全 文 ：第 wv卷 第 w期
u s s z年 w 月
林 业 科 学
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∂²¯1wv o‘²1w
„³µqou s s z
湘西北小流域典型植被恢复群落土壤
贮水量与入渗特性 3
漆良华t 张旭东t 周金星t 周小玲u 田育新u 魏 远t 吴建平u 柯裕洲t
kt1 中国林业科学研究院林业研究所 国家林业局林木培育重点实验室 北京 tsss|t ~ u1 湖南省林业科学研究院 长沙 wtssswl
摘 要 } 对湘西北女儿寨小流域 z种典型植被恢复群落土壤贮水量与入渗特征进行研究 ∀结果表明 }tl 森林群
落土壤饱和贮水量与最大吸持贮水量均高于荒草灌丛群落 o表明森林植被能较好地改良土壤 !提高土壤持水能力 ~
ul通用经验方程对各种植被类型土壤入渗过程的拟合效果最好 oŽ²¶·¬¤®²√方程次之 o‹²µ·²±方程最差 ~vl毛竹杉木
混交林群落土壤初渗率 ktz1ts °°# °¬±pt l和平均入渗率 kz1wu °°# °¬±pt l最大 o杉木人工林稳渗率 ktt1xt
°°#°¬±ptl最高 o油桐人工林初渗率kw1|v °°#°¬±ptl !稳渗率ks1xu °°#°¬±ptl和平均入渗率kt1uv °°#°¬±ptl均最
小 ~wl 坡位对土壤入渗率的影响具有不确定性 o杜仲人工林表现为上坡 中坡 下坡 o马尾松天然林 !润楠次生林
及荒草灌丛群落表现出与之相反的规律 o以下坡最高 o上坡最低 o杉木人工林和毛竹杉木混交林则以上坡最高 o中
坡最低 o油桐人工林以中坡最高 o上坡最低 ~xl 主成分分析结果表明 o土壤水分入渗性能与土壤持水量 !土壤孔隙
状况密切相关 o并受林分结构 !植物群落生物量 !海拔 !坡度及坡位因子的制约 o而坡向 !草层盖度 !土壤密度的作用
较小 ~yl 通过双重筛选逐步回归分析 o建立土壤初渗率 !稳渗率 !平均入渗率的主导因子方程 ∀
关键词 } 植被恢复群落 ~土壤贮水量 ~土壤水分入渗 ~小流域
中图分类号 }≥ztx1v 文献标识码 }„ 文章编号 }tsst p zw{{kusszlsw p ssst p s{
收稿日期 }ussy p s{ p tt ∀
基金项目 }国家/十一五0科技支撑项目/长江中下游低山丘陵生态退化区植被恢复技术试验示范0kussy…„⁄sv„tyl ∀
3 张旭东为通讯作者 ∀湖南省林业科学研究院许忠坤 !李锡泉及张灿明等参与了外业调查 o慈利县林业局提供协助 o特此致谢 ∀
Σοιλ Ωατερ Ηολδινγ Χαπαχιτιεσ ανδ Ινφιλτρατιον Χηαραχτεριστιχσ οφ ςεγετατιον Ρεστορατιον
Χοµ µ υνιτιεσιν Ωατερσηεδ oΝορτηωεστ Ηυναν
±¬¬¤±ª«∏¤t «¤±ª÷∏§²±ªt «²∏¬±¬¬±ªt «²∏÷¬¤²¯¬±ªu ׬¤± ≠∏¬¬±u • ¬¨≠∏¤±t • ∏¬¤±³¬±ªu Ž¨ ≠∏½«²∏t
kt1 Ρεσεαρχη Ινστιτυτε οφ Φορεστρψo ΧΑΦ ΚεψΛαβορατορψοφ Τρεε Βρεεδινγ ανδ Χυλτιϖατιον o Στατε Φορεστρψ Αδµινιστρατιον Βειϕινγ tsss|t ~
u1 Ηυναν Αχαδεµψοφ Φορεστρψ Χηανγσηα wtssswl
Αβστραχτ } ≥²¬¯ º¤·¨µ«²¯§¬±ª¦¤³¤¦¬·¬¨¶¤±§¬±©¬¯·µ¤·¬²±¦«¤µ¤¦·¨µ¬¶·¬¦¶«¤§¥¨ ±¨¶·∏§¬¨§¬±z √¨ ª¨·¤·¬²±µ¨¶·²µ¤·¬²±¦²°°∏±¬·¬¨¶
¬± ‘|¨ µ½«¤¬º¤·¨µ¶«¨§¬±·«¨ ±²µ·«º¨ ¶·²©‹∏±¤± °µ²√¬±¦¨ ¬±·«¬¶³¤³¨µq׫¨ µ¨¶∏¯·¶¶«²º¨ §}tl ≥²¬¯¶¤·∏µ¤·¨§º¤·¨µ¶·²µ¤ª¨ ¤±§
