植被恢復過程中土壤滲透性能研究現狀及展望

何海洋 張震 尹忠 張毅

摘 要：土壤滲透性能是植被水文功能研究的重要指標之一，同時也是影響土壤侵蝕的重要因素之一。鑒于此，文章主要從黃土丘陵區、衡陽紫色土丘陵、喀斯特地區、滇中地區4個不同區域分析植被恢復過程中土壤滲透性能，明確植被恢復過程中土壤滲透性能的國內外研究進展，及其在理論、技術和應用方面的不足。研究認為：（1）研究區域應多集中在上述區域；（2）發展物理性質檢測技術。

關鍵詞：滲透性能；水文功能；土壤侵蝕；初始入滲速率

中圖分類號：S154.1 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）20-0082-03

Abstract： Soil permeability is one of the important indexes in the study of vegetation hydrological function， and it is also one of the important factors affecting soil erosion. In view of this， the paper mainly analyzes the soil permeability in the process of vegetation restoration from four different regions of loess hilly region， purple soil hilly area in Hengyang， karst area and central Yunnan Province. To clarify the research progress of soil permeability in the process of vegetation restoration at home and abroad， as well as its theoretical， technical and application deficiencies. It is considered that （1） the research area should be the above mentioned area， and （2） the physical property detection technology should be developed.

Keywords： permeability； hydrological function； soil erosion； initial infiltration rate

森林生態系統有一個非常重要的功能，即森林的水源涵養功能[1]。土壤滲透性能與森林的水源涵養功能和水土保持、降低洪峰影響的作用相關[2]。水分的下滲速度是確保森林土壤水源涵養發揮的重要因子[3，4]。地表徑流的轉換和調節與土壤滲透性能密切相關，土壤的侵蝕量與土壤的滲透性能呈顯著性相關[5]。因此，土壤滲透性能成為學科中土壤水文學的研究重點部分[6]。對不同植被恢復過程中土壤滲透性能的評價與分析，能夠為不同的森林植被的水源涵養功能的相關一系列研究提供依據。不同植被恢復類型、不同的恢復階段和不同的土層厚度的土壤滲透性能有著較大差異。研究表明，土壤的理化性質、人為干擾和林利用方式等對土壤滲透能力均有著一定的影響，但在不同植被恢復條件下，影響土壤滲透特性的因素也有一定差異[7]。

我國現在的植被恢復過程中土壤滲透性能研究主要在土壤滲透過程模型、機理、滲透特征、影響因素及植被恢復模式對滲透的影響評價方面，且研究區域主要集中在黃土丘陵區、紫色土丘陵、喀斯特地區、滇中地區。因此，該文通過研究不同區域植被恢復過程中土壤滲透性能，表明土壤物理性質的改變對植被恢復過程中土壤滲透性能的影響，為以下研究區域的不同植被恢復建設和生態建設提供依據和指導[8]。

1 土壤滲透性能的概念

滲透是水分在土壤中向下的流動，從土壤表面滲入土壤中形成土壤水的過程。土壤滲透性能決定著土壤對水分傳輸的再分配，是森林植被水文功能研究的一個重要指標，是評價水源涵養能力和土壤水分調節能力的一個重要指標，同時也對土壤侵蝕有較大影響[9]。土壤滲透性能受制于許多外在因素和內在因素的影響，與不同植被類型、土壤種類、土壤結構和降雨強度等密切相關[10]。

2 土壤滲透性能的現狀

目前，國內外學者對土壤滲透性能進行了大量的研究，并建立了Phillip、Green-Ampt、Horton等著名模型及經驗公式，進而對土壤滲透的過程進行了定量描述與模擬[11，12]。我國已經在黃土丘陵區、衡陽紫色土丘陵、喀斯特地區和滇中地區進行了大量土壤滲透性能方面的研究工作，獲得了大量理論與實踐成果，土壤滲透性能與其土壤理化性質的關系主要集中在物理性質的改善對土壤滲透性能的影響方面。在進行土壤滲透性能實驗時，大多研究主要單環法、雙環法、張力入滲儀法和室內模擬降雨法，側重的觀測不同植被恢復過程、不同地類或不同土壤的表層土壤入滲性能和不同層次土壤滲透能力；在分析影響因素時，現有大家研究的是初始含水率、土壤容重和土壤質地對滲透性能的影響，和研究土壤滲透能力與土壤有機質、土壤結構的關系。因此，研究不同植被恢復過程中土壤滲透性能，對區域水土保持及生態建設有著重大的意義。

