全 文 ：第 38 卷 第 9 期
2016 年 9 月
北 京 林 业 大 学 学 报
JOUＲNAL OF BEIJING FOＲESTＲY UNIVEＲSITY
Vol． 38，No． 9
Sep．，2016
DOI:10． 13332 / j． 1000--1522． 20150530
泥石流频发区不同林龄新银合欢土壤抗蚀性评价
陈爱民1 严思维1 林勇明1，2 邓浩俊1 杜 锟1 孙 凡1
王道杰3 吴承祯1，2，4 洪 伟1，2
(1 福建农林大学林学院 2 福建省高校森林生态系统过程与经营重点实验室
3 中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所 4 武夷学院生态与资源工程学院)
收稿日期:2016--01--08 修回日期:2016--04--22
基金项目:国家自然科学基金项目(41201564)、福建农林大学林学院青年科研基金项目(6112C039Q)。
第一作者:陈爱民。主要研究方向:恢复生态学。Email:99340709@ qq． com 地址:350002 福建省福州市仓山区上下店路福建农林大学
林学院。
责任作者:林勇明，博士，副教授。主要研究方向:恢复生态学。Email:monkey1422@ 163． com 地址:同上。
本刊网址:http:j． bjfu． edu． cn;http:journal． bjfu． edu． cn
摘要:土壤抗蚀性是评价土壤抵抗侵蚀能力的重要参数之一，植被恢复过程可引起土壤抗蚀性变化。本文通过野
外调查与室内分析，运用主成分分析法对不同林龄新银合欢人工林土壤抗蚀性进行综合研究。结果表明:1)随着
林龄的增长，新银合欢人工林土壤的通透性和结构稳定性变差，土壤细颗粒含量增加，土壤的养分含量有所降低;
2)不同林龄新银合欢人工林土壤抗蚀性综合指数大小表现为:10 年生 ＞ 16 年生 ＞ 27 年生，这说明随着林龄的
增长，蒋家沟泥石流频发区新银合欢人工林土壤抗蚀性呈下降的趋势;3)表征土壤抗蚀性的 13 个指标可简化为:
土壤密度、最大持水量、＞ 0. 25 mm水稳性团聚体含量、黏粒含量、粉粒含量 5 个指标，以此为自变量，以土壤抗蚀
性综合指数为因变量，进行回归分析得出的评价模型为 Y = － 8. 691X1 + 0. 054X2 + 0. 700X3 － 0. 425X4 － 0. 189X5 －
12. 511，线性拟合程度较好。研究结果可为泥石流频发区土壤抗蚀性的后续研究及评价指标体系的构建提供
参考。
关键词:泥石流;植被恢复;土壤抗蚀性;主成分分析
中图分类号:S714. 7 文献标志码:A 文章编号:1000--1522(2016)09--0062--09
CHEN Ai-min1;YAN Si-wei1;LIN Yong-ming1，2;DENG Hao-jun1;DU Kun1;SUN Fan1;WANG Dao-
jie3;WU Cheng-zhen1，2，4;HONG Wei1，2 ． Evaluation of soil anti-erodibility at different ages of
Leucaena leucocephala forests in the area with high-frequency debris flow． Journal of Beijing
Forestry University(2016)38(9)62--70［Ch，33 ref．］
1 College of Forestry，Fujian Agriculture and Forestry University，Fuzhou，Fujian，350002，P． Ｒ．
China;
2 Key Laboratory for Forest Ecosystem Process and Management of Fujian Province，Fuzhou，Fujian，
350002，P． Ｒ． China;
3 Institute of Mountain Hazards and Environment，Chinese Academy of Sciences and Ministry of Water
Conservancy，Chengdu，Sichuan，610041，P． Ｒ． China;
4 College of Ecology and Ｒesource Engineering，Wuyi University，Wuyishan，Fujian，354300，P． Ｒ．
China．
Soil anti-erodibility is one of the important parameters for evaluating the ability of soil resistance to
soil erosion． Aiming to understand the effect of vegetation restoration on soil erosion durability in the area
with high-frequency debris flow，we determined the soil anti-erodibility at different ages of Leucaena