·«¨ °¤¬¬°∏° º¤·¨µ«²¯§¬±ª¦¤³¤¦¬·¼¬± ¦¤³¬¯¯¤µ¼ ³²µ²¶¬·¼¬±©²µ¨¶·¦²°°∏±¬·¬¨¶º¨ µ¨ «¬ª«¨µ·«¤±·«¤·¬± º¤¶·¨¯¤±§2¶«µ∏¥·¼³¨ o
³µ²√¬±ª·«¤·©²µ¨¶·¶«¤§µ¨ ¤¯·¬√¨ ¼¯¬§¨¤¯ ©∏±¦·¬²±¶²© °¨ ¬¯²µ¤·¬±ª¶²¬¯³µ²³¨µ·¬¨¶¤±§ ±¨«¤±¦¬±ª¶²¬¯ º¤·¨µ«²¯§¬±ª¦¤³¤¦¬·¼qul ׫¨
¦²°°²± ¬¨³¨µ¬¨±¦¨§¬±©¬¯·µ¤·¬²± °²§¨¯ º¤¶·«¨ °²¶·¶∏¬·¤¥¯¨°²§¨¯©²µ¶¬°∏¯¤·¬±ª·«¨ ¬±©¬¯·µ¤·¬±ª³µ²¦¨¶¶¨¶¬± §¬©©¨µ¨±·√¨ ª¨·¤·¬²±
¦²°°∏±¬·¬¨¶¬±·«¬¶µ¨ª¬²±o©²¯ ²¯º¨ §¥¼ Ž²¶·¬¤®²√ ¨´ ∏¤·¬²±o¤±§·«¨ ‹²µ·²± ¨´ ∏¤·¬²± º¤¶·«¨ °²¶·∏±¶∏¬·¤¥¯¨ °²§¨¯qvl ׫¨
¬±¬·¬¤¯ ¤±§ °¨ ¤±¬±©¬¯·µ¤·¬²± µ¤·¨¶²© Πηψλλοσταχηψσ εδυλισ2Χυννινγηαµια λανχεολατα °¬¬¨ §©²µ¨¶·¶º¨ µ¨ ·«¨ «¬ª«¨¶·o º«¬¦« º¨ µ¨
tz1ts ¤±§z1wu °°#°¬±pt µ¨¶³¨¦·¬√¨ ¼¯ o¤±§ Χq λανχεολατα ³¯¤±·¤·¬²±¶«¤§·«¨ «¬ª«¨¶·¶·¤¥¯¨¬±©¬¯·µ¤·¬²± µ¤·¨ ktt1xt °°#
°¬±ptl q ‹²º¨ √¨ µo ςερνιχιαφορδιι ³¯¤±·¤·¬²±¶«¤§·«¨ ²¯º¨ ¶·¬±¬·¬¤¯ ¬±©¬¯·µ¤·¬²±µ¤·¨ kw1|v °°#°¬±ptl o¶·¤¥¯¨¬±©¬¯·µ¤·¬²±µ¤·¨
ks1xu °°#°¬±ptl ¤±§°¨ ¤±¬±©¬¯·µ¤·¬²±µ¤·¨ kt1uv °°#°¬±ptl qwl ׫¨ ¬±©¯∏¨±¦¨ ²©¶¯²³¨ ³²¶¬·¬²±²±·«¨ ¬±©¬¯·µ¤·¬²±µ¤·¨ «¤§
±²²¥√¬²∏¶µ¨ª∏¯¤µ¬·¼~·«¨µ¨ º¤¶·«¨ µ¨ª∏¯¤µ¬·¼ ²© ∏³¶¯²³¨  °¬§§¯¨ ¶¯²³¨  §²º± ¶¯²³¨ ¬± Ευχοµ µια υλµοιδεσ ³¯¤±·¤·¬²±¶~
«²º¨ √¨ µo·«¨µ¨ ¬¨¬¶·¨§¤¦²±·µ¤µ¼·¨±§¨±¦¼¬± Πινυσ µασσονιανα ±¤·∏µ¤¯ ©²µ¨¶·¶o Μαχηιλυσπινγιι ¶¨¦²±§¤µ¼©²µ¨¶·¶¤±§º¤¶·¨¯¤±§2
¶«µ∏¥¦²°°∏±¬·¼o·«¤·¬¶o·«¨ «¬ª«¨¶·º¤¶²¥¶¨µ√¨ §¬± §²º± ¶¯²³¨ ¤±§·«¨ ²¯º¨ ¶·¬±∏³¶¯²³¨ qƒ²µΧqλανχεολατα ³¯¤±·¤·¬²±¶¤±§
Πq εδυλισ2Χqλανχεολατα °¬¬¨ §©²µ¨¶·¶·«¨ «¬ª«¨¶·¬±©¬¯·µ¤·¬²±µ¤·¨ º¤¶²¥¶¨µ√¨ §¬± ∏³¶¯²³¨ ¤±§·«¨ ²¯º¨ ¶·¬± °¬§§¯¨¶¯²³¨ ~¤±§
¬± ςqφορδιι ³¯¤±·¤·¬²±¶·«¨ «¬ª«¨¶·¬± °¬§§¯¨¶¯²³¨ ¤±§·«¨ ²¯º¨ ¶·¬±∏³¶¯²³¨ qxl „¦¦²µ§¬±ª·²³µ¬±¦¬³¤¯ ¦²°³²±¨ ±·¤±¤¯¼¶¬¶o·«¨
¦¯²¶¨ ¼¯ µ¨ ¤¯·¬√¨ ©¤¦·²µ¶·²¶²¬¯ º¤·¨µ¬±©¬¯·µ¤·¬²± ³µ²³¨µ·¬¨¶º¨ µ¨ ³¬¦®¨ §²∏·oº«¬¦«¬±¦¯∏§¨§¶²¬¯ º¤·¨µ«²¯§¬±ª¦¤³¤¦¬·¼o³²µ²¶¬·¼o
©²µ¨¶·µ¼¶·µ∏¦·∏µ¨ o√¨ ª¨·¤·¬²±¥¬²°¤¶¶o¨¯ √¨¤·¬²±o¶¯²³¨ §¨ªµ¨¨¤±§¶¯²³¨ ³²¶¬·¬²±o¤±§¶¯²³¨ ¬¨³²¶∏µ¨ o«¨µ¥¤¦¨²∏¶¯ ¤¼¨ µ¦²√¨ µ¤ª¨
