水的效应[J]. 水土保持学报, 2004, 18(5):115−119. doi:  10.3321/j.issn:1009-2242.2004.05.029

    Bao W, Bao W K, He B H, et al. Interception effect of precipitation by litter and soil under 23-year artificial <italic>Pinus tabulaeformis</italic> forest in upper reaches of Minjiang River[J]. Journal of Soil and Water Conservation, 2004, 18(5): 115−119. doi:  10.3321/j.issn:1009-2242.2004.05.029
    [23] 耿生莲, 王志涛. 西宁市南北山青海云杉人工林凋落物与土壤持水能力研究[J]. 陕西林业科技, 2015, 4(8):18−29.

    Geng S L, Wang Z T. Water-holding capacity of soil and litter of <italic>Picea crassifolia</italic> plantations in Xining North-South Mountains[J]. Shaanxi Forest Science and Technology, 2015, 4(8): 18−29.
    [24] 周光兵, 龙翠玲. 人为干扰对城市近郊区森林植物多样性的影响:以贵阳市乌当区为例[J]. 西南师范大学学报(自然科学版), 2011, 36(5):98−103.

    Zhou G B, Long C L. Effect of Human-Induced disturbance on plant diversity in urban area a case study of Wudang Area in Guiyang, Guizhou Province[J]. Journal of Southwest China Normal University(Natural Science Edition), 2011, 36(5): 98−103.
    [25] 高述超, 田大伦, 闫文德, 等. 长沙城市森林土壤理化性质及碳贮量特征[J]. 中南林业科技大学学报, 2010, 30(9):16−22. doi:  10.3969/j.issn.1673-923X.2010.09.003

    Gao S C, Tian D L, Yan W D, et al. Characteristics of soil physicochemical property and its carbon storage in urban forest plantation of Changsha City[J]. Journal of Central South University of Forestry & Technology, 2010, 30(9): 16−22. doi:  10.3969/j.issn.1673-923X.2010.09.003
    [26] 马成泽. 有机质含量对土壤几项物理性质的影响[J]. 土壤通报, 1994, 25(2):65−67.

    Ma C Z. Effects of organic matter content on several physical properties of soil[J]. Chinese Journal of Soil Science, 1994, 25(2): 65−67.
    [27] 王燕, 宫渊波, 尹艳杰, 等. 不同林龄马尾松人工林土壤水土保持功能[J]. 水土保持学报, 2013, 27(5):23−27. doi:  10.3969/j.issn.1009-2242.2013.05.005

    Wang Y, Gong Y B, Yin Y J, et al. Soil and water conservation functions of <italic>Pinus massoniana</italic> plantation at different forest ages[J]. Journal of Soil and Water Conservation, 2013, 27(5): 23−27. doi:  10.3969/j.issn.1009-2242.2013.05.005
    [28] 郭晓朦, 何丙辉, 姚云, 等. 扰动地表下不同长度坡面土壤物理性质及水分入渗特征[J]. 西北农林科技大学学报(自然科学版), 2017, 45(7):57−65.

    Guo X M, He B H, Yao Y, et al. Soil physical properties and infiltration characteristics of different slope lengths under disturbed surface[J]. Journal of Northwest A&F University (Natural Science Edition), 2017, 45(7): 57−65.
    [29] 卢振启, 黄秋娴, 杨新兵. 河北雾灵山不同海拔油松人工林枯落物及土壤水文效应研究[J]. 水土保持学报, 2014, 28(1):112−116. doi:  10.3969/j.issn.1009-2242.2014.01.022

    Lu Z Q, Huang Q X, Yang X B. Research on hydrological effects of forest litters and soil of <italic>Pinus tabulaeformis</italic> plantations in the different altitudes of Wuling Mountains in Hebei[J]. Journal of Soil and Water Conservation, 2014, 28(1): 112−116. doi:  10.3969/j.issn.1009-2242.2014.01.022
    [30] 田育新, 李锡泉, 吴建平, 等. 小流域森林生态系统林地土壤渗透性能研究[J]. 水土保持研究, 2006, 13(4):173−175. doi:  10.3969/j.issn.1005-3409.2006.04.055

    Tian Y X, Li X Q, Wu J P, et al. Soil permeability research on small area forest watershed ecosystem[J]. Journal of Soil and Water Conservation, 2006, 13(4): 173−175. doi:  10.3969/j.issn.1005-3409.2006.04.055
    [31] 杨金玲, 张甘霖, 袁大刚. 南京市城市土壤水分入渗特征[J]. 应用生态学报, 2008, 19(2):363−368.

    Yang J L, Zhang G L, Yuan D G. Characteristics of water infiltration in urban soils of Nanjing City[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2008, 19(2): 363−368.
    [32] Yang J L, Zhang G L. Water infiltration in urban soils and its effects on the quantity and quality of runoff[J]. Journal of Soils and Sediments, 2011, 11(5): 751−461. doi:  10.1007/s11368-011-0356-1
    [33] 李建兴, 何丙辉, 梅雪梅, 等. 紫色土区坡耕地不同种植模式对土壤渗透性的影响[J]. 应用生态学报, 2013, 24(3):726−729.

