祁連山區(qū)林地的土壤貯水量坡位響應(yīng)

王彬，于澎濤?，王順利，王彥輝，劉賢德，金銘，張學(xué)龍(．中國林業(yè)科學(xué)研究院森林生態(tài)環(huán)境與保護研究所 國家林業(yè)局森林生態(tài)環(huán)境重點實驗室，0009，北京; ．甘肅省祁連山水源涵養(yǎng)林研究院，734000，甘肅張掖)

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祁連山區(qū)林地的土壤貯水量坡位響應(yīng)

王彬1，于澎濤1?，王順利2，王彥輝1，劉賢德2，金銘2，張學(xué)龍2
(1．中國林業(yè)科學(xué)研究院森林生態(tài)環(huán)境與保護研究所 國家林業(yè)局森林生態(tài)環(huán)境重點實驗室，100091，北京; 2．甘肅省祁連山水源涵養(yǎng)林研究院，734000，甘肅張掖)

摘要:同一坡面上不同坡位土壤貯水量差異的研究，有助于了解坡面土壤水分分布特征，指導(dǎo)坡面植被恢復(fù)和坡面治理。對祁連山排露溝小流域陰坡上不同坡位土壤水分差異，分析表明:1)生長季平均土壤貯水量自坡上到坡下呈“單峰”變化:坡中和坡中下最高，分別為201和198 mm;坡中上和坡下次之，分別為177和175 mm;而坡上最少，為159 mm。2)6月、7月和9月，坡中、坡中下土壤貯水量顯著高于其他坡位。5月和8月，不同坡位土壤貯水量差異較小，但坡中、坡中下土壤貯水量仍略高于其他坡位。3)在任何天氣條件下，不同土層土壤貯水量沿坡面的變化規(guī)律均表現(xiàn)為自坡上到坡下呈“單峰”變化。0～30 cm土層土壤貯水量，在持續(xù)無雨、小雨或連陰雨的天氣條件下，均表現(xiàn)為坡上最低，坡中最高。30～80 cm土層的貯水量，在不同天氣條件下，坡中和坡中下的土壤貯水量總量最高;在持續(xù)無雨或小雨的天氣下，坡中上最低;連陰雨的天氣條件下，坡上最低。因此，中坡位由于接收坡上來水，水分條件最好。這說明在坡面尺度上進行林業(yè)管理時，考慮不同坡位的水分條件，合理管控不同坡位林分密度，有利于實現(xiàn)林 水可持續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞:祁連山;陰坡;青海杉林;坡位;土壤貯水量;極差;空間變異;天氣條件

項目名稱:國家自然科學(xué)基金“黑河流域上游生態(tài)水文過程耦合機理及模型研究”(91225302)，“黑河流域生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特征與過程集成及生態(tài)情景研究”(91425301)，“祁連山土壤水資源與植被承載力空間分布特征研究”(31360201)

土壤水分是土壤養(yǎng)分循環(huán)和流動的載體，是土壤 植物 大氣連續(xù)體的一個關(guān)鍵因子，在西北半干旱地區(qū)，是影響植被分布的關(guān)鍵［1 4］。祁連山是我國西北重要的水源涵養(yǎng)林區(qū)，在該地區(qū)已經(jīng)開展了很多水有關(guān)土壤水分的研究［5 14］，但以往的研究主要集中在流域、區(qū)域、樣地(林分)等尺度上土壤水分的時空變化。例如:張濤等［10］研究該地區(qū)不同海拔高度土壤水分的動態(tài)變化;劉鵠等［11］等對淺山區(qū)不同植被類型土壤水分的時間異質(zhì)性做了研究;黨宏忠等［12］對青海云杉林地土壤水分變化特征進行了研究，并發(fā)現(xiàn)苔蘚 青海云杉林地土壤具有密度低，入滲率高，土壤水分含量垂向分布受降水影響明顯等特征;田風霞等［13］對祁連山東段土壤水分時空分布特征及其與環(huán)境因子的關(guān)系做了研究，并發(fā)現(xiàn)坡位是影響土壤水分的時空分布的環(huán)境因子之一。而坡面不僅是森林植被和水資源互相影響的基本空間單元，也是林業(yè)生產(chǎn)規(guī)劃和管理的基本空間單位［4］。目前坡位與土壤水分的相關(guān)研究，主要是將其作為一個環(huán)境因子對比分析其與土壤水分的相關(guān)性［13，15 16］，從坡位的角度分析土壤水分變化的研究較少，這限制著對坡面土壤水分分布的進一步認識。研究［17］表明在半干旱地區(qū)不同立地條件下增加10%的森林覆蓋率，產(chǎn)流量的增減變化達15.8 mm，可見選擇合適的立地條件造林，比如恰當?shù)钠挛粚υ炝中б嬗泻艽蟮拇龠M作用。祁連山區(qū)地處半干旱氣候帶，該地區(qū)的森林分布與土壤水分存在密不可分的關(guān)系，而坡面作為森林植被分布的基本空間單元，不同坡位土壤含水量對森林分布具有重要的影響;因此，本研究基于祁連山陰坡，比較不同坡位土壤水分的差異，以期為森林科學(xué)管理以及水資源合理利用提供科學(xué)依據(jù)。