leucocephala forests by using principal component analysis based on the data collected from the field and
analyzed in the laboratory． The results showed that:1)as the age of L． leucocephala forest increased，
soil permeability，structure stability and soil nutrient decreased except for the content of fine particle;2)
the comprehensive indexes of soil anti-erodibility followed the rule as 10 a ＞ 16 a ＞ 27 a，indicating that
the soil anti-erodibility decreased with forest age in Jiangjia gully;3) according to Pearson’s
第 9 期 陈爱民等:泥石流频发区不同林龄新银合欢土壤抗蚀性评价
correlations，all the 13 anti-erodibility indicators could be simplified to 5 indicators which were soil
density，maximum water-holding capacity，the content of water-stable aggregates at size ＞ 0. 25 mm，
clay content and silt content． Taking 5 selected indicators (X)as independent variables and soil anti-
erodibility indicator (Y) as dependent variable，the soil anti-erodibility model was built by linear
regression analysis as Y = － 8. 691X1 + 0. 054X2 + 0. 700X3 － 0. 425X4 － 0. 189X5 － 12. 511． This result
could provide a reference for the building of soil anti-erodibility assessment indicator system and its future
research in the area with high-frequency debris flow．
Key words debris flow;vegetation restoration;soil anti-erodibility;principal component analysis
土壤抗蚀性是指土壤抵抗水(包括降水和径
流)对其分散和悬浮的能力，能够表征土壤抵抗侵
蚀营力分离和搬运作用的敏感性，其大小取决于土
粒间的胶结程度以及和水的亲和力，是评价土壤抵
抗侵蚀能力的重要参数之一［1
--2］，也是土壤侵蚀研
究的重要内容，一直受到国内外学者的重视［3
--4］。
土壤抗蚀性受多种因素影响，且时空变异较大［5］，
因此在指标选取上，目前尚无统一标准。依据土壤
的理化性质，国内外研究者先后提出各种评价土壤
抗蚀性的指标［6
--7］，主要有土壤密度、机械组成、团
聚体破坏率、有机质含量等。由于土壤抗蚀性为非
定量化可测性指标，需要对众多因子进行综合分
析［8］，广大学者又根据不同地区(如黄土高原区、西
南紫色土丘陵区、岩溶区等)的环境条件探讨了各
指标的适用性和优越性，主要分析了不同植被恢复
和耕作模式、不同土地利用类型及不同林龄人工林
对土壤抗蚀性的影响特征，并在研究基础上提出优
化耕作模式、改良土地利用方式和加强植被恢复等
管理措施［9
--13］。然而，关于干热河谷气候区土壤抗
蚀性方面的研究较少，缺乏针对该区脆弱生态系统
土壤性质改善的科学指导方案，不利于生态恢复和水
土保持工作的深入开展。
土壤抗蚀性强弱不仅受土壤自身的理化性质影
响，而且与植物对土壤结构的优化作用密切相
关［14］，因此研究植物生长对土壤抗蚀性的影响具有
重要的意义。蒋家沟泥石流频发区属于干热河谷气
候区，水土流失严重，滑坡、泥石流等山地灾害强烈，
生态环境脆弱［15］，植物人工种植和各项水土保持工
程是该区域生态恢复的主要策略。目前，关于该区
土壤抗蚀性方面的研究甚少，仅廖超林等［16］研究了
不同海拔土壤典型坡面的土壤抗蚀性特征，有关不
同生长期人工恢复植被对土壤抗蚀性影响方面的
研究尚未见报道，对人工恢复植被群落结构改善、
物种组成改良、土地利用优化等指导性不足。新
银合欢属豆科银合欢属，是一种常绿小乔木，因其
主根发达、细根生长迅速且质量密度大，具有固
土、护坡、提高土壤抗侵蚀能力等作用［17］。自
1988 年以来，中国科学院东川泥石流定位观测研
究站采用新银合欢作为先锋树种在泥石流频发区
进行造林试验，并将其作为昆明市东川区主要恢
复树种进行干热退化山地植被恢复重建［18］。本研
