廣州市白云山五種森林類型的土壤滲透性研究

喻明美，謝正生，2

（1.華南農業大學 林學院，廣州 510642；2.華南農業大學 經濟林研究中心，廣州 510642）

土壤的滲透能力是土壤水文效應評價的重要指標，是反映森林涵養水源功能的重要水文參數［1－2］。土壤滲透性與降雨和灌溉水進入土壤以及在土壤中的貯存情況有關。土壤滲透性是描述土壤入滲快慢的極為重要的土壤物理特征參數之一。土壤滲透性越好，地表徑流就會越少，土壤流失量就相應減少［1，3］。所以提高土壤的滲透能力，是降低地表徑流及防治水土流失的關鍵措施［4］。有關土壤滲透能力的研究，已有較多報道，主要從不同山區林地類型［2，5－7］、不同區 域［3，8］、不同土地利用方式［9－10］、不 同措施［11］及其影響因子［12－13］的角度進行研究。影響土壤滲透率的因素較多。其中，孔隙結構對降雨入滲起決定性作用，土壤質地、土壤結構是影響土壤水分入滲特征的主導因素，另外，土壤有機質含量對土壤入滲的影響也較大［1］。但有關城市森林區的土壤滲透性能的研究少見報道。

城市森林對調節改善城市生態環境，尤其是對保持水土和涵養水源具有重要作用。廣州白云山是廣州市區最大的城市森林區，面積21km2。自1995年進行林分改造以來，已逐步形成具有嶺南特色的多樹種、多層次、多色彩、多香味、多功能的南亞熱帶季風常綠闊葉林的森林景觀［14］。其土壤的滲透能力是評價白云山對廣州城市地下水補給功能的重要指標。本文主要分析廣州白云山不同土壤層次、不同森林類型的滲透率及其主要的影響因子。旨在為處于南亞熱帶地區的類似城市森林區的水土保持功能的評價和水源涵養功能的測算提供理論依據。

1 研究區概況

廣州市白云山風景名勝區是國家4A級旅游景區，位于廣州市東北部，地理坐標約為北緯23°09′－23°11′，東經113°16′－13°19′，南北長約為7km，東西寬約4km，全區總面積20.98km2。整個山體南北走向，由海拔382m的主峰摩星嶺以及海拔250m以上的龍虎崗、白云頂、牛牯嶺、五雷嶺、將軍嶺、牛歸欄等山峰組成。該區地處南亞熱帶季風海洋性氣候區，年均氣溫21.4～21.8℃，極端最低氣溫0℃，極端最高氣溫38.7℃。年降水量1689 .3～1876 .5mm，且4－9月份降水量占全年降水量的85%以上，年均濕度79%。土壤為流紋狀花崗巖、石英巖、砂頁巖等發育的赤紅壤，pH 值為4.0～5.5，呈酸性［14］。試驗地的基本情況見表1。

主要樹種為中華錐（Castanopsis chinensis）、羅浮柿（Diospyros morrisiana）、降真香（Acronychia pedunculata）、楝葉吳茱萸（Evodia glabrifolia）、鴨腳木（Schefflera octophylla）、油茶（Camellia oleifera）、尖葉杜英（Elaeocarpus apiculatus）、藜蒴（Castanopsis fissa）、木荷（Schima superba）、加勒比松（Pinus caribaea）、大葉相思 （Acacia auriculiformis）、窿緣桉 （Eucalyptus exserta）、紅荷 （Schima wallichii）、樟 樹 （Cinnamomum camphora）、石 櫟（Lithocarpus glabra）。

表1 采樣點林分的基本情況

2 研究方法

2010年1月至3月在廣州白云山選擇了18個有典型代表性的林分樣地（面積10m×10m），并進行植被調查和土壤采樣。在設置的樣地內按0－20 cm、20－40cm、40－60cm分層取土壤樣品，每層3個重復。采用環刀法測定和計算土壤容重、水分含量、孔隙度等物理性質［15］。滲透率采用環刀法測定和計算，環刀規格為20cm2×5cm。在室外用環刀取原狀土，帶回室內浸入水中12h（采樣地的土壤屬于壤土），浸水時，保持水面與環刀上口平齊，勿使水淹到環刀上口的土面。到預定時間將環刀取出，去掉蓋子，上面套上一個大小相似的空環刀。接口處先用膠布封好，嚴防從接口處漏水，然后將接合的環刀放到漏斗上，漏斗下面承接燒杯。往上面的空環刀中加水，水面比環刀口低1mm，即水層厚5cm。加水后，自漏斗下面滴下第一滴水時開始計時，之后每隔2 min測量并記錄一次通過土柱滲透出的水量。測定過程中要不斷將上面環刀水面加至原來高度，同時記錄水溫（℃）。一直測到4個單位時間內滲出水量相等時為止［15］。