µ¤·¬²¤±§¶²¬¯ §¨±¶¬·¼ «¤§ ¬¯·¯¨ ¥¨¤µ¬±ª²±·«¨ ¬±©¬¯·µ¤·¬²±qyl ׫µ²∏ª«§²∏¥¯¨¶¬¨√¬±ª¶·¨³º¬¶¨ µ¨ªµ¨¶¶¬²± ¤±¤¯¼¶¬¶o·«¨ §µ¬√¨ ±
©¤¦·²µ¨´ ∏¤·¬²±¶²©¬±¬·¬¤¯ ¬±©¬¯·µ¤·¬²±µ¤·¨o¶·¤¥¯¨¬±©¬¯·µ¤·¬²±µ¤·¨ ¤±§ °¨ ¤±¬±©¬¯·µ¤·¬²±µ¤·¨ «¤§¥¨ ±¨ ¶¨·¤¥¯¬¶«¨§q
Κεψ ωορδσ} √¨ ª¨·¤·¬²± µ¨¶·²µ¤·¬²±¦²°°∏±¬·¬¨¶~º¤·¨µ«²¯§¬±ª¦¤³¤¦¬·¼~¶²¬¯ º¤·¨µ¬±©¬¯·µ¤·¬²±~º¤·¨µ¶«¨§
植被水文生态功能可通过土壤贮水量和入渗性能来表征 o多年来一直是研究的热点k雷孝章等 oussx ~
ƒ §¨²·²√ ετ αλqoussv ~≥«¤µ°¤ ετ αλqot||{l ∀土壤贮水量作为评价植被水源涵养功能的重要指标和水文参数 o
其大小与土壤厚度 !土壤孔隙状况密切相关k刘霞等 ousswl ∀水分渗入土壤的过程是一个复杂的水文过程 o
它与地表径流 !表土结构 !土壤密度 !土壤持水量及植被特征等多种因素有关 o是评价植被层水分调节能力的
重要内容k韩冰等 ousswl ∀研究不同植被覆盖下的土壤贮水量及水分入渗规律是探讨森林流域产流机制的
基础和前提 o对于研究不同植被类型水文过程的调节机制具有重要意义 ∀
有关土壤入渗与贮水特征的研究已有大量报道k刘霞等 oussw ~王国梁等 oussv ~许秀丽等 oussx ~≥·¤µ·¶¨√
ετ αλqousss ~º¬¨±¬¨¦®¬ετ αλqot||yl o但研究对象大多局限于某一林分或几种林分入渗速率的比较k雷孝章
等 oussx ~余新晓等 oussvl o研究内容多集中于土壤入渗的时间变化过程 !空间变异及其模拟k王玉杰等 o
ussy ~袁建平等 ousst ~周择福等 ot||zl o缺乏土壤入渗影响因子的系统性和深入性研究 ∀
本文以湘西北女儿寨小流域为研究对象 o在对流域内 z种典型植被恢复群落土壤贮水量进行研究的基
础上 o采用双环入渗试验法对不同植被群落不同坡位的土壤水分入渗过程进行模拟 o分析不同植被群落土壤
入渗的变化规律及其主导影响因子 o建立土壤水分入渗率主导因子方程 o以期为深入研究山丘侵蚀区植被恢
复与重建对土壤贮水量和入渗规律的影响 !植被水土保持效益评价和适宜恢复模式的选择提供依据 ∀
t 研究区概况
研究区位于湖南省张家界市慈利县城关镇两溪村女儿寨小流域ku|βvsχ ‘ottsβtsχ ∞l ∀母岩以板页岩 !
砂岩为主 o土壤主要为山地黄壤 ∀光热充足 o雨量充沛 o无霜期长 o严寒期短 o四季分明 o年均日照 t wws «o年
均气温 ty ε o年均降水量 t wss °° o平均无霜期 uty ∗ uy| §o属中亚热带山原型季风性湿润气候 ∀流域封闭
相对良好 o面积 u1{t ®°u o沟口海拔 uts ° o最高峰海拔 |tz1w °∀流域内坡度陡 o土层薄 o雨量大 o土层抗侵蚀
年限短 o水土流失严重 ot||v年开始实施人工造林和封山育林相结合的植被恢复与重建 o形成的典型植物群
落类型主要有马尾松k Πινυσ µασσονιαναl天然林 !杉木k Χυννινγηαµια λανχεολαταl人工林 !杜仲k Ευχοµ µια
υλµοιδεσl人工林 !油桐kςερνιχια φορδιιl人工林 !润楠k Μαχηιλυσ πινγιιl次生林和毛竹k Πηψλλοσταχηψσ εδυλισl杉木混
交林 y种森林群落及荒草灌丛等 ∀
u 研究方法
211 样地设置与外业调查
对流域内 y种森林群落各设置样地 v个 o荒草灌丛群落样地 u个k作为对照l o样地面积 yss °u ∀每个样
地中按对角线等距离设置 |个小样方ku ° ≅ u °l进行灌木层的调查 o|个小样方kt ° ≅ t °l进行草本层的调
查 o共计调查样地 us个 o灌木层小样方 t{s个 o草本层小样方 t{s个 ∀在样地内全面开展地质 !地貌 !土壤 !
