土壤水分是流域水量平衡乃至地区水文循环的重要因子。土壤水分动态变化是由诸多环境因子综合作用造成的，准确的掌握土壤水分动态的变化特征，及时了解本地区的水分收支状况，可以更好地进行流域水资源的优化配置和管理的宏观决策。为此，于1997年3月~1999年12月在江苏省如东县一、二线海堤防护林试验区（径流场）内进行了3 a的定位观测，对其土壤水分的动态变化特征进行了比较全面、系统地研究分析，旨在鉴定海堤防护林的水源涵养价值，以便为造林、营林、流域的综合治理以及水利规划提供理论依据。
　　1 试验地概况
　　试验地位于江苏省如东县（N32b20c,E121b11c）一、二线海堤上，气候属亚热带温润气候区，四季分明，雨热同季，季风明显、霜期不长，是典型的海洋性气候，其降雨、蒸发和气温的季节分配见表1~3。防护林树种以刺槐、水杉、柳杉为主，对照为无林地。各样地基本情况见表4。

　　2 研究方法
　　从1997年3月至1999年12月，每10 d（每月8,18,28日）分别在各样地0~10,10~20,20~40,40~60,60~80 cm 5个层次用土钻采集土样，用烘干法测定土壤绝对含水量。同时，在各样地用自计雨量计和常规雨量筒进行雨量测定。
　　3 结果与分析
　　3.1 各样地土壤水分的季节动态变化
　　根据近3 a（34个月）观测获得的数据，将月降雨量和每月3旬土壤各层次（0~80 cm）含水量平均值绘出月降水量和各地类土壤含水量随时间的变化图（见图1）。

图1 不同地类降雨过程与土壤含水量的季节动态变化

从图1可以看出，不同地类土壤含水量的季节变化趋势基本一致。其中柳杉林地土壤水分季节动态变化（土壤含水量）略高于其他林地和无林地，反映常绿针叶林具有蓄水、保水能力；刺槐林地土壤含水量相对较低；水杉林地土壤含水量介于两者之间。无林地（少水年或平水年）含水量高于水杉、刺槐林地，丰水年则低于有林地（夏季最为明显），主要是阔叶树种蒸散耗水量多的缘故。而各地类土壤含水量取决于气候（降雨）条件和季节变化。因此，可将3 a的定位观测数据按四季划分为土壤水分相对稳定期、消耗补偿期、亏损期和积累期。
　　3.1.1 土壤水分相对稳定期 该期是指春季（3~5月）。如东县春季天气时寒时暖，乍晴乍雨，降雨量偏多（约占全年降雨量的1510%~3015%）；气温3 a平均为1413~1419e;蒸发量占全年蒸发量的2318%~2816%（见表1~3）。由于冬雨、春雪与降水大多数渗透到土壤中，使土壤的水分含水量相对维持在一个较高而稳定的水平上，故称之为土壤水分相对稳定期。
　　3.1.2 土壤水分消耗补偿期 该期指夏季（6~8月）。如东县夏季天气主要特征是高温、高湿、雨量集中（约占全年降雨量的40%~60%以上）；气温年平均为2413 ~ 2615e;相对湿度在8217% ~8617%,蒸发量大于降水量（见表1~3）。尽管此时的林木正处于生长旺盛时期，蒸腾作用强烈，林木通过根系从土壤中吸收水分较多，但这一时期持续阴雨天气较多（常年平均有10~15 d时间），有时（月或日）降雨量达200 mm以上，能及时弥补林地蒸发与林木蒸散的损失，使土壤水分得到补充，故称之为土壤水分消耗补偿期。
　　3.1.3 土壤水分亏损期 该期为秋季（9~11月）。如东县在此期正常年份降雨量一般偏少（约占全年降雨量的10%~20%）；气温3 a平均为1717~1817e;蒸发量占全年蒸发量的25%以上（见表1~3），蒸发量大于降雨量（约为6810%~7810%）。并常受高气压控制，大气层结比较稳定，故出现秋高气爽的天气较多，若受单一冷气团长期控制，还会造成秋旱（如1997年9~10月降水只有1112 mm）。而这一时期的林木仍处在较为旺盛生长蒸腾阶段，林木根系需从土壤中吸取大量的水分，故各地类土壤的含水量较低。如刺槐林地10月（0~80 cm）土壤平均含水量下降为6171%,其林木根系主要活动层（10~30cm）土壤含水量仅有316%~413%。因此称之为土壤水分亏损期。对这一时期的林木、植物及时做好秋旱管护工作是非常重要的。
　　3.1.4 土壤水分积累期 该期为冬季（12~2月）。林木已完全停止生长，如东县在这一时期的气温已降到5e左右，降雨量增多，在高的年份约占全年降雨量的1616%,但蒸发量仅占全年蒸发量的10%左右。同时，在冬季常遇寒潮伴随降雨，及降雪融化情况，使土壤含水量一直维持在当年很高的水平（25%以上）上，故称之为土壤水分积累期。
　　3.2 各地类土壤水分的垂直变化特征
　　土壤水分在太阳能的作用下，通过地表蒸发和林冠蒸腾进入大气层，而不断减少。由于根系分布的深浅和土壤中各点水势的不同，土壤剖面上各点含水量的减少并不一样，降雨后各点含水量的增加也各不相同。又由于土壤在不同深度上含水量的变化程度各不相同，从而形成了土壤水分的垂直变化，其变化程度，可用变异系数来表示。变异系数越大，含水量的变化越剧烈；变异系数越小，土壤含水量越稳定（见表5）。