    Li J X, He B H, Mei X M, et al. Effects of different planting modes on the soil permeability of sloping farmlands in purple soil area[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2013, 24(3): 726−729.
    [34] 于舒, 韩海荣, 康峰峰, 等. 去除凋落物对不同林龄油松次生林土壤呼吸的影响[J]. 西北农林科技大学学报(自然科学版), 2016, 44(7):122−130.

    Yu S, Han H R, K F F, et al. Effects of litter removal on soil respiration <italic>Pinus tabulaeformis</italic> natural secondary forests at different ages[J]. Journal of Northwest A&F University (Natural Science Edition), 2016, 44(7): 122−130.
    [35] 严俊霞, 汤亿, 李洪建. 城市绿地土壤呼吸与土壤温度土壤水分的关系研究[J]. 干旱区地理, 2009, 32(4):604−609.

    Yan J X, Tang Y, Li H J. Soil respiration and its relations to environmental factors over three urban vegetation covers[J]. Arid Land Geography, 2009, 32(4): 604−609.
    [36] 辛继红, 高红贝, 邵明安. 土壤温度对土壤水分入渗的影响[J]. 水土保持学报, 2009, 23(3):217−220. doi:  10.3321/j.issn:1009-2242.2009.03.047

    Xin J H, Gao H B, Shao M A. Study of the effect of soil temperature on soil water infiltration[J]. Bulletin of Soil and Water Conservation, 2009, 23(3): 217−220. doi:  10.3321/j.issn:1009-2242.2009.03.047
    [37] 王久龙, 王振华, 李文昊, 等. 灌溉水温对土壤水分入渗及分布的影响[J]. 中国农学通报, 2014, 30(35):185−189. doi:  10.11924/j.issn.1000-6850.2014-0947

    Wang J L, Wang Z H, Li W H, et al. The effects of irrigation water temperature on the infiltration and distribution of soil water[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2014, 30(35): 185−189. doi:  10.11924/j.issn.1000-6850.2014-0947
    [38] Lado M, Ben-Hur M, Shainberg I. Soil wetting and texture effects on aggregate stability, seal formation, and erosion[J]. Soil Science Society of America Journal, 2004, 68(6): 1992−1999. doi:  10.2136/sssaj2004.1992
    [39] 范云涛, 雷廷武, 蔡强国. 湿润速度和累积降雨对土壤表面结皮发育的影响[J]. 土壤学报, 2009, 46(5):764−771. doi:  10.3321/j.issn:0564-3929.2009.05.002

    Fan Y T, Lei T W, Cai Q G. Effects of wetting rate and cumulative rainfall on crust formation[J]. Acta Pedologica Sinica, 2009, 46(5): 764−771. doi:  10.3321/j.issn:0564-3929.2009.05.002
    [40] 何青, 朱飞, 彭红明. 对栾城地区降雨蒸发条件下的土壤水分运动模拟研究[J]. 水利与建筑工程学报, 2016, 14(4):222−225. doi:  10.3969/j.issn.1672-1144.2016.04.043

