三峽庫區森林土壤大孔隙特征及對飽和導水率的影響

劉目興，吳　丹，吳四平，廖麗娟

1 地理過程分析與模擬湖北省重點實驗室，武漢　430079 2 華中師范大學城市與環境科學學院，武漢　430079

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三峽庫區森林土壤大孔隙特征及對飽和導水率的影響

劉目興1,2,*，吳丹1,2，吳四平1,2，廖麗娟1,2

1 地理過程分析與模擬湖北省重點實驗室，武漢430079 2 華中師范大學城市與環境科學學院，武漢430079

摘要:土壤大孔隙是土體內孔徑較大能優先傳導水分的根孔、洞穴或裂隙，大孔隙內優先流的產生是土壤水分運動研究由均衡走向非均衡的標志。利用原狀土柱的水分穿透試驗，對三峽庫區山地不同林型覆蓋下土壤的大孔隙結構進行了研究，分析了溫性闊葉林棕壤、針闊混交林黃棕壤、暖性針葉林黃壤及棄耕草地剖面內大孔隙的剖面分布特征及其對土壤飽和導水率的影響。結果表明：研究區內森林土壤的大孔隙當量孔徑在0.3—3 mm之間，占土壤總體積的0.15%—4.72%。大孔隙中孔徑0.3—0.6 mm的大孔隙密度最大，占大孔隙總數量的72.2%—90.4%；而孔徑 >1 mm的孔隙僅占大孔隙總數量的1.26%—8.55%。土壤大孔隙密度和大孔隙面積比的順序為：溫性闊葉林棕壤>針闊混交林黃棕壤>針葉林黃壤>棄耕坡地。各孔徑段的大孔隙密度在不同樣點均呈現A層-B層-C層逐漸減小的趨勢，大孔隙密度與有機質含量呈顯著正相關關系。土壤飽和導水率與不同孔徑大孔隙的密度、面積比均成顯著正相關關系，孔徑>1mm的大孔隙僅占大孔隙總數量的1.26%—8.55%，但決定了飽和導水率84.7%的變異。此外，森林土壤飽和導水率與各土壤層的有機質含量成顯著正相關關系，有機質的增多有利于改善土壤的入滲性能。

關鍵詞：土壤大孔隙；林型；飽和導水率；當量孔徑；三峽庫區

土壤大孔隙是孔徑較大，能夠優先傳導地表降水或灌溉水的物理孔隙[1]。大孔隙的存在使得地球關鍵帶內水分或溶質繞過土壤基質，以優先流的形式，快速通過土體補給地下水[2]。土體內連通的大孔隙為優先流的發生提供了路徑，加快了壤中流的產生，是森林涵養水源和調蓄徑流的主要方式[3- 6]。Watson[3]、Hayashi[4]、石輝[5]、陸斌[6]等研究發現大孔隙在山地森林土壤中普遍存在，雖然數量少，不及土壤總體積的5%，但是能夠傳導70%—85%以上的入滲水分通量。可見，土壤大孔隙是土壤水及溶質的運移的重要路徑，大孔隙內優先流的發生可以增大土壤入滲率，減少地表徑流和水土流失，是森林植被發揮涵養水源和保持水土等生態功能的關鍵。目前，大孔隙結構可通過直接觀察和間接測量獲得，前者包括染色示蹤、土壤切片、CT掃描和地透雷達探測等，后者包括張力入滲儀測量和穿透曲線法[7]。直接測量能直觀分析土壤孔隙結構，但并非土體內所有孔徑較大的孔隙都有快速傳導作用。Kodesova等[8]發現未在地表開口或未形成連通路徑的大孔隙內沒有優先流的出現，圖像分析得到的大孔隙數量比實際傳導水分的大孔隙更多。間接測量的張力入滲和穿透曲線法，兩者均將大孔隙近似為管狀，根據Hagen-poiseuille方程，建立大孔隙結構與水分通量間的關系[9- 11]。穿透曲線法根據出流的水分通量或標記物濃度變化，計算各孔徑范圍的大孔隙數量[12-13]。國內學者石輝[5]、時忠杰[14]、王偉[15]、田香姣[16]、陸斌[6]等曾利用水分穿透試驗對不同土壤的大孔隙特征進行了觀測與分析。由于試驗環境和材料的差異，得出的大孔隙數據差異較大，在運用Hagen-poiseuille方程計算大孔隙半徑時存在不一致，有必要展開更深入的研究。