究以蒋家沟泥石流频发区前期造林成功的不同林
龄新银合欢为研究对象，综合分析新银合欢生长
过程中土壤抗蚀性变化特征及其影响因素，以期
为生态脆弱区开展生态恢复和水土保持工作提供
科学依据和理论指导。
1 研究区概况与研究方法
1. 1 研究区概况
研究区位于云南省昆明市东川区境内的蒋家
沟，地理坐标为 103°06 ～ 103°13 E、26°13 ～ 26°
17 N。蒋家沟属于金沙江一级支流小江流域，地貌
类型为侵蚀中山，海拔为 1 042 ～ 3 269 m，其中海拔
低于 1 600 m区域为典型的干热河谷地带［19］;区域
内干湿季节分明，每年的 5—10 月为湿季，降水量占
全年总降水量的 88%，其他月份为干季。该区域多
年平均气温在 20 ℃以上，气温最高可达 40. 9 ℃，最
低为 － 6. 2 ℃;多年平均降水量为 693 mm，平均蒸发
量为 3 638 mm，蒸发量是降水量的 5 倍［15］。随着海
拔的升高，气温下降，蒸发减弱，湿度增大，使得植被
呈现出明显的垂直地带性分布，由低到高依次为稀
疏草丛带、针阔叶混交林带和高山灌丛草甸带［20］。
该地区老构造错综复杂，新构造活动强烈，加上人为
不合理利用，使得泥石流、滑坡等自然灾害频繁发
生［21］，水土流失严重。为了有效防止泥石流灾害，
减少水土流失，改善该区域生态环境，自 1988 年以
来在该流域泥石流荒坡上种植大量新银合欢人工
林，封育禁伐［18］。流域内植物群落主要以新银合欢
(Leucaena leucocephala)为主，并有少量的桉树
(Eucalyptus robusta)、坡柳(Dodonaea viscose)、马桑
(Coriaria sinnica)、扭黄茅(Heteropogon contortus)等。
1. 2 研究方法
1. 2. 1 样地设置
研究区为山地地形，坡面平均坡度约为 30°，土
36
北 京 林 业 大 学 学 报 第 38 卷
10 为 10 年生新银合欢人工林，16 为 16 年生新银合欢人工林，27 为 27 年生新银合欢人工林。10，16 and 27
mean 10-，16-and 27-year old Leucaena leucocephala forests respectively．
图 1 研究区及样地分布
Fig． 1 Ｒesearch area and distribution of soil sample plot
壤母质主要是灰色板岩风化堆积层，土壤为麻砂质
中性粗骨土，土层厚度较薄，仅 0 ～ 30 cm，30 cm深
度以下主要为母岩或石砾。根据研究区新银合欢分
布状况，于 2015 年 8 月在中国科学院东川泥石流观
测站附近的新银合欢人工林设置试验样地。在课题
组前期研究［22］与调查基础上，选取 10 年生、16 年生
和 27 年生新银合欢人工林地作为调查样地，由于
10 年生样地面积相对较小且仅有 600 m2，为了使样
地大小保持一致，3 种林龄样地大小均设置为 30 m ×
20 m，其中 10 年生与 16 年生新银合欢人工林地相
距较近，间隔约为 20 m，10 年生、16 年生与 27 年生
林地相距较远，间隔分别约为 100、80 m。随后对各
样地进行林下植被调查，测量各林龄树高、胸径、林
冠郁闭度等指标，各样地基本概况如表 1 所示。
表 1 新银合欢人工林样地概况
Tab． 1 General situation of Leucaena leucocephala sample plots
项目 Item 10 年生 10-year old 16 年生 16-year old 27 年生 27-year old
造林年份 /年 Afforestation time /Year 2005 1999 1988
经度 Longitude 103°0800″E 103°0759″E 103°0750″E
纬度 Latitude 26°1441″N 26°1443″N 26°1452″N
海拔 Elevation /m 1 400 1 352 1 315
坡度 Slope /(°) 28. 6 33. 7 26. 8
坡向 Aspect 东北 Northeast 东北 Northeast 东北 Northeast
平均树高 Average height /m 8. 0 10. 1 12. 3
平均胸径 Average DBH /cm 5. 6 7. 87 10. 19
林分密度 /(株·hm －2)
Stand density /(tree·ha －1)
4 400 3 033 2 366
林下主要植被
Undergrowth vegetation
新银合欢幼苗
Leucaena leucocephala seedling
扭黄茅
Heteropogon contortus
黄背草
Themeda triandra
小叶荩草
Arthraxon lancifolius
新银合欢幼苗
L． leucocephala seedling
扭黄茅
H． contortus
黄背草
T． triandra
剑麻
Agave sisalana
新银合欢幼苗
L． leucocephala seedling
坡柳
Dodonaea viscose
扭黄茅
H． contortus
黄背草
