三峡库区消落带是指水库正常蓄水位海拔175 m与防洪限制水位海拔145 m之间的区域，属于水库水域生态系统和陆地生态系统交互过渡地带，是国内外罕见的一种新生的生物地理景观。“冬水夏陆”是三峡库区消落带生境变化的主要特征。消落带的土壤不仅受水库水位涨落的重力侵蚀和波浪冲击的影响，而且在消落带出露成陆地时期还会受到雨水的冲刷。长期持续的结果必将产生一系列生态环境问题。国内外众多学者和有关部门自三峡水库建设始期就开始关注三峡库区土壤的变化，并就消落带受水位涨落影响后土壤化学性质的变化开展了模拟试验研究(张金洋等，2004; 傅杨武等，2008; 詹艳慧等，2006; Venkatachalam et al., 2005)。土壤是植被生存的基础，土壤物理性状是土壤性质的重要组成部分。在三峡库区消落带植被恢复和重建乃至生态环境建设中，土壤物理状况及其变化规律必须给予充分的考虑。目前，国内对土壤物理性质变化的研究主要集中在土壤侵蚀(查小春等，2003)、土壤退化(蒋德明等，2008)及退耕还林过程中(何谨等，2008; 王新宇等，2008)土壤物理性质的变化，以及不同的林分条件(聂立水等，2007; 黄志刚等，2007)及管理方式(张猛等，2006)对土壤物理性质的影响等方面，对于水库消落带及自然消落带特别是对于拥有特殊水位涨落周期的三峡库区消落带的土壤物理性质变化的研究还很少，尚未见到关于三峡库区消落带土壤物理性状变化的模拟和监测方面的研究报道。

本研究基于固定监测样地，连续2年对三峡库区秭归段和巫山段消落带土壤密度、土壤孔隙度和土壤持水特性等土壤物理指标定位监测和分析，试图揭示三峡水库运行后消落带土壤的物理特征及其变化趋势，以期为三峡库区消落带植被恢复和重建及三峡库区生态环境建设提供科学依据。

1 研究区概况

三峡库区消落带出露成陆地和被水淹没的时空格局与三峡水库水位变化有关，三峡水库水位变化受水库运行调度所调控。按三峡水库运>行计划，2009年以后三峡水库运行进入正常状态。设计的最低限制水位为海拔145 m，最高水位海拔175 m。2009年以前为水库试运行期，在此期间各年份的水位处在不断调整之中。2005—2007年，水库的最低水位一直维持在135 m，最高水位的变化是: 2005—2006年为海拔138 m，2006—2007年为海拔156 m; 2007—2009年水库的最低水位上升至水库原设计的最低水位145 m，最高水位的变化是:2007—2008年为156 m，2008—2009年为172 m。每年的6—9月份为低水位保持期，10月份三峡水库开始蓄水，水位迅速上升; 11月至翌年1月为高水位保持期，1—5月为水位缓慢下降期。消落带在低水位保持期出露成陆地，在高水位保持期被水淹没。

秭归县茅坪镇兰陵溪村九曲垴消落带监测样地坡度36°，坡向西北16°。该地区年均气温18 ℃，≥10 ℃年积温5 723.6 ℃，全年无霜期306天，年均降雨量1 100 mm，年日照时数1 631.5 h，属亚热带季风性湿润气候。水库运行前，样地植被为人工马尾松(Pinus massoniana)林，其中混生的树种有杉木(Cunninghamia lanceolata)和黄檀(Dalbergia hupeana)，林龄20年左右，林分郁闭度0.5。林下主要灌木树种有檵木(Loropetalum chinense)、杜鹃(Rhododendron simsii)和毛叶木姜子(Litsea mollis)等，草本植物有棕叶狗尾草(Setaria palmifolia )、芒(Miscanthus sinensis )和三穗苔草(Carex tristachya)。林地枯落物覆盖度70%。土壤类型为花岗岩母质风化而成的黄壤土。土层厚度40 cm左右。2008年按照水库管理部门的要求，对海拔175 m以下地段的高大乔木和灌木进行了清理。

巫山县巫峡镇龙江村监测样地坡度41°，坡向西北25°。该地区年均温18.4 ℃，≥10℃年积温5 857.3 ℃，全年无霜期305天，年均降水量1 049.3 mm，也属于亚热带季风性湿润气候。水库运行前，样地植被为天然次生灌丛，主要种类有木槿(Hibiscus syriacus)、金丝梅(Hypericum patulum)和刺叶冬青(Ilex bioritsensis)，混生有少量羽脉山黄麻(Trema levigata)等乔木树种。灌木覆盖度60%。主要草本植物有蜈蚣草(Pteris vittata)、马兰(Kalimeris indica)和龙葵(Solanum nigrum)。枯落物覆盖度60%。土壤类型为石灰岩母质风化而成的黄色石灰土。土层厚度35 cm左右，水库运行前后林地植被未曾进行过清理。

