全 文 ：第 wv卷 增刊 t
u s s z年 ts 月
林 业 科 学
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四川洪雅县 v种植被模式的土壤入渗性能 3
许秀丽t ou 罗承德t 宫渊波t 杨朝俊t
kt q四川农业大学林学园艺学院 雅安 yuxstw ~ u1 四川省水利职业技术学院 都江堰 ytt{ssl
关键词 } 植被模式 ~土壤入渗性能
中图分类号 }≥zt{1xtn y 文献标识码 }„ 文章编号 }tsst p zw{{kusszl增 t p stsy p sw
收稿日期 }ussy p sw p ux ∀
基金项目 }国家科技攻关课题kusst…„ysy„ p yl资助 ∀
3 罗承德为通讯作者 ∀
Σοιλ Περµεαβιλιτψ οφ Τηρεε ςεγετατιον Παττερνσιν Ηονγψα οφ Σιχηυαν Προϖινχε
÷∏÷¬∏¯¬tou ∏² ≤«¨ ±ª§¨t Š²±ª≠∏¤±¥²t ≠¤±ª≤«¤²­∏±t
kt1 Χολλεγε οφ Φορεστρψανδ Ηορτιχυλτυρε o Σιχηυαν Αγριχυλτυραλ Υνιϖερσιτψ Ψαπαν yuxstw ~
u1 Σιχηυαν Ηψδραυλιχ Πολψτεχηνιχ Χολλεγε ∆υϕιανγψαν ytt{ssl
Αβστραχτ} ≥²¬¯ ³¨µ°¨ ¤¥¬¯¬·¼ ¬¶¤± ¬°³²µ·¤±·¬±§¨¬·² √¨¤¯∏¤·¨ º¤·¨µ¶²∏µ¦¨ ¦²±¶¨µ√¤·¬²± ©∏±¦·¬²±q ׫¬¶³¤³¨µ¦«²²¶¨¶·«µ¨¨
√¨ ª¨·¤·¬²± ³¤·¨µ±¶k¦µ²³¯¤±§¤¶¦²±·µ²¯ o³¤·¨µ±´ Αρυνδιναρια αµαραn Ηεµαρτηρια χοµπρεσσαo°¤·¨µ±µ Βαµβυσα περϖαριαβιλισ≅
∆ενδροχαλαµοπσισ ολδηαµι n Ηεµαρτηρια χοµπρεσσαl ¤¶¶·∏§¼²¥­¨¦·¶¤±§«¤¶¤ ²¯¦¤·¬±ª¶·∏§¼²±·«¨¬µ¶²¬¯ ³¨µ°¨ ¤¥¬¯¬·¼ ¥¼ °¨ ¤±¶
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³¤·¨µ±¶¦¤± ¥¨ ¬¨³µ¨¶¶¨§¤¶ ς€ Α¯±kτl n Βq ’±·«¬¶¥¤¶¬¶o·«¨ ¶¨¤¶²±¤¯ ¦«¤±ª¨ ²©¶²¬¯¬±©¬¯·µ¤·¬²± µ¤·¨ ²©·«µ¨¨ √¨ ª¨·¤·¬²±
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Κεψ ωορδσ} √¨ ª¨·¤·¬²± ³¤·¨µ±~¶²¬¯ ³¨µ°¨ ¤¥¬¯¬·¼
退耕还林还草工程是我国新世纪实施的六大林业生态建设工程的重要组成部分 ∀四川省地处长江上
游 o于 t|||年率先在全国启动退耕还林k草l试点工程 o旨在防治水土流失 !改善长江上游生态环境 ∀目前关
于退耕还林的报道很多 o主要涉及退耕区造林模式 !退耕还林工程存在问题 !建议以及三大效益如何统一等
方面k徐振华等 oussv ~傅新红等 oussv ~杨时文 oussul ∀但是 o退耕还林区不同植被模式对土壤入渗率影响
的系统研究相对较少k袁建平等 ousstl ∀