1　研究區(qū)概況

研究區(qū)位于甘肅祁連山中段北坡排露溝小流域(E 100°17'～100°18'，N 38°32'～38°33')，海拔2 600～3 800 m，流域面積為 2.91 km2，屬于高寒半干旱半濕潤山地森林草原氣候。在2 650 m處，平均氣溫0.5℃，年均降水量435.5 mm，年均蒸發(fā)量1 051.7 mm;雨季(5—10月)降水占全年降水的87.2%左右，旱季(11月至翌年4月)降水僅占全年降水的12.8%左右，其中降雪占2.8%。流域降水不僅隨時間變化，而且在空間上因海拔、坡向也有較大的差異，如陰坡降水比陽坡多7%左右［18］。流域植被陽坡為山地草原，陰坡為森林，以青海云杉(Picea asperata Mast.)林為主。青海云杉林主要分布在海拔2 700～3 300 m范圍內(nèi)的陰坡、半陰坡。林下苔蘚層十分發(fā)育，其厚度為0～15 cm，蓋度從0～100%不等，呈斑塊狀分布。苔蘚層的種類主要為山羽蘚(Abietinella abietina(Hedw.)Fleisch.)。海拔3 300 m以上分布著亞高山灌叢。土壤主要為山地森林灰褐土、山地栗鈣土和亞高山灌叢草甸土等，有機質(zhì)質(zhì)量分數(shù)為7%～12%，pH值為 7～8［19 20］。

2　研究方法

2.1樣坡選取與土壤水分觀測點的布設(shè)

選取排露溝小流域位于海拔2 700～2 800 m左右的東北向陰坡做為研究樣坡。該樣坡植被為青海云杉林，優(yōu)勢種和建群種均為青海云杉，林下灌木層和草本層均不發(fā)育，林下有苔蘚層分布。樣坡土壤類型主要為山地森林灰褐土和山地栗鈣土，土質(zhì)主要為輕壤土和中壤土。土層厚度為0.8～1.6 m，土壤質(zhì)地較為粗糙，透水性強。表層有機質(zhì)含量較多，深層土壤石礫含量大于表層。

樣坡長230 m左右。在樣坡上從坡頂?shù)狡碌撞荚O(shè)3條樣線，分別為A1、A2、A3，樣線間距為15 m。根據(jù)在樣坡上的相對位置，在每條樣線上按照從上到下的順序布設(shè)5個觀測點，依次為坡上、坡中上、坡中、坡中下和坡下，距離均為60 m左右，其中坡上觀測點位于樣坡的頂部，坡下觀測點位于樣坡的坡底，這樣共在樣坡上布設(shè)15個觀測點，坡位由上向下以A，B，C，D，E表示。坡上以及坡中上測點較陡，坡度在35°～50°之間;坡中、坡中下、坡下觀測點的坡度均介于23°～28°之間。坡上部青海云杉林下基本無苔蘚分布，只有草本層覆蓋，其他4個坡位均有苔蘚層覆蓋。各觀測點的詳細信息見表1。

表1　觀測點基本信息Tab．1　Basic information of observation points for soil water storage on the slope

2.2土壤水分監(jiān)測

土壤水分用土鉆法測定。以每個觀測點為中心，在距離觀測點3 m的范圍內(nèi)隨機取樣，每個觀測點每次取3個平行樣，每個取樣點均按0～10、10～20、20～30、30～40、40～50、50～60和60～80 cm分層取樣3個平行樣的土壤含水量平均值，即為該土層的含水量。

于2015年生長季(5—9月)對觀測點的土壤水分進行測定，其中，于5月的1日、7日、11日、25日進行測定，6—9月在每月5日、15日和25日定期測定。

為方便計算0～80 cm土層總含水量，本文中不同層次土壤含水量用土壤貯水量表示:

式中:S為土壤貯水量，mm;W為土壤質(zhì)量含水量;%;ρ1為土壤密度，g/cm3;ρ2為水的密度，g/ cm3;h為土壤厚度，mm;g1為土壤濕質(zhì)量，g;g2為土壤干質(zhì)量，g。

