全 文 ：林业科学研究 ２０１４，２７（４）：４８７ ４９２
ＦｏｒｅｓｔＲｅｓｅａｒｃｈ
文章编号：１００１１４９８（２０１４）０４０４８７０６
晋西黄土区典型植被类型的土壤水分特征
武晓莉１，吕相海２，李国会３，张友焱１，党宏忠１，周泽福１
（１．中国林业科学研究院荒漠化研究所，北京 １０００９１；２．中国国际工程咨询公司，北京 １０００４８；
３．山东省水利科学研究院，山东 济南 ２５００１３）
收稿日期：２０１３１１２１
基金项目：“十二·五”国家科技支撑课题“农田水土保持生物防护关键技术研究”（２０１１ＢＡＤ３１Ｂ０２）
作者简介：武晓莉（１９８６－），女，博士研究生．主要研究方向：水土保持．
通讯作者：研究员．主要研究方向：水土保持．
摘要：在晋西黄土区，研究了荒草地、锦鸡儿灌木林地和刺槐乔木林地３种典型植被不同土层的土壤密度、含水量、
贮水能力和入渗性能的差异及其相关性，结果显示：３种植被类型都能有效减小表层（０ ２０ｃｍ）土壤密度；３种植
被类型表层（０ ２０ｃｍ）的土壤滞留贮水量较大，锦鸡儿林地（１９８．８０ｔ·ｍ－３）＞刺槐林地（１６６．１０ｔ·ｍ－３）＞荒草
地（８７．３７ｔ·ｍ－３），２０ ４０ｃｍ土层的土壤滞留贮水量也是锦鸡儿林地（１２７．３０ｔ·ｍ－３）＞刺槐林地（５５．６０ｔ·
ｍ－３）＞荒草地（４７．３０ｔ·ｍ－３），表明在３种植被类型中，锦鸡儿林地对晋西黄土丘陵区土壤水分的涵养作用最强；
锦鸡儿林地的土壤稳渗速率最大，为１．８０ｍｍ·ｍｉｎ－１，刺槐林地次之，为１．４６ｍｍ·ｍｉｎ－１，荒草地依然最小，且锦鸡
儿林地土壤的均渗速率最大，为４．８１ｍｍ·ｍｉｎ－１，其次是刺槐林地，为４．５１ｍｍ·ｍｉｎ－１，荒草地最小。土壤密度与
滞留贮水量呈极显著负相关关系，与土壤初渗速率和均渗速率呈极显著负相关关系，与稳渗速率呈显著负相关关
系，非毛管孔隙度与稳渗速率和均渗速率存在极显著相关关系。Ｋｏｓｔｉａｋｏｖ模型和 Ｈｏｒｔｏｎ模型对晋西黄土区３种植
被类型土壤入渗过程模拟的拟合系数高达０．９７和０．９５，明显优于Ｐｈｉｌｉｐ模型（０．４３）。
关键词：黄土丘陵区；植被类型；土壤贮水能力；土壤入渗
中图分类号：Ｓ７１４ 文献标识码：Ａ
ＣｏｍｐａｒａｔｉｖｅＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＳｏｉｌＭｏｉｓｔｕｒｅＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ
ＵｎｄｅｒＴｙｐｉｃａｌＶｅｇｅｔａｔｉｏｎＴｙｐｅｓｉｎＬｏｅｓｓＡｒｅａｏｆＷｅｓｔＳｈａｎｘｉ
ＷＵＸｉａｏｌｉ１，ＬＶＸｉａｎｇｈａｉ２，ＬＩＧｕｏｈｕｉ３，ＺＨＡＮＧＹｏｕｙａｎ１，ＤＡＮＧＨｏｎｇｚｈｏｎｇ１，ＺＨＯＵＺｅｆｕ１
（１．ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＤｅｓｅｒｔｉｆｉｃａｔｉｏｎＳｔｕｄｉｅｓ，ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＦｏｒｅｓｔｒｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００９１，Ｃｈｉｎａ；２．ＣｈｉｎａＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏｎｓｕｌｔｉｎｇ
Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００４８，Ｃｈｉｎａ；３．ＷａｔｅｒＲｅｓｏｕｒｃｅｓＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＳｈａｎｄｏｎｇＰｒｏｖｉｎｃｅ，Ｊｉｎａｎ ２５００１３，Ｓｈａｎｄｏｎｇ，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｓｏｉｌｂｕｌｋｄｅｎｓｉｔｙ，ｔｈｅｓｏｉｌｍｏｉｓｔｕｒｅｃｏｎｔｅｎｔ，ｔｈｅｗａｔｅｒｓｔｏｒａｇｅｃａｐａｃｉｔｙａｎｄｔｈｅｉｎｆｉｌｔｒａｔｉｏｎｏｆｇｒａｓｓ
ｌａｎｄ，ＣａｒａｇａｎａｓｉｎｉｃａｌａｎｄａｎｄＲｏｂｉｎｉａｐｓｅｕｄｏａｃａｃｉａｌａｎｄｏｎｔｈｅｌｏｅｓｓｈｉｌｙｒｅｇｉｏｎｉｎｗｅｓｔＳｈａｎｘｉＰｒｏｖｉｎｃｅｗｅｒｅａｎ
ａｌｙｚｅｄｔｏｃｏｍｐａｒｅｔｈｅｄｉｆｅｒｅｎｃｅｓａｎｄｃｏｒｅｌａｔｉｏｎｓ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｈｏｗｅｄｔｈａｔａｌｔｈｅｔｈｒｅｅｖｅｇｅｔａｔｉｏｎｔｙｐｅｓｗｅｒｅａｂｌｅｔｏ
ｅｆｅｃｔｉｖｅｌｙｒｅｄｕｃｅｔｈｅｓｏｉｌｄｅｎｓｉｔｙｏｆｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｌａｙｅｒ．Ｉｎｔｅｒｍｓｏｆｓｔｏｒａｇｅｃａｐａｃｉｔｙ，ｔｈｅｒｅｔｅｎｔｉｏｎｓｔｏｒａｇｅｃａｐａｃｉｔｙｏｆ
０－２０ｃｍｌａｙｅｒｏｆｔｈｅｔｈｒｅｅｖｅｇｅｔａｔｉｏｎｔｙｐｅｓｗｅｒｅｈｉｇｈｅｒ，ｗｈｉｃｈｐｅｒｆｏｒｍｅｄｔｈａｔｔｈｅＣ．ｓｉｎｉｃａｌａｎｄ（１９８．８０ｔ·
ｍ－３）＞Ｒ．ｐｓｅｕｄｏａｃａｃｉａｌａｎｄ（１６６．１０ｔ·ｍ－３）＞ｇｒａｓｓｌａｎｄ（８７．３７ｔ·ｍ－３），ａｎｄｔｈｅｒｅｔｅｎｔｉｏｎｓｔｏｒａｇｅｃａｐａｃｉｔｙｏｆ
２０－４０ｃｍｌａｙｅｒｗｅｒｅＣ．ｓｉｎｉｃａｌａｎｄ（１２７．３０ｔ·ｍ－３）＞Ｒ．ｐｓｅｕｄｏａｃａｃｉａｌａｎｄ（５５．６０ｔ·ｍ－３）＞ｇｒａｓｓｌａｎｄ
（４７．３０ｔ·ｍ－３）．ＩｔｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｒｏｌｅｏｆｗａｔｅｒｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎｏｆＣ．ｓｉｎｉｃａｌａｎｄｏｎｌｏｅｓｓｈｉｌｙａｒｅａｗａｓｔｈｅｈｉｇｈｅｓｔ；
ｉｎｔｅｒｍｓｏｆｓｏｉｌｉｎｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ，ｔｈｅｓｔｅａｄｙｉｎｆｉｌｔｒａｔｉｏｎｒａｔｅｏｆＣ．ｓｉｎｉｃａｌａｎｄｗａｓｔｈｅｈｉｇｈｅｓｔ，ｗｈｉｃｈｗａｓ１．８０ｍｍ·
ｍｉｎ－１，ｆｏｌｏｗｅｄｂｙＲ．ｐｓｅｕｄｏａｃａｃｉａｌａｎｄ，ｗｈｉｃｈｗａｓ１．４６ｍｍ·ｍｉｎ－１，ｇｒａｓｓｌａｎｄｗａｓｔｈｅｌｏｗｅｓｔ；Ａｎｄｔｈｅａｖｅｒａｇｅ