本文以四川洪雅县 v种退耕还林模式为研究对象 o对其土壤入渗过程进行定位观测 o探讨不同植被模式
土壤入渗率的动态变化规律 o为深入研究退耕还林对地表径流和土壤侵蚀规律的影响提供理论依据 o并为该
地区选择合适的退耕还林模式提供试验依据 ∀
1 研究内容与方法
t1t 试验区概况 研究区设在四川盆地边缘山地的洪雅县境内 otsuβw|χ ) tsvβwzχ∞ou|βuwχ ) vsβstχ‘∀境内
地势从东北向西南逐渐抬升 ∀属中亚热带湿润性山地气候 o平均日照大于 t sss «o年均温 tw ∗ ty ε o年降水
量 t vss ∗ u sss °° o全年无霜期 vsw §∀该区地带性土壤为黄壤 o主要分布土壤有冲积土 !黄壤和紫色土 ∀
该区土壤侵蚀较为严重 ∀据洪雅县土壤站调查结果 o属强度侵蚀的土地占全县土地面积的 z1u h o中强
度侵蚀占 y{1v h o轻度侵蚀占 uw1y h ∀基于这种现状 o洪雅县于 usss年启动退耕还林k草l工程 ∀为兼顾生
态效益和经济效益 o该区主要退耕还林模式有林 p草 !竹 p草 u种模式 o并以农耕地作为对照 ∀本研究选择
建有 us ° ≅ x °坡面的人工径流场 ∀模式 ´ ) ) ) 苦竹k Αρυνδιναρια αµαραl n牛鞭草k Ηεµαρτηρια χοµπρεσσαl }
苦竹于 usss年栽植 o目前的郁闭度 s1y o平均胸径 s1| ¦°o平均高 u1x ° o枯落物覆盖率达 ws h ∀随着苦竹郁
闭度增加 o牛鞭草长势减弱 o全年未进行刈割 ∀模式 µ ) ) ) 撑绿杂交竹 k Βαµβυσα περϖαριαβιλισ ≅
∆ενδροχαλαµοπσισ ολδηαµιl n牛鞭草 }撑绿杂交竹于 usss年栽植 o目前 o杂交竹郁闭度 s1w o平均胸径 v1s ¦°o平
均高 {1x ° o牛鞭草 ussv年 w月上旬刈割了 t次 ∀对照 ) ) ) 农耕地 }采用传统轮作方式 o顺坡种植玉米和蔬
菜 ∀
t1u 研究内容与方法 tl 布置定位研究点与土壤入渗过程测定 分别在径流场内选择具有代表性的地块
作为定位研究点 ∀将直径为 us ¦°的渗透筒置于定位点中央 o垂直打入地下 ts1y ¦°∀在安装渗透筒时 o尽
可能使土体与筒密合 o以防止水分沿筒壁渗漏损失 ∀渗透筒安装好后 o在周围筑一直径约 ws ¦°的圆形土
埂 o土埂高约 vs ¦°o顶宽 us ¦°o并捣实 ∀筒内为试验区 o外部为保护区 ∀为了使表土不受水流冲刷 o用杂草
将筒内外灌水处保护起来 ∀
安好渗透筒后 o对该研究点进行定位研究 o定位观测该点土壤的入渗速率随时间的变化情况 ∀试验期
间 o在植被生长旺盛季节kw ) |月l o土壤入渗过程每月中旬测定 t次 ~在植被生长相对缓慢季节kts月 ) 次
年 v月l o每 v个月测定 t次 ∀定位研究从 ussv年 {月开始 o本文以 ussv年 {月至 ussw年 z月的观测数据进
行分析 ∀
ul 土壤物理性质测定 每次测定土壤入渗过程前 o在定位研究点附近采土样 ∀因试验设置在野外 o离
实验室距离较远 o为避免土壤水分的蒸发 o故采用酒精燃烧法测定自然含水量 ∀在定位研究开始和定位研究
结束k阶段性结束l时 o分别在径流场内挖掘土壤剖面 o在 s ∗ us ¦°土层中取土样 ov次重复 ∀采用环刀法测