3　結(jié)果與分析

3.1降雨特征分析

2015年生長季降雨總量為342.8 mm，降雨主要以小雨為主，但小雨累積降雨總量和中雨相同。5—9月份共降雨69 d，其中小雨55 d(降雨量為157.1 mm)，中雨11 d(降雨量為157.2 mm)，大雨1 d(降雨量為28.5 mm)，降水量分別占生長季總降雨量的45.8%、45.9%、8.3%。降雨在月份之間分布不均，其中6月、7月和9月份降雨量為253.2 mm，占整個生長季降雨總量的74%，5月和8月份降雨量的和僅占整個生長季降雨總量的26%。

3.2土壤物理性質(zhì)沿坡面的變化

圖1　不同坡位土壤密度和孔隙度變化特征Fig．1　Changes of soil density and total soil porosity along soil profile

如圖1所示，樣坡土壤密度均 ＜1.0 g/cm3，土壤較疏松，但在坡面上并不均勻。其中:坡中土壤密度最小，表層(0～10 cm)土壤密度為0.36 g/cm3，為該樣坡土壤密度最小值;10～60 cm土層密度為0.41～0.92 g/cm3;其次為坡中上，表層(0～10 cm)土壤密度僅為0.43 g/cm3，10～60 cm土壤密度為0.61～0.84 g/cm3，60～80 cm大塊石礫含量較多。坡下的土壤密度大于坡中上，各層次土壤密度為0.72～0.87 g/cm3，20～30 cm土層的土壤密度小于其他土層，為0.72 g/cm3。坡中下土壤密度最大，除20～30 cm土層密度為0.76 g/cm3，其他土層土壤密度＞0.8 g/cm3。由于腐殖質(zhì)累積較厚，再加上根系網(wǎng)，土壤孔隙度發(fā)達，所測深度內(nèi)土壤密度普遍較小。

土壤總孔隙度反映土壤的透水性，孔隙度越大透水能力越強。表層0～10 cm坡中和坡中上土壤孔隙度達到 75%;坡上次之，為 68%;坡中下為64%;坡下土壤孔隙度最小，為56%。10～80 cm土層，坡中的總孔隙度隨深度波動較大，但高于其他坡位;坡中上的總孔隙度隨土層深度的增加呈減小的趨勢;坡中下和坡下的總空隙度隨土層深度的增加先增加后減小?？傮w上，該樣坡的坡中部水分入滲能力最強，坡中下和坡下最差。

3.3土壤貯水量隨坡位變化

生長季平均土壤貯水量自坡上至坡下呈“單峰”的變化趨勢(表2)。其中:峰值位于坡中處，生長季平均土壤貯水量為201 mm;坡中下土壤貯水量為198 mm，同峰值處含水量僅相差3 mm;坡下土壤貯水量為175 mm，較峰值處低26 mm。坡中至坡上土壤貯水量仍為減少的趨勢，坡中上土壤貯水量為177 mm，較坡中少24 mm;坡上土壤貯水量為159 mm，為該樣坡土壤貯水量最小值，較峰值處坡中的含水量低42 mm?？傮w來看，坡中和坡中上的生長季平均土壤貯水量高于其他坡位;坡上最低。

不同月份土壤貯水量隨坡位的變化具有與生長季平均土壤貯水量相似的變化規(guī)律，各月份平均土壤貯水量均表現(xiàn)為坡中、坡中下高于其他坡位，但坡位間土壤貯水量的差異大小隨月份而變化(表2)。其中，5月和8月不同坡位的土壤貯水量差異較小，自坡上至坡下“單峰”現(xiàn)象不明顯。5月份坡中下土壤貯水量最高，為153 mm，坡中上含水量最低，為125 mm，不同坡位最大土壤貯水量與最小土壤貯水量的差別僅為28 mm;8月份坡中上、坡中、坡中下和坡下4個坡位的土壤貯水量為160～166 mm，差別較小，而坡上土壤貯水量為133 mm，同其他4個坡位相差27～33 mm。

表2　不同坡位土壤貯水量Tab．2　Soil water storage along the slope　mm

6月、7月和9月土壤貯水量自坡上至坡下的“單峰”現(xiàn)象極其顯著(表2)，而且不同坡位間土壤貯水量的差異較大。其中:6月土壤貯水量的峰值出現(xiàn)在坡中，為 224 mm;土壤貯水量由坡中向坡上和坡下逐漸減少，坡上水量為191 mm，較坡中少33 mm;坡下土壤貯水量最低，為186 mm，較坡中少38 mm。7月份土壤貯水量的峰值仍出現(xiàn)在坡中，為246 mm;土壤貯水量由坡中向坡上和坡下逐漸減少，至坡上土壤貯水量減為181 mm，較坡中減少65 mm;坡下土壤貯水量為197 mm，較坡中少49 mm。9月，坡中土壤貯水量仍高于其他坡位，土壤貯水量由坡中向樣坡的坡上和坡下逐漸減少。其中:坡上土壤貯水量最低，為180 mm，較坡中少44 mm;坡下土壤貯水量為199 mm，較坡中少25 mm。6月、7月和9月土壤貯水量最高與最低的坡位，土壤貯水量相差38～65 mm。

