喀斯特地区退耕还林下不同植被恢复阶段土壤渗透性研究

潘佑静　杨智　韩文君

摘要 为了研究喀斯特地区退耕还林过程中不同植被恢复阶段土壤的渗透特征，选取喀斯特地区蚂蝗田小流域退耕还林后的5种不同植被恢复阶段样地，以天然林地、天然裸地、玉米地作为对照，研究喀斯特地区植被恢复过程中不同层次土壤的渗透性能的变化。结果表明：在喀斯特地区退耕还林中，随着植被的演替，土壤的渗透性在各层土壤深度中总体呈现乔木人工林<乔灌过渡林<灌木林<乔木疏林地<草地的变化趋势，实施乔木人工林和乔灌搭配式的生态恢复措施，可以有效地改善土壤结构，降低土壤渗透能力。土壤渗透速率与土壤非毛管孔隙度成极显著的正相关关系，与土壤容重成显著正相关关系，与土壤毛管孔隙度和总孔隙度关系不显著。

关键词 植被恢复；退耕还林；土壤渗透性能；喀斯特地区

中图分类号 S157 文献标识码 A 文章编号 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

土壤滲透是水分进入土壤的过程，它是降水、地面水、土壤水和地下水相互转化过程中的一个重要环节[1-2]。土壤的渗透性能由土壤性质决定，用渗透系数的大小来表示。土壤的渗透性能是影响土壤侵蚀的重要因素之一，土壤渗透性能越好，地表径流越少，土壤的侵蚀量也相应减少[3-4]。贵州喀斯特地区水土流失严重，剧烈的土壤侵蚀制约着当地经济社会的发展[5]，研究土壤的渗透性能对于减少喀斯特水土流失、护生态环境具有重要的意义。目前，国内外对土壤渗透做了大量研究，主要集中在土壤渗透过程机理及模型方面[6-8]，从土壤渗透性的影响因素[9-12]、不同立地情况[13-16]的角度进行研究 。对喀斯特地区人为扰动后，植被恢复过程中的土壤渗透性能变化研究报道较少。

陡坡耕作是贵州喀斯特地区水土流失严重的一个重要原因。近年来，贵州喀斯特地区退耕还林面积逐渐增大，在推动社会经济发展和保护生态环境方面都起到了重要作用[17]。该文以喀斯特典型小流域——蚂蝗田小流域流域为研究对象，研究其在退耕还林后不同植被恢复阶段土壤渗透特征，探求造成这种差异的原因，以期为为贵州喀斯特地区生态重建及植被恢复中的退耕还林模式提供理论依据。

1 研究区概况

研究区位处贵州省关岭县蚂蝗田小流域，属长江流域乌江水系，地理位置为东经105°32′56″～105°36′53″，北纬25°45′01″～25°50′17″之间，总面积为30.91 km2，相对高差达1 080 m。该地属亚热带湿润季风气候，年平均气温19.2 ℃，月平均最低气温1月最低，为6.5 ℃，8月最高，为24.1 ℃，多年平均降雨量为1 236 mm，无霜期298 d。

研究区域为岩溶低中山丘陵地貌，岩溶面积3 236.09 hm2，占流域面积的98.42%。以溶峰林、峰丛-洼地、谷地为主，水土流失以水力侵蚀为主，是典型的喀斯特地貌流域。土壤主要以水稻土、黄壤、石灰土等为主。由于长期陡坡开垦，森林植被屡遭破坏，水土流失严重，近些年开始实施水土保持综合治理，逐步进行退耕与封山育林，现区域植被类型多为次生乔木林、疏幼林，森林覆盖率为22.42%。其主要树种有柳杉（Cryptomeria fortunei Hooibrenk ex Otto et Dietr）、光皮桦（Betula luminifera H.Winkl.）、马尾松（Pinusmassson-iana）、女贞（Ligustrum lucidum）、滇柏（Cuprrssus duclouxiana Hickel）等。