ｉｎｆｉｌｔｒａｔｉｏｎｒａｔｅｏｆＣ．ｓｉｎｉｃａｌａｎｄｗａｓａｌｓｏｔｈｅｈｉｇｈｅｓｔ，ｗｈｉｃｈｗａｓ４．８１ｍｍ·ｍｉｎ－１，ａｎｄｆｏｌｏｗｅｄｂｙＲ．ｐｓｅｕｄｏａｃａ
林 业 科 学 研 究 第２７卷
ｃｉａｌａｎｄ，ｗｈｉｃｈｗａｓ４．５１ｍｍ·ｍｉｎ－１，ａｎｄｔｈｅｇｒａｓｓｌａｎｄｗａｓｔｈｅｌｏｗｅｓｔ．ＩｔｉｎｄｉｃａｔｅｄｔｈａｔＣ．ｓｉｎｉｃａｌａｎｄｗａｓｔｈｅ
ｏｐｔｉｍａｌｃｈｏｉｃｅｉｎｌｏｅｓｓｈｉｌｙａｒｅａ；ｔｈｅｓｏｉｌｄｅｎｓｉｔｙｗａｓｅｘｔｒｅｍｅｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙａｎｄｎｅｇａｔｉｖｅｌｙｃｏｒｅｌａｔｅｄｗｉｔｈｔｈｅｒｅｔｅｎ
ｔｉｏｎｓｔｏｒａｇｅｃａｐａｃｉｔｙ，ｉｎｉｔｉａｌｉｎｆｉｌｔｒａｔｉｏｎｒａｔｅ，ｓｔｅａｄｙｉｎｆｉｌｔｒａｔｉｏｎｒａｔｅ，ａｎｄａｖｅｒａｇｅｉｎｆｉｌｔｒａｔｉｏｎｒａｔｅ，ａｎｄｗａｓｅｘｔｒｅｍｅ
ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙａｎｄｐｏｓｉｔｉｖｅｌｙｃｏｒｅｌａｔｅｄｗｉｔｈｔｈｅｎｏｎｃａｐｉｌａｒｙｐｏｒｏｓｉｔｙａｎｄｂｏｔｈｔｈｅｓｔｅａｄｙｉｎｆｉｌｔｒａｔｉｏｎｒａｔｅａｎｄａｖｅｒａｇｅ
ｉｎｆｉｌｔｒａｔｉｏｎｒａｔｅ．Ｔｈｅｓｍａｌｅｒｔｈｅｓｏｉｌｄｅｎｓｉｔｙ，ｔｈｅｇｒｅａｔｅｒｔｈｅｎｏｎｃａｐｉｌａｒｙｐｏｒｏｓｉｔｙ，ａｎｄｔｈｅｓｔｒｏｎｇｅｒｔｈｅｗａｔｅｒｃｏｎ
ｓｅｒｖａｔｉｏｎｃａｐａｃｉｔｙｏｆｓｏｉｌ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｌｏｅｓｓｈｉｌｙａｒｅａ；ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎｔｙｐｅ；ｓｏｉｌｗａｔｅｒｓｔｏｒａｇｅｃａｐａｃｉｔｙ；ｓｏｉｌｉｎｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ
晋西黄土区处于半湿润半干旱的地区，由于地形
和气候等因素的影响，水土流失非常严重，随着经济
的发展，人类对土地的不合理利用又在很大程度上增
加了该地区植被的破坏程度，使水土流失更加严重，
自然灾害频繁。近年来，该地区开展了各种生态建设
措施，对粮食产量低而不稳、水土流失严重的坡耕地
实行退耕还林还草［１］，以通过改变土地利用方式恢复
和重建已经破坏的生态系统。退耕还林还草是从保
护和改善生态环境的角度出发，实行宜林则林，宜草
则草，增加地表植被，从而增强土壤水土保持能力，是
保护生物多样性、维持可持续发展的需要［２］。目前，
对退耕还林还草的研究主要侧重于综合效益评价［３］
和可持续发展的研究［４］。对于晋西黄土区退耕还林
还草措施的研究主要集中在坡耕地产流产沙规律［５］、
植物蒸腾特性［６］、土壤养分分布规律［７－８］、植被物种
多样性［９］和树干液流［１０］等方面，但对于该地区不同
植被措施下土壤贮水性能和入渗特性的研究甚少。
土壤贮水量是反应植被贮蓄水分、涵养水源、调
节水分循环的重要指标［１１］，可分为吸持贮水量和滞
留贮水量，二者总和为饱和贮水量［１２－１３］。吸持贮水
