土壤含水量时空变异是由降雨、温度、相对湿度、植被、雾、土壤、人为活动等诸多因子综合作用的结果，另外，土壤含水量还与土壤的理化性质例如孔隙度等有关，但就其某一具体地区而言，主控因子也各不相同。近年来，土壤含水量时空变异以及与主控因子的时空关系的研究成为国内外的研究热点之一［46］。青海云杉林内土壤水分来源主要依赖于大气降水，林分内每次的降雨或降雪经林冠截留到地表，再被林内枯落物吸收一部分，最后到达土壤层进行逐层下渗或蒸发。本文所研究区域都为山地，所以结合山地海拔变化，土壤组成结构和地上林木长势来研究土壤水分的变化很有必要。
4.2.1 哈溪林区土壤水分在海拔梯度的变化
图2为祁连山哈溪林区青海云杉林0～40 cm土层土壤质量含水量沿海拔梯度的变化。由图中可以看出，土壤表层（0～10 cm）、中层（10～20 cm）、下层（20～40 cm）的土壤含水量整体依次减小。测算得出，以上三层土壤含水量变异系数为22.80％，属于中等变异性。同一海拔高度的不同土壤剖面上，土壤水分从上到下的变化趋势一般有两种情况，一种是增长型，一种是降低型［47］，哈溪林区属于降低型。分析其原因可能是，该林区土壤有机质层和腐殖质层较厚，到达地表的水分下渗缓慢。剖面从上到下土壤容重逐渐变大，土壤孔隙度变小，中下层多为淀积层和母质层，导致下层土壤水分下渗和蒸发困难，这是造成中、下层土壤水分逐渐减小的原因。其中海拔2600 m土壤中、下层含水量接近，其原因可能是该层土壤质地均为沙壤土（见表4）。从图2还可以看出，表层土壤含水量沿海拔梯度变化幅度较缓且含水量较高，中、下层变化幅度剧烈且含水量较低，并且中、下层土壤含水量沿海拔变化趋势相同，较上层的变化趋势大。这进一步说明了林内较厚的腐殖质层有效阻隔了土壤水分的下渗与蒸发，起到了涵养水分的功效。
图2 哈溪林区土壤含水量沿海拔梯度变化规律
4.2.2 西水林区土壤水分在海拔梯度的变化
图3为在西水林区不同海拔梯度上土壤含水量在0～60 cm土层的变化。林内每层土壤含水量沿海拔梯度的变化为：在海拔2500～2820 m范围不大，在海拔2820～3100 m上变化一致且呈明显增大趋势，到3300 m均呈不同程度的减小（此海拔段土层40 cm以下为母岩层，故未能取到40～60 cm土壤含水量，下同）。邱扬、傅伯杰等认为，土壤水分的变异是由多重尺度上的土地利用（植被）、气象（降雨）、地形、土壤、人为活动等多因子综合作用的结果［48］。该地区大气降水是影响林内土壤水分沿海拔从低到高有规律递增的重要因子。在西水林区，根据历史数据资料得出，降水量随海拔升高明显增大，从而解释了青海云杉林内的土壤含水量随海拔的依次递增逐渐增大这一结论。经测算，西水林区所有海拔段上0～10、10～20、20～40、40～60 cm土层平均含水量变异系数为17.03％，属于中等变异性。
图3 西水林区土壤含水量沿不同海拔梯度变化(www.xing528.com)
4.2.3 祁丰林区土壤水分在海拔梯度的变化
图4为祁丰林区0～40 cm土层的土壤含水量沿不同海拔梯度的变化。0～10 cm的林内土层含水量随海拔升高呈递减趋势，与哈溪和西水两林区得出的结果相左。其原因是祁丰较哈溪和西水林区青海云杉林郁闭度小，日照强烈，土壤表层蒸发量随海拔升高越来越大。除海拔3000 m外，其他海拔段10～20、20～40 cm土层含水量非常接近。主要原因可能是，该地区林分郁闭度小，日照强烈，引起土壤水分蒸发量大，从而导致土壤中下层比较干旱，土壤含水量比较低，二者上下浮动范围不大。由此解释了土壤中下层含水量接近的现象。
图4 祁丰林区土壤含水量沿不同海拔梯度变化
基本统计分析中，通常用平均值、标准差以及变异系数（CV）等统计值来表示样本的变异程度，平均值、标准差反映的是绝对变异，而变异系数则反映的是相对变异。变异程度的分级标准为：CV≤10％属弱变异性，10％＜CV＜100％属中等变异性，CV≥100％属强变异性［49］。
表6为祁丰林区青海云杉林不同土层在海拔梯度上的土壤含水量统计特征参数。各土壤剖面的土壤含水量，在上、中、下（0～10 cm、10～20 cm、20～40 cm）三层的范围分别是12.7％～24.7％、13.7％～20.65％、15.67％～22.27％。上层和下层土壤含水量基本持平且大于中层［上层土壤含水量为（19.91±4.80）％，中层土壤含水量为（17.15±3.05）％，下层土壤含水量为（19.19±2.88）％］。上、中、下三层的变异系数分别为24.10％、17.77％、15.03％，均属于中等变异性。
表6 祁丰林区土壤含水量统计特征值
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