三峽庫區水土流失嚴重，森林植被在截留降雨、調蓄徑流和保持水土的生態系統重建中處于不可替代的地位。國內許多學者對庫區植被的生態水文功能進行了大量的研究，對花崗巖為主的土壤內根孔、洞穴產生的“管流”也進行了試驗觀測[17]。這些觀測更多是基于染色法的剖面觀測，將大孔隙結構與入滲量相結合的研究較少[15]。降雨入滲時大孔隙內優先流是森林涵養水源和保持水土的關鍵，是森林生態功能的重要組成部分。選取緊鄰三峽大壩上游的鄧村—大老嶺為研究區，利用水分穿透曲線法對不同類型森林土壤的大孔隙結構及其傳導水分能力進行分析，期望為土壤水分運動模型提供參數，為評價大孔隙流的傳導功能提供依據。

1研究區概況與研究方法

1.1研究區概況

圖1　實驗樣地位置Fig.1　Location of the experimental sites

研究區位于湖北省宜昌市夷陵區和大老嶺林區，屬鄂西山地與秦巴山地的交界區，下游緊鄰三峽大壩，海拔100—2000 m，基巖以酸性結晶巖為主，是三峽庫區典型的地貌單元。地理位置為30°00′13″—31°28′30″N， 100°51′8″—111°39′30″E，具有亞熱帶季風性濕潤氣候特征，年平均氣溫16.7℃，年均降水量1101.1 mm，年均蒸發量950 mm，≥10℃的積溫5403.7℃，無霜期283d。山地氣候垂直地帶性顯著，中山以上氣候冷濕，多云霧，空氣相對濕度較大[18]。氣候和人類活動的影響下植被-土壤垂直地帶性分異明顯，基帶以紅壤和黃壤為主，分布范圍至800—1200 m，原生的常綠闊葉林僅殘存陡峭偏遠的溝谷生境，地表被馬尾松(Pinusmassoniana)、杉木(Cunninghamialanceolata)、鐵堅油杉(Keteleeriadavidiana)、栓皮櫟(Quercusvariabilis)、板栗(Castaneamollissima)等暖性針葉林或落葉闊葉林覆蓋。海拔960—1 600 m地段為山地黃棕壤，植被為常綠落葉針闊混交林，優勢種有短柄櫟(Quercusglanduliferavar.brevipetiolata)、板栗、千筋樹(Carpinusfargesiana)、杜鵑(Rhododendron)、冬青(Ilex)等落葉或常綠樹種。海拔1600 m以上為山地棕壤，植被為溫性落葉闊葉林，主要群落類型為米心水青岡林(Fagusengleriana)、鵝掌楸(LiriodendronL．)、板栗林、錐栗林(Castaneahenryi)和華山松林(Pinusarmandii)等[18]。各垂直帶內土壤發育程度差異大，海拔1600 m以上為大老嶺林區，植被覆蓋度80%，腐殖質層厚15—22 cm，土壤有機質較豐富；900—1600 m之間為常綠落葉針闊混交林，土壤質地細，土層厚30—40cm；800 m以下為山地黃壤，土層薄，質地粗，礫石和砂礫含量高。