植被的调查 }tl立地因子调查 o包括各植被类型所处海拔 !坡度 !坡位 !坡向等 ~ul植物群落特征调查 o分层测
定乔木层 !灌木层和草本层生物量 o实测群落分层盖度 !林分郁闭度 !林木胸径 !树高 !冠幅和枝下高 o统计植
物种类 !株k丛l数 !植株高度 !盖度等 ~vl土壤因子调查 o每个样地挖土壤剖面 t个 o剖面规格为 t1s °k宽l ≅
t1x °k长l o深至母质 o详细记录剖面信息 o环刀分层ks ∗ us ¦°ous ∗ ws ¦°l采集原状土 o测定土壤孔隙状况
k非毛管孔隙度 !毛管孔隙度 !总孔隙度l !土壤密度 !团聚体含量 !最大持水量 !最小持水量 !毛管持水量等土
壤水分物理性质 o同时取土样 t ®ª左右 o供室内分析测定用 ~wl土壤水分入渗测定 o在保持原有植被条件下 o
采用双环入渗法 o外环直径 u{ ¦°o内环直径 | ¦° o环高 vs ¦°o测定时双环垂直打入土中 tx ¦°o环内土壤表层
保持 w ∗ x ¦°水层 o始终保持内外环水面齐平 o以防侧渗 o不断补充渗入的水量并记时 o记时间隔点为 s1x !
t1s !t1x !u1s !v1s !w1s !x1s !ts1s !tx1s !us1s °¬± !, , o试验至稳渗k单位时间入渗水量相等l为止 o重复 v次 ∀
外业调查于 ussx年 |月 ut日至 |月 vs日进行 ∀
212 土壤贮水量计算
在一定土壤厚度条件下 o土壤贮水量取决于土壤孔隙大小及数量 ∀根据土壤剖面信息 o各植被恢复群落
u 林 业 科 学 wv卷
的土层厚度为 ws ∗ ys ¦° o为便于比较 o仅计算 ws ¦°土层贮水量 ∀土壤贮水方式可分为毛管孔隙的吸持贮
存和非毛管孔隙的滞留贮存 u种 o二者所持水量之和即为土壤饱和贮水量k≥¤°³¶²± ετ αλqot|||l ∀公式为
Ω¦ € t sss Π¦η ~ Ω± € t sss Π± η ~ Ω· € Ω¦ n Ω± ∀
式中 Ω¦ !Ω±和 Ω·分别为土壤水分最大吸持贮水量k°°l !最大滞留贮水量k°°l和饱和贮水量k°°l ~ Π¦ !Π±
分别为毛管孔隙度k h l !非毛管孔隙度k h l ~ η为计算土层深度k°l ∀
213 土壤水分入渗模型的选择
有关土壤水分入渗的数学模型有许多种 o包括理论模型 !经验模型以及半理论半经验模型 o其适用条件
各异 o如 Šµ¨ ±¨2„°³·方程 !°«¬¯¬³方程 !Ž²¶·¬¤®²√经验公式 !‹²µ·²±公式和 ≥°¬·«入渗方程等k赵西宁等 oussw ~
∏µµ¤¼ ετ αλqoussxl ∀按女儿寨小流域不同植被恢复群落的具体特点 o从中选出 v个概念较为明确可靠又常
用的土壤水分入渗模型 }tl 考氏kŽ²¶·¬¤®²√l公式 }φkτl € ατp ν ∀φkτl为入渗速率 ~ τ为入渗时间 ~ α !ν为拟
合参数 ∀ul 霍顿k‹²µ·²±l公式 }φkτl € φ¦ n kφs p φ¦l p¨ κτ ∀φkτl为入渗速率 ~τ为入渗时间 ~φs 和 φχ 分别为初
渗率和稳渗率 ~ κ为经验参数 ∀vl 通用经验公式 }φkτl € α n βτp ν ∀φkτl为入渗速率 ~ τ为入渗时间 ~ α !β
为经验参数 ~ ν为拟合参数 ∀
214 数据统计分析
土壤水分入渗模型的拟合 }根据 ys组土壤双环入渗试验数据对 v个入渗模型进行回归拟合 o其中
Ž²¶·¬¤®²√方程及 ‹²µ·²±方程化为线性方程后 o采用最小二乘法在 ≥°≥≥软件上求解 o通用经验公式为非线性
方程 o采用单纯形法在 ƒ²µ¶·¤·软件上求解 ∀
主成分分析 }为确定主成分 o先将坡位和坡向 u个定性因子定量化 o即坡位为上坡 !中坡 !下坡时 o分别取
值 t !u !v ~坡向为阳坡 !半阴半阳坡 !阴坡时 o分别取值 t !u !v o采用标准差法进行数据标准化 o用 ≥°≥≥统计分
析软件 o根据最小特征根大于 t !累积方差贡献率大于 {x h的原则确定入选主成分 ∀
双重筛选逐步回归分析 }采用 ⁄°≥软件处理 o变量入选临界值k Φξ € t1{v oΦψ € u1ttl为系统默认值 ∀
图 t 不同植被恢复群落 ws ¦°土层最大贮水量
ƒ¬ªqt ׫¨ °¤¬¬°∏° º¤·¨µ«²¯§¬±ª¦¤³¤¦¬·¼ ²©ws ¦° ¶²¬¯ ¤¯¼¨ µ¶¬± §¬©©¨µ¨±·√ ª¨¨·¤·¬²±
µ¨¶·²µ¤·¬²± ¦²°°∏±¬·¬¨¶
≤t }马尾松天然林群落 Πq µασσονιανα ±¤·∏µ¤¯ ©²µ¨¶·~ ≤u }杉木人工林群落 Χq λανχεολατα ³¯¤±·¤·¬²±~
≤v }杜仲人工林群落 Ε q υλµοιδεσ ³¯¤±·¤·¬²±~≤w }油桐人工林群落 ςq φορδιι ³¯¤±·¤·¬²±~ ≤x }润楠次生
林群落 Μq πινγιι ¶¨¦²±§¤µ¼©²µ¨¶·~≤y }毛竹杉木混交林群落 Πq εδυλισ2Χqλανχεολατα °¬¬¨ §©²µ¨¶·~≤z }
荒草灌丛群落 • ¤¶·¨¯¤±§2¶«µ∏¥q下同 ∀ ׫¨ ¶¤°¨¥¨ ²¯º q
v 结果与分析
311 不同植被恢复群落土壤贮水量
由图 t可以看出 o不同植被群落之间土壤贮水量差异明显 oy种森林植被类型的土壤贮水总体能力均高
于荒草灌丛 o饱和贮水量由高到低分别为润楠次生林ktws1uw °°l !马尾松天然林ktvw1|y °°l !杉木人工林
ktus1xw °°l !毛竹杉木混交林kttu1zw °°l !杜仲人工林ktsu1|y °°l和油桐人工林ktss1wu °°l o分别比荒
草灌丛群落类型高 zx1sw h !