定土壤密度 !最大持水量 !毛管持水量 o然后换算出土壤非毛管孔隙度 !毛管孔隙度及总孔隙度 ∀
土壤非毛管孔隙度 € k土壤最大持水量 p土壤毛管持水量l ≅土壤密度
土壤毛管孔隙度 €土壤毛管持水量 ≅土壤密度
土壤总孔隙度 €土壤非毛管孔隙度 n土壤毛管孔隙度
2 结果与分析
u1t v种植被模式土壤入渗过程与时间关系的数学模拟 通过对模式 ´ !模式 µ及农耕地土壤入渗过程分
析得出 ov种植被模式土壤入渗速率随时间存在相似的变化规律 o即随着入渗时间 τ的增加 o入渗率逐渐变
小 o最终趋于相对稳定状态 ∀但是由于土壤和植被类型繁多 o时空变异度大 o因此 o描述这一过程的模型不尽
相同k张启昌等 ot||v ~吴长文等 ot||xl ∀
本文分别采用 ς€ Α¨ τ n Β !ς€ Α¯±τ n Β及 ς€ Ατα n Β等经验公式对模式 ´ !模式 µ及农耕地土壤入渗
率kςl与入渗时间kτl进行拟合 ∀根据相关系数的大小 o采用经验公式 ς€ Α¯±τ n Βk Α!Β为常数l拟合该区
v种植被模式土壤入渗率随时间变化的过程 o效果更佳 o拟合结果见表 t ∀当 τ € t时 o经验公式 ς€ Α¯±τ n Β
中 Β值与实测数据比较接近 o因此 o方程中 Β值可视作土壤初渗率 ∀
表 1 3 种植被模式土壤渗透速率(µ µ # µιν− 1 )与渗透时间(µιν)关系的拟合方程
Ταβ . 1 Σιµ υλαντ εθυατιονσ ον τηε ρελατιον βετωεεν σοιλ περµεαβιλιτψ ρατε ανδ τιµειν τηρεε ϖεγετατιον παττερνσ
时间
׬°¨
模式 ´k苦竹 n牛鞭草l
°¤·¨µ±´k Αρυνδιναρια αµαρα n
Ηεµαρτηρια χοµπρεσσαl
模式 µk撑绿杂交竹 n牛鞭草l
°¤·¨µ± µk Βαµβυσα περϖαριαβιλισ≅ ∆ενδροχαλαµοπσισ
ολδηαµι n Ηεµαρτηρια χοµπρεσσαl
对照k农耕地l
≤²±·µ²¯ k©¤µ°¯¤±§l
ς€ Α¯±τ n Β Ρu ς€ Α¯±τ n Β Ρu ς€ Α¯±τ n Β Ρu
ussv p s{ ς€ p w1wus |¯ ±τ n vs1{{y s1yy ς€ p t1{sw {¯ ±τ n tu1x|t s1|| ς€ p x1|tv u¯ ±τ n vt1|x| s1{x
ussv p s| ς€ p z1s{t u¯ ±τ n v|1u{ s1|s ς€ p t1uvw¯ ±τ n {1tsu s1|z ) )
ussv p tu ς€ p z1t|z z¯ ±τ n xw1yu s1|t ς€ p t1x|y¯ ±τ n tv1|xy s1|y ς€ p t1tzy w¯ ±τ n tw1ytv s1yt
ussw p sv ς€ p tu1{vw¯ ±τ n zv1zzt s1{| ς€ p t1t|y z¯ ±τ n tt1xwy s1zu ς€ p t1t|z¯ ±τ n tt1vy| s1{x
ussw p sw ς€ p ts1yy{¯ ±τ n zw1zvv s1|s ς€ p s1|yv x¯ ±τ n y1zyu s1|s ) )
ussw p sx ς€ p |1{wy t¯ ±τ n y|1uwz s1{s ς€ p s1|tw u¯ ±τ n x1|us w s1|z ) )