總體來看，在降雨較少的5月和8月，各坡位土壤貯水量差異不顯著，坡中、坡中下土壤貯水量略高于其他坡位。在降雨較多的 6月、7月和9月，坡中、坡中下土壤貯水量顯著高于其他坡位。

3.4不同天氣下土壤貯水量坡位間的差異

3.4.1小雨或無雨條件下各坡位土壤貯水量沿剖面變化

在小雨或無雨的天氣下，如在2015年5月的7日和25日及8月5日，0～80 cm土壤總含水量均為坡中、坡中下土壤貯水量最高(表3)，坡上、坡中上和坡下土壤貯水量較低;但不同坡位的土壤總土壤貯水量差異較小，土壤貯水量最高與最低的坡位，分別相差28、28和21 mm。

表3　小雨/無降雨條件下各坡位土壤貯水量空間差異Tab．3　Spatial variation of soil water storage along the slope in the days of rainless or light rain

不同坡位的土壤貯水量沿剖面具有相同的變化趨勢。如2015年5月25日在0～30 cm土層，5個坡位的土壤貯水量隨土壤深度的增加均呈逐漸減少的趨勢(圖2):在30 cm達到相對最小值;30～80 cm土層內(nèi)，土壤貯水量隨深度的增加呈先增加后趨于穩(wěn)定的趨勢。

在不同的土層深度，土壤貯水量的最大和最小值出現(xiàn)在不同的坡位。在0～30 cm深度內(nèi)，坡上土壤貯水量最低，為11～13 mm(圖2);坡中上土壤貯水量高于坡上，為12～18 mm;該土層坡中下和坡下土壤貯水量基本重合，為14～18 mm;坡中土壤貯水量最高，為15～19 mm。30～80 cm土層范圍內(nèi)，坡中上土壤貯水量最低，為12～15 mm;坡上土壤貯水量略高于坡中上;坡中和坡中下土壤貯水量高于其他坡位，25～45 cm范圍內(nèi)坡中土壤貯水量最高，為15～18 mm，而在45～80 cm的范圍內(nèi)坡中下土壤貯水量最高，為17～19 mm?？傮w來看，在0～30 cm深度范圍內(nèi)坡上土壤貯水量最低，坡中土壤貯水量最高;30～80 cm深度范圍內(nèi)坡中上土壤貯水量最低，坡中和坡中下土壤貯水量最高。

3.4.2連續(xù)降雨條件下土壤貯水量坡位間的差異

連續(xù)降雨的天氣下，0～80 cm土壤總含水量在坡位間差異均較無雨和小雨天氣下大，而且坡中和坡中下土壤貯水量較高，坡上土壤貯水量最低。如

圖2　2015年5月25日不同坡位土壤貯水量剖面變化特征Fig．2　Variations of soil water storage along soil profile at different slope positions on May 25th，2015

2015年的6月5日、7月6日和7月15日在連續(xù)降雨日后，坡中、坡中下土壤貯水量較坡上土壤貯水量分別高67、95和56 mm(表4)。

在整個土壤剖面上，5個坡位土壤貯水量隨土層深度的變化趨勢相同。如在2015年7月6日各坡位土壤貯水量沿剖面具有相似的變化趨勢(圖3)，即:在0～30 cm土層內(nèi)，土壤貯水量隨著土壤深度的增加逐漸減少，在30 cm達到相對最小值;在25～80 cm土層內(nèi)，土壤貯水量處于穩(wěn)定的狀態(tài)，無明顯的增減。

表4　連續(xù)降雨條件下各坡位土壤貯水量空間差異Tab．4　Spatial variation of soil water storage on different slope position in the condition of continuous raining