2 研究方法 2.1 样地设置

在湖北省秭归县茅坪镇兰陵溪村九曲垴和重庆市巫山县巫峡镇龙江村的消落带内，各设置1块长40 m，宽15 m的监测样地。样地底边设在三峡水库最低限制水位线(海拔145 m)上，顶边设在海拔185 m。样地设置以后，在4边每间隔5 m埋设了1根水泥标桩。

2.2 土壤样品采集和测定

将2007—2008年水库的最高水位(海拔156 m)和2008—2009年水库的最高水位(海拔172 m)分别作为不同测定年度消落带受水库水位涨落影响的区域和未受影响区域的分界线。土壤物理样品分别取自分界线的上部和下部。2008年，在海拔156 m以下(经历了2个水位涨落周年)区域，设置了3个土壤取样点，在海拔156 m(调查当年的最高水位)以上未受水位涨落影响区域，设置了6个土壤取样点; 2009年，在海拔156 m以下(经历了3个水位涨落周年)区域和海拔156~172 m(经历了1个水位涨落周年)区域设置了6个土壤取样点，在海拔172 m(调查当年的最高水位)以上未受水位涨落影响区域，设置了3个取样点。在每个取样点挖掘1个土壤剖面，按0~10, 10~20和20~30 cm划分土层。在每个土层上，用体积为100 cm³的环刀(直径5 cm，高5 cm)取样，每个点取3个重复土壤测试样品。2008和2009年采集土样的时间一致，均为8月份在水库水位退至海拔145 m之后。

测试内容包括:土壤密度、最大持水量、毛管持水量、田间持水量、毛管孔隙度，非毛管孔隙度和总孔隙度。测定方法按照中华人民共和国林业行业标准中《森林土壤水分-物理性质的测定》(国家林业局，2000)测定规程进行。

2.3 数据整理和统计分析

数据整理和统计分析等用EXCEl和SPSS 16.0软件完成。

3 结果与分析 3.1 消落带土壤密度和土壤孔隙度的变化

对消落带固定监测样地受水位涨落影响和未受水位涨落影响区域的土壤密度及土壤孔隙度的连续2年监测结果的统计和差异显著性检验见表 1。由表 1可以看出，消落带受水位涨落影响后，土壤密度发生了明显的变化。尽管2块监测样地的土壤质地和植被状况并不完全相同，但土壤密度随着水位涨落周年的增加而增加的总体变化趋势是一致的。

2008年调查时，消落带海拔156 m以下区域经受了2个水位涨落周年的影响。测定结果(表 1)显示，秭归县九曲垴样地未受水位涨落影响区域(海拔156 m以上)的土壤密度总体平均值为1.44 g·cm^-3; 受水位涨落影响区域(海拔156 m以下)土壤密度的总体平均值为1.45 g·cm^-3，比未受水位涨落影响区域提高了0.7%;巫山县龙江样地未受水位涨落影响区域土壤密度为1.09 g·cm^-3，受水位涨落影响区域的土壤密度为1.14 g·cm^-3，比未受水位涨落影响区域提高了4.6%。2009年三峡水库最高水位上升到172 m，此时海拔156 m以下已经受3周年水位涨落周期。从测定结果(表 1)可以看出，随着水位涨落周年的增加，受水位涨落影响(海拔172 m以下区域)和未受水位涨落影响(海拔172 m以上)区域土壤密度之间的差距进一步拉大。其中，秭归县九曲垴样地受水位涨落影响(海拔172 m以下)区域的土壤密度总体平均值为1.50g·cm^-3，未受水位涨落影响(海拔172 m以上)区域的土壤密度总体平均值为1.36 g·cm^-3，比未受水位涨落影响区域增加了7%，巫山龙江样地受水位涨落影响区域的土壤密度总体平均值为1.15 g·cm^-3，未受水位涨落影响区域总体平均值为0.95 g·cm^-3。

受水位涨落影响区域和未受水位涨落影响区域不同土层土壤密度的变化与土壤密度总体平均值变化趋势相一致。2009年测定结果显示:秭归县九曲垴样地受水位涨落影响区域的0~10，10~20和20~30 cm土层的土壤密度分别比未受水位涨落影响区域同一土壤层次的土壤密度分别增加了4%，11%和14%。巫山县龙江样地受水位涨落影响区域的0~10，10~20和20~30 cm土层的土壤密度分别比未受水位涨落影响区域同一土壤层次的土壤密度增加了16%，17%和18%。方差分析结果表明，秭归县九曲垴样地受水位涨落影响区域的0~10和10~20 cm土层和巫山县龙江样地受水位涨落影响区域的0~10，10~20和20~30 cm土层的土壤密度与同一样地未受水位涨落影响区域同一土层的土壤密度之间在0.05水平上差异显著。

消落带土壤孔隙度的变化总体表现为:受水位涨落影响区域的土壤总孔隙度、毛管孔隙度和非毛管孔隙度均小于未受水位涨落影响区域。2009年测定结果表明，秭归县九曲垴样地受水位涨落影响区域的土壤总孔隙度比未受水位涨落影响区域约减少了21%，毛管孔隙度约减少了24.3%，非毛管孔隙度约减少了35%;巫山县龙江样地的土壤总孔隙度约减少了18%，毛管孔隙度约减少了11.3%，非毛管孔隙度约减少了53%。