y{1wx h ! xs1wx h ! ws1zt h !
u{1xt h和 ux1vw h ∀
森林植被土壤最大吸持贮
水量均高于荒草灌丛 o其高低
顺序表现出与土壤饱和贮水量
基本一致的变化规律 o润楠次
生林 !马尾松天然林 !杉木人工
林 !毛竹杉木混交林 !杜仲人工
林和油桐人工林的吸持贮水量
分别比荒草灌丛群落类型高
tvx1{z h !tss1ss h !zv1wu h !
yy1ux h !xt1{s h和 yt1|z h ∀
土壤最大滞留贮水量表现
为马尾松天然林kvx1sy °°l 
杉木人工林kvv1|s °°l 荒草
灌丛kvs1ty °°l 毛竹杉木混
交林ku|1y{ °°l 杜仲人工林
v 第 w期 漆良华等 }湘西北小流域典型植被恢复群落土壤贮水量与入渗特性
kuz1ty °°l 润楠次生林kuu1ws °°l 油桐人工林kut1y{ °°l o表明马尾松天然林与杉木人工林对土壤水
分滞留贮存的改善作用较好 o分别比荒草灌丛高 ty1ux h和 tu1ws h o而其余 w种森林恢复类型土壤滞留贮存
能力较差 ∀
312 不同植被恢复群落土壤入渗过程模拟
v种土壤入渗模型回归拟合结果见表 t ∀经 Φ检验 o不同坡位不同群落土壤水分入渗 v个估测模型的相
关程度均达到极显著水平 o但模型的拟合精度存在差异 ∀其中 o拟合精度以通用经验方程最高 o‹²µ·²±方程
拟合效果最差 oŽ²¶·¬¤®²√方程介于两者之间 ∀ Ž²¶·¬¤®²√方程拟合的相关系数为 s1{ux u ∗ s1|{t { o平均相关
系数为 s1|st z o其中 tΠu在 s1|以上 ∀ ‹²µ·²±方程拟合相关系数为 s1ywt | ∗ s1|xz y o其中 tΠv在 s1{以下 o平
均相关系数为 s1{vu s ∀通用经验方程拟合相关系数为 s1{yy u ∗ s1||x | ovΠw在 s1|以上 o平均相关系数为
s1|wz { ∀us个土壤水分入渗最优模型中 o通用经验方程 tv个 oŽ²¶·¬¤®²√方程 x个 o‹²µ·²±方程仅 u个 o且当
‹²µ·²±方程为最优模型时 ov个模型之间的相关系数相差不大 o拟合精度比较接近 o这反映了 ‹²µ·²±方程基本
不适于该流域土壤水分入渗过程的模拟 ∀
313 不同植被恢复群落土壤入渗率的变化规律
由图 u及表 u可知 }除杉木人工林群落外 ov个土壤入渗特征值大小在不同植被群落之间表现出初渗率
平均入渗率 稳渗率的规律 o且土壤初渗率 !稳渗率及平均入渗率在不同植被群落类型之间变化较大 ∀土
壤初渗率以毛竹杉木混交林ktz1ts °°#°¬±ptl最高 o油桐人工林kw1|v °°#°¬±ptl最低 o前者是后者的 v1wz
倍 o杉木人工林ktw1vw °°#°¬±ptl !杜仲人工林ktw1u{ °°#°¬±ptl !荒草灌丛ktt1wx °°#°¬±ptl !马尾松天然
林kts1tz °°#°¬±ptl以及润楠次生林k{1zz °°#°¬±ptl则介于二者之间 ∀
图 u 不同植被恢复群落土壤入渗率
ƒ¬ªqu ׫¨ ¶²¬¯ º¤·¨µ¬±©¬¯·µ¤·¬²±µ¤·¨¬± §¬©©¨µ¨±·√¨ ª¨·¤·¬²± µ¨¶·²µ¤·¬²± ¦²°°∏±¬·¬¨¶
土壤稳渗率以杉木人工林ktt1xt °°#°¬±ptl最高 o其次为马尾松天然林kv1|t °°#°¬±ptl !毛竹杉木混
交林kv1{s °°#°¬±ptl !杜仲人工林kv1vt °°#°¬±ptl和润楠次生林ku1uw °°#°¬±ptl o荒草灌丛与油桐人工林
最小 o分别为 s1{{和 s1xu °°#°¬±pt ∀
土壤平均入渗率大小排序为 }毛竹杉木混交林kz1wu°°#°¬±ptl 杉木人工林kz1vv °°#°¬±ptl 杜仲人
工林kx1zv °°#°¬±ptl 马尾松天然林kw1{x °°#°¬±ptl 荒草灌丛kw1u| °°#°¬±ptl 润楠次生林kv1us
°°#°¬±ptl 油桐人工林kt1uv °°#°¬±ptl ∀
从表 u可以看出 o不同植被恢复群落的土壤入渗性能在不同坡位条件下呈现不同的变化规律 ∀杜仲人
工林土壤入渗率表现为上坡 中坡 下坡 o而马尾松天然林 !润楠次生林及荒草灌丛群落则以下坡入渗率最
高 o上坡最低 ~杉木人工林和毛竹杉木混交林则以上坡最高 o中坡最低 ~油桐人工林以中坡最高 o上坡最低 ∀
314 土壤入渗影响因子主成分分析
土壤入渗能力大小与植被 !土壤以及地形等多种因素有关 o从中筛选出的主导影响因子对于掌握土壤入