在不同的土層深度，坡位間的土壤貯水量差異不同。表層0～10 cm，坡上土壤貯水量最低，為35 mm(圖3);坡中上、坡中、坡中下和坡下4個坡位土壤貯水量差別較小，為44～50 mm，但坡中土壤貯水量最高，為50 mm。10～30 cm深度范圍內(nèi)，坡上土壤貯水量最低，為20～23 mm;坡中上土壤貯水量隨深度下降顯著，含水量為20～31 mm;坡中土壤貯水量仍最高，為33～40。30～80 cm土層范圍內(nèi)，坡上土壤貯水量最低，為18～20 mm;坡中上土壤貯水量略高于坡上，為19～21 mm;坡下土壤貯水量為24～27 mm;坡中下土壤貯水量為25～31 mm;坡中土壤貯水量高于其他坡位，為27～33 mm?？傮w來看，0～30 cm土層坡上土壤貯水量最低，坡中土壤貯水量最高;在深層30～80 cm坡上和坡中上土壤貯水量接近，土壤貯水量低;坡中和坡中下土壤貯水量接近，土壤貯水量高。

圖3　2015年7月6日不同坡位土壤貯水量剖面變化特征Fig．3　Variation of soil water storage along soil profile at different slope positions on July 6th，2015

4　結(jié)論與討論

1)祁連山北坡典型山坡上，生長季平均土壤貯水量隨坡位自坡上到坡下呈“單峰”變化。坡中和坡中下土壤貯水量最高，坡中上和坡下次之，坡上土壤貯水量最低，極差為42 mm。

2)盡管生長季各月平均土壤貯水量均表現(xiàn)為坡中、坡中下高于其他坡位;但在降雨較少的5月份和8月份，土壤貯水量坡位間差異較小，土壤貯水量極差為28和33 mm。在降雨較多的6月、7月和9月份，坡中、坡中下土壤貯水量顯著高于其他坡位，土壤貯水量相差可達38～65 mm。

3)不同的天氣條件下，整個土壤剖面上，各土層土壤貯水量坡位間變化規(guī)律與生長季平均土壤貯水量沿坡面變化規(guī)律相同。在持續(xù)無雨、小雨或連陰雨的天氣條件下，0～25 cm土層，均表現(xiàn)為坡上土壤貯水量最低，坡中土壤貯水量最高;25～80 cm土層，在持續(xù)無雨或小雨的天氣下，坡中上土壤貯水量最低;連陰雨的天氣條件下，坡上土壤貯水量最低;而坡中和坡中下的土壤貯水量在無論何種天氣均為最高。

4)坡面對土壤水分的重新分配受微地形和土壤物理性質(zhì)等多種因素的影響。在坡面尺度上進行林業(yè)管理時，應(yīng)考慮不同坡位的水分條件，合理管控不同坡位林分密度，實現(xiàn)植被健康可持續(xù)生長。

不同坡位土壤含水量的差異在多地被發(fā)現(xiàn)。如在黃土高原［21］和晉西黃土高原殘垣溝壑區(qū)［22］土壤含水量自坡頂?shù)狡碌拙絹碓叫。跂|北黑土區(qū)［23］研究發(fā)現(xiàn)，下坡位土壤含水量最大，上坡位次之，中坡位最小。而筆者發(fā)現(xiàn)坡中部土壤含水量最大，坡下部次之，坡上部最小，這與吳祥云等［24］對遼東山地土壤水分隨坡面變化的研究結(jié)果類似。本研究結(jié)果與研究區(qū)坡面條件有關(guān)，降水沿坡面再分配，是造成同一坡面不同位置水分差異的原因［21，25］。坡上和坡中上坡度較大，巖石較多，水分易流失;而坡中位于陡坡下方，坡度減緩，且土質(zhì)疏松，土壤孔隙度較大，故坡中能夠接收較多上部來水，持水能力強，因此，儲水量高于其他坡位。坡中下及坡下坡度類似坡中，但土壤緊實度增大，表層土壤孔隙度明顯小于坡中和坡中上，土壤滲透能力相對較差;但由于坡中下距坡中較近，可能會接收較多坡中部土壤水分供給，因此其整個生長季平均土壤貯水量雖低于坡中部，但高于其他坡位。

在祁連山地區(qū)天然降水是植物吸收和利用的主要來源，該地區(qū)對植被的承載力實質(zhì)上為土壤水分的植被承載力。如果植被密度超過土壤水分的最大供應(yīng)限度，會造成土壤水分嚴重虧缺，隨著植物的生長發(fā)育，土壤水分不斷下降，引起植物生長逐漸衰退、死亡［26 28］，進而加重水土流失，造成環(huán)境惡化的惡性循環(huán);因此，在半干旱山區(qū)造林的立地選擇就尤為重要。本研究中，在樣坡上土壤水分較高的坡中林分密度最大，可達2 025株/hm2，土壤水分最小的坡上部林分密度僅為1 250株/hm2。這表明，優(yōu)選坡中下部水分好的地方，有利于造林成功;也說明在同一坡面上，應(yīng)根據(jù)坡面的實際條件合理控制林分密度，實現(xiàn)林 水的健康發(fā)展。

