全 文 ：紫色土区坡耕地不同种植模式对土壤渗透性的影响*
李建兴摇 何丙辉**摇 梅雪梅摇 梁艳玲摇 熊摇 建
(西南大学资源环境学院三峡库区生态环境教育部重点实验室, 重庆 400715)
摘摇 要摇 以裸地为对照,研究紫色土区坡耕地不同种植模式对土壤渗透性的影响.结果表明:
6 种种植模式土壤渗透性表现为枇杷>柠檬>香根草植物篱+玉米>新银合欢植物篱+玉米>黄
花>玉米>裸地;各种植模式土壤渗透性均随土壤深度的增加而降低,土壤入渗特征值均表现
为初始入渗率>平均渗透率>稳定入渗率;土壤渗透性与土壤非毛管孔隙、总孔隙度、初始含水
率、有机质含量和土壤持水量呈显著正相关,与土壤容重呈显著负相关;通用经验模型对各种
植模式土壤入渗过程的拟合效果最好,而 Kostiakov 方程不适于描述该流域土壤水分的入渗
过程.
关键词摇 坡耕地摇 植物篱摇 土壤入渗摇 通用经验模型摇 紫色土区
文章编号摇 1001-9332(2013)03-0725-07摇 中图分类号摇 S157. 1摇 文献标识码摇 A
Effects of different planting modes on the soil permeability of sloping farmlands in purple soil
area. LI Jian鄄xing, HE Bing鄄hui, MEI Xue鄄mei, LIANG Yan鄄ling, XIONG Jian (Ministry of
Education Key Laboratory of Eco鄄environments in Three Gorges Reservoir Region, College of Resources
and Environment, Southwest University, Chongqing 400715, China) . 鄄Chin. J. Appl. Ecol. ,2013,24
(3): 725-731.
Abstract: Taking bare land as the control, this paper studied the effects of different planting modes
on the soil permeability of sloping farmlands in purple soil area. For the test six planting modes, the
soil permeability was in the order of Eriobotrya japonica > Citrus limon > Vetiveria zizanioides
hedgerows+corn>Leucaena leucocephala hedgerows+corn>Hemerocallis fulva>corn>bare land, and
decreased with increasing depth. The eigenvalues of soil infiltration were in the order of initial infil鄄
tration rate>average infiltration rate >stable infiltration rate. The soil permeability had significant
positive linear correlations with soil total porosity, non鄄capillary porosity, initial moisture content,
water holding capacity, and organic matter content, and significant negative linear correlation with
soil bulk density. The common empirical infiltration model could well fit the soil moisture infiltration
processes under the six planting modes, while the Kostiakov equation could not.
Key words: sloping farmland; hedgerow; soil infiltration; common empirical model; purple soil
area.
*国家科技支撑计划项目(2011BAD31B03)、国家自然科学基金项
目(40971166,41271291)和西南大学资源环境学院大学生科技创新
“光炯冶培育项目(20120105)资助.
**通讯作者. E鄄mail: hebinghui@ swu. edu. cn
2012鄄08鄄07 收稿,2012鄄11鄄06 接受.
摇 摇 坡耕地是导致长江上游紫色土区水土流失的最
主要因素之一.有研究表明,长江上游坡耕地土壤年
侵蚀量为 4郾 26 伊 109 t,占长江上游总侵蚀量的
26郾 7% ,而坡耕地面积仅占长江上游流域面积的
7郾 7% .同时,坡耕地是重要的耕地资源,在山区粮食
生产中占有重要地位,长江上游现有坡耕地占耕地
面积的 42郾 8% [1] . 如何合理利用坡耕地,特别是在
有效控制水土流失的条件下如何有效提高土地生产
力,对紫色土区水土流失的治理以及坡耕地的有效
利用具有十分重要的现实意义. 紫色土区降水在时
空上分布不均匀,暴雨和季节性干旱频繁发生,导致
水土流失严重.如何选择经济林和农耕作物来增加
降雨就地入渗、减小径流对地表土壤的侵蚀受到越
来越多的关注[2-4] .
土壤水分入渗规律是探讨地表径流产生的前提
和基础[5],对明确地表径流的调节机制及土壤侵蚀
防治具有重要意义.目前,关于坡耕地土地利用的研
究多集中在不同土地利用类型对土壤机械组成、团
应 用 生 态 学 报摇 2013 年 3 月摇 第 24 卷摇 第 3 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇
Chinese Journal of Applied Ecology, Mar. 2013,24(3): 725-731
聚体[6]、土壤化学性质[7]等方面,而对土壤渗透性
的研究较少.为此,本文对紫色土区不同种植模式下
土壤渗透性及其影响因素进行研究,以期为紫色土
区坡耕地改造和减少水土流失提供科学依据.
1摇 研究地区与研究方法
1郾 1摇 研究区概况
研究区位于四川省遂宁市安居区水土保持试验
站(30毅21忆51义 N,105毅28忆37义 E),地处川中盆地中
部,嘉陵江中下游丘陵区,属涪江水系一级支流琼江
流域.气候属亚热带季风气候,年均温 18郾 2 益,年降
雨量 933郾 3 mm,5—9 月降雨量占全年降雨量的
72郾 6% .母岩为侏罗系遂宁组岩层发育而成的红棕
紫色土,土壤 pH 8郾 0,土壤抗冲刷和抗蚀能力较弱.