3 結果與分析

3.1 白云山森林土壤的滲透率分析

以廣州白云山各采樣點不同土壤層次滲透率的測定結果（如圖1），做方差分析和多重比較。結果表明，初滲速率、穩滲速率、平均滲透速率在不同層次間均無顯著差異（Pr＞0.05）。同一層次的初滲速率、穩滲速率、平均滲透速率的大小順序均為:初滲速率＞平均滲透速率＞穩滲速率。

圖1 廣州白云山森林土壤不同層次滲透率及多重比較結果

3.2 不同森林類型土壤滲透率分析及模型擬合

分別對廣州白云山的天然次生闊葉純林、天然次生闊葉混交林、人工闊葉林、人工針葉林和人工灌叢草地5種森林類型的滲透性指標做多重比較，結果如表2。結果表明，不同森林類型間的初滲速率、穩滲速率、平均滲透速率均無顯著差異。

表2 廣州白云山不同森林類型的土壤滲透率多重比較 mm／min

進一步模擬分析廣州白云山森林土壤滲透率變化，選用模型方程為

式中:f（t）——入滲速率；t——入滲時間；a、b——參數。模擬分析結果為

3.3 土壤滲透的影響因子分析

選擇土壤容重、孔隙度、石礫含量、質地、有機質對滲透率做相關性分析，結果如表3。結果表明，初滲速率、穩滲速率、平均滲透速率隨其它土壤性狀指標的相關性表現一致。滲透率除了與毛管孔隙度、質地、有機質、毛管持水量無顯著性相關外，其余均有極顯著相關。

表3 滲透率與其它土壤性狀指標的相關系數

3.4 影響土壤滲透的主導因子篩選

影響土壤滲透性能的因子是綜合的。為了更加明確各土壤因子對土壤滲透率的影響作用，進一步應用逐步回歸分析法以篩選土壤滲透率主導因子。

對滲透率（mm／min）與容重（g／cm3）、總孔隙度（%）、毛管孔隙度（%）、非毛管孔隙度（%）、土壤通氣孔隙度（%）、石礫含量（%）、質地（g／kg）做逐步回歸分析。應用SAS系統進行多元線性逐步回歸分析，自變量取舍標準為顯著性水平α＝0.05，結果如表4。結果表明，模擬模型達到極顯著水平。分別得出對初滲速率（y1）、穩滲速率（y2）、平均滲透速率（y3）與非毛管孔隙度（x1）、石礫含量（x2）較理想的回歸模型:

從各個變量的偏相關確定系數（偏R2）來看，土壤中各因子與初滲速率、穩滲速率、平均滲透速率的偏相關關系均為:非毛管孔隙度＞石礫含量。由此可見，通氣孔隙度是影響滲透率最主要的因子。

4 結論與討論

4.1 結 論

不同土壤層次的初滲速率、穩滲速率、平均滲透速率無明顯差異，其變化范圍分別為:2.26～3.91 mm／min、1.31～2.09mm／min、1.51～2.46mm／min。不同森林類型的初滲速率、穩滲速率、平均滲透速率也無顯著性差異。三者在不同森林類型間的大小順序均為:天然次生闊葉純林＞人工闊葉林＞人工針葉林＞天然次生闊葉混交林＞人工灌叢草地。土壤入滲速率f（t）對入滲時間（t）的關系表現為乘冪形式，回歸方程為:土壤初滲速率、穩滲速率和平均滲透速率分別與土壤總孔隙度、非毛管孔隙度、石礫含量均有極顯著正相關，與容重呈顯著負相關。其中，非毛管孔隙度和石礫含量是主導影響因子。