T． triandra
林下植被覆盖度
Coverage under forest /%
61 50 55
郁闭度 Canopy density /% 55 70 80
枯落物组成
Litter composition /%
41. 2(U)、28. 7(S)、
30. 1(D)
48. 5(U)、33. 9(S)、
17. 6(D)
39. 6(U)、37. 2(S)、
23. 2(D)
注:U为未分解，S为半分解，D为已分解。Notes:U means undecomposed，S means semi-decomposed，and D means decomposed．
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第 9 期 陈爱民等:泥石流频发区不同林龄新银合欢土壤抗蚀性评价
1. 2. 2 土壤样品采集
分别在各样地划分 3 个 10 m ×10 m样方，样方
内按“梅花”型布点，采集表层土(0 ～ 20 cm)，多点
重复取样，将采集的土壤混合均匀，装入自封袋，自
然风干后用于测定土壤的机械组成及养分。同时，
使用环刀采集原状土(每个点取 2 份)，一份混合用
于测定土壤团聚体含量，另一份未混合用于测定土
壤容重、孔隙度等指标。
1. 2. 3 土壤样品测定
土壤物理性质测定:土壤水稳性团聚体采用沙
维诺夫湿筛法测定［23］;采用英国马尔文 MS2000 激
光粒度仪进行分析测定土壤机械组成;土壤密度、最
大持水量、总孔隙度和毛管孔隙度等采用环刀法测
定。土壤化学性质测定:运用重铬酸钾氧化--外加
热法测定有机质含量;对全氮含量的测定，采用半微
量凯式法;对全磷含量的测定，采用 NaOH 碱熔--钼
锑抗比色法;每个土壤混合样品重复实验 3 次，然后
取其平均值。
1. 2. 4 土壤抗蚀性评价方法
由于土壤抗蚀性不能直接测定，故需选取能够
用来表征土壤抗侵蚀能力的指标进行综合分析。本
研究采用近年来较为常用且适用性较广的综合指数
评价法，根据研究区具体环境状况和前人进行的相
关研究［21，24］，按照易度量、重现性好的指标选取方
式，选取土壤密度(X1)、最大持水量(X2)、毛管孔隙
度(X3)、总孔隙度(X4)、＞ 0. 5 mm 水稳性团聚体
含量(X5)、＞ 0. 25 mm 水稳性团聚体含量(X6)、
＞ 0. 25 mm团聚体结构破坏率(X7)、黏粒含量
(X8)、粉粒含量(X9)、沙粒含量(X10)、有机质含量
(X11)、全氮含量(X12)、全磷含量(X13)13个指标进行
分析，通过对主成分分析得出的因子得分系数和方差
贡献率进行相关计算，最终得出土壤抗蚀性综合指数。
1. 2. 5 数据处理与分析
运用 SPSS19. 0 多元统计分析软件和 Excel
2010 对实验数据进行分析，表中数据均为平均值 ±
标准误，采用单因子方差分析(ANOVA)和 LSD 多
重比较对不同林龄新银合欢人工林各变量的显著性
和各变量间差异的显著性进行检验。
2 结果与分析
2. 1 不同林龄新银合欢人工林土壤理化性质比较
土壤抗蚀性主要取决于表层土壤的理化性质。
对 3 种林龄新银合欢人工林土壤理化性质进行分
析，结果如表 2 所示，不同林龄新银合欢人工林地的
土壤密度、水分物理性质、团聚体含量及机械组成存
在差异，其中土壤密度和黏粒含量大小依次为:10
年生 ＜ 16 年生 ＜ 27 年生，且 10 年生和 16 年生新
银合欢人工林的土壤密度和黏粒含量显著低于 27
年生;土壤最大持水量、毛管孔隙度和总孔隙度大小
依次为:10 年生 ＞ 16 年生 ＞ 27 年生，且不同林龄
表 2 不同林龄新银合欢人工林土壤理化性质
Tab． 2 Soil physical and chemical properties at different ages of Leucaena leucocephala forests
抗蚀性指标 Anti-erodibility indicator 10 年生 10-year old 16 年生 16-year old 27 年生 27-year old
土壤密度 Soil density(X1)/(g·cm －3) 1. 14 ± 0. 04 a 1. 22 ± 0. 02 a 1. 47 ± 0. 03 b
最大持水量 Maximum water-holding capacity(X2)/(g·kg －1) 518. 27 ± 10. 35 c 436. 64 ± 6. 25 b 243. 98 ± 3. 07 a
毛管孔隙度 Capillary porosity(X3)/% 45. 98 ± 0. 99 c 39. 46 ± 1. 26 b 25. 01 ± 0. 82 a
总孔隙度 Total porosity(X4)/% 57. 30 ± 0. 81 c 52. 00 ± 0. 90 b 36. 07 ± 0. 79 a
＞ 0. 5 mm水稳性团聚体
＞ 0. 5 mm water stable aggregate content(X5)/%
63. 71 ± 0. 69 a 64. 14 ± 2. 07 a 63. 01 ± 0. 56 a
＞ 0. 25 mm水稳性团聚体
＞ 0. 25 mm water stable aggregate content(X6)/%