1郾 2摇 试验设计
试验于 2012 年 6 月在试验站内选取土壤类型
相同,坡向、坡位相似的 7 种典型坡耕地治理模式
(表 1).其中,枇杷(Eriobotrya japonica)与柠檬(Cit鄄
rus limon)的种植年限为 2 年,株行距均为 2 m伊2
m;玉米和黄花(Hemerocallis fulva)为当年种植;香根
草(Vetiveria zizanioides)和新银合欢(Leucaena leuco鄄
cephala)于 2006 年 10 月栽植,篱间距 4郾 5 m,篱间
种植玉米;裸地无任何植被覆盖.
在各种植模式内挖取 50 cm伊50 cm伊50 cm 的
土壤剖面 3 个,共计 21 个剖面.在每个剖面内,采用
环刀(底面积 20 cm2、高 10 cm)取 0 ~ 10、10 ~ 20 和
20 ~ 30 cm土层土壤,3 个重复,用来测定土壤容重、
毛管孔隙度、非毛管孔隙度、总孔隙度和土壤水分入
渗等指标[8] .将每个种植模式的 3 个剖面相同土层
的土壤进行混合,取 500 g带回实验室,用于测定土
壤的理化性质(表 1).
1郾 3摇 土壤渗透性计算
土壤渗透性是描述土壤入渗快慢的重要参数之
一,其大小受植被类型、植被结构、根系分布和土壤
结构等影响,常采用土壤初始入渗率、稳定入渗率、
平均渗透率以及一段时间内的渗透总量 4 个指
标[5] .
初始入渗率 =最初入渗时段内渗透量 /入渗时
间.其中,最初入渗时间取前 3 min.
平均渗透速率 =达稳渗时的渗透总量 /达稳渗
时的时间.
稳渗率为单位时间内的渗透量趋于稳定(即内
环水头趋于稳定)时的渗透速率.
渗透总量统一取前 90 min的渗透量.
1郾 4摇 土壤水分入渗模型
土壤贮水方式可分为非毛管孔隙的非毛管持水
量和毛管孔隙的毛管持水量,二者所持水量之和为
土壤饱和贮水量[9],其公式为:
Wc =1000Pchrw
Wo =1000Pohrw
Wp = Wc+Wo
式中:Wp、Wc、Wo分别为土壤饱和贮水量( t·hm-2)、
非毛管持水量( t·hm-2 )、毛管持水量( t·hm-2 );
Pc、Po分别为土壤非毛管孔隙度(% )、土壤毛管孔
隙度(% );h为土层厚度(m);rw为水容重.
模型模拟是研究土壤蓄水保土能力的重要手
段,参考文献[5],选用 4 个入渗模型对不同种植模
式下坡耕地土壤入渗过程进行模型模拟[10-11] .
1)Kostiakov模型:
f( t)= at-b
式中:f( t)为入渗速率(mm·min-1);t 为入渗时间
(min);a、b为拟合参数.
表 1摇 不同种植模式的坡耕地基本概况
Table 1摇 Characteristics of sloping farmland with different planting patterns
种植模式
Planting
pattern
郁闭度
Coverage
(% )
坡度
Slope
degree
(毅)
坡向
Slope
aspect
坡长
Slop
length
(m)
海拔
Altitude
(m)
土壤容重
Soil bulk
density
(g·cm-3)
非毛管
孔隙度
Non鄄capillary
porosity
(% )
毛管孔隙度
Capillary
porosity
(% )
总孔隙度
Total
porosity
(% )
土壤初始
含水率
Initial soil
moisture
(% )
有机质含量
Organic
matter
content
(g·kg-1)
T1 82 15郾 0 N 18郾 4 310郾 5 1郾 30 4郾 15 42郾 37 46郾 52 23 9郾 67
T2 84 16郾 0 N 17郾 5 300郾 3 1郾 27 5郾 25 42郾 25 47郾 49 23 9郾 51
T3 85 14郾 5 NW 18郾 1 298郾 4 1郾 38 3郾 77 40郾 72 44郾 49 21 8郾 70
T4 75 17郾 0 N 19郾 2 289郾 6 1郾 16 7郾 82 40郾 78 48郾 60 24 13郾 18
T5 71 15郾 2 N 20郾 3 300郾 4 1郾 39 4郾 34 39郾 76 44郾 11 21 10郾 59
T6 66 16郾 5 NW 18郾 6 304郾 3 1郾 22 7郾 45 41郾 42 48郾 86 23 11郾 37
CK 0 15郾 0 N 19郾 5 300郾 8 1郾 34 4郾 33 41郾 98 46郾 31 22 8郾 97
T1:新银合欢植物篱+玉米 Leucaena leucocephala hedgerows+corn; T2:香根草植物篱+玉米 Vetiveria zizanioides hedgerows+corn; T3:玉米 Corn field;
T4:枇杷 Eriobotrya japonica; T5:黄花 Hemerocallis fulva; T6:柠檬 Citrus limon; CK:裸地 Bare land郾 下同 The same below郾
627 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 24 卷
摇 摇 2)通用经验模型:
f( t)= a+bt-n
式中:a、b为经验参数;n为拟合参数.
3)Philip模型:
f( t)= 1 / 2st-1 / 2+a
式中:s为土壤吸水率;a为拟合参数.
4)霍顿模型:
f( t)= fo+( fc-fo)e-kt
式中:fo、fc分别为稳定入渗率、初始入渗率;k为经验
参数.