3 不同植被恢復過程中土壤滲透性能

3.1 黃土丘陵區退耕地植被恢復過程中土壤滲透性能

將黃土丘陵區1，4，8a退耕地上的植物群落組成演替序列，并以研究區域天然狼牙刺群落和人工檸條群落作對照，上述植被恢復過程中，對土壤穩定入滲過程和入滲特征進行了詳細對比研究。研究表明隨著退耕地上植被的恢復，土壤的滲透速率不斷提高，土壤物理性質的改善對土壤的滲透性能的影響非常大。

3.1.1 植被建設

不同恢復植被類型對土壤滲透性能的改善能力有較大差異，對于黃土丘陵區而言，針對性進行植被建設是提高土壤滲透性能的主要有效途徑，隨著森林植被的恢復過程中，不同植被類型土壤穩定滲透率、累積滲透量和飽和導水率較恢復前期顯著的增大，其中人工檸條林地土壤的增幅是最為明顯。

總的來說，通過狼牙刺和檸條進行比較，研究表明退耕地植被恢復能夠提高土壤的滲透性能和改善土壤的理化性質。

3.1.2 土壤活性孔隙

土壤飽和導水率和入滲速率分別和土壤總孔隙度和土壤容重兩種物理性質之間有著較明顯的關系。隨著不同森林植被恢復過程中，表層土壤的土壤孔隙度增加和容重減小，導致更有利水分的下滲，從而土壤的入滲能力得到了提高。

3.1.3 土壤物理性質

在黃土丘陵區，狼牙刺屬于相對穩定的自然群落之一，森林植被與土壤長時間互相影響將形成一個最佳的土壤滲透特征。這將作為土壤滲透性能參考標準的理想值。研究表明土壤的物理性質在逐漸改善提高，因為在森林植被恢復過程中，退耕年限高點的土壤飽和導水率、飽和導水率逐步靠近該理想值。

3.2 衡陽紫色土丘陵坡地植被恢復過程中土壤滲透性能

為探討不同植被恢復模式對土壤滲透性能的影響，實驗以裸地為對照，以土壤的初滲率、穩滲率、平均滲透率和滲透總量表征土壤滲透性，對衡陽紫色土丘陵4 種不同植被恢復模式的滲透性及其與土壤物理性質進行研究。結果表明：4 種植被恢復模式的土壤滲透性均優于裸地，各不同植被恢復模式土壤滲透性能大小依次為：楓香×苦楝>牡荊×刺槐>紫薇×糯米條>狗尾草×狗芽根>裸地[9]。

3.2.1 土層深度

以裸地為對照，采取0～15cm、15～30cm和30～45cm的土壤進行研究，土壤的物理性質改善隨土層深度的加深而減弱，因此，在衡陽紫色土丘陵地區，我們選擇植被種類應該較慎重，盡可能的選擇根系深、生物量大、耗水量低的森林植被種。從而達到提高土壤物理性質及防止水土流失的效果。

3.2.2 構建模式

土壤水貯存在土壤當中，研究表明土壤層決定了改善水土保持能力，不同的構建模式和枯枝落葉層組成與結構均能影響土壤的物理性質。孔隙度的大小及性質影響著雨水的下滲速率和水分貯存。在4種不同構建模式中，楓香×苦楝模式在減少地表徑流、水源涵養等方面優于其他模式。在林草植被模式中，林下草本植物與枯枝落葉在減少地表徑流、水源涵養方面有極其重大的影響。因此，在森林植被恢復過程中，該采取相應的有效措施以保護已有的地表植被與枯落物，進一步加強森林植被的建設[9]。

3.3 喀斯特地區植被恢復過程中土壤滲透性能

喀斯特以烤煙坡耕地和柳杉人工林作為對照，研究喀斯特地區植被恢復過程地區大灣小流域不同植被恢復階段樣地和不同經果幼林樣地中的土壤滲透性能及其影響因素。結果表明：土壤滲透性能由高到低的順序為李樹+金銀花>刺梨+獼猴桃>李樹+刺梨>棗樹+玉米，喬木疏林>灌木林>灌草>喬灌過渡林> 草坡>柳杉人工林；烤煙坡耕地土壤平均入滲速率與穩定入滲速率均次于喬木疏林地，烤煙坡耕地土壤入滲性能較好。

3.3.1 生態恢復措施

在喀斯特地區實施喬灌搭配式和灌草坡的封育的生態恢復措施，能夠有效地增加土壤水分下滲，進而減少地表徑流。

考斯恰柯夫、Horton、Philip這 3種模型的研究都能夠闡述土壤入滲速率與時間的變化的關系。對柳杉人工林和植被恢復不同階段的土壤滲透過程來說，考斯恰柯夫模型擬合效果不錯。對李樹+金銀花、棗樹+玉米的入滲過程，Horton模型擬合效果不錯；Philip模型對烤煙坡耕地和刺梨+獼猴桃、李樹+刺梨2種經果幼林的土壤入滲擬合效果不錯[6]。