75. 21 ± 0. 36 a 73. 35 ± 1. 91 a 73. 23 ± 0. 70 a
＞ 0. 25 mm团聚体破坏率
＞ 0. 25 mm aggregate destruction rate(X7)/%
11. 85 ± 1. 92 a 20. 63 ± 3. 34 a 16. 80 ± 0. 96 a
黏粒含量 Clay(X8)/% 5. 49 ± 0. 38 a 7. 89 ± 0. 80 a 11. 17 ± 0. 41 b
粉粒含量 Silt(X9)/% 38. 57 ± 2. 38 a 42. 78 ± 3. 98 a 44. 07 ± 1. 26 a
沙粒含量 Sand(X10)/% 55. 94 ± 2. 05 a 49. 33 ± 4. 78 a 44. 77 ± 1. 56 a
有机质含量 Organic matter(X11)/(g·kg －1) 49. 76 ± 2. 39 a 32. 14 ± 5. 97 a 35. 59 ± 3. 20 a
全氮含量 Total nitrogen(X12)/(g·kg －1) 2. 97 ± 0. 10 b 2. 08 ± 0. 26 a 1. 89 ± 0. 12 a
全磷含量 Total phosphorus(X13)/(g·kg －1) 0. 43 ± 0. 01 b 0. 39 ± 0. 01 a 0. 40 ± 0. 01 ab
注:不同小写字母表示处理间的差异显著性(P ＜ 0. 05)。下同。Note:different lowercase letters indicate significant difference among treatments at
0. 05 level． The same below．
56
北 京 林 业 大 学 学 报 第 38 卷
之间的差异显著;不同林龄新银合欢人工林土壤水
稳性团聚体含量及团聚体破坏率差异较小。此外，
不同林龄间的土壤养分状况也有所不同，土壤全氮
含量表现为 10 年生 ＞ 16 年生 ＞ 27 年生，其中 10
年生显著高于 16 年生和 27 年生;有机质含量和全
磷含量大小表现为 10 年生 ＞ 27 年生 ＞ 16 年生，
其中 16 年生林的全磷含量显著低于 10 年生，3 种
林龄的土壤有机质含量差异不显著。
2. 2 土壤抗蚀性评价指标的主成分分析
土壤抗蚀性受多种因素影响，单一指标只能反
映土壤对侵蚀力的相对敏感程度，而且具有一定的
偶然性，无法准确分析抗侵蚀性［13］。因此，对多个
指标进行综合分析，能够有效增强分析的可靠性。
本研究运用主成分分析将多个指标简化为几个综合
指标，一方面可以减少数据的冗余，另一方面能够得
出各因子在所有因子中的贡献率。如表 3 所示，对
13 个指标进行主成分提取，提取的前 3 个主成分特
征值均大于 1，且累计方差贡献率高达 92. 257%，基
本可以反映整体信息，其中第 1 主成分的方差贡献
率最大，第 2、第 3 主成分方差贡献率相对较小。对
各因子的载荷值分析，发现各主成分之间的载荷值
差异较小，为了能拉开差距，可以通过 SPSS 中最大
方差法进行旋转，经过 25 次迭代，使各载荷值区分
开来［13］，结果如表 4 所示，在第 1 主成分中，土壤密
度、最大持水量、毛管孔隙度、总孔隙度、黏粒的载荷
值较大，分别为:－ 0. 941、0. 928、0. 922、0. 939、
－ 0. 803，而土壤密度和黏粒含量的载荷值为负值，
表明土壤抗蚀性随土壤密度和黏粒含量的增加而减
弱;在第 2 主成分中，土壤粉粒含量载荷值最大，为
－ 0. 890，表明土壤抗蚀性随粉粒含量的增加而减
弱;在第 3 主成分中， ＞ 0. 25 mm 水稳性团聚体和
团聚体破坏率及有机质载荷值较大，分别为:0. 935、
－ 0. 883、0. 889，其中 ＞ 0. 25 mm 水稳定团聚体破
坏率载荷值为负值，表明土壤抗蚀性随 ＞ 0. 25 mm
水稳定团聚体破坏率增大而减弱。
表 3 土壤抗蚀性指标的总方差分析结果
Tab． 3 Total variance results of soil anti-erodibility indicators
主成分
Principal
component
提取平方和载入
Extraction of sum of square and load
旋转平方和载入
Ｒotation of sum of square and load
特征值
Characteristic
value
方差贡献率
Variance contribution
rate /%
累积贡献率
Accumulate
contribution rate /%
特征值
Characteristic
value
方差贡献率
Variance contribution
rate /%
累积贡献率
Accumulate
contribution rate /%
1 7. 418 57. 060 57. 060 4. 869 37. 453 37. 453
2 3. 082 23. 705 80. 766 3. 857 29. 671 67. 123
3 1. 494 11. 491 92. 257 3. 267 25. 134 92. 257