    He Q, Zhu F, Peng H M. Simulation of soil water movement in Luancheng under precipitation evaporation[J]. Journal of Water Resources and Architectural Engineering, 2016, 14(4): 222−225. doi:  10.3969/j.issn.1672-1144.2016.04.043
  • [1] 刘俊廷, 张建军, 孙若修, 李梁.  晋西黄土区退耕年限对土壤孔隙度等物理性质的影响 . 北京林业大学学报, 2020, 42(1): 94-103. doi: 10.12171/j.1000-1522.20180376
    [2] 向云西, 潘萍, 陈胜魁, 欧阳勋志, 宁金魁, 吴自荣, 纪仁展.  天然马尾松林土壤碳氮磷特征及其与凋落物质量的关系 . 北京林业大学学报, 2019, 41(11): 95-103. doi: 10.13332/j.1000-1522.20190029
    [3] 任悦, 高广磊, 丁国栋, 张英, 朴起亨, 郭米山, 曹红雨.  沙地樟子松人工林叶片—枯落物—土壤有机碳含量特征 . 北京林业大学学报, 2018, 40(7): 36-44. doi: 10.13332/j.1000-1522.20180138
    [4] 马媛媛, 戴显庆, 彭绍好, 杨光, 冀晓东.  天然沸石对松嫩平原黑钙土理化性质和保水能力的影响 . 北京林业大学学报, 2018, 40(2): 51-57. doi: 10.13332/j.1000-1522.20170218
    [5] 陈平, 赵博, 杨璐, 赵秀海, 张春雨, 闫子超.  接种蚯蚓和添加凋落物对油松人工林土壤养分和微生物量及活性的影响 . 北京林业大学学报, 2018, 40(6): 63-71. doi: 10.13332/j.1000-1522.20180101
    [6] 张罡, 安海龙, 史军娜, 刘超, 田菊, 郭惠红, 夏新莉, 尹伟伦.  欧美杨对不同粒径氧化锌颗粒物的吸附与吸收能力 . 北京林业大学学报, 2017, 39(4): 46-54. doi: 10.13332/j.1000-1522.20160376
    [7] 刘军, 张宇清, 冯薇, 秦树高, 王莉, 佘维维.  几种外源添加物对生物土壤结皮培育的影响 . 北京林业大学学报, 2016, 38(5): 100-107. doi: 10.13332/j.1000-1522.20150416
    [8] 赵荣玮, 张建军, 陈宝强, 王雅琼, 孙若修, 冯换成, 茹豪.  不同覆盖措施对土壤水分和当年造林成活率的影响 . 北京林业大学学报, 2016, 38(6): 87-93. doi: 10.13332/j.1000-1522.20150511
    [9] 郑俊强, 韩士杰.  氮在凋落物-土壤界面连续体转移研究进展 . 北京林业大学学报, 2016, 38(4): 116-122. doi: 10.13332/j.1000-1522.20150438
    [10] 王高敏, 杨宗儒, 查同刚, 张志强, 吕志远, 张晓霞, 王红艳, 朱嘉磊, .  晋西黄土区退耕还林20年后典型林地的持水能力 . 北京林业大学学报, 2015, 37(5): 88-95. doi: 10.13332/j.1000-1522.20140367
    [11] 吴鹏, 崔迎春, 赵文君, 舒德远, 杨文斌, 丁访军.  改变凋落物输入对喀斯特森林主要演替群落土壤呼吸的影响 . 北京林业大学学报, 2015, 37(9): 17-27. doi: 10.13332/j.1000-1522.20150052
    [12] 邓继峰, 丁国栋, 吴斌, 张宇清, 赵媛媛, 高广磊, 王新星.  宁夏盐池地区3 种林分枯落物层和土壤水文效应 . 北京林业大学学报, 2014, 36(2): 108-114.
    [13] 陈世超, 林剑辉, 孙宇瑞, PeterSchulzeLammers.  基于土壤表面粗糙度预测降雨影响下的表层土壤孔隙度 . 北京林业大学学报, 2013, 35(2): 69-74.
    [14] 于彩莲, 刘波, 杨莹, 秦迎春.  化控措施强化龙葵修复高镉污染土壤的能力研究 . 北京林业大学学报, 2013, 35(5): 133-138.
    [15] 李学斌, 陈林, 吴秀玲, 张硕新, 谢应忠.  荒漠草原4种典型植物群落枯落物输入对土壤呼吸的影响 . 北京林业大学学报, 2012, 34(5): 80-85.
    [16] 李晓松, 李增元, 高志海, 白黎娜, 王琫瑜, 李世明.  基于Hyperion植被指数的干旱地区稀疏植被覆盖度估测 . 北京林业大学学报, 2010, 32(3): 95-100.
    [17] 邓华平, 王光军, 耿赓.  樟树人工林土壤氮矿化对改变凋落物输入的响应 . 北京林业大学学报, 2010, 32(3): 47-51.
    [18] 谭炳香, 段爱国, 匡文慧, 吴斌, 张灿, 徐文铎, 李雪峰, 刘常富, 温俊宝, 刘金福, 李贤军, 郑凌凌, 王云琦, 李吉跃, 邹大林, 李雪萍, 齐春辉, 冯夏莲, 
    ZHAOGuang-jie, 赵燕东, 鲁绍伟, 程占红, 常德龙, 张求慧, 王玉涛, 吴庆利, 白陈祥, 韩烈保, 李吉跃, 赵广杰, LUOWen-sheng, 吴斌, 张路平, 余新晓, 何承忠, 朱天辉, 何兴元, 张树文, 温俊宝, 王玉杰, 宋湛谦, 韩士杰, 何正权, 何友均, 洪伟, 翟洪波, 李增元, 张建国, 李俊清, 陈尔学, 梁小红, ]魏晓霞, 骆有庆, 黄文豪, 陈发菊, 何静, ]陈玮, 张养贞, 张志毅, 林秦文, 郭忠玲, 匡秋明, FurunoTakeshi, 刘凤芹, 骆有庆, 姜伟, 童书振, 李颖, 张军, 曾会明, 胡伟华, 梁宏伟, 许志春, 郑兴波, 许志春, 张振明, RENQian, 张璧光, 庞勇, 安新民, 赵桂玲, 崔国发, 雷渊才, PaulWolfgang, 侯伟, 刘君, 李凤兰, 赵广亮, 杨凯, 宋国正, 郑杰, 李福海, 曹川健, 张全来, 李考学, 姚永刚, 张有慧, 董建生, 田桂芳, 李永波, 赫万成, 李长明, 张世玺.  缙云山典型林分森林土壤持水与入渗特性 . 北京林业大学学报, 2006, 28(3): 102-108.
    [19] 侯亚南, 刘震, 饶良懿, 龙玲, 杨海龙, 张一平, 黄国胜, 张秋英, 殷亚方, 王明枝, 李慧, 李景文, 詹亚光, 杨晓晖, 李景文, 马文辉, 
    王保平, 李全发, 熊瑾, 符韵林, 李梅, 杜华强, 宋小双, 王洁瑛, 尹立辉, 李吉跃, 范文义, 梁机, 张克斌, 朱金兆, 耿晓东, 赵敏, 李发东, 窦军霞, 李俊清, 吕建雄, 陆熙娴, 李妮亚, 徐峰, 李俊清, 王雪军, 刘文耀, 朱金兆, 秦瑶, 陈晓阳, 韩海荣, 康峰峰, 赵宪文, 陈晓阳, 陈素文, 唐黎明, 刘雪梅, 欧国强, 李凤兰, 沈有信, 刘桂丰, 李云, 李黎, 孙玉军, 慈龙骏, 倪春, 乔杰, 毕华兴, 齐实, 秦素玲, 于贵瑞, 王雪, 文瑞钧, 李伟, 韦广绥, 任海青, 李伟, 宋献方, 魏建祥, 蒋建平, 王玉成, 马钦彦, 黎昌琼, 刘伦辉, 赵双菊, 朱国平, 张桂芹, 孙涛, 张万军, 周海江, 丁霞, 杨谦, , 李慧, 宋清海, 孙晓敏, 刘莹, 孙志强, 李宗然, 
    重庆四面山森林枯落物和土壤水文效应 . 北京林业大学学报, 2005, 27(1): 33-37.
    [20] 王明枝, 
    王保平, 詹亚光, 龙玲, 马文辉, 杨晓晖, 李梅, 熊瑾, 张秋英, 李慧, 符韵林, 殷亚方, 杜华强, 侯亚南, 杨海龙, 刘震, 李全发, 饶良懿, 黄国胜, 宋小双, 张一平, 李景文, 李景文, 朱金兆, 吕建雄, 李俊清, 秦瑶, 朱金兆, 窦军霞, 耿晓东, 李发东, 尹立辉, 陆熙娴, 王雪军, 范文义, 刘文耀, 韩海荣, 李吉跃, 徐峰, 梁机, 李妮亚, 张克斌, 李俊清, 陈晓阳, 赵敏, 王洁瑛, 陈素文, 秦素玲, 李云, 欧国强, 沈有信, 李凤兰, 于贵瑞, 李黎, 刘桂丰, 毕华兴, 康峰峰, 齐实, 陈晓阳, 唐黎明, 赵宪文, 孙玉军, 倪春, 慈龙骏, 乔杰, 刘雪梅, 韦广绥, 刘伦辉, 马钦彦, 魏建祥, 任海青, 王玉成, 张桂芹, 王雪, 赵双菊, 蒋建平, 黎昌琼, 宋献方, 朱国平, 李伟, 文瑞钧, 李伟, 张万军, 宋清海, 孙涛, 李慧, 周海江, 杨谦, 丁霞, , 孙晓敏, 孙志强, 刘莹, 李宗然, 
    , .  土壤水对降水和地表覆盖的响应 . 北京林业大学学报, 2005, 27(5): 37-41.
  • 加载中
图(7) / 表 (3)
计量
  • 文章访问数:  179
  • HTML全文浏览量:  85
  • PDF下载量:  25
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2019-12-27
  • 修回日期:  2020-04-22
  • 网络出版日期:  2020-07-23
  • 刊出日期:  2020-09-07