3.3.2 顆粒質量含量

土壤0.05～0.001mm粉粒質量含量和1～0.05mm砂粒質量含量與土壤滲透性能有著相關關系，土壤水分的滲透速率能夠由其相關關系構建線性方程定量來詳細描述。

3.4 滇中不同植被恢復過程中土壤滲透性能

對滇中桉樹林、荒坡灌草叢、云南松林、針闊混交林、次生常綠闊葉林5種不同植物群落恢復措施下，土壤滲透性及其相關影響因子進行研究。結果表明：土壤的飽和導水率在不同植物群落中的大小順序為：次生常綠闊葉林>針闊混交林和荒坡灌草叢>云南松林>桉樹林。

3.4.1 群落結構

在不同的植物群落恢復下，隨群落結構復雜程度的升高，土壤容重下降，總孔隙度及有機質含量遞增；土壤滲透與土壤容重成負相關關系，與總孔隙度及有機質含量成正相關關系。在滇中地區以植物群落結構恢復為主要手段而間接的改善土壤性質，進而改變土壤滲透的影響因子，這樣才能達到水源涵養的生態效應。

3.4.2 土壤結構

滇中桉樹林、荒坡灌草叢、云南松林、次生常綠落葉林、針闊混交林物種植物群落結構逐步完善過程中，土壤結構發生較大的變化有：土壤容重下降、有機質含量和總孔隙度增加。土壤物理性質的變化是飽和導水率隨植物群落恢復過程中而逐漸增大，大小順序為：次生常綠落葉林>針闊混交林和荒坡灌草叢>云南松林>桉樹林；云南松林和桉樹林歷時最短到達穩滲率，明顯高于其他植被類型。通過逐步改善的土壤物理性質和飽和導水率相關性分析也證明了在不同植被恢復過程中土壤結構的改善與土壤滲透的相關性。

4 結果分析

在對于黃土丘陵區退耕地植被恢復過程中土壤滲透性能的研究中，說明隨著退耕地上植被的恢復，土壤的入滲速率不斷提高，土壤的滲透性能受土壤理化性質影響非常大。

衡陽紫色土丘陵坡地植被恢復過程中土壤滲透性能研究表明：土壤滲透性隨土壤深度的增加而減弱；不同的構建模式和枯枝落葉層組成與結構均能影響土壤的物理性質，從而影響土壤滲透性能。

喀斯特地區植被恢復過程中土壤滲透性能研究表明：不同土地利用類型、生態恢復措施和顆粒質量含量，土壤滲透性能不同。

滇中不同植被恢復過程中土壤滲透性能研究表明：不同的群落結構和土壤結構改善土壤理化性質，從而不同程度影響土壤滲透性能。

4個地區大都是通過研究土壤理化性質探索植被恢復過程中土壤滲透性能，但都是通過不同方向進行研究的，如衡陽紫色土丘陵區研究不同的構建模式，枯枝落葉層組成與結構不同，造成土壤物理性質的差異。目前川中丘陵區研究土壤滲透性能大多數是不同利用方式下土壤滲透性能，本文不同植被恢復過程下土壤滲透方面的研究，以期為四川以后防治區域水土流失、協調區域土地利用及退耕還林工程的有效實施提供一定理論依據。

5 結束語

土壤滲透性能將決定地表徑流的調節和轉換的能力，根據相關研究表明土壤侵蝕與土壤滲透性能呈顯著相關。因此，土壤滲透性能是反映植被保持水土和水源涵養作用重要的水文效應評價指標，為植被恢復建設及可持續的生態建設提供理論依據與技術指導。但目前國內外對于不同植被恢復過程中土壤滲透性能的研究極不完善，通過結合國內外研究現狀，針對現在存在的問題及發展趨勢，植被恢復過程中土壤滲透性能相關研究應重點在以下兩個方面需進一步深入：

（1）研究區域應多集中于人為干擾嚴重，生態系統退化嚴重的黃土丘陵區、衡陽紫色土丘陵、喀斯特地區、滇中地區和川中丘陵區等，同時針對土壤界面的水文效應研究應該增多。

（2）發展物理性質檢測技術，土壤滲透性能與理化性的關系大多集中在物理性質的差異對土壤滲透性能的影響方面。因此，目前國內應該增加研究物理性質不同的方向與土壤滲透性能的相關關系，對相應重點區域水土保持及生態建設有很大的研究意義。

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