2 研究方法

2.1 标准地设置与调查

根据研究区内退耕还林现状，选择研究区具有代表性的5个主要植被类型样地，以及3个顶级群落自然乔木林、自然裸地、农耕玉米地样地作为对比样地。采用样地调查法，设置标准地8块，其面积均为20 m×30 m，各样地的立地状况详见表1。采取剖面法在各标准地内随机设置土壤剖面，记载剖面特征，用环刀分别在0～20 cm、20～40 cm和40～60 cm土层取自然状态土样2份，带回室内一份用环刀法测定土壤容重、饱和含水量、总孔隙度等指标；一份用变水头法做渗透。

2.2 变水头土壤渗透测定

采用TST-55型变水头渗透仪对样地区内的24个土壤试样进行土壤渗透试验。变水头渗透测定法操作简单，适用于透水性小的细粒土。样地区内的黏质土壤渗流总水量较小，不易准确测定渗透系数，应用常水头渗透桶进行渗透测定试验土壤浸泡时间长，受蒸发和温度变化影响大，试验误差大，采用变水头试验操作简单，需水量少，设备简易，止水严密，便于时间控制，测量精确，试验周期时间要求短，适用于样地区内土壤渗透系数的测定。

2.3 土壤物理性质测定

采用环刀法（LY/T 1215—1999）测定土壤容重、土壤自然含水量、饱和含水水量、土壤总孔隙、毛管孔隙度、非毛管孔隙等物理性质。

2.4 数据分析

采用Excel软件对数据进行统计分析和作图，采用SPSS软件对不同植被措施下各土层土壤渗透性能与土壤物理性质进行Pearson 相关分析。

3 结果与分析

3.1 不同样地土壤的渗透性质

不同退耕阶段的样地土壤渗透性具有一定的差异，由图1可知，在20°时土壤剖面A层（0～20 cm）样地渗透系数有LD（自然裸地）

在土壤剖面B层（20～40 cm）有QR（乔木林）

在土壤剖面C层（40～60 cm）有YM（玉米）

各样地不同土层间土壤渗透性能存在差异，由图2可知，对于退耕还林不同植被恢复阶段的样地有对于人工乔木林、草地存在A层

灌木林地、乔木疏林地的渗透系数均存在C层

3.2 不同样地土壤的物理性质

土壤渗透过程是一个复杂的水文过程，不仅受地表类型、林分结构和根系分布等的影响，与降水、地表径流、表土结构、土壤容重和土壤含水量等因素也密切相关[19-20]。测取各阶段样地土壤容重、总孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙、含水量等物理性质重要指标发现：不同退耕阶段土壤物理性质存在一定的差异。由表2可知，土壤容重的平均值表现为QG（乔灌过渡林）

3.3 土壤物理性质对渗透性的影响

影响土壤渗透性的物理因素众多，在具体的土壤物理性质指标方面，研究者的结论又有所差别。土壤的非毛管孔隙度与土壤稳渗速率成极显著正相关关系已经得到大部分研究结果的支持，其他的指标对土壤渗透影响的差异则还有待进一步研究。对各物理与土壤渗透系数相关分析，结果见表3。可以看出，土壤渗透系数与土壤容重显著正相关与非毛孔孔隙度极显著正相关关系，与饱和含水量、总孔隙度和土壤毛管孔隙度相关性不显著。

4 结论

（1）在喀斯特地区退耕还林中，随着植被的演替，土壤的渗透性在各层土壤深度中优劣均表现为乔木人工林<乔灌过渡林<灌木林<乔木疏林地<草地，在退耕地中随着森林正向演替的进行，退耕还林地的土壤渗透能力逐渐降低，但均大于天然裸地，与天然林演替过程中各阶段土壤渗透演变情况相反。实施乔木人工林和乔灌搭配式的生态恢复措施，可以有效地改善土壤结构，降低土壤渗透能力。

（2）土壤物理性质与土壤渗透速率关系密切。其中土壤渗透速率与土壤非毛管孔隙度成极显著的正相关关系，与土壤容重成显著正相关关系，与土壤毛管孔隙度和总孔隙度关系不显著。

（3）各植被措施中，受人为活动与植被根系的影响，不同土壤层次间土壤渗透性能变化存在差异，对各层次土壤渗透性能变化的研究可作为下一步研究的重点。

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