土壤紧实度和凋落物覆盖对城市森林土壤持水、渗水能力的影响

doi: 10.12171/j.1000-1522.20190476
    基金项目:  林业公益性行业重大专项(20140430102)
    作者简介:

    吕娇。主要研究方向:城市森林土壤与水分。Email:2991838033@qq.com 地址:100083北京市海淀区清华东路35号北京林业大学

    通讯作者: 徐程扬,教授,博士生导师。主要研究方向:树木与环境、城市森林构建、经营与评估等。Email:cyxu@bjfu.edu.cn 地址:同上
  • 中图分类号: S731.2

摘要:   目的  分析人为干扰对土壤密度、孔隙度、紧实度等物理性质的影响,揭示土壤紧实度、凋落物覆盖决定城市森林土壤的持水和渗水能力,以期为科学管理城市森林凋落物及践踏程度提供科学参考。  方法  以北京市典型城市森林公园−奥林匹克森林公园内森林为研究对象,通过测定不同践踏等级(轻度、中度、重度)、不同凋落物累积量(0 ~ 4 t/hm2、4 ~ 8 t/hm2、8 ~ 12 t/hm2)、不同草被植物覆盖度(0、0 ~ 50%、50% ~ 100%)下表层土壤持水、渗水相关特性,分析土壤紧实度、凋落物覆盖对土壤持水和渗水能力的影响。  结果  (1)践踏程度及凋落物累积量不同对土壤持水、渗水能力有显著影响(P < 0.05),草被覆盖度对土壤持水、渗水能力无显著影响(P > 0.05)。土壤通气性、持水能力、渗透能力均随践踏程度减弱显著增加。(2)土壤持水量和土壤渗透速率与土壤孔隙度呈显著正相关,与土壤密度呈显著负相关,表明人为干扰正是通过改变土壤通气紧实程度来影响土壤持水及渗透能力。(3)土壤紧实度增加,城市森林土壤持水和渗水能力显著降低;凋落物累积量增加,土壤持水渗水能力变化不明显。(4)土壤持水能力随着土壤紧实度的减少和凋落物累积量的增加而增强,二者具有协同效应;土壤渗水能力随着土壤紧实度的减少而增加,凋落物覆盖对其影响不大。  结论  土壤紧实度、凋落物覆盖决定城市森林土壤持水和渗水能力,减轻人为践踏,适当保留凋落物可以提高土壤持水、渗水能力,减少地表径流。