表 4 土壤抗蚀性评价主成分因子载荷矩阵及得分系数矩阵
Tab． 4 Principal component factor loading and score coefficient matrix of soil anti-erodibility evaluation
抗蚀性指标
Anti-erodibility
indicator
旋转后主成分载荷
Principal component loading after rotation
旋转后得分系数
Component score coefficient after rotation
1 2 3 1 2 3
X1 － 0. 941 － 0. 144 － 0. 183 － 0. 284 0. 136 0. 067
X2 0. 928 0. 312 0. 193 0. 242 － 0. 067 － 0. 052
X3 0. 922 0. 253 0. 264 0. 241 － 0. 085 － 0. 028
X4 0. 939 0. 248 0. 219 0. 255 － 0. 093 － 0. 047
X5 0. 271 － 0. 450 0. 631 0. 099 － 0. 197 0. 168
X6 0. 250 － 0. 132 0. 935 － 0. 023 － 0. 051 0. 304
X7 － 0. 038 － 0. 128 － 0. 883 0. 149 － 0. 093 － 0. 332
X8 － 0. 803 － 0. 558 － 0. 089 － 0. 159 － 0. 050 0. 057
X9 － 0. 226 － 0. 890 0. 213 0. 077 － 0. 286 0. 062
X10 0. 472 0. 853 － 0. 119 0. 006 0. 224 － 0. 067
X11 0. 259 0. 278 0. 889 － 0. 102 0. 105 0. 309
X12 0. 470 0. 852 0. 200 － 0. 043 0. 243 0. 053
X13 0. 215 0. 862 0. 359 － 0. 163 0. 311 0. 152
66
第 9 期 陈爱民等:泥石流频发区不同林龄新银合欢土壤抗蚀性评价
2. 3 土壤抗蚀性综合分析
利用土壤抗蚀性综合指数来表征土壤抗蚀性强
弱。土壤抗蚀性综合指数是通过对主成分值和主成分
所占的权重进行相关计算得出。根据主成分分析的特
征值和因子得分系数建立主成分线性表达式的如下:
Y1 = －0. 284X1 +0. 242X2 +0. 241X3 +0. 255X4 +
0. 099X5 －0. 023X6 +0. 149X7 －0. 159X8 +0. 077X9 +
0. 006X10 －0. 102X11 －0. 043X12 －0. 163X13 (1)
Y2 =0. 136X1 －0. 067X2 －0. 085X3 －0. 093X4 －
0. 197X5 －0. 051X6 －0. 093X7 －0. 050X8 －0. 286X9 +
0. 224X10 +0. 105X11 +0. 243X12 +0. 311X13 (2)
Y3 =0. 067X1 －0. 052X2 －0. 028X3 －0. 047X4 +
0. 168X5 +0. 304X6 －0. 332X7 +0. 057X8 +0. 062X9 －
0. 067X10 +0. 309X11 +0. 053X12 +0. 152X13 (3)
由于主成分所占权重为其方差贡献率 λ i(i = 1，
2，3)占累积贡献率的比重，故土壤抗蚀性综合指数
计算公式为:Y =
λ1
λ1 + λ2 + λ3
Y1 +
λ2
λ1 + λ2 + λ3
Y2 +
λ3
λ1 + λ2 + λ3
Y3，由表 3 与表 4 推算出，Y = 0. 406Y1 +
0. 322Y2 + 0. 272Y3。土壤抗蚀性综合指数计算结果
如表 5 所示，不同林龄新银合欢人工林土壤抗蚀性
综合指数大小依次为:10 年生 ＞ 16 年生 ＞ 27 年
生，且彼此间差异显著。这表明蒋家沟泥石流频发
区新银合欢人工林土壤抗蚀性会随林龄的增长而
下降。
表 5 不同林龄新银合欢人工林土壤抗蚀性综合指数
Tab． 5 Comprehensive indexes of soil anti-erodibility at different ages of Leucaena leucocephala forests
林龄
Age /a
主成分分值 Principal component score
Y1 Y2 Y3
土壤抗蚀性综合指数
Comprehensive index of soil anti-erodibility
10 154. 29 － 53. 99 13. 33 48. 91 ± 0. 94 c
16 134. 73 － 53. 15 9. 95 40. 31 ± 0. 74 b
27 79. 02 － 38. 15 23. 81 26. 29 ± 0. 57 a
2. 4 土壤抗蚀性指标及其与抗蚀性综合指数相关
性分析
对 13 个土壤抗蚀性指标和抗蚀性综合指数进
行 Pearson相关系数分析得出(表 6)，土壤最大持水
量、毛管孔隙度、总孔隙度与土壤抗蚀性综合指数呈