1.2研究方法

沿圖1中夷陵區鄧村坪—大老嶺林場一線，在大老嶺(海拔1700 m)、白水頭(海拔1173 m)和竹林灣(海拔740.2 m)，布設溫性闊葉林山地棕壤、針闊混交林山地黃棕壤、暖性針葉林山地黃壤3種森林土壤樣地，并在羅家巖(海拔942 m)布設棄耕草地作為對照。每個垂直地帶內選擇3個重復樣地，各樣地內挖掘土壤剖面，用高5 cm、直徑5 cm的環刀采集原狀土用于室內水分穿透實驗和土壤容重測量，用滴管法分析土壤質地，重鉻酸鉀法測定土壤有機質含量，結果如表1。

表1　研究區內不同類型土壤的性質

* A、B、C分別表示腐殖質層、淋溶淀積層和母質層A、B、C refer to humus, leaching illuvial, parent material horizons respectively

1.2.1水分穿透曲線法測量大孔隙的原理

Radulovich等[12]、石輝等[5]、時忠杰等[14]研究中，將大孔隙界定為土壤田間持水量到飽和含水量之間的孔隙。飽和土柱入滲時水流首先從半徑最大的大孔隙穿透土體，而后加入導水過程的大孔隙半徑逐漸減小，至穩定出流時為孔徑最小的導水大孔隙[12]。土壤穿透試驗中水分運動速率較慢，處于層流范圍，假設土壤孔隙為圓形的情況下，可根據土壤水分穿透曲線理論，將流量方程：

Q=Av=πr2τL/t

(1)

與Hagen-Poiseuille方程：

Q=πr4△P/(8ητL)

(2)

聯合求解，大孔隙的當量孔徑：

r=τL[8η/(t△P)]1/2

(3)

式中,Q為單位流量(cm3/s)；A為孔隙面積(cm2)；v為流速(cm/s)；r為孔隙半徑；τ為水流實際路徑的彎曲系數，本研究取值1.2；L為土柱長度(cm)；η為水的粘滯系數(g cm-1s-1)；ΔP為壓力水頭(cm)；t為從首次加水開始計時的時間(s)。對任意時間土樣下出流水量進行觀測，利用公式(3)即可計算出對應的孔隙半徑。將出流水量對應的孔徑按照一定的間隔劃分出一個孔隙范圍，以孔徑平均值計算，當間隔排水量為Qe時，根據公式(4)可計算對應的大孔隙數量(N)：

(4)

大孔隙面積比是在假設孔隙為圓形前提下，根據公式(3)計算出的大孔隙半徑和公式(4)得出的大孔隙數量，計算單位面積上各個孔徑范圍所有大孔隙的面積總和，即為該土壤發生層內大孔隙面積比。

1.2.2供試土樣采集與出流量測定

2014年7—9月，用環刀(直徑5 cm、高5 cm)分層采集不同垂直帶的原狀土樣，不同樣地各發生層采樣深度如表1，每種樣地3個重復。采集的環刀樣品盡量減少震動，帶回室內后置于水中12 h以充分飽和，然后放置于粗砂上放置12 h，使其達到田間持水量。在環刀上邊緣與土壤樣品接觸的部分涂上凡士林，以保證水分不能通過土壤與環刀壁之間的孔隙直接流出。在原狀土環刀上方對置一同樣的空環刀，用玻璃膠粘結兩個環刀，使之緊密結合。在空環刀內放置一張濾紙，以防止水分沖刷破壞表層土壤結構。原狀土環刀下方放置濾紙并用多孔蓋抵托。用馬氏瓶控制水頭2 cm，從加水開始計時，當土柱下部有水流出時，每隔5 s、10 s或20 s收集出流水量，測定其體積，直到水流通量達到穩定為止。然后根據測定的出流水量作水分穿透曲線，確定其水流通量達到穩定的時間，再參照計算大孔隙的相關指標。根據水流穩定后的流量計算飽和導水率(Ks)，統一換算為10℃的飽和導水率(K10)。