English Abstract

吕娇, MustaqShah, 崔义, 徐程扬. 土壤紧实度和凋落物覆盖对城市森林土壤持水、渗水能力的影响[J]. 北京林业大学学报, 2020, 42(8): 102-111. doi: 10.12171/j.1000-1522.20190476
引用本文: 吕娇, MustaqShah, 崔义, 徐程扬. 土壤紧实度和凋落物覆盖对城市森林土壤持水、渗水能力的影响[J]. 北京林业大学学报, 2020, 42(8): 102-111. doi: 10.12171/j.1000-1522.20190476
Lü Jiao, Mustaq Shah, Cui Yi, Xu Chengyang. Effects of soil compactness and litter covering on soil water holding capacity and water infiltration ability in urban forest[J]. Journal of Beijing Forestry University, 2020, 42(8): 102-111. doi: 10.12171/j.1000-1522.20190476
Citation: Lü Jiao, Mustaq Shah, Cui Yi, Xu Chengyang. Effects of soil compactness and litter covering on soil water holding capacity and water infiltration ability in urban forest[J]. Journal of Beijing Forestry University, 2020, 42(8): 102-111. doi: 10.12171/j.1000-1522.20190476
  • 作为具有生命力的绿色基础设施,城市森林对调节城市生态环境[1]、应对气候变化[2]、提高城市弹性[3]、服务居民身心健康以及提供优良的休闲游憩空间[4]等起着重要的作用。在具有高比例不透水地表面积的城市生态系统中,城市内涝问题频发,海绵城市建设的提出能够从多角度解决此问题,其中城市森林所具备降水吸持[5]、地表水入渗和降低地表径流[6]等水文功能,是充分发挥城市森林“海绵”作用的重要标志。而有机碳输入可有效地改良土壤物理性质[7],是提高城市森林土壤水分入渗功能的重要途径之一。然而,市民的高强度游憩和使用干扰通常导致土壤紧实度提高[8];管理中及时清理收集凋落物,在很大程度上阻断了凋落物对土壤的有机碳输入,是人类影响城市森林健康、降低城市森林土壤水文功能的重要原因[9]。凋落物收集和人为践踏等干扰活动,对城市森林土壤持水和蓄水能力的影响究竟有多大,目前尚无系统研究。

    森林土壤的持水能力和渗水能力与林分类型[10]、林分结构及树种结构[11-12]、凋落物归还[13]等密切相关,但是,目前有关城市森林土壤持水能力和渗水能力的研究报道主要集中在绿地类型[14]、机械压实[15]等因子的影响上,针对凋落物和践踏双重作用的研究鲜有报道。在城市森林中,机械压实和人为践踏通常会改变土壤紧实度及其孔隙分布[16],从而对土壤渗水能力产生显著影响。土壤紧实度对城市森林土壤持水和渗水能力的影响已经有一定量的报导,凋落物归还以及林下植被覆盖能否有效改善土壤紧实度,进而提高城市森林土壤的持水和渗水能力这一问题尚缺乏系统研究。因此,本研究以典型城市森林公园区域内受人为干扰的土壤为研究对象,将每类干扰分为3个水平梯度,研究其对土壤持水、渗水能力的影响,探讨最优管理模式,对深入了解城市土壤的退化程度以及影响因素具有重要意义,并为提高城市森林公园生态性经营管理提供一定的理论基础。

    • 奥林匹克森林公园建成于2008年,位于北京市中轴线的北端,利用五环路的南北界定,将森林公园划分为以生态保护与生态恢复功能为主的北园区和以休闲娱乐功能为主的南园区[17]。总面积达680 hm2,其中水域面积约122 hm2,绝大多数水域为静态水体[18],绿化覆盖率为95.61%。属温带大陆半湿润季风气候,四季分明,降水集中。春季干燥多风,昼夜温差较大;夏季炎热多雨;秋季晴朗少雨,冷暖适宜,光照充足;冬季寒冷干燥,多风少雪。年平均气温10 ~ 12 ℃,七月最热,平均气温27.5 ℃,年平均降水量600 mm。

      土壤类型主要为潮褐土,主要植被为人工营造的乔灌草复层景观林,乔木主要为油松(Pinus tabuliformis)、侧柏(Platycladus orientalis)、国槐(Sophora japonica)、美国红梣(Fraxinus pennsylvanica)和银杏(Ginkgo biloba);灌木树种主要为山桃(Prunus davidiana)和海棠(Malus spectabilis);地被植物主要为鸢尾(Iris tectorum)、紫花地丁(Viola yedoensis)、附地菜(Trigonotis peduncularis)等。

    • 样地位于奥林匹克森林公园南园南门附近及北园北门南侧区域,土壤大多为发育不良的客土和素土。两地人流量相差较多,北园区域人流量较少,踩踏情况现象较轻,南园区域与之相反。试验区域样地的群落结构均为乔木+草本,树木生长状况较为一致,且试验阶段未发现进行水肥管理相关措施,采样区均无围栏。两地主要差异为人为践踏的多少,以及人工回收凋落物的频率,其他环境因素差异不大。因此,在这两地设置样地可明显地比较出土壤紧实度的差异。

