北京公园常见森林类型与人为活动对土壤水分的影响

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城市森林在城市水文中的功能作用是国际上关注的热点之一,城市森林对降低城市雨洪、提高市区地下水补给有较强的作用,是重要的海绵作用组分。同时,城市森林也是公众频繁活动的重要空间,还是管理部门管护等级较高的绿色空间。频繁的人为活动对城市森林土壤蓄水和水分渗透能力的影响逐步被学界重视,并开展了部分研究,并认识到土壤紧实度、凋落物等对土壤水分特性有显著影响。然而,目前在该方面尚鲜见系统研究的报导,尤其是对于北京市区内城市典型森林的相关研究较少。因此,本文在北京市典型城市森林内,选择多种森林结构类型的土壤作为研究对象,以凋落物累积量(0t/hm2~4t/hm2、4t/hm2~8t/hm2、8t/hm2~12t/hm2)、践踏等级(轻、中、重)、草本植物覆盖度(0、0%~50%、50%~100%)等典型人为干扰活动对土壤持水、水分渗透相关性状的影响以及进行了研究,主要结果如下:(1)土壤水分动态会受到森林结构类型及季节的显著影响。春夏秋三季和积累期、消耗期、消退期三阶段变化趋势均大体一致,先升高后下降。复层林在积累期变化幅度较小,仅为单层林的9.24%,同时响应较慢。复层林的土壤水分变异系数仅为单层林的37.72%~53.77%,复层林土壤水分剧烈变化层为0~20cm,明显浅于单层林(0~60cm或0~80cm)。说明层次越丰富趋于自然化土壤水分的稳定性越强。(2)降雨量及林分结构也会导致土壤水分响应的不同。小雨后,单层林浅层土壤含水量迅速升高53.3%,复层林略升高10.94%,深层均基本无响应。大雨后,单层林浅层土壤含水量迅速升高104.4%~120.8%,深层土壤升高57%~92%,后迅速下降;复层林降雨后各土层土壤含水量升高46%~98%,后缓慢下降。降雨量与土壤含水量线性回归,发现slope浅层>slope深层,表面浅层土壤能够较快,较明显地对降雨做出相应。(3)林分结构的影响主要通过叶面积指数、郁闭度、凋落物厚度等实现,雨后均与浅层土壤含水量呈显著负相关(P<0.05)或极显著负相关(P<0.01)。(4)践踏程度及凋落物蓄积量不同对土壤持水、渗水能力有显著影响(P<0.05),而草本植物覆盖度对土壤持水、渗水能力的影响未达显著水平(P>0.05)。其中,土壤持水量和土壤渗透速率与土壤孔隙度呈显著正相关、与土壤容重呈显著负相关。所以,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。(5)土壤持水能力随着紧实度的减少和凋落物累积量的增加而增强(R2=0.562),二者具有协同效应,可显著升高43%,而土壤渗水能力随着紧实度的减少而增加,凋落物影响较弱。
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