2結果與分析

2.1不同類型森林土壤的大孔隙特征

研究區內4種類型森林土壤大孔隙的當量孔徑在0.3—3.0 mm之間(表2)，其中最小孔徑0.3 mm與水能夠自由移動孔隙孔徑的下限一致(d> 0.3 mm)，顯示土壤大孔隙的毛管作用較弱，大孔隙內水分以重力水為主，是降雨后水分快速穿透土體達到森林土壤深層的主要通道[19]。

三峽庫區溫性闊葉林山地棕壤、針闊混交林山地黃棕壤和暖性針葉林山地黃壤3種人類活動擾動較小的森林植被覆蓋的樣地，土壤各發生層的大孔隙密度在0.4×104—31.17×104個/m2之間，其中暖性針葉林山地黃壤B層最小，溫性落葉闊葉林山地棕壤A層最大。3種森林土壤的同一發生層內大孔隙密度相比較：亞高山溫性闊葉林棕壤>中山針闊葉混交林黃棕壤>低山暖性針葉林黃壤。以腐殖質層為例，亞高山溫性闊葉林棕壤樣地最大，達到31.17×104個/m2，低山暖性針葉林黃壤最小，為1.47×104個/m2，不足棕壤密度的5%。人類耕作后棄耕坡地的大孔隙平均密度0.72×104個/m2，比森林土壤大孔隙平均密度低兩個數量級。其中，耕作層和犁底層內土壤大孔隙密度分別為0.88×104個/m2和0.56×104個/m2，比亞高山溫性闊葉林樣地和中山針闊葉混交林樣地低了兩個數量級，與低山暖性針葉林樣地相差不大。人為耕作切斷了根孔、洞穴，破壞了土壤結構，減少了大孔隙密度[20]。同時，翻耕也會增加孔徑較小的大孔隙密度，棄耕坡地下孔徑為0.3—0.6 mm的大孔隙就比山地黃壤底層更多。此外，4種樣地內當量孔徑0.3—0.6 mm的大孔隙密度最大，占大孔隙總數量的72.2%—90.4%，而孔徑>1.0 mm的孔隙數量僅占大孔隙總數量的1.26%—8.55%。羅家巖棄耕地孔徑 0.3—0.6 mm孔隙比例最大為90.4%，竹林灣針葉林黃壤最小為72.2%，孔徑>1.0 mm的孔隙比例則是棄耕地最小為1.26%，針葉林黃壤最大為8.55%。

表2　不同類型森林土壤的大孔隙特征

* A、B、C分別表示腐殖質層、淋溶淀積層和母質層A、B、C refer to humus, leaching illuvial, parent material horizons respectively

土壤的大孔隙面積比，即土壤大孔隙斷面面積與土柱總過水斷面面積的百分比，能夠綜合反映大孔隙半徑及密度等因素對土壤水分運動的影響[6,14]。各樣地大孔隙面積比平均為2.42%，標準差為2.31%，變異系數為0.95。大孔隙面積比最大的為山地棕壤的A層，較小的為棄耕坡地的A層和B層。實際上，低山的暖性針葉林和棄耕坡地的大孔隙面積都較小，均不超過0.4%。不同類型森林土壤腐殖質層和淋溶淀積層內大孔隙面積比的順序為：亞高山溫性闊葉林棕壤>中山針闊混交林黃棕壤>低山針葉林黃壤，而中山針闊混交林黃棕壤母質層的大孔隙面積比略大于亞高山溫性闊葉林棕壤。山地棕壤的大孔隙面積比較大是由于土壤中植物根系密度大，土壤結構疏松，水分下滲路徑較多，這在野外染色試驗中得以證實[21]。山地黃壤石礫含量較高，質地粗，硬度大，限制了根孔、蟲洞等大孔隙的發育，大孔隙面積比僅為0.26%。與棄耕坡地比較，森林土壤大孔隙密度和大孔隙面積比的變異系數較大，這可能與林分類型不同時根系數量與長度的差異所致，也與土壤各發生層內礫石分布不均勻有關[14]。