1郾 5摇 数据处理
采用 Excel 2010 软件对数据进行统计分析和作
图,采用 SPSS 18郾 0 软件对不同种植模式下各土层
土壤渗透性能进行主成分分析,对土壤渗透性与土
壤理化性质进行 Pearson相关分析.
2摇 结果与分析
2郾 1摇 不同种植模式下坡耕地土壤入渗特征
由图 1 可以看出,不同种植模式下坡耕地土壤
初始入渗率、稳定入渗率、平均渗透率和前 90 min
渗透总量存在较大差异,其中,3 个土层土壤初始入
渗率的平均值表现为:T4 >T6 >T2 >T1 >T3 >T5 >CK,分
别为裸地的 4郾 1、3郾 3、1郾 8、1郾 8、1郾 7 和 1郾 5 倍;稳定
入渗率的平均值表现为:T4 >T6 >T1 >T2 >T5 >T3 >CK,
分别为裸地的 3郾 4、2郾 9、1郾 9、1郾 9、1郾 8 和 1郾 5 倍;平
均渗透率和渗透总量的平均值均表现为:T4 >T6 >T2
>T1 >T5 >T3 >CK,平均渗透率分别为裸地的 3郾 7、
3郾 3、1郾 9、1郾 8、1郾 7 和 1郾 7 倍,渗透总量分别为裸地
的 3郾 7、3郾 1、1郾 9、1郾 8、1郾 7 和 1郾 7 倍. 说明各种植模
式下坡耕地均不同程度改善了土壤渗透性,但改善
程度存在差异.
不同种植模式土壤的渗透性参数在各土层间均
表现出初始入渗率>平均渗透率>稳定入渗率,而且
最小值均出现在裸地,3 个土层的平均值分别为:
1郾 0、0郾 6 和 0郾 5 mm·min-1 .不同种植模式下坡耕地
土壤渗透性均随土层深度的增加而降低,这与地表
植被对土壤的改良作用随土壤深度的增加而降低密
切相关[12] .
2郾 2摇 土壤渗透性的综合评价
为综合分析不同种植模式下坡耕地的土壤渗透
性,以初始入渗率(琢1)、稳定入渗率(琢2)、平均渗透
率(琢3)和前 90 min渗透总量(琢4)为评定指标进行
主成分分析.由表 2 可以看出,第 1、2 主成分的累积
贡献率高达 99郾 84% ,其中,第 1 主成分的贡献率为
98郾 02% ,可定义为渗透性综合参数.因子负荷表明,
第 1 主成分上所有变量的正荷载均为正值且相差不
大,可以解释为对渗透能力的总量度.表 3 为主成分
分析过程中旋转以后得到的因子得分系数矩阵,根
据该矩阵,可以得到因子得分函数琢 = 0郾 249琢1 忆+
图 1摇 不同种植模式下坡耕地土壤渗透性
Fig. 1摇 Soil infiltration of sloping farmland with different planting patterns郾
T1:新银合欢植物篱+玉米 Leucaena leucocephala hedgerows+corn; T2:香根草植物篱+玉米 Vetiveria zizanioides hedgerows+corn; T3:玉米 Corn field;
T4:枇杷 Eriobotrya japonica; T5:黄花 Hemerocallis fulva; T6 :柠檬 Citrus limon; CK:裸地 Bare land. 1) 0 ~ 10 cm; 2) 10 ~ 20 cm; 3) 20 ~ 30 cm.
下同 The same below郾
7273 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 李建兴等: 紫色土区坡耕地不同种植模式对土壤渗透性的影响摇 摇 摇 摇 摇
表 2摇 土壤渗透性主成分分析
Table 2摇 Principal component analysis of soil infiltration
参数
Parameter
主分量 Principal component
P1 P2 P3 P4
琢1 0郾 978 0郾 209 0郾 023 0郾 009
琢2 0郾 986 -0郾 166 0郾 027 0郾 020
琢3 0郾 998 -0郾 001 -0郾 056 0郾 009
琢4 0郾 998 -0郾 040 0郾 007 -0郾 037
特征值 Eigen value 3郾 921 0郾 073 0郾 004 0郾 002
方差贡献率
Proportion (% )
98郾 02 1郾 82 0郾 11 0郾 05
累计贡献率
Cumulative proportion (% )
98郾 02 99郾 84 99郾 95 100
表 3摇 土壤渗透性主成分因子得分系数矩阵
Table 3摇 Coefficient matrix of principal component analysis
of soil infiltration
参数
Parameter
主分量 Principal component
P1 P2 P3 P4
琢1 0郾 249 2郾 874 5郾 125 4郾 512
琢2 0郾 251 -2郾 279 6郾 145 10郾 272
琢3 0郾 255 -0郾 012 -12郾 656 4郾 455
琢4 0郾 255 -0郾 552 1郾 571 -19郾 012
0郾 251琢2 忆+0郾 255琢3 忆+0郾 255琢4 忆 (琢 i忆为各指标的标准
化数据).根据方程计算各模式不同土层渗透性能
得分,并进行排序(表 4).