表5 各地类、土层土壤水分的垂直变化

　　从表5可以看出，林地土壤含水量随深度的增加而增加，深度越深，变异系数越小。表层（0~20cm）与根系的主要分布区（0~40 cm）含水量的变化最为剧烈，少水年（1997年）最为明显；平水年或丰水年（1998,1999年）变异较小，而在40 cm以下土层中含水量在全年中的变化较为缓和。无林地0~20cm土层土壤含水量变异系数较大，20~80 cm土层中的含水量的变异系数变化较小。因此，根据变异系数的大小可以把土壤剖面划分为水分变化活跃层、水分变化次活跃层和稳定层。
　　3.2.1 土壤水分变化活跃层 该层主要位于地表0~20 cm土层，降雨时雨水首先渗入该层，使土壤中水分含量急剧增加；雨后由于大量的蒸发和林木根系的吸收，以及在重力、毛细管力的作用下该层水分向下层运动，使其含水量急剧减少，从而形成较大波动，变异系数越大，说明在降雨时该层含水量的增加越多，雨后该层水分的损耗也越多。从表5看出，少水年（1997年）林地（0~20 cm土层）土壤含水量的变异系数都在0132以上，变异系数最大的刺槐林为0144~0151,其次为水杉林0142~0143,柳杉林变异系数在0132~0137之间。无林地由于地面裸露，太阳直接照射地表层（0~20 cm），失水较多，其变异系数也较大为0138~0141（20 cm以下变异系数较小）。平水年或丰水年也有同样的规律。这表明该层是水分的主要消耗活动层。因此认为保护林地内的枯落物不但可以阻止地表径流，增加水分渗入土壤，而且能阻止地面水分蒸发，提高土壤含水量，有利于林木生长。
　　3.2.2 土壤水分变化次活跃层 该层为20~40 cm土层。从表5看出，各地类土壤水分含量较高，柳杉林地为16123%~24178%,水杉与刺槐林地分别为12195%~ 20177%, 12182% ~ 19197%,无林地为14162%~19126%。该层土壤含水量的变异系数大小次序为刺槐林地>水杉林地>柳杉林地，而无林地土壤水分变异系数变化较小。说明林木根系主要分布在该范围内并主要从该层吸收水分，而降雨从活跃层渗入的水分大都存在该层，因此，土壤的含水量因林木根系的吸收和蒸发引起水分的变化波动较大，故称之为土壤水分变化次活跃层，并对林木生长起着较为重要的作用。
　　3.2.3 土壤水分变化稳定层 该层为40~80 cm以下土层。从表5看出，各地类该土层土壤水分含量变化波动很小，且层次间土壤水分含量变化差异不大，其变异系数随土层加深而变小，并稳定在一个水平上，故称之为土壤水分变化稳定层。这与沿海地区海堤防护林地下水位较高有关，并使得林木根系分布呈水平状的特点。
　　3.3 土壤水分与主要气象因子的关系（见图2）

图2 空气温度、降雨量、蒸发量、土壤含水量的季节变化

　　将3 a来月降雨量与各地类土层水分含量的资料进行单相关分析结果列于表6。从表6看出，土壤各地类不同层次的水分与降雨的关联度虽然较低，但经检验柳杉林地0~60 cm土层含水量与降雨量之间存在极显着的相关性，只有60~80 cm土层为显着相关；水杉林地0~40 cm土层水分与降雨量呈显着相关，40 cm以下不相关，说明土层蓄水能力强；刺槐林地0~10 cm土层水分与降雨量呈极显着相关，10 cm以下土层为显着相关；无林地与刺槐林地土层含水量与降雨量相关性相似（个别土层相关数系稍大），这说明沿海地区大气降水直接影响土壤水分的变化状况。从图2看出，无林地表土层（0~10 cm）土壤含水量与蒸发量呈显着负相关，蒸发量与气温之间呈极显着相关（r=01921 9），说明气温越高，蒸发量越大，土壤水分变化波动性越大。总之，影响土壤水分状态的因素较多，但最主要的是大气降水量、土壤的排蓄能力以及植物蒸散能力。

表6 各种地类不同层次土壤水分与降雨的相关关系

　　4 结论
　　（1）苏北海堤防护林地不同地类土壤水分变化主要取决于气候（降雨量的多少）条件和季节变化。
　　（2）不同地类土壤含水量的季节变化趋势基本一致，有林地土壤水分含量高低次序为柳杉林地>水杉林地>刺槐林地，无林地（少水年或平水年）土壤含水量高于水杉林地和刺槐林地，主要是阔叶树蒸散耗水量多的缘故，而丰水年则低于有林地，原因是林木根系的穿插作用，增加了土壤孔隙，使得林地蓄水量增加。
　　（3）根据土壤水分季节变化趋势划分为土壤水分相对稳定期（3~5月）、土壤水分消耗补偿期（6~8月）、土壤水分亏损期（9~11月）和土壤水分积累期（12月至次年2月）。
　　（4）依据土壤水分变化变异系数大小，将土壤水分垂直分布划分为土壤水分活跃层（0~20 cm）、土壤水分次活跃层（20~40 cm）和土壤水分稳定层（40cm以下）。
　　（5）土壤水分与降雨的相关性虽较低，但对各地类表土层影响最为明显。无林地（0~10 cm）土壤水分与蒸发量呈负相关，而蒸发量与大气温度呈极显着的正相关（r=01921 9），说明气温越高，蒸发量越大，土壤水分变化波动性越大。