渗规律 !调控土壤入渗性能具有重要意义 ∀女儿寨小流域不同植被类型土壤入渗主要影响因子共 t|个k表
ul o包括海拔kξtl !坡度kξul !坡位kξvl及坡向k ξwlw个微地形因子 o林分郁闭度k ξxl !林分平均树高k ξyl !林
分平均胸径k ξzl !群落乔层盖度k ξ{l !灌层盖度k ξ|l !草层盖度k ξtsl !群落地上生物量k ξttl !地下生物量
kξtul等 {个植被特征因子和土壤密度k ξtvl !土壤最大持水量k ξtwl !最小持水量k ξtxl !毛管持水量k ξtyl !非
w 林 业 科 学 wv卷
x 第 w期 漆良华等 }湘西北小流域典型植被恢复群落土壤贮水量与入渗特性
y 林 业 科 学 wv卷
毛管孔隙度k ξtzl !毛管孔隙度k ξt{l !总孔隙度k ξt|l等 z个土壤物理结构及水分因子 ∀经主成分分析求得各
主成分特征向量 !特征根 !方差贡献率及方差累积贡献率 o结果见表 v ∀
表 3 入选主成分的特征向量 !特征根及贡献率
Ταβ .3 Ειγενϖεχτορσ, ειγενϖαλυε ανδ ϖαριανχε προπορτιον οφ πρινχιπαλ χοµ πονεντσσελεχτεδ
因子
ƒ¤¦·²µ¶
主成分 t
°µ¬±¦¬³¤¯
¦²°³²±¨ ±·t
主成分 u
°µ¬±¦¬³¤¯
¦²°³²±¨ ±·u
主成分 v
°µ¬±¦¬³¤¯
¦²°³²±¨ ±·v
主成分 w
°µ¬±¦¬³¤¯
¦²°³²±¨ ±·w
主成分 x
°µ¬±¦¬³¤¯
¦²°³²±¨ ±·x
ξt p s1szz s s1twv s s1w{x s s1z{t s p s1ttu s
ξu s1swt v s1tuz s s1y|v s p s1ysw s p s1tx| s
ξv s1s{u u s1su| { s1sxv v p s1swv s s1|wu s
ξw s1vuv s p s1wy{ s p s1txt s s1xvv s p s1vxt s
ξx p s1wwv s s1{xz s s1t{y s s1swu { p s1sss u
ξy p s1stz s s1zzu s s1wyv s s1uxw s s1svs v
ξz p s1uts s s1wvv s s1z{z s s1s{v s p s1szv s
ξ{ p s1wwv s s1{xz s s1t{y s s1swu { p s1sss u
ξ| s1sxy w s1swz s s1z{x s s1t{v s s1stt v
ξts p s1vt| s p s1{sv s p s1txz s s1suy v s1stv w
ξtt p s1tuy s s1uuu s s1{xw s p s1tvs s s1txs s
ξtu p s1twv s s1xy{ s s1yws s s1sus v s1uuw s
ξtv p s1{ws s p s1vut s s1ssx z p s1vwu s s1tu| s
ξtw s1|{t s s1stu y p s1szt s s1twz s s1ssy t
ξtx s1|u| s p s1ttt s p s1uvu s p s1sz{ s p s1ssz u
ξty s1|z| s p s1tss s p s1swz s p s1svt s s1suv y
ξtz s1wzx s s1u{s s p s1s|w s s1ywt s s1swt s
ξt{ s1|sy s p s1u{v s s1svv x p s1uvw s s1txt s
ξt| s1|xx s p s1tyx s s1ssx | p s1sut s s1tw| s
特征根 ∞¬ª¨ ±√¤¯∏¨ y1||v s w1{zx s u1t{y s t1ysu s t1st{ s
贡献率 ∂¤µ¬¤±¦¨ ³µ²³²µ·¬²±Πh vy1{s ux1yy tt1xt {1wv x1vy
累积贡献率 ≤∏°∏¯¤·¬√¨³µ²³²µ·¬²±Πh vy1{s yu1wy zv1|z {u1ws {z1zy
x个主成分的特征根
分 别 为 y1||v ! w1{zx !
u1t{y !t1ysu 和 t1st{ o贡
献 率 分 别 为 vy1{s h !
ux1yy h !tt1xt h !{1wv h
和 x1vy h o其累积贡献率
为 {z1zy h o因此 o可以用
这 x个成分来代替 t|个
原始因子 o其提取结果比
较理想 ∀第 t主成分中 o
最大持水量 !最小持水量 !