量和滞留贮水量都具有减少地表径流和防止土壤侵
蚀的功能，吸持贮水量是在毛管孔隙中贮存的水分，
主要供给植物吸收利用，对植物的生理生态功能有
重要作用；而滞留贮水量是自由重力水在非毛管孔
隙中的贮存，能够参与径流和地下水的形成，更能反
映植被涵养水源的功能［１４］。土壤渗透性是水在土
体中运行的初始阶段，也是植被涵养水源的重要指
标，土壤的入渗性能与植被类型、林分结构以及土壤
孔隙度等相关［１５］，分析不同植被类型的土壤入渗性
能，对合理利用土地以及植被科学恢复有重要的指
导意义［１６］。本文选择水土流失最为严重的晋西黄
土丘陵区，通过观测荒草地、锦鸡儿林地和刺槐林地
的土壤物理性质，研究其土壤贮水能力和入渗性能
的差异，旨在为晋西黄土丘陵区的土地合理利用、土
壤涵养水源和水土流失综合治理提供参考。
１ 研究区概况
选取晋西中阳县作为研究区域（１１０°５０′Ｅ
１１１°２９′Ｅ，３７°０３′Ｎ ３７°２９′Ｎ），东西长约４５ｋｍ，南
北宽约４７ｋｍ，全县土地总面积约１４３２．９ｋｍ２，中阳
县西部黄土丘陵区面积约４５１．２ｋｍ２，海拔约１４００
１５００ｍ，降水偏少，地下水埋藏深，气候温暖，干
旱缺水，年平均气温６ １０℃，年降水约５００ｍｍ，１
月平均气温－７℃，７月平均气温２０℃，≥１０℃积
温略高于３０００℃；植被属旱生，以针茅、蒿草为主，
植被覆盖率很低；土壤发育差，多为灰褐土，土壤贫
瘠，地表支离破碎、沟壑纵横，沟谷呈“Ｖ”字形，水土
流失严重，黄土冲沟急剧发育，但仍为本县主要粮农
产地，宜于发展林、牧、水果业。
２ 研究方法
２．１ 样方调查
在对试验区域进行全面调查的基础上，于２０１１
年７月分别在荒草地、锦鸡儿林地和刺槐林地样地
内进行样方调查，其中，在荒草地中随机选取 ３个
１ｍ×１ｍ样方，在锦鸡儿林地随机选取３个５ｍ×５
ｍ样方，在刺槐林地随机选取３个２０ｍ×２０ｍ样
方，基本特征见表１。
２．２ 样品采集和测定方法
在不同植被类型各样地中随机布设３个样点进
行土壤样品的采集，用环刀法（环刀体积为 ２００
ｃｍ３）采集原状土进行土壤密度、土壤含水量、毛管
孔隙度、非毛管孔隙度、总孔隙度等的测定，采样深
度为０ ２０、２０ ４０ｃｍ，测定后取均值进行数据分
析，各指标的测定计算参照中华人民共和国林业行
业标准《森林土壤水分 －物理性质的测定》（ＬＹ／Ｔ
１２１５－１９９９）执行；在每个原状土采样点附近采用野
外原位双环刀法进行土壤入渗速率的测定，每个样
地设置３个重复。所用双环刀高度为２５ｃｍ，内环直
径为３５ｃｍ，外环直径为５０ｃｍ，双环插入土壤深度
８８４
第４期 武晓莉等：晋西黄土区典型植被类型的土壤水分特征
为１０ｃｍ。试验过程中水温保持在２１℃左右，水位 高差为１ｃｍ，试验持续６０ｍｉｎ。
表１ 不同植被类型样方基本特征
植被类型 海拔／ｍ坡度／（°） 坡向 坡位 郁闭度
灌草
盖度／％
株高／ｍ 地径／ｃｍ 主要植物
退耕还林还
草时间／（年）
荒草地 １４３０ １５ 东偏北２０° 坡中下 — ９０ — — 针茅、蒿草、白羊草 ２００１
锦鸡儿林地 １４４３ １５ 东偏南２７° 坡中上 — ７５ １．４２ １．３６ 柠条锦鸡儿 ２００１
刺槐林地 １４３６ １５ 东偏北２０° 坡中下 ０．４０ ４５ ５．２８ ８．３５ 刺槐 １９９９