2.2大孔隙的垂直剖面分布規律

森林土壤垂直剖面的各發生層大孔隙相比較，溫性闊葉林棕壤和針闊混交林黃棕壤下大孔隙密度：腐殖質層>淋溶淀積層>母質層，大孔隙數量隨著土壤深度的增加而逐漸減小，同時大孔隙面積比也相應的明顯減小(表2)。這種隨土壤深度增加大孔隙數量減少的趨勢在孔徑較大的大孔隙數量上表現得更加明顯，比如亞高山溫性闊葉林地C層的2.0—3.0 mm大孔隙密度只是A層的1/4，而其他孔徑的大孔隙密度比均在30%以上。這與隨深層土壤中的動植物活動減少有關，缺少了植物根系和動物活動對土壤的疏松作用，林地土壤的下層通常比上層更加緊實，大孔隙數量減少，孔徑越大的大孔隙受到的影響越大[22]。

低山暖性針葉林地各發生層間大孔隙面積比的差值不超過10%，A層2.0—3.0 mm的大孔隙密度只有13個/m2，而B、C層沒有該孔徑段的大孔隙(表2)。同時，竹林灣樣地下0.6—2.0 mm大孔隙密度均為B層最大而A層最小，0.3—0.6 mm大孔隙密度則是B層最小而A層最大。這與低山針葉林黃壤質地粗、多礫石有關，大孔隙以裂隙、裂縫為主，不同孔徑的大孔隙結構在剖面上的差異不大[14]。與低山暖性針葉林地相似，棄耕坡地各發生層的大孔隙面積比和孔隙密度相差不大，B層略低于A層。耕作或棄耕土壤中，犁底層由于長期耕作而被壓實，同時間歇澆灌和降水過程中表層淋失的粘粒在底層淀積，導致犁底層土壤緊實，總孔隙度小且以毛管孔隙為主[20]。

森林土壤垂直剖面上大孔隙的分布規律取決于土層內根系密度、動物孔穴和裂隙，而根系伸延和穴居動物活動與土壤有機質含量密切相關[23]。利用多因素偏相關分析法對各當量孔徑的大孔隙密度與對應有機質含量進行相關分析(表3)。結果顯示，當量孔徑為0.3—1.0 mm的大孔隙密度與有機質含量具有極顯著的正相關關系(P<0.01)，當量孔徑為1.0—3.0 mm的大孔隙密度與有機質含量具有顯著的正相關關系(P<0.05)。

表3　有機質含量、飽和導水率與不同當量孔徑大孔隙密度的相關關系

**P<0.01；*P<0.05

2.3大孔隙結構對飽和導水率的影響

土壤飽和導水率是表述土壤滲透性能的重要參數，主要受土壤質地、容重、孔隙結構的影響[19]。土壤大孔隙內運動的水流可以在較短的時間內滲透到土壤深層，并未與周圍土壤基質的水分交換。研究區所有樣地中土壤大孔隙面積比僅0.11%—7.16%，但大孔隙對水分的入滲通量和再分布影響依舊十分明顯。對各個當量孔徑的大孔隙密度與有機質含量、飽和導水率進行多因素偏相關分析，發現當量孔徑為0.6—1.2 mm的大孔隙密度對飽和導水率具有顯著影響(P<0.05)，當量孔徑為0.3—0.6 mm、1.2—3.0 mm的大孔隙密度與飽和導水率之間存在極顯著的正相關關系(P<0.01)(表3)。當量孔徑為0.3—0.6mm的大孔隙數量與密度，在不同類型土壤的不同土層中變化明顯，故其對飽和導水率的空間變化影響較大。當量孔徑為1.2—3.0 mm的大孔隙半徑較大，孔隙體積較大，連通度高，也是飽和土壤內水流的主要通道。對當量孔徑>1.0 mm的大孔隙密度與飽和導水率進行單因素回歸分析，發現研究區各樣地土壤飽和導水率與孔徑>1.0 mm的大孔隙密度成線性關系，擬合度高(圖2)。孔徑>1.0 mm的大孔隙密度僅占大孔隙總密度的1.26%—8.55%，但決定了飽和導水率84.7%的變異，這與陸斌在對秦嶺火地塘林區的土壤大孔隙與飽和導水率的回歸結果基本一致[6]。