5　參考文獻

［1］金銘，李毅，劉賢德，等．祁連山青海云杉林空間結(jié)構(gòu)分析［J］．干旱區(qū)地理，2012，35(4):587．Jin Ming，Li Yi，Liu Xiande，et al．Spatial structure characteristic of Picea crassifolia in Qilian Mountains［J］．Arid Land Geography，2012，35(4):587．(in Chinese)

［2］莫保儒，蔡國軍，楊磊，等．半干旱黃土區(qū)成熟檸條林地土壤水分利用及平衡特征［J］．生態(tài)學(xué)報，2013，33 (13):4011．Mo Baoru，Cai Guojun，Yang Lei，et al．Soil water use and balance characteristics in mature forest land profile of Caragana korshinskii ins semiarid loess aea［J］．Acta Ecologica Sinica，2013，33(13):4011．(in Chinese)

［3］張雷明，上官周平．黃土高原土壤水分與植被生產(chǎn)力的關(guān)系［J］．干旱區(qū)研究，2002，19(4):59．Zhang Leiming，Shangguan Zhouping．Relationship between the soil moisture and the vegetation productivity in the Loess Plateau［J］．Arid Zone Research，2002，19 (4):59．(in Chinese)

［4］段旭．六盤山地區(qū)水文要素坡面變化［D］．北京:中國林業(yè)科學(xué)研究院，2011:8．Duan Xu．The variation of hydrological factors on slopes in the region of Liupan Mountains［D］．Beijing:Chinese Academy of Forestry，2011:8．(in Chinese)

［5］張泉，劉詠梅，楊勤科，等．祁連山退化高寒草甸土壤水分空間變異特征分析［J］．冰川凍土，2014，36(1):88．Zhang Quan，Liu Yongmei，Yang Qinke，et al．Analysis of the spatial variability of soil moisture in degrading alpine meadow in the Qilian Mountains［J］．Journal of Glaciology and Geocryology，2014，36(1):88．(in Chinese)

［6］趙錦梅，張德罡，劉長仲．東祁連山土地利用方式對土壤持水能力和滲透性的影響［J］．自然資源學(xué)報，2012，27(3):422．Zhao Jinmei，Zhang Degang，Liu Changzhong．The Effect of land use patterns on soil moisture retention capacity and soil infiltration property in Eastern Qilian Mountains ［J］．Journal of Natural Resources，2012，27(3):422．(in Chinese)

［7］唐振興，何志斌，劉鵠．祁連山中段林草交錯帶土壤水熱特征及其對氣象要素的響應(yīng)［J］．生態(tài)學(xué)報，2012，32(4):1056．Tang Zhenxing，He Zhibin，Liu Hu．Soil moisture and temperature characteristics of forest-grassland ecotone in middle Qilian Mountains and the responses to meteorological factors［J］．Acta Ecologica Sinica，2012，32(4): 1056．(in Chinese)

［8］王順利，劉賢德，金銘，等．祁連山排露溝小流域土壤物理性質(zhì)空間差異研究［J］．水土保持通報，2010，30 (4):81．Wang Shunli，Liu Xiande，Jin Ming，et al．Soil physical characteristics in Pailugou Watershed of Qilian Mountains ［J］．Bulletin of Soil and Water Conservation，2010，30 (4):81．(in Chinese)

［9］董曉紅，于澎濤，王彥輝，等．分布式生態(tài)水文模型 TOPOG在溫帶山地小流域的應(yīng)用:以祁連山排露溝小流域為例［J］．林業(yè)科學(xué)研究，2007，20(4):477．Dong Xiaohong，Yu Pengtao，Wang Yanhui，et al．The application of the distributed eco-hydrological model TOPOG in a mountainous small watershed of temperate zone: a case study in the small watershed of Pailugou in Qilian Mountains［J］．Forest Research，2007，20(4):477．(in Chinese)

［10］張濤，車克鈞，王輝．祁連山青海云杉林不同海拔梯度土壤水分動態(tài)變化［J］．湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2009，48 (5):1107．Zhang Tao，Che Kejun，Wang Hui．Research on soil Water dynamics along an elevation gradient in Picea crassifolia forestry lands in Qilian Mountains［J］．Hubei Agricultural Sciences，2009，48(5):1107．(in Chinese)

［11］劉鵠，趙文智，何志斌，等．祁連山淺山區(qū)不同植被類型土壤水分時間異質(zhì)性［J］．生態(tài)學(xué)報，2008，28(5): 2389．Liu Hu，Zhao Wenzhi，He Zhibin，et al．Temporal heterogeneity of soil moisture under different vegetation types in Qilian Mountain［J］．Acta Ecologica Sinica，2008，28(5):2389．(in Chinese)