ussw p sy ς€ p w1t|y {¯ ±τ n zt1x{| s1zs ς€ p s1yss u¯ ±τ n x1uvv v s1|x ς€ p t1tux z¯ ±τ n tv1zxx s1zw
ussw p sz ς€ p |1ssz y¯ ±τ n z|1utt s1y{ ς€ p s1xzu y¯ ±τ n x1tsu x s1|u ς€ p u1|uy {¯ ±τ n uz1u|{ s1yw
从表 t可看出 o模式 ´ !模式 µ土壤入渗率与入渗时间的相关性高于农耕地 o即 ς€ Α¯±τ n Β能够很好
地反映模式 ´ !模式 µ土壤入渗率随时间而变化的规律 ∀因此 o可用该模型对模式 ´和模式 µ土壤入渗过程
进行分析及预测 ∀但是 o利用经验模型 ς€ Α¯±τ n Β难以模拟农耕地 |月和次年 w !x月的土壤入渗过程 ∀
这是因为式 ς€ Α¯±τ n Β中 τ的系数为固定常数 o难以与农耕地在频繁扰动条件下的土壤入渗过程吻合 o尤
其在地表扰动大 !频率高的情况下 o利用经验模型 ς€ Α¯±τ n Β模拟土壤入渗过程 o效果更差 ∀
u1u v种植被模式土壤入渗性能季节变化及其分析 土壤入渗性能是评价林地水分调节能力的重要指标
zst 增刊 t 许秀丽等 }四川洪雅县 v种植被模式的土壤入渗性能
之一 o主要通过土壤初渗率和稳渗率k相对稳定阶段的土壤平均入渗率l表征k张洪江等 ot||x ~ Š«¬§¼¤¯ ετ
αλqot|{zl ∀在水土流失治理区 o土壤入渗率不仅受土壤孔隙状况的影响 o而且与该区植被类型及其生长状
况密切有关 ∀因此 o即使同一立地条件 o土壤入渗率也会存在季节性或非周期性的变化k高人等 oussul ∀
本文以测试月份为 Ξ轴 o以入渗率为 Ψ轴 o表层土壤自然含水量为次 Ψ轴 o分别将模式 ´ !模式 µ及农
耕地土壤入渗率k初渗率和稳渗率l和土壤自然含水量绘制成图 o见图 t„ !… !≤ ∀
图 t 土壤入渗率的变化
ƒ¬ªqt ׫¨ ¦«¤±ª¨ ²©¶²¬¯ ³¨µ°¨ ¤¥¬¯¬·¼µ¤·¨
„ q模式 ´ °¤·¨µ±´ ~…q模式 µ°¤·¨µ±µ ~≤ q对照 ≤²±·µ²¯ q
从图 t„可知 o模式 ´土壤初渗率 !稳渗率随时间的推移逐渐增加 o其中 o稳渗率增幅较大 o初渗率次之 ∀
土壤初渗率大小与土壤自然含水量之间相关性很小k相关系数为 s1sswl o无论土壤自然含水量是否增加 o土
壤初渗率都在增加 ∀这是因为 }苦竹竹鞭在土壤中ktx ∗ us ¦°l横向快速生长 o通过竹鞭的挤压 !分割作用 o
使得表土总孔隙度从 w|1zt h提高到 xw1ty h o非毛管孔隙度提高 uw1t h ~土壤有机质含量从 t1zu h增加到
t1{v h o表土密度下降 tu1| h ~地表枯落物从 t ¦°左右增加 x ¦°左右 o有效地防止了表土结皮的发生 ∀所
以模式 ´土壤初渗率和稳渗率增加 ∀
从图 t…可知 o模式 µ土壤初渗率与土壤自然含水量之间成反相关关系k相关系数为 s1yul o土壤稳渗率
呈现减小趋势 ∀这主要是因为撑绿杂交竹属丛生生长 o在短期内 o其根系难以改变大范围内的土壤状况k表
土密度提高 u1t h l o因此 o短期内土壤初渗率主要由表土自然含水量决定 ∀在试验过程中 o撑绿杂交竹林下
牛鞭草长势锐减 o表土缺乏有效保护 o林冠产生的第 u次降雨直接打击地表 o致使表土总孔隙度从 xs1tw h减