注：针茅（ＳｔｉｐａｃａｐｉｌａｔａＬｉｎｎ．）、蒿草（Ｋｏｂｒｅｓｉａｍｙｏｓｕｒｏｉｄｅｓｓｕｂｓｐ．Ｍｙｏｓｕｒｏｉｄｅｓ）、白羊草Ｂｏｔｈｒｉｏｃｈｌｏａｉｓｃｈａｅｍｕｍ（Ｌ．）Ｋｅｎｇ）、柠条锦鸡儿（Ｃａ
ｒａｇａｎａｋｏｒｓｈｉｎｓｋｉＫｏｍ）、刺槐（ＲｏｂｉｎｉａｐｓｅｕｄｏａｃａｃｉａＬｉｎｎ．）。
２．３ 数据分析
应用ＰＡＳＷＳｔａｔｉｓｔｉｃｓ１８进行２个因素的独立样
本Ｔ检验和３个因素的单因素方差显著性分析，采
用达西定律计算公式计算入渗速率，应用 Ｏｒｉｇｉｎ８
进行土壤入渗过程拟合。
土壤贮水能力计算公式为［１１］：
Ｗｃ＝Ｐｃｈｒ；Ｗｎ＝Ｐｎｈｒ；Ｗｔ＝Ｐｔｈｒ
式中：Ｗｃ为土壤吸持贮水量（ｔ·ｈｍ－２）；Ｗｎ为
土壤滞留贮水量（ｔ·ｈｍ－２）；Ｗｔ为土壤饱和贮水量
（ｔ·ｈｍ－２）；Ｐｃ为毛管孔隙度（％）；Ｐｎ为非毛管孔
隙度（％）；Ｐｔ为总孔隙度（％）；ｈ为计算土层深度
（ｍ）；ｒ为水的密度（ｔ·ｍ－３）
达西定律公式为［１２］：
Ｋｔ＝
Ｑ
Ａ×ｔ×
Ｌ
Ｈ＋Ｌ
式中：Ｋｔ为 ｔ时间内的入渗系数；Ｑ为水的体
积；Ａ为入渗面积；Ｈ为水位深度；Ｌ为土层厚度；ｔ为
入渗时间
Ｋｏｓｔｉａｋｏｖ［１２］公式：ｆ＝ａｔ－ｎ
式中：ｆ为入渗速率；ａ、ｎ为参数；ｔ为入渗时间
Ｈｏｒｔｏｎ［１２］公式：ｆ＝ｆ０（ｆｃ－ｆ０）ｅ
－ｋｔ
式中：ｆ为ｔ时刻的入渗速率；ｆｃ、ｆ０分别为稳渗速
率和初渗速率；ｋ为参数
Ｐｈｉｌｉｐ［１２］公式：ｆ＝（１２）ｓｔ
－１／２＋ｂ
式中：ｆ为入渗速率；ｓ为吸水率；ｔ为入渗时间；ｂ
为稳渗速率
３ 结果与分析
３．１ 不同植被类型对不同土层土壤密度和含水量
的影响
图１表示：在０ ２０ｃｍ土层中，荒草地的土壤
密度（１．２８ｇ·ｋｇ－１）显著比锦鸡儿林地（１．１８ｇ·
ｋｇ－１）和刺槐林地（０．９９ｇ·ｋｇ－１）的大；在 ２０
４０ｃｍ土层中，锦鸡儿林地（１．２４ｇ·ｋｇ－１）和刺槐林
地（１．２４ｇ·ｋｇ－１）的土壤密度差异不显著，而二者
均显著比荒草地（１．４３ｇ·ｋｇ－１）的土壤密度小。这
说明锦鸡儿林地和刺槐林地更能有效的改善土壤结
构和通气透水性，这是因为灌木林和乔木林根系对
土壤的穿插作用较强，且枯枝落叶层增加了土壤中
有机质的含量，使得土壤密度降低。３种植被类型
０ ２０ｃｍ土层的土壤密度均比２０ ４０ｃｍ的小，这
主要是因为土壤表层的枯枝落叶层经腐烂分解增加
了土壤有机质含量，根系主要分布于该层，土壤较疏
松，说明植被对表层土壤的疏松作用较强。荒草地、
锦鸡儿林地和刺槐林地０ ２０ｃｍ土层的土壤含水
量分别为１．７０、１．７３、１．４０ｇ·ｋｇ－１，三者之间的差
异均不显著；在２０ ４０ｃｍ土层中，荒草地土壤含
水量最大，为 １．７７ｇ·ｋｇ－１，锦鸡儿林地次之，为
１４７ｇ·ｋｇ－１，刺槐林地最小，为１．００ｇ·ｋｇ－１，荒草
地和锦鸡儿林地之间的差异不显著，刺槐林地土壤
含水量显著比前二者低；荒草地０ ２０ｃｍ土层中
的土壤含水量略比２０ ４０ｃｍ土层的小，而锦鸡儿
林地和刺槐林地０ ２０ｃｍ土层的土壤含水量均比
２０ ４０ｃｍ的大，锦鸡儿林地和刺槐林地根系深而
发达，对深层土壤水分消耗较大，荒草地植被根系一
般较浅，主要吸收表层土壤水分。
３．２ 不同植被类型对不同土层土壤孔隙度和贮水
能力的影响
从表２可以看出：荒草地０ ２０ｃｍ土层的土壤