极显著正相关关系，相关系数分别为:0. 994、0. 988、
0. 987，说明该研究区土壤最大持水量和孔隙度越
高，土壤抗蚀性能越强;而土壤密度、黏粒含量与土
壤抗蚀性综合指数呈极显著负相关关系，相关系数
分别为:－ 0. 940、－ 0. 933，说明土壤土壤密度和黏
表 6 土壤抗蚀性指标及其与土壤抗蚀性综合指数相关性
Tab． 6 Correlation between indicators and comprehensive indexes of soil anti-erodibility
项目
Item
X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 X8 X9 X10 X11 X12 X13 Y
X1 1
X2 － 0. 956＊＊ 1
X3 － 0. 949＊＊ 0. 989＊＊ 1
X4 － 0. 946＊＊ 0. 992＊＊ 0. 996＊＊ 1
X5 － 0. 208 0. 228 0. 260 0. 275 1
X6 － 0. 339 0. 372 0. 445 0. 419 0. 804＊＊ 1
X7 0. 284 － 0. 249 － 0. 333 － 0. 267 － 0. 266 － 0. 757* 1
X8 0. 880＊＊ － 0. 930＊＊ － 0. 905＊＊ － 0. 906＊＊ 0. 047 － 0. 184 0. 237 1
X9 0. 230 － 0. 445 － 0. 367 － 0. 390 0. 299 0. 204 － 0. 191 0. 611 1
X10 － 0. 504 0. 677* 0. 612 0. 629 － 0. 233 － 0. 075 0. 046 － 0. 823＊＊ － 0. 952＊＊ 1
X11 － 0. 459 0. 492 0. 532 0. 490 0. 519 0. 834＊＊ － 0. 802＊＊ － 0. 444 － 0. 122 0. 259 1
X12 － 0. 603 0. 739* 0. 695* 0. 688* － 0. 109 0. 184 － 0. 289 － 0. 870＊＊ － 0. 834＊＊ 0. 933＊＊ 0. 559 1
X13 － 0. 410 0. 545 0. 505 0. 498 － 0. 106 0. 284 － 0. 428 － 0. 682* － 0. 712* 0. 774* 0. 575 0. 886＊＊1
Y － 0. 940＊＊ 0. 994＊＊ 0. 988＊＊ 0. 987＊＊ 0. 254 0. 439 － 0. 331 － 0. 933＊＊ － 0. 459 0. 689* 0. 578 0. 778* 0. 6011
注:* 表示差异显著性水平为 P ＜ 0. 05，＊＊表示差异显著性水平为 P ＜ 0. 01。Y 为土壤抗蚀性综合指数。Notes:* represents significant
difference at 0. 05 level，＊＊ represents significant difference at 0. 01 level． Y means the comprehensive index of soil anti-erodibility．
76
北 京 林 业 大 学 学 报 第 38 卷
粒含量越高，抗蚀性越差;此外，沙粒含量和全氮含
量与土壤抗蚀性指数呈显著的正相关关系，相关系
数分别为:0. 689、0. 778，说明土壤沙粒含量越高抗
蚀性越强，而属于土壤养分的全氮含量的高低也能
反映出土壤抗蚀性能的强弱。
2. 5 土壤抗蚀性指标优化与评价模型构建
综合以上分析，依据前人研究成果，并结合研究
区具体情况，可以将评价不同林龄新银合欢人工林
土壤抗蚀性指标优化为土壤密度、最大持水量、
＞ 0. 25 mm水稳性团聚体含量、黏粒含量、粉粒含量
5个指标。基于此，构建评价模型以更好地反映各指标
与土壤抗蚀性之间的关系，模型为:Y = － 8. 691X1 +
0. 054X2 + 0. 700X3 － 0. 425X4 － 0. 189X5 － 12. 511，
其中 土 壤 密 度 (X1 )、最 大 持 水 量 (X2 )、
＞ 0. 25 mm水稳性团聚体含量(X3)、黏粒含量
(X4)、粉粒含量(X5)为自变量，土壤抗蚀性综合指
数为因变量，线性拟合程度较好，Ｒ2 = 0. 997 5，且
P ＜ 0. 001，各因子间极显著相关。
3 结论与讨论
3. 1 新银合欢人工林土壤理化性质变化与土壤抗
蚀性的关系
土壤理化性质会随着林龄的增长而发生变
化［10］，进而影响土壤抗蚀性。本研究发现，不同林
龄新银合欢人工林土壤密度表现为:10 年生 ＜ 16
年生 ＜ 27 年生，这说明新银合欢人工林土壤密度
会随林龄的增长而增加。前人研究表明，土壤密度
的增大会造成土壤紧实性增强，被冲刷量显著减少，
抗侵蚀性能增强［25］，但张建辉等研究发现低土壤密
度、结构稳定性良好的土壤也具有较高的抗侵蚀能
力［26］，本研究得出，新银合欢人工林的土壤抗蚀性
未随土壤密度的增大而增强，反而呈极显著负相关，
这与张建辉等研究结果较为一致。土壤机械组成对
土壤抗蚀性具有重要影响，土壤细颗粒含量越高，结
构稳定性越差［27］，越容易被冲刷，会降低土壤抗蚀