方差分析结果表明，2008年受水位涨落影响区域和未受水位涨落影响区域各土层的土壤总孔隙度、毛管孔隙度和非毛管孔隙度之间存在一定的差异，但未达到0.05水平上的显著程度; 2009年，除秭归县九曲垴样地受水位涨落影响区域和未受水位涨落影响区域中20~30 cm土层的非毛管孔隙度未达到差异极显著程度外，其他土壤各层的各项指标之间均在0.05水平上达到显著差异。

3.2 消落带土壤持水特性的变化

对消落带固定监测样地受水位涨落影响和未受水位涨落影响区域的土壤最大持水量、毛管持水量和田间持水量的测定结果及差异显著性检验见表 2。

从表 2可知，2008年，无论秭归县九曲垴样地还是巫山县龙江样地，受水位涨落影响(海拔156 m以下)区域和未受水位涨落影响(海拔156 m以上)区域的土壤持水特性的各项测定指标总体上呈下降趋势。2009年，秭归县九曲垴消落带样地受水位涨落影响(海拔172 m以下区域)土壤最大持水量、毛管持水量和田间持水量比未受水位涨落影响(海拔172 m以上)区域分别降低了28%，31%和32%;巫山县龙江样地受水位涨落影响区域比未受水位涨落影响区域分别降低了31%，26%和26%。

受水位涨落影响区域和未受水位涨落影响区域不同土层土壤持水特性的变化与总体平均值变化趋势相一致。方差分析结果表明，2008年受水位涨落影响区域和未受水位涨落影响区域各土层的土壤最大持水量、毛管持水量和田间持水量之间表现出一定的差异，但未达到0.05水平上的显著差异程度; 2009年受水位涨落影响区域和未受水位涨落影响区域各土层的各项土壤持水特性测定指标，均在0.05水平上达到显著差异。

4 结论与讨论

连续2年对三峡库区秭归段和巫山段消落带土壤物理性质的定位监测和分析发现，受水位涨落影响，消落带土壤物理性质发生了很大改变:土壤密度增加，土壤总孔隙度、毛管孔隙度和非毛管孔隙度减少，土壤最大持水量、毛管持水量和田间持水量降低，而且，这种影响作用随着消落带经受的水位涨落周年的增加而加剧。

水库水位涨落及水浪冲刷侵蚀以及降雨对土壤的冲刷，对消落带土壤物理性质的影响很大。在水库水位上涨时期，消落带土壤被浸泡在水体中，经水浸泡后的土壤，抗剪强度显著降低，进而会出现软化、泥化现象，在波浪不断冲击下，表层土壤很容易被剥蚀; 在水库水位下降后，消落带土壤暴露，而此时正值雨季，土壤表层还要受到雨水冲刷的影响。在这些多重影响因子的作用下，必然发生土壤表层丧失，深层土壤上移。深层土壤暴露是消落带受水位涨落影响区域土壤密度增加的主要原因。

在三峡水库运行后，三峡库区消落带植被发生了重大变化，根据水库管理部门的规定，消落带原有的高大乔木或灌木均被清除，剩下的是由一些草本植物和小灌木组成的低矮稀疏的植被，而组成这些植被的大多数植物又因难以适应淹水以及水淹以后的干旱等而死亡。缺少植被覆盖的土壤，抵御水库水位涨落和剧烈的环境变化的能力就会消弱，从而间接加剧消落带土壤物理性质变化过程。灌草植被与乔木林比较，林地的土壤密度降低，平均总孔隙度、平均通气度、平均最大持水量和平均渗透速度比灌草植被下土壤都有明显增加(黄承标等，1999); 荒山造林后，土壤密度降低，土壤孔隙度和土壤持水量增加(杨越等，2009; 杨会侠等，2007; 梁伟等，2006); 植被的逆行演替会导致土壤结构稳定性下降，土壤密度增加，表土砂化(秦钟等，2002)。三峡库区消落带林地的枯落物经水库水位反复涨落，在加之缺少密集植被的阻留，基本上被冲刷贻尽。缺乏枯落物覆盖，土壤抵抗水流的冲刷能力就会相应减弱，这也是加剧土壤物理性状发生改变的一个间接影响因素。

按水位高程，因地制宜，选择恰当的植物种类，进行植被的培育和恢复建设，是三峡库区实现充分利用消落带资源、改善消落带生态环境状况和促进库区经济社会可持续发展的目标。消落带不同水位高程地带的土壤受库水浸泡和受波浪冲击的时间长短不同，土壤物理性质的变化程度有很大差别，掌握消落带不同水位高程地带的土壤物理特征和变化趋势，对于明确消落带植被建设的战略思路和建设重点及其应采取的对策，具有重要的指导作用和实践意义。

三峡库区消落带地域广阔，类型多样，今后有必要分消落带类型开展土壤物理性质动态监测工作。土壤化学、土壤生物、植被也应纳入监测范围，以进一步为消落带植被建设和生态环境建设提供更多的科学依据。