毛管孔隙度、非毛管孔隙度、总孔隙度、吸持贮水量、
滞留贮水量和饱和贮水量都显著比２０ ４０ｃｍ土
层高。锦鸡儿林地０ ２０ｃｍ土层的毛管孔隙度比
２０ ４０ｃｍ土层略低，而其非毛管孔隙度和总孔隙
度都比２０ ４０ｃｍ土层的高，且不同土层的非毛管
孔隙度的差异显著，毛管孔隙度和总孔隙度则差异
不显著；不同土层的吸持贮水量和饱和贮水量的差
异不显著，滞留贮水量的差异显著。刺槐林地 ０
２０ｃｍ土层的毛管孔隙度比２０ ４０ｃｍ土层的低，
而非毛管孔隙度和总孔隙度则比２０ ４０ｃｍ土层
９８４
林 业 科 学 研 究 第２７卷
图１ 不同植被类型的土壤密度和含水量
的高，但各种孔隙度的差异都不显著；不同土层的吸
持贮水量、滞留贮水量和饱和贮水量的差异也都不
显著。
从表２还可看出：在吸持贮水量方面，荒草地不
同土层的吸持贮水量都最低，其次是锦鸡儿林地，刺
槐林地最高，荒草地、锦鸡儿林地和刺槐林０ ２０ｃｍ
土层的吸持贮水量差异不显著；锦鸡儿林地和刺槐林
２０ ４０ｃｍ土层吸持贮水量都显著比荒草地的高，而
锦鸡儿林地和刺槐林的差异不显著。锦鸡儿林地不
同土层的滞留贮水量都最高，刺槐林地次之，荒草地
最低。荒草地０ ２０ｃｍ土层的滞留贮水量显著比锦
鸡儿林地和刺槐林的低，而锦鸡儿林地和刺槐林的差
异不显著；锦鸡儿林２０ ４０ｃｍ土层的吸持贮水量比
荒草地和刺槐林的高，荒草地和刺槐林的差异不显
著。荒草地０ ２０ｃｍ土层的饱和贮水量最低，其次
是锦鸡儿林地，刺槐林地最高，且三种植被类型之间
饱和贮水量的差异不显著；而２０ ４０ｃｍ土层则是荒
草地最低，刺槐林地次之，锦鸡儿林地最高，且荒草地
均显著比刺槐林地和锦鸡儿林地的低，而锦鸡儿林地
和刺槐林地之间的差异不显著。
表２ 不同植被类型不同土层的土壤孔隙度和贮水能力
植被类型
土壤深度
／ｃｍ
毛管孔隙度
／％
非毛管孔隙度
／％
总孔隙度
／％
吸持贮水量
／（ｔ·ｍ－３）
滞留贮水量
／（ｔ·ｍ－３）
饱和贮水量
／（ｔ·ｍ－３）
荒草地 ０ ２０ ４５．２６±０．３１ａ ４．３７±０．４１ａ ４９．６３±０．６７ａ ９０５．２２±６．１３ａＡ ８７．３７±８．１９ａＢ ９９２．５９±１３．３３ａＡ
２０ ４０ ４１．８１±０．３７ｂ ２．３７±０．１３ｂ ４４．１７±０．４５ｂ ８３６．１０±７．４１ｂＢ ４７．３０±２．７０ｂＢ ８８３．４０±９．０９ｂＢ
锦鸡儿林地 ０ ２０ ４６．６９±０．９０ａ ９．９４±０．８６ａ ５６．６３±０．９８ａ ９３３．８５±１８．０４ａＡ １９８．８０±１７．２３ａＡ １１３２．６５±１９．５１ａＡ
２０ ４０ ４８．５９±１．１７ａ ６．３７±０．８１ｂ ５４．９６±０．８５ａ ９７１．８５±２３．４０ａＡ １２７．３０±１６．１８ｂＡ １０９９．１５±１７．０２ａＡ
刺槐林地 ０ ２０ ４８．５４±２．７７ａ ８．３１±１．６９ａ ５６．８５±４．４３ａ ９７０．８６±５５．４６ａＡ １６６．１０±３３．８１ａＡ １１３６．９６±８８．６５ａＡ
２０ ４０ ４９．６９±１．１４ａ ２．７８±０．１０ａ ５２．４７±１．０４ａ ９９３．８５±２２．６９ａＡ ５５．６０±２．０４ａＢ １０４９．４５±２０．８０ａＡ
注：表中小写字母ａ、ｂ表示同一植被不同土层中土壤各孔隙度和贮水量指标经独立样本Ｔ检验后的差异性（Ｐ＜０．０５），大写字母Ａ、Ｂ表示