性，增加土壤流失量［12］。本研究发现，新银合欢人
工林土壤黏粒含量随林龄的增长而显著增加，且黏
粒含量与抗蚀性指数呈极显著负相关，这说明随林
龄的增长，新银合欢人工林的土壤黏粒含量的增加
会降低土壤结构稳定性，进而导致其抗蚀性减弱。
土壤水分物理性质是衡量土壤水分供应状况和评价
土壤涵养水源能力的重要指标［28］，而土壤最大持水
量能够直接反映土壤的持水能力，通常最大持水量
越大，持水能力越强［29］。本研究发现，新银合欢人
工林土壤最大持水量表现为:10 年生 ＞ 16 年生 ＞
27 年生，且差异显著，这说明随着林龄的增长，新银
合欢人工林土壤的持水能力呈现出显著的下降趋
势，而最大持水量与抗蚀性综合指数呈极显著正相
关，进而分析得出随着林龄的增长，新银合欢人工林
土壤抗蚀性会因最大持水量的降低而减弱。土壤毛
管孔隙度和总孔隙度能够有效反映土壤结构通透性
与持水性，在本研究中，新银合欢人工林土壤孔隙度
和总孔隙度表现为:10 年生 ＞ 16 年生 ＞ 27 年生，
表明随着林龄的增加，土壤通透性降低，土壤结构稳
定性和持水性变差，涵养水源、固土保肥能力下降。
相关性分析发现，土壤毛管孔隙度和总孔隙度与土
壤抗蚀性综合指数呈极显著正相关，因此，随着林龄
的增长，新银合欢人工林土壤抗蚀性也会因孔隙度
变差而减弱。
土壤全氮和全磷等养分含量能够反映土壤的肥
力状况，10 年生新银合欢人工林地土壤全氮和全磷
含量高于 16 年生和 27 年生，这与抗蚀性综合指数
变化一致，特别是全氮与抗蚀性综合指数呈显著的
正相关关系，表明在一定程度上土壤的养分状况与
土壤抗蚀性可互相表征。有机质在改善土壤的结构
稳定性方面起到重要作用，有机质含量的增加能增
强土壤的胶结和吸附力，形成团粒结构，改善土壤的
通透性，促使土壤结构更加稳定，提高土壤抗蚀
性［3］。而本研究发现，不同林龄新银合欢人工林土
壤有机质含量虽表现为:10 年生 ＞ 16 年生 ＞ 27 年
生，但差异不显著，且有机质与抗蚀性综合指数无显
著相关性，因此，土壤有机质含量并不能很好地反映
该区土壤抗蚀性。
3. 2 新银合欢人工林土壤抗蚀性与林龄的关系
本研究运用主成分权重得分系数评价法探讨了
不同林龄新银合欢人工林土壤抗蚀性状况，结果显
示，不同林龄新银合欢人工林土壤抗蚀性综合指数
大小为:10 年生 ＞ 16 年生 ＞ 27 年生。这说明蒋家
沟泥石流频发区新银合欢人工林土壤抗蚀性会随林
龄的增长而有所减弱，这与涂淑萍等关于赣县稀土
采矿区巨桉林地土壤抗蚀性研究得出的巨桉林土壤
抗蚀性随种植年限延长呈下降趋势［30］的结果较为
一致。这可能是以下原因造成的:1)随着林龄的增
长，新银合欢生长速度下降，特别是细根生长速度的
下降、细根量减少，使得其对土壤的穿插作用减小，
加上细根死亡后归还于土壤中的有机质含量下降，
不利于大团聚体的形成和土壤结构的改良;2)新银
合欢具有较好的固氮作用，且更新快，短期内形成的
枯枝落叶层经腐殖化作用而形成的腐殖质能够为林
木次生植物提供充足的养分，进而促进群落结构的
改善和增加物种多样性。但随着林龄的增长，乔木
层盖度不断增加，林隙减小，林下光照减少，不利于
86
第 9 期 陈爱民等:泥石流频发区不同林龄新银合欢土壤抗蚀性评价
草灌层植物生长发育，群落结构逐渐单一化，植物种
类减少，林下植被覆盖度降低，对土壤的养分归还减
少，不利于对土壤结构的改良。因此，在生态脆弱区
植被恢复实践中，要加强对林地的管理，首先可以对
林地进行间伐和树木修枝，降低林木的密度和乔木
层盖度，增加林隙，为林下草灌层植物生长提供多样
性生态环境，促进林下植被种类发育;在此基础上采
用人工干预的手段进行群落分化和演替［31］，种植一
些喜阴、适应性较好，对林木生长负面影响较小的植
物。前人研究表明新银合欢--坡柳、新银合欢--马
桑、新银合欢--坡柳--黄茅草等种植模式对减少泥石
流坡面水土流失作用良好［15，32］，因此，在新银合欢
人工林特别是已经出现老龄化的林地可选择坡柳、
马桑、黄茅草等进行搭配种植，以改善群落结构，增
加物种多样性，从而有效提高土壤抗蚀性。
3. 3 土壤抗蚀性评价指标优化与评价模型的关系
根据研究区具体状况并经过分析，土壤密度、最
大持水量、＞ 0. 25 mm 水稳性团聚体含量、黏粒含
量、粉粒含量 5 个指标可为研究区新银合欢林地土
壤抗蚀性评价的最佳指标。但本研究未将土壤微生
物碳氮、酶活性等生物学指标纳入研究范围。有研
究表明土壤的碱性磷酸酶能够反映土壤抗蚀性强
弱［33］，因此在对土壤抗蚀性的进一步研究过程中，
可将生物学指标纳入其中。本文以土壤密度、最大
持水量、＞ 0. 25 mm 水稳性团聚体含量、黏粒含量、
粉粒含量 5 个指标为自变量，以土壤抗蚀性综合指
数为因变量，构建的评价模型为 Y = － 8. 691X1 +
0. 054X2 + 0. 700X3 － 0. 425X4 － 0. 189X5 － 12. 511，线性
拟合程度较好，其结果能为泥石流频发区土壤抗蚀性
的后续研究及评价指标体系的构建提供参考。
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(责任编辑 范 娟
责任编委 杨晓晖)
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