从综合平均得分来看,不同种植模式下坡耕地
土壤的渗透性能优劣表现为:T4>T6>T2 >T1 >T5 >T3 >
CK,而且各种植模式的土壤渗透性优劣在不同土层
间略有不同,但均好于裸地.在 0 ~ 10 cm土层,以种
植枇杷的坡耕地土壤渗透性最好,以种植玉米的坡
耕地土壤渗透性最差;在 10 ~ 20 cm土层,以种植柠
檬的坡耕地土壤渗透性最好,以种植黄花的坡耕地
土壤渗透性最差;在 20 ~ 30 cm土层,以种植枇杷的
坡耕地土壤渗透性最好,以种植玉米的坡耕地土壤
渗透性最差.
摇 摇 以第 1 主成分标准化主成分得分值 x 为横轴,
以第2主成分标准化主成分得分值y为纵轴,作散
图 2摇 第 1、2 主分量的散点聚类
Fig. 2摇 Scatter clustering analysis of the first two principal com鄄
ponents郾
点聚类图.由图 2 可以看出,种植枇杷、柠檬的经济
林划分为第 1 类,其土壤渗透能力最强;香根草植物
篱+玉米、新银合欢植物篱+玉米和种植黄花的坡耕
地划分为第 2 类;传统种植模式玉米地划分为第 3
类;裸地为第 4 类,渗透性最差.
2郾 3摇 不同种植模式下坡耕地土壤入渗过程拟合模
型
由表 5 可以看出,不同种植模式下坡耕地各土
层土壤水分入渗过程 4 个拟合模型的相关程度均达
到显著水平,但模型的拟合精度存在差异. Kostiakov
模型拟合相关系数为 0郾 70 ~ 0郾 99,平均值为 0郾 94;
Horton模型拟合相关系数为 0郾 86 ~ 0郾 99,平均值为
0郾 96;Philip模型拟合相关系数为 0郾 82 ~ 0郾 97,平均
值为 0郾 91;通用经验模型拟合相关系数为 0郾 94 ~
0郾 99,平均值为 0郾 97.从拟合优度考虑,通用经验模
型的拟合效果最好,Horton模型次之,Kostiakov模型
较差,Philip模型最差. 在 21 个土壤水分入渗最优
模型中,通用经验模型 12 个,占总数的 57郾 2% ;Hor鄄
ton 模型 7 个,占总数的 33郾 3% ;Kostiakov 模型 2
个,占总数的 9郾 5% ;无 Philip模型.表明通用经验模
型比较适用于模拟本研究区域土壤入渗过程,而
Kostiakov不适于该流域土壤水分入渗过程的模拟.
表 4摇 不同种植模式下坡耕地土壤渗透性排序
Table 4摇 Rank of soil infiltration of sloping farmland with different planting patterns
处理
Treatment
0 ~ 10 cm
得分
Score
排序
Ordination
10 ~ 20 cm
得分
Score
排序
Ordination
20 ~ 30 cm
得分
Score
排序
Ordination
平均得分
Average
score
排序
Ordination
T1 0郾 492 4 -0郾 542 4 -0郾 644 4 -0郾 231 4
T2 0郾 297 5 -0郾 293 3 -0郾 544 3 -0郾 180 3
T3 0郾 169 6 -0郾 577 5 -0郾 709 5 -0郾 372 6
T4 2郾 794 1 0郾 704 2 0郾 095 1 1郾 198 1
T5 0郾 785 3 -0郾 684 6 -1郾 140 6 -0郾 346 5
T6 1郾 888 2 0郾 922 1 -0郾 454 2 0郾 785 2
CK -0郾 558 7 -0郾 773 7 -1郾 227 7 -0郾 853 7
827 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 24 卷
表 5摇 不同种植模式下坡耕地不同土层土壤入渗模型
Table 5摇 Soil infiltration models of different layers in sloping farmland with different planting patterns
处理
Treat鄄
ment
土层
Soil layer
(cm)
Kastiakov模型
Kostiakov
model
R2 Horton模型
Horton
model
R2 Philip模型
Philip
model
R2 通用经验模型
Common experienced
model
R2
T1 0 ~ 10 y=2郾 605t-0郾 149 0郾 94 y=1郾 472+1郾 234e-0郾 130 t 0郾 99 y=2郾 919t-1 / 2 +1郾 292 0郾 92 y=0郾 818+1郾 839t-0郾 266 0郾 95
10 ~ 20 y=1郾 832t-0郾 250 0郾 99 y=0郾 675+1郾 125e-0郾 106 t 0郾 98 y=2郾 822t-1 / 2 +0郾 518 0郾 95 y=-0郾 322+2郾 132t-0郾 193 0郾 99
20 ~ 30 y=1郾 518t-0郾 238 0郾 93 y=0郾 662+1郾 266e-0郾 314 t 0郾 96 y=2郾 287t-1 / 2 +0郾 463 0郾 96 y=0郾 477+1郾 136t-0郾 518 0郾 96
T2 0 ~ 10 y=3郾 466t-0郾 252 0郾 96 y=1郾 069+2郾 109e-0郾 062 t 0郾 98 y=5郾 367t-1 / 2 +0郾 963 0郾 90 y=-18郾 138+21郾 448t-0郾 026 0郾 99
10 ~ 20 y=1郾 508t-0郾 113 0郾 94 y=0郾 994+0郾 568e-0郾 150 t 0郾 87 y=1郾 389t-1 / 2 +0郾 893 0郾 93 y=0郾 631+0郾 906t-0郾 246 0郾 95
20 ~ 30 y=1郾 176t-0郾 098 0郾 93 y=0郾 832+0郾 501e-0郾 287 t 0郾 86 y=0郾 986t-1 / 2 +0郾 745 0郾 94 y=0郾 680+0郾 539t-0郾 364 0郾 94