少到 w|1{u h o非毛管孔隙度从 tu1z h减少到 y1z h o故该模式土壤稳渗率有减小趋势 ∀
从图 t≤可知 o从 {月到次年 z月 o土壤稳渗率呈增加趋势 ∀从 {月到 |月 o对照土壤初渗率明显降低 ~
从 |月到次年 z月土壤初渗率逐渐增加 ∀这是因为 {月下旬农耕地翻耕倒茬k种植油菜l o在种植初期表土
缺乏覆盖 o遇到降雨表土形成结皮 o阻碍水分入渗 o故 |月土壤初渗率明显下降 ∀但是 o随着时间的推移 o油
菜和杂草的生长逐渐打破地表结皮同时又增加地表覆盖 o致使土壤初渗率 !稳渗率逐渐增加 ∀
u1v v种植被模式土壤入渗性能比较 为避免土壤质地对土壤入渗性能的影响 o本文将入渗率的变化程度
和变异系数结合起来分析不同植被模式对土壤入渗性能的影响 o结果见表 u和表 v ∀
表 2 不同植被模式下土壤初渗率变化
Ταβ . 2 Χηανγε οφ σοιλ οριγιναλ περµεαβιλιτψ ρατε οφ διφφερεντ ϖεγετατιον παττερνσ °°#°¬±pt
模式
°¤·¨µ±
时间 ׬°¨
ussv p s{ ussv p s| ussv p tu ussw p sv ussw p sw ussw p sx ussw p sy ussw p sz
模式 ´k苦竹 n牛鞭草l
°¤·¨µ±´k Αρυνδιναρια αµαρα n Ηεµαρτηρια χοµπρεσσαl vs1{| v|1u{ xw1yu zv1zz zw1zv y|1ux zt1x| z|1ut
模式 µk撑绿杂交竹 n牛鞭草l
°¤·¯¨µ± µk Βαµβυσα περϖαριαβιλισ≅ ∆ενδροχαλαµοπσισ
ολδηαµι n Ηεµαρτηρια χοµπρεσσαl
tu1x| {1ts tv1|y tt1xx y1zyu x1|u x1uv x1ts
对照k农耕地l
≤²±·µ²¯ k©¤µ°¯¤±§l vt1|y z1zw |1ws tt1vz tv1zy tx1|v tt1|w uz1u|{
从土壤初渗率变化k表 ul来看 o不同植被模式土壤初渗率有明显区别 ∀模式 ´土壤初渗率高于农耕地 o
农耕地初渗率高于模式 µ ∀从 {月到次年 z月 o模式 ´土壤初渗率持续增加 o土壤初渗率提高了 txy1wy h ~
农耕地土壤入渗率先减后增 o其中 {月土壤初渗率最大 ~而模式 µ土壤初渗率基本呈减小趋势 ∀从 {月到
{st 林 业 科 学 wv卷
次年 z月 o模式 µ和农耕地土壤初渗率分别减小了 x|1w{ h和 tw1x{ h ∀这说明不同植被模式对土壤初渗率
的作用不同 ∀
表 3 不同植被模式下土壤稳渗率变异性
Ταβ . 3 ς αριαβιλιτψ οφ σοιλστεαδψ περµεαβιλιτψ ρατε οφ διφφερεντ ϖεγετατιον παττερνσ
模式
°¤·¨µ±
最大值
¤¬qΠk°°#°¬±ptl
最小值
¬±qΠk°°#°¬±ptl
平均值
„√¨ µ¤ª¨Πk°°#°¬±ptl
标准差
≥·¤±§¤µ§§¨√¬¤·¬²±
变异系数
≤∂
模式 ´k苦竹 n牛鞭草l
°¤·¨µ±´k Αρυνδιναρια αµαρα n Ηεµαρτηρια χοµπρεσσαl w|1w{ v1|t t{1uv tw1wu s1{s
模式 µk撑绿杂交竹 n牛鞭草l