      根据不同的践踏干扰程度和不同凋落物累积量、杂草管理状况设置10 m × 10 m或15 m × 15 m的样地共41块,样地分布如图1所示。依据植物的倒伏和裸地面积比,将践踏干扰划分为3个等级[19]:(1)轻度践踏干扰(几乎无游客经过,植物倒伏率小于10%;土壤几乎保持原始性状),(2)中度践踏干扰(少量游客经过,植物倒伏率为20% ~ 35%,因践踏而产生的裸地所占比例小于10%,土壤轻微压实),(3)重度践踏干扰(大量游客经过,植物倒伏率大于35%,土壤重度压实)。根据草被植物的覆盖度将林下植被状况分为3级:(1)0,(2)0 ~ 50%,(3)50% ~ 100%;由于41个采样点的凋落物最大累积量为12 t/hm2,故将凋落物累积量均分为3级:(1)0 ~ 4 t/hm2,(2)4 ~ 8 t/hm2,(3)8 ~ 12 t/hm2。凋落物较多的区域人流量较少,并且人为收集管理不频繁,而凋落物较少甚至几乎为零的地方,多为人为部分或全部收集。由此可见人为回收是影响凋落物累积量的主要原因。样地划分依据及数量见表1

      图  1  奥林匹克森林公园中采样点的空间分布

      Figure 1.  Spatial distribution of sampling points in Olympic Forest Park

      表 1  不同人为干扰下样地的数量分布

      Table 1.  Quantitative distribution of sample plots under different human interference

      草被覆盖度
      Grass coverage/%
      凋落物累积量/(t·hm− 2) Litter accumulation/(t·ha− 1)总计
      Total
      0 ~ 4 4 ~ 8 8 ~ 12
      轻度践踏
      Mild trampling
      中度践踏
      Moderate trampling
      重度践踏
      Severe trampling
      轻度践踏
      Mild trampling
      中度践踏
      Moderate trampling
      重度践踏
      Severe trampling
      轻度践踏
      Mild trampling
      中度践踏
      Moderate trampling
      重度践踏
      Severe trampling
      0 1 3 3 1 1 1 1 1 1 13
      0 ~ 50 2 2 1 1 2 2 1 1 2 14
      50 ~ 100 2 2 2 2 2 1 1 1 1 14
      总计 Total 5 7 6 4 5 4 3 3 3 41
    • 采样时间为2019年4月30日至2019年5月7日(海淀区,最低温度为14 ℃,最高为28 ℃,无降雨天气)。在每块样地上,沿对角线(不靠近边缘)选取3个样点,在每个样点利用土钻及容积为100 cm3的环刀采集0 ~ 10 cm表层土(由于城区森林公园表层土受人为干扰影响较大且践踏压实主要发生于表层,所以选取0 ~ 10 cm的表土层)。每个样点取2个土样用于土壤物理性质、持水量、土壤渗透性的测定。

      凋落物的采集:在每块样地的一条对角线上选取3个1 m × 1 m的小样方,样方尽量选在样地对角线树木间位置,凋落物均匀分布,且各样方内环境因素基本一致,即各小样方树木、植被情况基本一致。收集样方内的全部凋落物,记录种类并现场称量鲜质量。将样品带回实验室,放入烘箱(80 ℃)24 h,烘干结束后称质量,计算凋落物累积量(litter accumulation,LA)。

    • 土壤主要物理性质性状、持水性能、渗透性测定方法均参照《中华人民共和国林业行业标准−森林土壤分析方法》[20]以及中国科学院南京土壤研究所土壤物理研究室的《土壤物理性质测定法》[21]。用环刀法测定土壤密度(soil bulk density,BD)、总孔隙度(total porosity,TP)、毛管孔隙度(capillary porosity,CP)、非毛管孔隙度(non-capillary porosity,NCP)以及饱和持水量(maximum water holding capacity,MWHC)、毛管持水量(capillary water holding capacity,CWHC)和田间持水量(field water holding capacity,FWHC)等指标。测定土壤紧实度(soil compactness,SC)时,SC-900仪器钻头每下降2.5 cm,得到一次土壤紧实度数据,取0 ~ 20 cm紧实度平均值作为表层土壤紧实度。采用室内双环刀法测定土壤渗透速率,即将一个空环刀(环刀底面积为20 cm2)与取土环刀用防水胶带结合在一起防侧渗;并将双环刀放置于漏斗架上,沿上环刀壁缓慢加水,始终保持水层厚度在土面以上5 cm处;从滴下第一滴水开始计时,记录2、3、5、10、15、20、25、30、45、60、75 min间段滴下的水量。本试验过程土壤渗透在75 min时均达到稳定。初始2 min渗透速率为初渗率(initial infiltration rate,IIR),60 ~ 75 min渗透速率为稳渗率(stable infiltration rate,SIR),全程75 min内渗透速率为平均渗透速率(average infiltration rate,AIR)。测定并记录当时的入渗水温,采用公式[19]将此时渗透速率换算为标准温度10 ℃下的渗透速率$ {K}_{10} $

      $$ {K}_{10}=\frac{{K}_{\theta }}{0.7+0.03\times \theta } $$ (1)

      式中:$ \theta $为渗透测定时的水温(℃),$ {K}_{\theta } $是水温为$ {\theta } $时的渗透速率(mm/min)。

    • 采用Microsoft excel 2017进行数据整理。利用SPSS20.0统计软件对所有指标进行方差齐性检验、正态分布检验及多因素方差分析。利用Pearson相关检验分析土壤紧实度和城市森林土壤物理指标之间的相关性;运用多元回归分析紧实度与凋落物累积量对土壤持水、渗水指标的影响。利用Sigmaplot 12.5进行制图。

    • 践踏程度对土壤饱和持水量、毛管持水量、田间持水量均呈极显著影响(P < 0.001),凋落物累积量对土壤饱和持水量、毛管持水量、田间持水量均呈显著影响(P < 0.05)(表2)。