不同植被类型同土层吸持贮水量、滞留贮水量和饱和贮水量经单因素方差显著性分析后的差异性（Ｐ＜０．０５）。
表３显示：土壤密度与吸持贮水量呈显著负相
关关系，与滞留贮水量和饱和贮水量都呈极显著负
相关关系；土壤含水量与吸持贮水量呈极显著负相
关关系，但与滞留贮水量和饱和贮水量间的相关不
显著。说明土壤密度越小，吸持贮水量、滞留贮水量
和饱和贮水量越大，因此，锦鸡儿林地和刺槐林地相
对荒草地而言，其疏松作用使得土壤密度明显降低、
非毛管孔隙度增大，贮水能力提高；锦鸡儿和刺槐的
林冠层和枯枝落叶层在降雨条件下截留水分的能力
比荒草地强，但刺槐林地强大的根系和树冠对土壤
水分的消耗也较大，土壤非毛管孔隙度较低，不利于
水分的涵养。因此，在降水少的晋西黄土区适合种植
锦鸡儿来涵养水源，保持水土。
表３ 土壤密度和含水量与贮水量之间的相关性
吸持贮水量 滞留贮水量 饱和贮水量
土壤密度 －０．５７４" －０．６７４"" －０．７４９""
土壤含水量 －０．６６３"" ０．１９９ －０．２９９
注：
"
表示在ｐ＜０．０５水平显著；
""
表示在ｐ＜０．０１水平显著。
０９４
第４期 武晓莉等：晋西黄土区典型植被类型的土壤水分特征
３．３ 不同植被类型对不同土层土壤入渗性能的
影响
从图２可以看出：在土壤初始入渗阶段，３种植
被类型土壤的入渗速率很高，随着入渗时间的增加，
入渗速率迅速下降，并逐渐达到稳定状态。刺槐林
地初渗速率最大，锦鸡儿林地次之，荒草地最小，依
次为：２０．０６、１９．０９、１８．４７ｍｍ·ｍｉｎ－１；当入渗时间
达到３０ｍｉｎ时，入渗进入稳渗阶段，此时３种植被
类型的稳渗速率表现为：锦鸡儿林地最大，为１．８０
ｍｍ·ｍｉｎ－１，其次是刺槐林地，为１．４６ｍｍ·ｍｉｎ－１，
荒草地最低，为１．００ｍｍ·ｍｉｎ－１；３种植被类型的土
壤水分在整个入渗阶段的平均入渗速率依次为：锦
鸡儿林地（４．８１ｍｍ·ｍｉｎ－１）、刺槐林地（４．５１ｍｍ·
ｍｉｎ－１）、荒草地（３．８１ｍｍ·ｍｉｎ－１）。可见，不同的
植被类型会影响土壤初渗速率和稳渗速率，锦鸡儿
林的涵养水源功能最强。
图２ 不同植被类型的土壤入渗速率
表４显示：土壤密度与初渗速率和均渗速率呈
极显著负相关关系，与稳渗速率呈显著负相关关系，
说明土壤密度越小，土壤的入渗速率越大，土壤密度
与土壤入渗速率密切相关；土壤初始含水量与初渗
速率呈极显著负相关关系，与稳渗速率和均渗速率
的相关不显著，所以土壤含水量越低，初渗速率越
大，当土壤入渗进入稳渗阶段时，土壤含水量饱和，
对入渗速率的影响不大；毛管孔隙度是提供植物生
长所需水分的场所，与初渗速率存在显著正相关关
系，与稳渗速率和均渗速率相关性不显著；而非毛管
孔隙度对入渗的影响最大，其与初渗速率呈显著正
相关关系，与稳渗速率和均渗速率呈极显著正相关
关系，这与Ｈｅｌａｌｉａ的研究结论一致，其通过５０个田
间入渗试验，发现有效孔隙度与土壤稳渗速率的相
关性达极显著水平［１７］，说明非毛管孔隙度越大，水
分在重力作用下入渗的越快。
表４ 土壤物理性质与入渗速率之间相关性分析
初渗速率 稳渗速率 均渗速率
土壤密度 －０．７０８"" －０．４９１" －０．５９７""
土壤含水量 －０．７２０"" －０．２２５ －０．３７１
毛管孔隙度 ０．４８９" ０．２５１ ０．３３７