°¤·¨µ± µk Βαµβυσα περϖαριαβιλισ≅ ∆ενδροχαλαµοπσισ
ολδηαµι n Ηεµαρτηρια χοµπρεσσαl
x1wv t1vx u1z| t1vx s1w{
对照k农耕地l
≤²±·µ²¯ k©¤µ°¯¤±§l tt1{| v1ww {1ty u1|s s1vx
从不同植被模式土壤稳渗率变异情况k表 vl来看 o模式 µ和模式 ´土壤稳渗率变异系数高于农耕地 o以
模式 ´土壤稳渗率变异系数最大 o且该模式稳渗率呈增加趋势 o说明模式 ´对土壤的改良作用优于模式 µ和
农耕地 ∀虽然模式 µ的变异系数比对照区大 o但是因为模式 µ地表缺乏有效覆盖且表层土壤基本不受撑绿
杂交竹根系的影响 o其稳渗率明显低于农耕地 ∀
ussv年 {月至 ussw年 z月土壤入渗率变化k表 u !vl初步表明 }v种植被模式对土壤入渗性能的作用不
同 ∀苦竹 n牛鞭草k模式 ´l对土壤入渗性能的改良作用较大 o对照居中k可能与施肥 !翻耕有关l o在模式 µ
中 o由于牛鞭草长势差 o林下凋落物少且表土基本不受撑绿杂交竹根系的影响 o因此该模式对土壤入渗性能
的作用直到目前还不明显 ∀
3 小结
根据 v种植被模式土壤入渗性能的阶段性研究表明 }模式 ´ !模式 µ及农耕地土壤入渗率与入渗时间
之间存在对数函数相关关系 ∀苦竹 n牛鞭草k模式 ´l !撑绿杂交竹 n牛鞭草k模式 µl及农耕地k对照l土壤
入渗率随着时间的推移呈现不同的变化规律 o其中 o苦竹 n牛鞭草模式土壤入渗率呈现增加趋势 o撑绿杂交
竹 n牛鞭草模式土壤入渗率季节变化与土壤自然含水量及地表覆盖密切相关 o对照土壤入渗率有增加趋势 ∀
通过对比得出 o苦竹 n牛鞭草k模式 ´l的土壤入渗性能优于撑绿杂交竹 n牛鞭草模式及农耕地 o且该模式对
土壤入渗性能的改良作用较明显 ∀这说明在相同降雨条件下 o苦竹 n牛鞭草模式土壤能有效地削弱地表径
流 o减少地表水土流失 ∀
参 考 文 献
傅新红 o杨锦秀 o杨宗亭 qussv q四川退耕还林试点工程存在的问题及建议 q中国水土保持 ok{l }y p z
高 人 o周广柱 qussu q辽宁东部山区几种主要森林植被类型土壤渗透性能研究 q农村生态环境 ot{kwl }t p w
吴长文 o王礼先 qt||x q林地土壤的入渗及其分析 q水土保持研究 ouktl }zt p zx
徐振华 o张均营 o王学勇 o等 qussv q退耕还林可持续发展的系统思考 q水土保持学报 otzktl }wx p w|
杨时文 qussu q从四川看退耕还林 q中国林业 ok{l }tz p t|
袁建平 o张素丽 qusst q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
张洪江 o解明曙 qt||x q长江三峡地区花岗岩坡面土壤入渗特性初步研究 q北京林业大学学报 ok增 vl }y p |
张启昌 o李德志 qt||v q土壤地表径流与土壤渗透拟合方程的研究 q吉林林学院学报 o|kvl }t p x
中国科学院南京土壤研究所土壤物理研究所 qt|z{ q土壤物理性质测定法 q北京 }科学出版社
Š«¬§¼¤¯ … ° o×µ¬³¤·«¬• ° qt|{z q°«¼¶¬¦¶qŒ±§¬}• ¬¯¨ ¼ ∞¤¶·¨µ± ¬°¬·¨§
k责任编辑 石红青l
|st 增刊 t 许秀丽等 }四川洪雅县 v种植被模式的土壤入渗性能