T3 0 ~ 10 y=2郾 530t-0郾 171 0郾 95 y=1郾 049+1郾 253e-0郾 040 t 0郾 95 y=3郾 063t-1 / 2 +1郾 125 0郾 86 y=-16郾 041+18郾 513t-0郾 017 0郾 97
10 ~ 20 y=1郾 676t-0郾 211 0郾 95 y=0郾 595+0郾 943e-0郾 050 t 0郾 99 y=2郾 322t-1 / 2 +0郾 600 0郾 86 y=-10郾 969+12郾 595t-0郾 019 0郾 99
20 ~ 30 y=1郾 554t-0郾 220 0郾 92 y=0郾 499+0郾 922e-0郾 047 t 0郾 99 y=2郾 209t-1 / 2 +0郾 526 0郾 82 y=-12郾 201+13郾 711t-0郾 017 0郾 97
T4 0 ~ 10 y=7郾 215t-0郾 221 0郾 93 y=2郾 524+4郾 212e-0郾 058 t 0郾 99 y=10郾 290t-1 / 2 +2郾 429 0郾 84 y=-53郾 354+60郾 332t-0郾 018 0郾 96
10 ~ 20 y=4郾 353t-0郾 267 0郾 99 y=1郾 468+0郾 629e-0郾 091 t 0郾 93 y=6郾 951t-1 / 2 +1郾 109 0郾 96 y=-0郾 449+4郾 808t-0郾 222 0郾 99
20 ~ 30 y=2郾 525t-0郾 175 0郾 92 y=0郾 930+1郾 343e-0郾 033 t 0郾 96 y=3郾 089t-1 / 2 +1郾 102 0郾 82 y=-21郾 127+23郾 600t-0郾 014 0郾 96
T5 0 ~ 10 y=3郾 003t-0郾 143 0郾 97 y=1郾 624+1郾 273e-0郾 068 t 0郾 99 y=3郾 215t-1 / 2 +1郾 542 0郾 90 y=-12郾 168+15郾 114t-0郾 022 0郾 98
10 ~ 20 y=1郾 357t-0郾 199 0郾 96 y=0郾 668+0郾 922e-0郾 251 t 0郾 97 y=1郾 856t-1 / 2 +0郾 514 0郾 98 y=-0郾 479+0郾 950t-0郾 452 0郾 99
20 ~ 30 y=0郾 637t-0郾 159 0郾 93 y=0郾 329+0郾 296e-0郾 082 t 0郾 96 y=0郾 733t-1 / 2 +0郾 301 0郾 85 y=-2郾 403+3郾 026t-0郾 025 0郾 94
T6 0 ~ 10 y=4郾 754t-0郾 165 0郾 97 y=2郾 475+2郾 148e-0郾 094 t 0郾 90 y=5郾 751t-1 / 2 +2郾 16 0郾 96 y=1郾 088+3郾 739t-0郾 248 0郾 98
10 ~ 20 y=4郾 683t-0郾 278 0郾 98 y=1郾 416+2郾 996e-0郾 083 t 0郾 99 y=7郾 640t-1 / 2 +1郾 101 0郾 94 y=-4郾 464+8郾 975t-0郾 104 0郾 99
20 ~ 30 y=1郾 816t-0郾 218 0郾 95 y=0郾 702+1郾 013e-0郾 071 t 0郾 97 y=2郾 578t-1 / 2 +0郾 623 0郾 89 y=-3郾 057+4郾 818t-0郾 060 0郾 96
CK 0 ~ 10 y=1郾 400t-0郾 161 0郾 97 y=0郾 737+0郾 622e-0郾 089 t 0郾 91 y=1郾 660t-1 / 2 +0郾 652 0郾 96 y=0郾 363+1郾 061t-0郾 256 0郾 97
10 ~ 20 y=1郾 437t-0郾 246 0郾 99 y=0郾 565+0郾 910e-0郾 140 t 0郾 97 y=2郾 197t-1 / 2 +0郾 417 0郾 97 y=-0郾 073+1郾 371t-0郾 269 0郾 99
20 ~ 30 y=0郾 519t-183 0郾 70 y=0郾 283+0郾 897e-0郾 910t 0郾 94 y=0郾 698t-1 / 2 +0郾 211 0郾 82 y=0郾 278+0郾 370t-1郾 461 0郾 95
表 6摇 土壤理化性质与土壤渗透性的相关系数
Table 6摇 Correlation coefficients between soil physical and chemical property and infiltration characteristics
B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 B8 B9
琢1 -0郾 89** 0郾 84** 0郾 79** 0郾 79** 0郾 69** 0郾 10 0郾 65* 0郾 74** 0郾 87**
琢2 -0郾 82** 0郾 76** 0郾 72** 0郾 72** 0郾 60* 0郾 09 0郾 57* 0郾 67** 0郾 90**
琢3 -0郾 85** 0郾 80** 0郾 76** 0郾 76** 0郾 66** 0郾 10 0郾 63* 0郾 69** 0郾 89**
琢4 -0郾 85** 0郾 79** 0郾 74** 0郾 74** 0郾 65** 0郾 06 0郾 60* 0郾 69** 0郾 90**
B1:土壤容重 Soil bulk density; B2:土壤饱和贮水量 Soil water storage capacity; B3:毛管持水量 Capillary moisture capacity; B4:非毛管持水量 Non鄄
capillary moisture capacity; B5:非毛管孔隙度 Non鄄capillary porosity; B6:毛管孔隙度 Capillary porosity; B7:总孔隙度 Total porosity; B8:土壤初始
含水率 Initial soil moisture; B9:有机质含量 Organic matter content郾 *P<0郾 05; **P<0郾 01.