大孔隙面積比綜合了孔隙孔徑與密度兩個參數，與土壤飽和導水率單因素相關系數高達0.97，兩者呈現極顯著的正相關關系(P<0.01)，表明飽和導水率對土壤中有效大孔隙度的變化比較敏感(圖3)。此外，土壤有機質不僅是土壤中養分的重要來源，而且在改善土壤質地、容重、土壤結構等物理性質上效果明顯。土壤飽和導水率與孔隙特征、有機質含量的偏相關分析顯示，有機質含量與飽和導水率之間具有極顯著的相關關系(P<0.01)，相關系數為0.77(表3)。有機質的增多能促進團粒狀結構的形成，使土壤更加疏松，改善土壤的通透性，從而提高土壤的導水性。

圖2　土壤飽和導水率與>1mm大孔隙密度的相關關系　Fig.2　Correlation analysis between saturated water conductivity and density of macropore with diameter larger than 1mm

圖3　土壤大孔隙面積比與飽和導水率的相關關系　Fig.3　Correlation analysis between the number of soil macropores and saturated water conductivity

3結論與討論

利用環刀土柱的水分穿透曲線法對三峽庫區不同類型森林土壤的大孔隙特征及其分布與土壤飽和導水率的關系進行了研究。三峽庫區土壤大孔隙主要是大于0.3 mm的自由導水孔隙，當量孔徑在0.3—3.0 mm之間，孔徑范圍與Beven and Germann[1]、王偉等[15]的研究結果一致，比時忠杰等[14]研究所得半徑范圍0.4—2.3 mm更寬，當量孔徑上限比石輝等[5]研究結果大0.6 mm，比陸斌等[6]研究結果小0.8 mm。土壤大孔隙僅占土壤總體積的0.15%—4.72%，不足土體的5%，與石輝等[5]在岷江上游的研究結果近似。大孔隙密度隨當量孔徑的增大而減小，當量孔徑 0.3—0.6 mm的孔隙密度最大，孔徑>1.0 mm的孔隙數量僅占大孔隙總數量的1.26%—8.55%。各類森林土壤的大孔隙密度及面積比相比較：溫性闊葉林棕壤>針闊混交林黃棕壤>針葉林黃壤。另外，人為耕作破壞了土壤結構，大孔隙數量銳減，棄耕坡地的大孔隙密度僅為7.2×103個/m2，比棕壤、黃棕壤和黃壤的大孔隙平均密度(1.34×105個/m2)，低兩個數量級。土壤垂直剖面上大孔隙分布呈現上層多，下層少的特點，森林土壤的大孔隙均呈現A層—B層—C層依次減少的趨勢，大孔隙密度與有機質含量成顯著正相關關系。石輝等[5]在岷江上游，陸斌等[6]在秦嶺火地塘林區和王偉等[15]在四面山闊葉林區對土壤大孔隙垂直分布的研究也得到類似結論，而李偉莉等[13]對長白山的棕色針葉林土和山地苔原的研究卻是大孔隙數量隨土壤深度的增加而增大，這與試驗觀測的土壤垂直剖面結構存在較大變異有關。

土壤飽和導水率與不同孔徑的大孔隙密度、大孔隙面積比均存在顯著正相關關系，與陸斌[6]、王偉[15]等的研究結果基本一致。石輝等[5]對岷江上游土壤的研究認為孔徑>1.4 mm的孔隙決定了飽和導水率69%的變異，陸斌等[6]研究對秦嶺火地塘林區土壤的研究顯示孔徑>1.5 mm的大孔隙決定了飽和導水率84.4%的變異。三峽庫區土柱實驗顯示，孔徑>1 mm的大孔隙密度僅占大孔隙總密度的1.26%—8.55%，但決定了飽和導水率84.7%的變異。孔徑范圍更大(1.0—3.0 mm)的大孔隙對飽和導水率的變化影響更大。