［12］黨宏忠，趙雨森，陳祥偉，等．祁連山青海云杉林地土壤水分特征研究［J］．應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，2004，15(7): 1148．Dang Hongzhong，Zhao Yusen，Chen Xiangwei，et al．Soil water characteristics in Picea crassifolia forestry lands in Qilian Mountains［J］．Chinese Journal of Applied Ecology，2004，15(7):1148．(in Chinese)

［13］田風霞，趙傳燕，王瑤．祁連山東段土壤水分時空分布特征及其與環(huán)境因子的關(guān)系［J］．干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2010(6):23．Tian Fengxia，Zhao Chuanyan，Wang Yao．Spatial and temporal variations of soil moisture and its relationship with environmental factors in the east section of the Qilian Mountains［J］．Agricultural Research in the Arid Areas，2010(6):23．(in Chinese)

［14］Yu Pengtao，Wang Yanhui，Wu Xudong，et al．Water yield reduction due to forestation in arid mountainous regions，northwest China［J］．International Journal of Sediment Research，2010，25(4):423．

［15］Zhu Huade，Shi Zhihua，F(xiàn)ang Nufang，et al．Soil moisture response to environmental factors following precipitation events in a small catchment［J］．Catena，2014，120:73．

［16］王兵，崔向慧，白秀蘭，等．荒漠化地區(qū)土壤水分時空格局及其動態(tài)規(guī)律研究［J］．林業(yè)科學(xué)研究，2002，15 (2):143．Wang Bing，Cui Xianghui，Bai Xiulan，et al．Research on temporal and spatial patterns and dynamic laws of soil water content in desert area［J］．Forest Research，2002，15(2):143．(in Chinese)

［17］Yu Pengtao，Valentina Krysanova，Wang Yanhui，et al．Quantitative estimate of water yield reduction caused by forestation in a water-limited area in northwest China［J］．Geophysical Research Letters，2009，36(2):349．

［18］王金葉，于澎濤，王彥輝，等．森林生態(tài)水文過程研究:以甘肅省祁連山水源涵養(yǎng)林為例［M］．北京:科學(xué)出版社，2008:13 27．Wang Jinye，Yu Pengtao，Wang Yanhui，et al．Forest ecological hydrological process research:a case study of water resource forest in Qilian Mountains［M］．Beijing: Science Press，2008:13 27．(in Chinese)

［19］朱喜，何志斌，杜軍，等．間伐對祁連山青海云杉人工林土壤水分的影響［J］．林業(yè)科學(xué)研究，2015，25(1):55．Zhu Xi，He Zhibin，Du Jun，et al．Effects of thinning on the soil moisture of the Picea crassifolia plantation in Qilian Mountains［J］．Forest Research，2015，25(1): 55．(in Chinese)

［20］He Zhibin，Zhao Wenzhi，Liu Hu，et al．Effect of forest on annual water yield in the mountains of an arid inland river basin:a case study in the Pailugou catchment on northwestern China＇s Qilian Mountains［J］．Hydrological Processes，2012，26(4):613．

［21］Qiu Yang，F(xiàn)u Bojie，Wang Jun，et al．Soil moisture variation in relation to topography and land use in a hillslope catchment of the Loess Plateau，China［J］．Journal of Hydrology，2001，240(3):243．

［22］王春紅，王治國，鐵梅，等．河溝流域土壤水分空間變化及植被分布與生物量研究［J］．中國水土保持科學(xué)，2004，2(2):18．Wang Chunhong，Wang Zhiguo，Tei Mei，et al．Study on spatial variety of soil moisture and distribution of vegetation and biomass in Hegou small watershed［J］．Science of Soil and Water Conservation，2004，2(2):18．(in Chinese)

［23］蘇子龍，張光輝，于艷．典型黑土區(qū)農(nóng)業(yè)小流域不同坡向和坡位的土壤水分變化特征［J］．中國水土保持科學(xué)，2013，11(6):39．Su Zilong，Zhang Guanghui，Yu Yan．Variation of soil moisture with slope aspect and position in a small agricultural watershed in the typical black soil region［J］．Science of Soil and Water Conservation，2013，11(6): 39．(in Chinese)

［24］吳祥云，劉夢旅，任杰，等．遼東山地森林景觀界面土壤水分變異特征研究［J］．北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報，37 (4):56．Wu Xiangyun，Liu Menglv，Ren Jie，et al．Soil moisture variation characteristics at forest landscape boundary of mountainous region in eastern Liaoning［J］．Journal of Beijing Forestry University，37(4):56．(in Chinese)