毛管持水量 !毛管孔隙度
和总孔隙度的系数较大 o
是对第 t主成分影响较大
的特征向量 o可以综合为
土壤持水量 p孔隙状况因
子 ~第 u 主成分中 o郁闭
度 !平均树高 !乔层盖度的
系数较大 o综合为林分结
构因子 ~第 v 主成分中 o
地上生物量 !地下生物量 !
平均胸径 !灌层盖度 !坡度
所占比重较大 o由于平均胸径 !灌层盖度与群落生物量有关 o故可以命名为生物量 p坡度因子 ~第 w主成分
中 o海拔 !非毛管孔隙度是主要决定因子 o可以命名为海拔 p非毛管孔隙状况因子 ~第 x成分中 o坡位占最大
比重 o可以命名为坡位因子 ∀
主成分分析结果表明 }女儿寨小流域不同植被恢复类型土壤水分入渗性能与土壤持水量 !土壤孔隙状况
密切相关 o并在很大程度上受到林分结构 !植物群落生物量及坡度的影响 ~海拔及坡位因子也是其重要影响
因子 ~而坡向 !草层盖度 !土壤密度等因子对土壤入渗性能的影响则较小 ∀
315 土壤水分入渗率主导因子方程
在土壤水分入渗过程的不同阶段 o主导影响因子也存在差异 ∀在主成分分析剔除坡向k ξwl !草层盖度
kξtsl !土壤密度k ξtvlv个因子的基础上 o以其余 ty个因子作为自变量 o以土壤水分初渗率kψtl !稳渗率kψul
及平均入渗率kψvl为因变量 o进行双重筛选逐步回归分析 o得到土壤水分初渗率 !稳渗率及平均入渗率的主
导因子方程 }ψt € s1stx | p s1t{u zξx p s1vtt {ξ{ n s1t{w tξty n w1yvt tξtz p w1utu xξt| o相关系数 Ρ 为
s1|zy | o剩余标准差 Σ为 s1uxs y oπ值为 s1sss t ~ψu € s1ssu z n s1swx zξv n s1u{| yξy n s1txs tξz p z1vtu tξ{ p
s1txy |ξ| p s1tvz vξtt n z1szv vξtu n s1ut| zξtw n s1vsx uξty n t1v{s |ξt{ p s1x|y {ξt| o相关系数 Ρ 为s1||{ x o
剩余标准差Σ为 s1s{v xoπ值为 s1sss t~ψv €s1ssy t p s1twx vξx p s1v{w wξ{ n s1vsw vξty n s1z|x zξtz n s1svs |ξt| o
相关系数 Ρ为 s1|zz t o剩余标准差 Σ为 s1uwz { oπ值为 s1sss t ∀
w 结论
森林植被类型的土壤饱和贮水量与最大吸持贮水量均高于荒草灌丛群落 o可见森林植被对于改善土壤
结构 !提高土壤吸持水分含量 !发挥森林保水功能具有重要作用 ∀土壤最大滞留贮水量仅马尾松天然林与杉
木人工林高于荒草灌丛 o其余 w种森林类型土壤滞留贮存能力较差 o这可能与群落结构 !年龄以及所处立地
z 第 w期 漆良华等 }湘西北小流域典型植被恢复群落土壤贮水量与入渗特性
条件 !海拔 !坡度等因子有关 o可通过结构调整 o并辅之以水土保持工程措施来进一步提高其水源涵养功能 ∀
土壤入渗过程的模拟结果表明 }‹²µ·²±方程拟合效果最差 o通用经验方程拟合效果最好 ∀对于 Ž²¶·¬¤®²√
方程而言 o起始时的入渗速率趋于无穷大 o但当时间无限增大时 o入渗速率将趋于 s ∀从土壤水分动力学角
度出发 o对于水平入渗 o由于没有重力势的作用 o随着入渗时间 τ的延长 o水流运动的动力势梯度渐减为 s o
其最终入渗速率有可能为 s o但在垂直入渗的情况下 o最终入渗速率在重力势的作用下不可能为 s ∀通用经
验方程增加了常数项 αo正是对 Ž²¶·¬¤®²√方程在垂直入渗的情况下的修正 o反映了时间 τ无限长时在重力作
用下达到了稳定入渗k韩冰等 ousswl ∀从拟合的稳渗率参数看 o通用经验方程的 α值与 φ¦值非常接近 o表明
通用经验方程比较适合于模拟女儿寨小流域不同植被恢复群落的土壤水分入渗过程 ∀
毛竹杉木混交林 !杉木人工林和杜仲人工林的土壤初渗率 !稳渗率及平均入渗率均高于荒草灌丛群落 o
表明这 v种群落对土壤入渗性能的改善作用较好 o而油桐人工林较差 o土壤入渗率低于荒草灌丛群落 o应加
强林分抚育与经营管理 o使之获得改善和提高 ∀坡位对土壤入渗率的影响具有不确定性 o反映土壤入渗是一
个受诸多因素影响 !非常复杂的水文生态过程 ∀杜仲人工林土壤入渗率表现为上坡 中坡 下坡 o这与黄土
丘陵区人工油松林地土壤入渗率研究结果一致k韩冰等 ousswl ~但马尾松天然林 !润楠次生林及荒草灌丛群