綜上所述，土壤大孔隙是山地土壤水分傳導的主要路徑，土壤飽和導水率與土壤大孔隙半徑、密度和大孔隙面積比顯著相關。大孔隙的形成與土壤性質、動植物活動等關系密切，森林土壤尤其是闊葉林和針闊混交林下有機質含量豐富，根系穿插形成的根孔改善了土壤滲透性能，而根系較淺的暖性針葉林黃壤大孔隙路徑發育較弱，人為翻耕后土壤大孔隙更少。大孔隙內優先流的產生不僅與土壤本身性質有關，還與降水特征、初始含水量及斥水性礫石等邊界條件有關，未來需要進一步討論大孔隙內優先流產生的原因及變異，為土壤水分運動模型的構建和庫區的生態建設提供參考。

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收稿日期:2015- 04- 28;

修訂日期:2015- 11- 30

*通訊作者

Corresponding author.E-mail: liumuxing@mail.ccnu.edu.cn

DOI:10.5846/stxb201504280880

Characteristic of soil macropores under various types of forest coverage and their influence on saturated hydraulic conductivity in the Three Gorges Reservoir Area

LIU Muxing1,2,*, WU Dan1,2, WU Siping1,2, LIAO Lijuan1,2

1HubeiProvinceLaboratoryforGeographicalProcessAnalyzing&Modeling,,Wuhan430079,China2CollegeofUrbanandEnvironmentalSciences,CentralChinaNormalUniversity,Wuhan430079,China

Abstract：Soil macropores refer to pores with a larger diameter and higher hydraulic conductivity than those of the soil matrix; these macropores include root channels, caves, and fissures. The preferential flow of water to the soil macropores would result in non-uniform soil water transport, this indicates a need to study the mechanisms of soil water movement from homogeneous to heterogeneous fields. Water breakthrough experiments with undisturbed soil samples identified the structure of the macropores of four kinds of mountain soils covered by different forest types in the Three Gorges Reservoir Area (brown earth covered by subalpine temperate deciduous broad-leaved forest, yellow-brown earth covered by deciduous coniferous broad-leaved mixed shrubs, yellow earth covered by low-mountain warm coniferous forests, and abandoned farmland covered by herbaceous plants). The profiled soil macropore characterizations and their effects on saturated hydraulic conductivity were analyzed. The results indicated that the equivalent radii of the soil macropores in the study area ranged from 0.3 to 3.0 mm, accounting for only 0.15%—4.72% of the soil bulk volume. The proportion of macropores with the radii from 0.3 to 0.6 mm was the largest, accounting for 72.2%—90.4% of the total macropore amount, while the proportion of macropores with radii > 1 mm accounted for only 1.26%—8.55%. Soil macropore density and the proportion of the average area of the macropores in different soil types decreased in the following order: brown earth covered by subalpine temperate deciduous broad-leaved forest > yellow-brown earth covered by deciduous coniferous broad-leaved mixed shrubs > yellow earth covered by low-mountain warm coniferous forest > abandoned farmland covered by herbaceous plants. All macropores, regardless of radius, decreased with increasing soil depth, from the humus horizon (layer A) to the leaching illuvial horizon (layer B) to the parent material horizon (layer C), and a significant correlation was observed between soil macropore density and soil organic matter content. Significant correlations were also observed between the following pairs: saturated hydraulic conductivity and soil macropore density, and proportion of the average area of macropores and organic matter content. Macropores with a radius > 1mm, constituting only 1.26%—8.55% of the total amount of macropores, accounted for 84.7% of the variability in saturated soil hydraulic conductivity. Collectively, these results suggest that increased organic matter in forest soil layers can improve its infiltration capability.

Key Words:soil macropores; forest types; saturated hydraulic conductivity; equivalent radii; Three Gorges Reservoir Area

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