表4 滲透率與土壤因子的逐步回歸分析結果

4.2 討 論

關于不同土層間的滲透率變化不顯著已有報道［5］。同一層次的初滲速率、穩滲速率、平均滲透速率的大小順序均為:初滲速率＞平均滲透速率＞穩滲速率。這說明土壤的滲透速度剛開始比較大，至后來逐漸變小。這可能是由于隨著水分的下滲，上層顆粒也逐漸下移，阻塞孔隙，水分下滲的速度越來越慢。本文測定廣州白云山五種不同森林類型的滲透率雖有差異，但未達到顯著水平。這可能是與森林組成樹種的根系分布有關。廣州白云山土壤滲透率均較小，土壤滲水能力有待進一步提高。

關于土壤滲透性能影響因子的相關報道各有差異。本文與劉廣路等［7］、王景燕等［3］的研究結果基本一致。但本文研究得出滲透率與有機質、毛管孔隙度無顯著性相關。可能與廣州市白云山林下凋落物少，受人為干擾較為嚴重有關。林代杰等［9］也研究報道過毛管孔隙度對土壤滲透率無顯著性影響。土壤的滲透性能取決于非毛管孔隙，非毛管孔隙可使降水憑借重力和一定壓力梯度向土體滲透起著主導作用［6］。時忠杰等［13］認為在0－40cm土層，當礫石體積含量小于15%～20%時，穩滲速率隨礫石含量增加而增加；當礫石體積含量大于15%～20%時，土壤穩滲速率隨礫石含量增加而減小。在40cm以下土層，穩滲速率隨礫石含量增加而增加。本文研究得出在0－60cm土層的土壤滲透率與石礫含量呈極顯著正相關。

［1］王艷紅，宋維峰，李財金.不同竹林地土壤水分入滲研究［J］.水土保持研究，2009，16（2）:165－168.

［2］劉道平，陳三雄，張金池，等.浙江安吉主要林地類型土壤滲透性［J］.應用生態學報，2007，18（3）:493－498.

［3］王景燕，龔偉，胡庭興，等.川南天然常綠闊葉林人工更新后的土壤水源涵養功能［J］.浙江林學院學報，2007，24（5）:569－574.

［4］劉艇，李維義，王繼紅，等.侵蝕與非侵蝕黑土入滲性能差異性研究［J］.水土保持學報，2010，24（2）:83－86.

［5］霍小鵬，李賢偉，張健，等.川西亞高山人工針葉林枯落物持水與土壤滲透性能［J］.長江流域資源與環境，2010，19（5）:540－546.

［6］郝占慶，王力華.遼東山區主要森林類型林地土壤涵蓄水性能的研究［J］.應用生態學報，1998，9（3）:237－341.

［7］劉廣路，范少輝，漆良華，等.不同類型毛竹林土壤滲透性研究［J］.水土保持學報，2008，22（6）:44－47.

［8］楊海龍，朱金兆，畢利東.三峽庫區森林流域生態系統土壤滲透性能的研究［J］.水土保持學報，2003，17（3）:63－65.

［9］林代杰，鄭子成，張錫洲，等.不同土地利用方式下土壤入滲特征及其影響因素［J］.水土保持學報，2010，24（1）:33－36.

［10］周維，張建輝.金沙江支流沖溝侵蝕區四種土地利用方式下土壤入滲特性研究［J］.土壤，2006，38（3）:333－337.

［11］楊永輝，趙世偉，雷廷武，等.耕作對土壤入滲性能的影響［J］.生態學報，2006，26（5）:1624－1630.

［12］杜阿朋，何常清，管偉，等.六盤山疊疊溝小流域土壤穩滲速率及其影響因子［J］.林業科學，2009，45（10）:25－31.

［13］時忠杰，王彥輝，于澎濤，等.六盤山森林土壤中的礫石對滲透性和蒸發的影響［J］.生態學報，2008，28（12）:6090－6098.

［14］古炎坤.生態資源可持續發展理論與實踐:廣州市白云山國家重點風景名勝區［M］.廣州:中國林業出版社，2005:160－174.

［15］國家林業局.中華人民共和國林業行業標準:森林土壤分析方法［M］.北京:中國標準出版社，1999:22－24，32－33.