落表现出与之相反的规律 o以下坡入渗率最高 o上坡最低 ~杉木人工林和毛竹杉木混交林则以上坡最高 o中
坡最低 ~油桐人工林以中坡最高 o上坡最低 ∀
土壤入渗影响因子主成分分析结果表明 }土壤水分入渗性能与土壤持水量 !土壤孔隙状况密切相关 o并
受林分结构 !群落生物量 !海拔 !坡度及坡位因子的制约 o而坡向 !草层盖度 !土壤密度等因子对土壤入渗性能
的作用较小 o这些因子对土壤入渗过程的影响机制还有待进一步研究 ∀
通过双重筛选逐步回归分析 o建立了土壤初渗率 !稳渗率 !平均入渗率的主导因子方程 ∀入渗率主导因
子方程表明 o初渗率及平均入渗率受相同自变量集的影响 o主导影响因子有林分郁闭度 !群落乔木层盖度 !土
壤毛管持水量 !非毛管孔隙度以及总孔隙度 ~而土壤入渗达到稳定状态则受较多因素的影响 o这些因素包括
坡位 !林分平均树高 !林分平均胸径 !群落乔木层盖度 !灌木层盖度 !群落生物量 !土壤最大持水量 !毛管持水
量 !毛管孔隙度及总孔隙度 ∀其中 o乔木层盖度 !土壤毛管持水量以及总孔隙度是 u组方程的共同影响因子 o
亦即表明这 v个因子影响着土壤水分入渗的全过程 ∀
参 考 文 献
韩 冰 o吴钦孝 o李秧秧 o等 qussw1 黄土丘陵区人工油松林地土壤入渗特征的研究 q防护林科技 okxl }t p w
雷孝章 o曹叔尤 o代永波 qussx1 松柏林分对土壤入渗的调蓄作用研究 q北京林业大学学报 ouzkyl }us p uv
刘 霞 o张光灿 o李雪蕾 o等 qussw1 小流域生态修复过程中不同森林植被土壤入渗与贮水特征 q水土保持学报 ot{kyl }t p x
王国梁 o刘国彬 o周生路 qussv1 黄土丘陵沟壑区小流域植被恢复对土壤稳定入渗的影响 q自然资源学报 ot{kxl }xu| p xvx
王玉杰 o王云琦 qussy1 重庆缙云山典型林分林地土壤入渗特性研究 q水土保持研究 otvkul }t|v p t|w ouxy
许秀丽 o罗承德 o宫渊波 o等 qussx1 四川洪雅县 v种植被模式的土壤入渗性能研究 q四川林业科技 ouykwl }{v p {y
余新晓 o赵玉涛 o张志强 o等 qussv1 长江上游亚高山暗针叶林土壤水分入渗特征研究 q应用生态学报 otwktl }tx p t|
袁建平 o张素丽 qusst1 黄土丘陵区小流域土壤稳定入渗速率空间变异 q土壤学报 ov{kwl }xz| p x{v
赵西宁 o吴发启 qussw1 土壤水分入渗的研究进展和评述 q西北林学院学报 ot|ktl }wu p wx
周择福 o洪玲霞 qt||z1 不同林地土壤水分入渗和入渗模拟的研究 q林业科学 ovvktl }| p tz
ƒ §¨²·²√ Š ‘o„¦¤§¨ °¬¦¬¤± ≠ ⁄o×µ¨·. ¼¤®²√ o ετ αλqussv1 • ¶¨¬§∏¤¯ ³²¯¤µ¬½¤·¬²± ¤³³¨¤µ¬±ª§∏µ¬±ª∏±¶·¨¤§¼ º¤·¨µ¬±©¬¯·µ¤·¬²±·«µ²∏ª«¦²¯ ²¯¬§¤¯ ¶²¬¯ ¶·µ∏¦·∏µ¨¶q
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’±·¤µ¬²q²∏µ±¤¯ ²© ‹¼§µ²¯²ª¼ ovsykt p wl }t p us
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≥«¤µ°¤≥ Žo≥¤¶·µ¼ Š qt||{1 Œ°³¤¦·²©√¤µ¬²∏¶ ¤¯±§∏¶¨¶²±·«¨ ¬±©¬¯·µ¤·¬²±¬± ⁄²²± ∂¤¯¯¨ ¼ qŒ±§¬¤± ²∏µ±¤¯ ²©≥²¬¯ ≤²±¶¨µ√¤·¬²±ouyktl }tz p t{
≥·¤µ·¶¨√ „ ⁄o ¦‘¤¥¥⁄ ‹ qusss1 ∞©©¨¦·¶²©¶®¬§§¬±ª²±©²µ¨¶·¶²¬¯¬±©¬¯·µ¤·¬²±¬± º ¶¨·2¦¨±·µ¤¯ „¯ ¥¨µ·¤q≤¤±¤§¬¤± ²∏µ±¤¯ ²©≥²¬¯ ≥¦¬¨±¦¨ o{skwl }ytz p yuw
º¬¨±¬¨¦®¬ „ o ‘¨ º·²±  qt||y1 • ¤·¨µ2«²¯§¬±ª¦«¤µ¤¦·¨µ¬¶·¬¦¶²© °¨ ·¤2¶¨§¬° ±¨·¤µ¼ µ²¦®¬± ¶¨¯¨ ¦·¨§©²µ¨¶· ¦¨²¶¼¶·¨°¶¬± ≥²∏·«º ¶¨·¨µ± ’µ¨ª²±q≥²¬¯ ≥¦¬¨±¦¨
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k责任编辑 于静娴l
{ 林 业 科 学 wv卷