      表 2  人为干扰对土壤持水、渗水能力影响的方差分析

      Table 2.  Variance analysis on soil water holding capacity and water infiltration ability under human interference

      因子及因子间的
      相互作用
      Factor and interaction among factors
      饱和持水量
      Maximum water holding capacity (MWHC)
      毛管持水量
      Capillary water holding capacity (CWHC)
      田间持水量
      Field water holding capacity (FWHC)
      初渗率
      Initial infiltration
      rate (IIR)
      稳渗率
      Stable infiltration
      rate (SIR)
      平均渗透速率
      Average infiltration rate (AIR)
      T 12.276*** 11.278*** 10.363*** 3.095 10.842*** 10.945***
      G 1.026 0.473 0.435 0.542 1.330 0.390
      L 2.561* 2.686* 3.572* 2.398 3.315* 3.426*
      T × G 0.566 0.582 0.463 0.468 0.271 0.135
      T × L 0.666 1.857 2.159 1.712 0.289 0.148
      G × L 1.651 2.895 1.537 1.686 0.466 0.131
      T × G × L 0.071 0.960* 1.415 0.899 0.162 0.078
      注:T为践踏程度;G为草被覆盖度;L为凋落物累积量。表中数值为F检验值,*表示P < 0.05,**表示P < 0.01,***表示P < 0.001。Notes: T, trampling intensity; G, grass coverage; L, litter accumulation. Data are F testing values. * means P < 0.05 , ** means P < 0.01, *** means P < 0.001.

      践踏程度降低,各凋落物累积下土壤毛管持水量和田间持水量均升高。饱和持水量受践踏程度的影响极显著(P < 0.001),随践踏程度的降低,饱和持水量显著升高,轻度践踏下饱和持水量为中度践踏和重度践踏的1.17倍和1.08倍,凋落物累积量为4 ~ 8 t/hm2时土壤各持水量最大(图2)。

      图  2  不同践踏及凋落物等级下土壤各持水量变化

      Figure 2.  Changes in soil water holding capacity under different trampling and litter levels

      人为干扰对城市森林土壤持水过程的影响是由土壤结构、植被环境、冠层截留等多种因素共同作用的结果。本文中,发现土壤紧实度与凋落物蓄积量的作用较林下植被的影响更加显著。土壤孔隙效果越优,饱和持水量、毛管持水量、田间持水量越大(图3)。

      图  3  土壤孔隙度与土壤持水量的关系

      Figure 3.  Relationship between soil porosity and soil water holding capacity

    • 践踏程度对稳渗率及平均渗透速率有极显著的影响(P < 0.001),同时受凋落物累积量影响也较显著(P < 0.05)。践踏程度降低,各凋落物累积下土壤稳渗率及平均渗透速率均升高。践踏等级为轻度时,平均渗透速率可达0.23 mm/min,稳渗速率可达0.2 mm/min;践踏程度中等时,初渗率最高。同一践踏程度下,凋落物累积量为4 ~ 8 t/hm2时,土壤稳渗率及平均渗透速率均显著高于0 ~ 4 t/hm2及8 ~ 12 t/hm2。轻度践踏下,凋落物累积量为4 ~ 8 t/hm2时土壤渗水能力最大(图4)。初渗率受践踏程度影响显著(P < 0.05),受凋落物累积量的影响不显著,猜测原因可能是初渗率会受多种其他因素影响,如土壤瞬时含水量等。土壤渗水能力随土壤总孔隙度和孔隙度增加而增加,线性关系不显著(图5)。

      图  4  不同践踏及凋落物等级下土壤各渗透速率的变化

      Figure 4.  Changes in soil infiltration rates under different trampling and litter levels

      图  5  土壤孔隙度与土壤渗水能力的关系

      Figure 5.  Relationship between soil porosity and soil infiltration capacity

    • 饱和持水量是毛管孔隙和非毛管孔隙水分贮蓄量之和,因此可代表土壤最大贮蓄持水能。随着土壤紧实度的降低和凋落物累积量的增加,土壤饱和持水量逐渐增大,土壤持水能力增强,凋落物与土壤紧实度之间具有协同效应,共同提升土壤持水能力。稳渗率为土壤稳定渗水时的渗透速率,可代表土壤的渗水能力。渗水能力随着土壤紧实度的降低而增加,但是凋落物的增加对渗透速率影响不大(图6)。

      图  6  土壤紧实度、凋落物累积量对饱和持水量、稳渗率的影响

      Figure 6.  Effects of soil compactness and litter accumulation on saturated water holding capacity and stable infiltration rate

      饱和持水量与土壤密度、土壤紧实度、非毛管孔隙度呈显著负相关,与毛管孔隙度、总孔隙度呈显著正相关。毛管持水量、田间持水量与土壤密度、土壤紧实度呈显著负相关,与毛管孔隙度、总孔隙度呈显著正相关。初渗率与土壤紧实度呈显著正相关。平均渗透速率、稳渗率与土壤密度、土壤紧实度呈显著负相关,与非毛管孔隙呈显著正相关,与毛管孔隙度和总孔隙度相关性不显著(表3)。土壤物理性状指标与土壤各持水及渗透指标相关性不同。土壤非毛管孔隙度与毛管孔隙度的比值,反映了土壤水分在涵蓄水量和供给植物生理性用水能力之间的一种权衡关系,该值与土壤饱和持水量、平均渗透速率和稳渗率均呈极显著负相关。