2郾 4摇 土壤渗透性的影响因素
由表 6 可以看出,不同种植模式下坡耕地土壤
渗透性与土壤饱和贮水量、毛管持水量、非毛管持水
量、非毛管孔隙、总孔隙度、有机质含量和初始含水
率呈显著正相关,与土壤容重呈显著负相关,而与毛
管孔隙度相关性不显著,表明土壤的理化性质显著
影响土壤渗透性.选择与土壤渗透性指标显著相关
的因子:土壤容重(B1)、土壤饱和贮水量(B2)、毛管
持水量(B3 )、非毛管持水量(B4 )、非毛管孔隙度
(B5)、总孔隙度(B7)、土壤初始含水率(B8)和有机
质含量(B9)作为自变量,以初始入渗率(琢1)、稳定
入渗率(琢2)、平均渗透率(琢3)和前 90 min 渗透总
量(琢4)为因变量,进行逐步回归分析,得到初始入
渗率、稳定入渗率、平均渗透率和前 90 min 渗透总
量的主导因子方程(表 7).
表 7摇 土壤渗透性主导因子方程
Table 7摇 Dominant factor equations of soil infiltration
方程
Equation
R2 P
琢1 =8郾 378-7郾 227B1 +0郾 306B9 0郾 89 <0郾 001
琢2 =1郾 659-1郾 954B1 +0郾 181B9 0郾 86 0郾 015
琢3 =3郾 164-3郾 124B1 +0郾 206B9 0郾 88 0郾 002
琢4 =263郾 3124-262郾 715B1 +17郾 871B9 0郾 88 0郾 002
3摇 讨摇 摇 论
为探讨紫色土区坡耕地治理的最优模式,对四
川省遂宁市安居区水土保持试验站内长期定位观察
的 7 种种植模式进行研究,发现各种种植模式土壤
的渗透性优劣表现为:枇杷>柠檬>香根草植物篱+
玉米>新银合欢植物篱+玉米>黄花>玉米>裸地.其
中,枇杷和柠檬 2 种经济林模式受人为干扰的时间
9273 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 李建兴等: 紫色土区坡耕地不同种植模式对土壤渗透性的影响摇 摇 摇 摇 摇
较短,且林下杂草丛生,植被覆盖度较高,可以有效
防止雨滴直接打击地面;而且这 2 种经济林根系发
达,衰老死亡的根系和枯枝落叶层可有效增加土壤
有机质含量和土壤孔隙,对土壤结构有巨大的改良
作用,有利于土壤的进一步入渗,因此渗透性最强.
定植植物篱后的新银合欢植物篱+玉米、香根草植
物篱+玉米与无植物篱的玉米地土壤渗透性之间存
在明显差异,其原因主要是:一方面,定植植物篱可
以有效减短坡长,对径流携带的土壤颗粒有拦截作
用,导致土壤颗粒在篱前富集[6],避免了径流携带
的细小粘粒对下部坡面土壤非毛管孔隙的堵塞,增
加了土壤入渗;另一方面,植物篱能降低土壤分散
性[13],增加土壤团聚程度[14-16],特别是对粒级为
>0郾 25 mm的土壤微团聚体有显著影响. 有研究表
明,土壤的粗粒径( >0郾 25 mm)水稳性团聚体的含
量对土壤入渗性提高具有重要作用[13] . 因此,定植
植物篱的坡耕地渗透性明显大于无定植植物篱的坡
耕地,在坡耕地治理过程中,应加强植物篱措施的普
及.香根草植物篱对坡耕地土壤渗透性的改良作用
明显大于新银合欢植物篱[17],这与植被本身的生态
学特性有关.新银合欢的根系有较强的抗逆生长能
力,主根和侧根均比较发达[12],长期生长后呈现出
灌木状态.刘道平等[18]研究发现,根系对土壤渗透
性的改善主要是通过粒径臆1 mm的细根实现的,香
根草须根发达,单位面积上须根含量较多,故对土壤
渗透性的改良效果较新银合欢好.此外,新银合欢比
较耗费地力,且容易造成坡耕地深层土壤干化[19],
故在选择植物篱时,应优先选择香根草.种植黄花的
坡耕地对土壤渗透性的改良效果明显大于种植玉
米,特别是 0 ~ 10 cm 土层,其原因可能是:一方面,
黄花表层根系比玉米发达,较多的黄花根系在土体
中延伸、穿插、交织过程中能形成更多的横向和纵向
植物根孔[20],而水分下渗过程中优先沿植物根孔运
输[21],故渗透性强于玉米地;另一方面,由于种植玉
米坡耕地长期受到人为活动的干扰,导致土壤层板
结,有机质含量降低,土壤通透性能降低.
土壤理化性质与土壤渗透性能密切相关[22-25] .
