喀斯特地區(qū)退耕還林下不同植被恢復階段土壤滲透性研究

潘佑靜　楊智　韓文君

摘要 為了研究喀斯特地區(qū)退耕還林過程中不同植被恢復階段土壤的滲透特征，選取喀斯特地區(qū)螞蝗田小流域退耕還林后的5種不同植被恢復階段樣地，以天然林地、天然裸地、玉米地作為對照，研究喀斯特地區(qū)植被恢復過程中不同層次土壤的滲透性能的變化。結(jié)果表明：在喀斯特地區(qū)退耕還林中，隨著植被的演替，土壤的滲透性在各層土壤深度中總體呈現(xiàn)喬木人工林<喬灌過渡林<灌木林<喬木疏林地<草地的變化趨勢，實施喬木人工林和喬灌搭配式的生態(tài)恢復措施，可以有效地改善土壤結(jié)構(gòu)，降低土壤滲透能力。土壤滲透速率與土壤非毛管孔隙度成極顯著的正相關(guān)關(guān)系，與土壤容重成顯著正相關(guān)關(guān)系，與土壤毛管孔隙度和總孔隙度關(guān)系不顯著。

關(guān)鍵詞 植被恢復；退耕還林；土壤滲透性能；喀斯特地區(qū)

中圖分類號 S157 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2016）08-0191-03

Abstract In order to study the soil infiltration characteristics which different vegetation restoration stages in process of returning farmland to forest in Karst area，selected 5 kinds different vegetation restoration stages sample in which there turning farmland to forest in MHT small watershed，taking natural forest，natural bare land，corn as a comparison to research the changes of permeability that different soil layers in the process of different vegetation restoration stages.The results showed that returning farmland to forest in karst area，with the succession of vegetation，in different soil depth of each layer，the permeability of soil change trend is（Artificial arbor forest） <（Arbor shrub transition forest） <（bush）< （Sparse arbor forest） <（grassland），performing the way of ecological restoration measures that artificial arbor forest and arbor shrub collocation could improve soil structure effective and reduced soil infiltration capacity.Soil infiltration rate and soil non capillary porosity is highly significant positive correlation，with soil bulk density is significant positive correlation，with soil capillary porosity and soil total porosity is non-significant.

Key words vegetation restoration；returning farmland to forest；soil；permeability；Karst area

土壤滲透是水分進入土壤的過程，它是降水、地面水、土壤水和地下水相互轉(zhuǎn)化過程中的一個重要環(huán)節(jié)[1-2]。土壤的滲透性能由土壤性質(zhì)決定，用滲透系數(shù)的大小來表示。土壤的滲透性能是影響土壤侵蝕的重要因素之一，土壤滲透性能越好，地表徑流越少，土壤的侵蝕量也相應減少[3-4]。貴州喀斯特地區(qū)水土流失嚴重，劇烈的土壤侵蝕制約著當?shù)亟?jīng)濟社會的發(fā)展[5]，研究土壤的滲透性能對于減少喀斯特水土流失、護生態(tài)環(huán)境具有重要的意義。目前，國內(nèi)外對土壤滲透做了大量研究，主要集中在土壤滲透過程機理及模型方面[6-8]，從土壤滲透性的影響因素[9-12]、不同立地情況[13-16]的角度進行研究 。對喀斯特地區(qū)人為擾動后，植被恢復過程中的土壤滲透性能變化研究報道較少。

陡坡耕作是貴州喀斯特地區(qū)水土流失嚴重的一個重要原因。近年來，貴州喀斯特地區(qū)退耕還林面積逐漸增大，在推動社會經(jīng)濟發(fā)展和保護生態(tài)環(huán)境方面都起到了重要作用[17]。該文以喀斯特典型小流域——螞蝗田小流域流域為研究對象，研究其在退耕還林后不同植被恢復階段土壤滲透特征，探求造成這種差異的原因，以期為為貴州喀斯特地區(qū)生態(tài)重建及植被恢復中的退耕還林模式提供理論依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位處貴州省關(guān)嶺縣螞蝗田小流域，屬長江流域烏江水系，地理位置為東經(jīng)105°32′56″～105°36′53″，北緯25°45′01″～25°50′17″之間，總面積為30.91 km2，相對高差達1 080 m。該地屬亞熱帶濕潤季風氣候，年平均氣溫19.2 ℃，月平均最低氣溫1月最低，為6.5 ℃，8月最高，為24.1 ℃，多年平均降雨量為1 236 mm，無霜期298 d。

研究區(qū)域為巖溶低中山丘陵地貌，巖溶面積3 236.09 hm2，占流域面積的98.42%。以溶峰林、峰叢-洼地、谷地為主，水土流失以水力侵蝕為主，是典型的喀斯特地貌流域。土壤主要以水稻土、黃壤、石灰土等為主。由于長期陡坡開墾，森林植被屢遭破壞，水土流失嚴重，近些年開始實施水土保持綜合治理，逐步進行退耕與封山育林，現(xiàn)區(qū)域植被類型多為次生喬木林、疏幼林，森林覆蓋率為22.42%。其主要樹種有柳杉（Cryptomeria fortunei Hooibrenk ex Otto et Dietr）、光皮樺（Betula luminifera H.Winkl.）、馬尾松（Pinusmassson-iana）、女貞（Ligustrum lucidum）、滇柏（Cuprrssus duclouxiana Hickel）等。