      表 3  土壤各持水量及渗透指标与土壤物理性状指标的Pearson相关关系

      Table 3.  Pearson correlation coefficients between soil water holding capacity, infiltration index andphysical property indexes of soil

      物理性状指标
      Physical property index
      饱和持水量
      MWHC
      毛管持水量
      CWHC
      田间持水量
      FWHC
      初渗率
      IIR
      平均渗透速率
      AIR
      稳渗率
      SIR
      土壤密度
      Soil bulk density (BD)
      − 0.661** − 0.494* − 0.421* − 0.113 − 0.340* − 0.318*
      土壤紧实度
      Soil compactness (SC)
      − 0.542** − 0.659** − 0.549** 0.284** − 0.679** − 0.680**
      土壤非毛管孔隙度
      Non-capillary porosity of soil (NCP)
      − 0.469** − 0.046 − 0.069 0.190 0.259* 0.238*
      土壤毛管孔隙度
      Capillary porosity of soil (CP)
      0.619** 0.844** 0.667** − 0.084 0.070 0.071
      土壤总孔隙度
      Total porosity of soil (TP)
      0.797** 0.686** 0.604** 0.040 0.210 0.199
      土壤毛管孔隙度/土壤非毛管孔隙度
      Ratio of capillary porosity to non-capillary porosity of soil
      (NCP/CP)
      − 0.300** 0.007 − 0.091 − 0.146 − 0.251** − 0.275**
    • 人为干扰对城市森林土壤持水过程的影响是由土壤结构、植被环境、冠层截留等多种因素共同作用的结果。本文中,土壤紧实度与凋落物累积量的影响较林下植被覆盖更加显著。饱和持水量是毛管孔隙和非毛管孔隙水分贮蓄量之和,反映土壤贮蓄和调节水分的潜在能力,毛管持水量和田间持水量分别代表毛管孔隙和非毛管孔隙中能够贮存的水分。

      土壤踩踏程度的变化引起土壤紧实度的变化,而土壤密度和土壤孔隙程度也随土壤紧实度增加而增加和降低,进而引起土壤持水能力下降。此外,凋落物的累积量也会通过影响土壤孔隙性质改变土壤持水性能(图7),凋落物在降雨过程中可以缓冲削弱雨滴对土壤的击打溅蚀,增加贮存水分的孔隙[22]。然而,本研究发现凋落物过多会影响土壤持水能力。这可能是由于较高的凋落物累积量和覆盖可以增加土壤腐殖质,减少土壤水分蒸发,进一步增加毛管悬着水[23],但凋落物累积量过高且不分解,对土壤持水能力产生负向影响。枯落物厚度和覆盖越高的地块,土壤表层有机质含量越高,越有利于植物生长,且保持水土的能力相对就越大[24-25]本研究与这些研究结果不同,当然二者之间关系并不显著,可能由于凋落物还会影响土壤有机碳的含量,这也是导致土壤粘结和持水能力变化的因素之一[26-27]

      图  7  土壤紧实度与凋落物累积量与土壤物理性质的关系

      Figure 7.  Relationship between soil compactness as well as litter accumulation and soil physical properties

    • 土壤水分入渗性能是评价植被层水分调节能力的重要指标[28]。土壤渗透性的好坏直接关系到地表径流的大小,渗透性能越好,地表径流越少[29]。土壤遭到践踏后,土壤紧实度增加;但土层会混入砾石,出现由砾石引起的优先流[30],从而破坏土壤的团粒结构[31],二者的共同作用降低了土壤孔隙度,并降低了土壤的渗透能力。孔隙度与平均渗透速率、稳渗率呈不同程度的显著正相关关系,印证了这一结论,与Yang等和李建兴等的研究结果一致[32-33]

      随着地表凋落物累积量的增加,土壤密度先降低再升高,孔隙度先升高再降低,土壤的稳渗率、平均渗透速率也呈先升高再降低的趋势。这可能与地表的凋落物通过腐殖质巨大的表面积及亲水基团增强了土壤吸持力,进而增强了土壤渗透性有关。然而。凋落物较多会影响土壤呼吸[34]和土壤温度[35],对土壤的入渗产生负面影响[36-37]。在土壤湿润的过程中,土壤团聚体发生分散瓦解,表面形成结皮[38-39],对土壤初渗的过程及土壤入渗能力产生影响。同时,土壤水分状态不同,土壤持水能力也有所不同。因为,土壤水分运动是降雨、蒸发、地下水流动多种运动共同作用结果[40]。水分充足时,即降水和灌溉后,水分很快下渗,此时水分下渗运动强于水分保持,这两种运动的权衡关系有待于今后做进一步研究。

      综合来看,土壤因人为践踏引起的紧实度变化及人为收集凋落物引起的凋落物累积量变化对土壤持水及渗水能力的影响整体上大于植被覆盖的影响,但与紧实度引起的变化相比,凋落物累积量引起的变化相对不明显,凋落物累积量对土壤持水、渗水能力变化的解释力较弱。减轻人为践踏、降低紧实度、适当保留凋落物可以提高土壤的持水、渗水能力,更好地发挥城市森林的“海绵作用”。

参考文献 (40)

目录

    /

    返回文章
    返回