［25］Qiu Yang，F(xiàn)u Bojie，Wang Jun，et al．Spatial variability of soil moisture content and its relation to environmental indices in a semi-arid gully catchment of the Loess Plateau，China［J］．Journal of Arid Environments，2001，49(4):723．

［26］阿拉木薩，蔣德明，李雪華，等．科爾沁沙地典型人工植被區(qū)土壤水分動態(tài)研究［J］．干旱區(qū)研究，2007，24(5):604．A Lamusa，Jiang Deming，Li Xuehua，et al．Study on the dynamic change of soil moisture content in some typical plantations in Horqin Sand Land［J］．Arid Zone Research，2007，24(5):604．(in Chinese)

［27］王新平，張志山，張景光，等．荒漠植被影響土壤水文過程研究述評［J］．中國沙漠，2005，25(2):196．Wang Xinping，Zhang Zhishan，Zhang Jingguang，et al．Review to researches on desert vegetation influencing soil hydrological processes［J］．Journal of Desert Research，2005，25(2):196．(in Chinese)

［28］Yu Pengtao，Wang Yanhui，Du Apeng，et al．The effect of site conditions on flow after forestation in a dryland region of China［J］．Agricultural and Forest Meteorology，2013，178(4):66．

Response of soil water storage to slope position of forestland in Qilian Mountains

Wang Bin1，Yu Pengtao1，Wang Shunli2，Wang Yanhui1，Liu Xiande2，Jin Ming2，Zhang Xuelong2
(1．Research Institute of Forest Ecology，Environment and Protection，Chinese Academy of Forestry，100091，Beijing，China; 2．Academy of Water Resources Conservation Forests in Qilian Mountains of Gansu Province，734000，Zhangye，Gansu，China)

Abstract:［Background］Soil moisture is the key factor in determining the forest vegetation distribution especially in the northwest semi-arid area of China．Slope is basic spatial unit of forest distribution，and uneven distribution of soil moisture on a slope affects greatly forest vegetation．This work aims to understand the differences of soil moisture at varied positions of a slope．［Methods］A shady-facing slope，locating in Pailugou watershed，Qilian Mountains，was selected as example slope in order to analyze how soil moisture changed along the slope．During the growing season of 2015，15 sites on 3 lines from top to bottom of the example plot were set up，there were five sites on each line，the upper slope position，upper middle-slope position，middle slope position，lower middle-slope position and lower slope position，and soil water storage at these sites were monitored every 10 days．［Results］1)The mean values of soil water storage for whole soil profile(0－80 cm thickness)(MSW)were calculated in the whole growing season．It was shown that the MSW changed with a parabolic curve from the upper to thelower along the slope with peak values of 201 mm and 198 mm on middle slope position and lower middleslope position，respectively．The soil water storage on upper middle-slope and lower slope position was only 177 mm and 175 mm，respectively，and that on the upper slope position，i．e．，the highest slope position，was 159 mm，the lowest value of soil water storage．For daily soil moisture，the trend was similar to this along the slope，though the values of soil water storage difference among slope positions varied day by day．2)The difference of soil water storage was not too much in May and August but significant in June，July，and September．For example，the difference of soil water storage between their minimum and maximum was 27 mm in May，and 65 mm in September．3)And this trend of soil water storage did not change with weather conditions．Under the weather conditions without rain，with light rain or strong rain，the soil water storage for soil layer of 0－30 cm was the lowest on upper position and the highest on middle slope position．For soil layer of 30－80 cm，the soil water storage was the highest on middle slope position and lower middle-slope position under any weathers．The soil water storage was the lowest on upper middle-slope position under weather conditions without rain or only with light rain．Meanwhile，the lowest one occurred on upper slope position even under weather conditions with strong rainfall．［Conclusions］This work demonstrated that the middle and lower middle-slope position would store more water due to water redistribution although there was the same precipitation on the slope，which is conducive to make site selection and forestation based on the soil moisture difference among slope positions．

Keywords:Qilian Mountains;shady slope;Picea asperata Mast;slope position;soil water storage; range;spatial variation;weather condition

中圖分類號:S715

文獻標志碼:A

文章編號:1672-3007(2016)03-0101-08

DOI:10．16843/j．sswc．2016．03．013

收稿日期:2016 02 29修回日期:2016 05 10

第一作者簡介:王彬(1991—)，女，碩士研究生。主要研究方向:森林生態(tài)水文。E-mail:wangbinlky@163．com

通信作者?簡介:于澎濤(1970—)，女，研究員，博士生導(dǎo)師。主要研究方向:森林生態(tài)水文。E-mail:yupt@caf．a(chǎn)c．cn