有研究发现,土壤水分入渗的本质是水分在土体中
流动而且不断深入的过程,其速率主要受水流通道鄄
土壤孔隙的影响[26] . 本研究发现,土壤渗透性与土
壤非毛管孔隙度和总孔隙度呈显著正相关,而与毛
管孔隙度无显著相关性. 李雪转和樊贵盛[27]发现,
土壤水分入渗性能与土壤水力传导度和土壤水势梯
度有关,土壤有机质通过改善土壤孔隙性,增加入渗
水流的过水断面面积,提高土壤的水力传导度,从而
实现对土壤入渗性能的改善.本研究表明,土壤有机
质对土壤渗透性的影响达显著水平,而且土壤持水
性对渗透性的影响也达到显著水平,其原因可能是
土壤的各持水参数主要受土壤孔隙的影响[7],土壤
持水参数对渗透性的影响实质上也是土壤孔隙对渗
透性的影响.
对不同种植模式的坡耕地土壤入渗过程模型拟
合发现,通用经验模型是最优模型,而 Kostiakov 模
型基本不适于描述该流域土壤水分的入渗过程. Ko鄄
stiakov模型属于经验性公式,适用于入渗率较高的
情况,从方程的形式可以看出,只要 t 存在上限,入
渗方程就能够反映土壤水分入渗的实际情况,但当 t
无穷大时,f( t)= 0,这种情况在实际中是不存在的,
因此,Kostiakov 不适合土壤水分入渗的实际情况.
而通用经验模型是在 Kostiakov 的基础上增加了常
数项 b,当 t无限增大时,土壤入渗达到稳定状态,从
拟合的稳定入渗率参数可以看出,通用经验模型比
Kostiakov更接近实测值.本研究结果与朱冰冰等[28]
和马浩等[29]对紫色土水分入渗模拟的结果相同.
参考文献
[1]摇 Tang K鄄L (唐克丽). Characteristics and perspectives
on scientific discipline of soil erosion and soil and water
conservation in China. Research of Soil and Water Con鄄
servation (水土保持研究), 1999, 6 (2): 2 - 7 ( in
Chinese)
[2]摇 He B鄄H (何丙辉), Miao C鄄Y (缪驰远), Wu Y (吴
咏), et al. Study on soil erosion regularity of sloping
farm land in Suining group purple soil. Journal of Soil
and Water Conservation (水土保持学报), 2004, 18
(3): 9-15 (in Chinese)
[3]摇 Chen Y (谌摇 芸), He B鄄H (何丙辉), Luo L (罗摇
雷). Control measures and ecological benefits on slop鄄
ing farmland in a small watershed. Bulletin of Soil and
Water Conservation (水土保持通报), 2010, 30(2):
41-45 (in Chinese)
[4]摇 Lin D鄄J (林代杰), Zheng Z鄄C (郑子成), Zhang X鄄Z
(张锡洲), et al. Characteristic and influencing factors
of soil infiltration of different land use patterns. Journal
of Soil and Water Conservation (水土保持学报),
2010, 24(1): 33-36 (in Chinese)
[5]摇 Zhao Y鄄Y (赵洋毅), Wang Y鄄J (王玉杰), Wang Y鄄
Q (王云琦), et al. Effects of structures of plantation
forests on soil infiltration characteristics in source water
protect areas in northern Chongqing City. Acta Ecologica
Sinica (生态学报), 2010, 30(15): 4162-4172 ( in
Chinese)
[6]摇 Ma Y (马摇 云), He B鄄H (何丙辉), He J鄄L (何建
林), et al. Effects of hedgerow on the physical proper鄄
ties in different soil layers on sloping farmland in purple
soil area. Journal of Soil and Water Conservation (水土
037 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 24 卷
保持学报), 2010, 24(6): 60-66 (in Chinese)
[7]摇 Li D (李摇 东), Wang Z鄄F (王子芳), Zheng J鄄B (郑
杰炳), et al. Contents of soil organic matter, nitrogen,
phosphorus and potassium under different land鄄use pat鄄
terns in purple hill area. Chinese Journal of Soil Science
(土壤通报), 2009, 40(2): 310-315 (in Chinese)
[8]摇 Zhang W鄄R (张万儒), Xu B鄄T (许本彤). Forest Soil
Orientation Research Methods. Beijing: China Forestry
Press, 1986: 30-45 (in Chinese)
[9]摇 Xu X鄄J (徐小军), He B鄄H (何丙辉), Hu H (胡摇
恒), et al. Distribution of soil physical properties and
permeability on slopes in Wenchuan earthquake zone.