2 研究方法

2.1 標準地設置與調(diào)查

根據(jù)研究區(qū)內(nèi)退耕還林現(xiàn)狀，選擇研究區(qū)具有代表性的5個主要植被類型樣地，以及3個頂級群落自然喬木林、自然裸地、農(nóng)耕玉米地樣地作為對比樣地。采用樣地調(diào)查法，設置標準地8塊，其面積均為20 m×30 m，各樣地的立地狀況詳見表1。采取剖面法在各標準地內(nèi)隨機設置土壤剖面，記載剖面特征，用環(huán)刀分別在0～20 cm、20～40 cm和40～60 cm土層取自然狀態(tài)土樣2份，帶回室內(nèi)一份用環(huán)刀法測定土壤容重、飽和含水量、總孔隙度等指標；一份用變水頭法做滲透。

2.2 變水頭土壤滲透測定

采用TST-55型變水頭滲透儀對樣地區(qū)內(nèi)的24個土壤試樣進行土壤滲透試驗。變水頭滲透測定法操作簡單，適用于透水性小的細粒土。樣地區(qū)內(nèi)的黏質(zhì)土壤滲流總水量較小，不易準確測定滲透系數(shù)，應用常水頭滲透桶進行滲透測定試驗土壤浸泡時間長，受蒸發(fā)和溫度變化影響大，試驗誤差大，采用變水頭試驗操作簡單，需水量少，設備簡易，止水嚴密，便于時間控制，測量精確，試驗周期時間要求短，適用于樣地區(qū)內(nèi)土壤滲透系數(shù)的測定。

2.3 土壤物理性質(zhì)測定

采用環(huán)刀法（LY/T 1215—1999）測定土壤容重、土壤自然含水量、飽和含水水量、土壤總孔隙、毛管孔隙度、非毛管孔隙等物理性質(zhì)。

2.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel軟件對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析和作圖，采用SPSS軟件對不同植被措施下各土層土壤滲透性能與土壤物理性質(zhì)進行Pearson 相關(guān)分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同樣地土壤的滲透性質(zhì)

不同退耕階段的樣地土壤滲透性具有一定的差異，由圖1可知，在20°時土壤剖面A層（0～20 cm）樣地滲透系數(shù)有LD（自然裸地）

在土壤剖面B層（20～40 cm）有QR（喬木林）

在土壤剖面C層（40～60 cm）有YM（玉米）

各樣地不同土層間土壤滲透性能存在差異，由圖2可知，對于退耕還林不同植被恢復階段的樣地有對于人工喬木林、草地存在A層

灌木林地、喬木疏林地的滲透系數(shù)均存在C層

3.2 不同樣地土壤的物理性質(zhì)

土壤滲透過程是一個復雜的水文過程，不僅受地表類型、林分結(jié)構(gòu)和根系分布等的影響，與降水、地表徑流、表土結(jié)構(gòu)、土壤容重和土壤含水量等因素也密切相關(guān)[19-20]。測取各階段樣地土壤容重、總孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙、含水量等物理性質(zhì)重要指標發(fā)現(xiàn)：不同退耕階段土壤物理性質(zhì)存在一定的差異。由表2可知，土壤容重的平均值表現(xiàn)為QG（喬灌過渡林）

3.3 土壤物理性質(zhì)對滲透性的影響

影響土壤滲透性的物理因素眾多，在具體的土壤物理性質(zhì)指標方面，研究者的結(jié)論又有所差別。土壤的非毛管孔隙度與土壤穩(wěn)滲速率成極顯著正相關(guān)關(guān)系已經(jīng)得到大部分研究結(jié)果的支持，其他的指標對土壤滲透影響的差異則還有待進一步研究。對各物理與土壤滲透系數(shù)相關(guān)分析，結(jié)果見表3。可以看出，土壤滲透系數(shù)與土壤容重顯著正相關(guān)與非毛孔孔隙度極顯著正相關(guān)關(guān)系，與飽和含水量、總孔隙度和土壤毛管孔隙度相關(guān)性不顯著。

4 結(jié)論

（1）在喀斯特地區(qū)退耕還林中，隨著植被的演替，土壤的滲透性在各層土壤深度中優(yōu)劣均表現(xiàn)為喬木人工林<喬灌過渡林<灌木林<喬木疏林地<草地，在退耕地中隨著森林正向演替的進行，退耕還林地的土壤滲透能力逐漸降低，但均大于天然裸地，與天然林演替過程中各階段土壤滲透演變情況相反。實施喬木人工林和喬灌搭配式的生態(tài)恢復措施，可以有效地改善土壤結(jié)構(gòu)，降低土壤滲透能力。

（2）土壤物理性質(zhì)與土壤滲透速率關(guān)系密切。其中土壤滲透速率與土壤非毛管孔隙度成極顯著的正相關(guān)關(guān)系，與土壤容重成顯著正相關(guān)關(guān)系，與土壤毛管孔隙度和總孔隙度關(guān)系不顯著。

（3）各植被措施中，受人為活動與植被根系的影響，不同土壤層次間土壤滲透性能變化存在差異，對各層次土壤滲透性能變化的研究可作為下一步研究的重點。

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