非毛管孔隙度 ０．４８９" ０．８１９"" ０．８２６""
注：
"
表示在 ｐ＜０．０５水平显著；
""
表示在 ｐ＜０．０１水平
显著。
从表５中不同模型拟合方程的系数 Ｒ２可以发
现，Ｋｏｓｔｉａｋｏｖ模型对荒草地、锦鸡儿林地和刺槐林地
土壤入渗过程拟合的Ｒ２均值为０．９７，Ｈｏｒｔｏｎ模型的
Ｒ２均值约为０．９５，而Ｐｈｉｌｉｐ模型的拟合系数均值只
有０．４３，远低于前二者的拟合精度，说明 Ｋｏｓｔｉａｋｏｖ
模型和Ｈｏｒｔｏｎ模型都能较好的模拟晋西黄土丘陵区
不同植被类型的土壤入渗过程，而 Ｐｈｉｌｉｐ模型对当
地土壤入渗的模拟结果较差，这与刘霞［１４］、席彩
云［１８］等的研究结果一致，认为 Ｐｈｉｌｉｐ模型方程中，ｔ
的指数为固定常数（－１／２），使得其难以适应不同
土壤在不同前期含水量条件下的入渗过程拟合。
表５ 不同植被类型土壤入渗模型的拟合参数
植被类型
Ｋｏｓｔｉａｋｏｖ模型
ａ ｎ Ｒ２
Ｈｏｒｔｏｎ模型
ｆ０ ｆｃ ｋ Ｒ２
Ｐｈｉｌｉｐ模型
ｓ ｂ Ｒ２
荒草地 ９．７９ ０．８０ １．００ １８．４７ ０．９４ ０．５８ ０．９７ －２．０１ ６．５１ ０．４７
锦鸡儿林地 ９．１９ ０．６３ ０．９６ １９．０９ １．８０ ０．７６ ０．９５ －１．６０ ６．１５ ０．４１
刺槐林地 ８．３７ ０．７１ ０．９５ ２０．０６ １．４６ ０．９２ ０．９４ －１．４７ ５．４０ ０．４１
４ 结论与讨论
荒草地、锦鸡儿林地和刺槐林地表层（０
２０ｃｍ土层）的土壤密度较低，３种植被类型 ０
２０ｃｍ深度的土壤密度差异显著，但不同土层土壤
含水量的差异不显著，根据不同植被对水分的消耗
不同而发生变化。锦鸡儿林地的滞留贮水量最高，
是晋西黄土区涵养水源较好的植被类型。锦鸡儿林
地的稳渗速率和均渗速率在３种植被类型中均最
高，进一步说明锦鸡儿林地涵养水源的能力较强。
通过相关性分析，发现土壤密度和土壤滞留贮
水量存在极显著负相关关系，土壤含水量与滞留贮
水量的相关性则不显著，说明土壤密度越小，土壤滞
留贮水量越高，涵养水源的能力越强；土壤密度和土
１９４
林 业 科 学 研 究 第２７卷
壤初渗速率、稳渗速率、均渗速率分别呈极显著、显
著和极显著负相关关系，说明土壤密度越小，土壤的
入渗速率越大；土壤前期含水量只与初渗速率呈显
著负相关关系，说明土壤前期含水量越小，土壤的初
渗速率越大；非毛管孔隙度与初渗速率呈显著相关
关系、与稳渗速率和均渗速率呈极显著相关关系，说
明非毛管孔隙度越大，土壤的入渗速率越大。
运用 Ｋｏｓｔｉａｋｏｖ模型、Ｈｏｒｔｏｎ模型和 Ｐｈｉｌｉｐ模型
对土壤入渗过程进行模型拟合发现，Ｋｏｓｔｉａｋｏｖ模型
和Ｈｏｒｔｏｎ模型对晋西黄土丘陵区不同植被类型下
土壤入渗过程的模拟参数更为准确，较适于对该区
土壤入渗过程的模拟。
此外，本试验对荒草地、锦鸡儿林地和刺槐林地
三种植被类型土壤的贮水能力和入渗性能进行分析
比较，但土壤贮水能力和入渗性能还受降雨、坡度坡
向、植被物种等环境因素的影响，不同的试验方法也
会影响数据的准确度；因此，还需要结合多种方法和
因素综合比较土壤的贮水、入渗以及其他物理性质，
为黄土区的水土保持和退耕还林还草提供强有力的
理论支持。
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