Journal of Soil and Water Conservation (水土保持学
报), 2011, 25(6): 34-39 (in Chinese)
[10]摇 Philip JR. Theory of infiltration. Advance in Hydro鄄
science, 1969, 5: 216-296
[11]摇 Hillel D. Soil and Water: Physical Principles and
Process. New York: Academic Press, 1977
[12]摇 Liu J (刘 摇 洁), Li X鄄W (李贤伟), Ji Z鄄H (纪中
华), et al. Soil water holding capacities and infiltration
characteristics of three vegetation restoration models in
dry鄄hot valley of Yuanmou. Acta Ecologica Sinica (生态
学报), 2011, 31(8): 2331-2340 (in Chinese)
[13] 摇 Zhou W (周摇 维), Zhang J鄄H (张建辉). Soil infil鄄
tration under different patterns of land use in gully ero鄄
sion area of the Jinshajiang River basin. Soils (土壤),
2006, 38(3): 333-337 (in Chinese)
[14]摇 Guo T (郭摇 甜), He B鄄H (何丙辉), Jiang X鄄J (蒋
先军), et al. Effects of hedgerows on soil microbial
characteristics of slope in purple soil area. Journal of
Soil and Water Conservation (水土保持学报), 2011,
25(5): 94-99 (in Chinese)
[15]摇 Ma Y (马摇 云), He B鄄H (何丙辉), He J鄄L (何建
林), et al. Confirmation of critical distance between
hedgerows for non鄄point pollution control based on
hydro鄄dynamics in purple soil area. Transactions of the
Chinese Society of Agricultural Engineering (农业工程
学报), 2011, 27(4): 60-64 (in Chinese)
[16]摇 Ma Y (马摇 云), He B鄄H (何丙辉), He J鄄L (何建
林), et al. Effects of Herba andrographitis hedgerow on
soil fractal characteristics and erodibility on sloping
cropland in Three Gorges reservoir region. Journal of
Soil and Water Conservation (水土保持学报), 2011,
25(4): 79-83 (in Chinese)
[17]摇 He J鄄L (何建林), He B鄄H (何丙辉), Ma Y (马 摇
云), et al. Effect of hedgerow on distribution character鄄
istics of the soil nutrients on sloping lands in the purple
soil area. Journal of Soil and Water Conservation (水土
保持学报), 2010, 24(6): 65-71 (in Chinese)
[18]摇 Liu D鄄P (刘道平), Chen S鄄X (陈三雄), Zhang J鄄C
(张金池), et al. Soil infiltration characteristics under
main vegetation types in Anji County of Zhejiang Prov鄄
ince. Chinese Journal of Applied Ecology (应用生态学
报), 2007, 18(3): 493-498 (in Chinese)
[19]摇 Bai D鄄Z (拜得珍), Ji Z鄄H (纪中华), Yang Y鄄X (杨
艳鲜), et al. Effect study of water and soil conservation
on leucaena harnessing area in rushing gully. Research
of Soil and Water Conservation (水土保持研究),
2004, 11(3): 226-228 (in Chinese)
[20]摇 Shi H (石摇 辉), Liu S鄄R (刘世荣). The macroporos鄄
ity properties of forest soil and its eco鄄hydrological sig鄄
nificance. Journal of Mountain Research (山地学报),
2005, 23(5): 533-539 (in Chinese)
[21]摇 Reynolds ERC. The percolation of rain water through
soil demonstrated by fluorescent dyes. Journal of Soil
Science, 1966, 17: 127-132
[22]摇 Xiong Y鄄M (熊燕梅), Xia H鄄P (夏汉平), Li Z鄄A
(李志安), et al. Effects and mechanisms of plant roots
on slope reinforcement and soil erosion resistance: A re鄄
search review. Chinese Journal of Applied Ecology (应
用生态学报), 2007, 18(4): 895-904 (in Chinese)
[23]摇 Xu M鄄X (许明祥), Liu G鄄B (刘国彬), Zhao Y鄄G
(赵允格). Effects of land use and environmental fac鄄
tors on the variability of soil quality indicators in hilly
Loess Plateau region of China. Chinese Journal of Ap鄄
plied Ecology (应用生态学报), 2011, 22(2): 409-
417 (in Chinese)
[24]摇 Hao Z鄄Q (郝占庆), Wang L鄄H (王力华). Water con鄄
servation capacities of soils with major forest types in
mountainous regions of east Liaoning Province. Chinese
Journal of Applied Ecology (应用生态学报), 1998, 9
(3): 237-241 (in Chinese)
[25]摇 Qi L鄄H (漆良华), Zhang X鄄D (张旭东), Zhou J鄄X
(周金星), et al. Soil water holding capacities and in鄄
filtration characteristics of vegetation restoration commu鄄
nities in watershed, Northwest Hunan. Scientia Silvae
Sinicae (林业科学), 2007, 43(4): 1-8 (in Chinese)
[26] 摇 Li Z (李 摇 卓), Wu P鄄T (吴普特), Feng H (冯 摇
浩), et al. Simulated experiment on effect of soil bulk
density on soil infiltration capacity. Transactions of the
Chinese Society of Agricultural Engineering (农业工程
学报), 2009, 25(6): 40-45 (in Chinese)
[27]摇 Li X鄄Z (李雪转), Fan G鄄S (樊贵盛). Influence of
organic matter content on infiltration capacity and pa鄄
rameter in field soils. Transactions of the Chinese Society
of Agricultural Engineering (农业工程学报), 2006,
22(3): 188-190 (in Chinese)
[28]摇 Zhu B鄄B (朱冰冰), Zhang P鄄C (张平仓), Ding W鄄F
(丁文峰), et al. Infiltration process in the middle and
upper reaches of the Yangtze River. Bulletin of Soil and
Water Conservation (水土保持通报), 2008, 28(4):
43-47 (in Chinese)
[29]摇 Ma H (马摇 浩), Yin Z鄄D (尹忠东), Xu Z鄄C (许智
超). Capability of soil water infiltration of purple soil in
hilly area of central Sichuan. Journal of Northwest For鄄
estry University (西北林学院学报), 2011, 26 (3):
68-72 (in Chinese)
作者简介摇 李建兴,男,1987 年生,硕士.主要从事城市水土
保持研究. E鄄mail: lijianxing0707@ 163. com
责任编辑摇 孙摇 菊
1373 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 李建兴等: 紫色土区坡耕地不同种植模式对土壤渗透性的影响摇 摇 摇 摇 摇