海拔及旅游干擾對(duì)武功山山地草甸土壤滲透性的影響

李 志,袁穎丹,4,胡耀文,孟文武,張學(xué)玲,郭曉敏,張文元,胡冬南,牛德奎,*

1 江西農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院,南昌 330045 2 江西省森林培育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,南昌 330045 3 江西特色林木資源培育與利用2011協(xié)同創(chuàng)新中心,南昌 330045 4 南京林業(yè)大學(xué)林學(xué)院,南京 210037

土壤是植被發(fā)揮水文調(diào)節(jié)作用的主要場(chǎng)所,土壤滲透能力是影響土壤侵蝕的重要因素之一,是反映土壤水源涵養(yǎng)及調(diào)節(jié)功能的重要指標(biāo)[1- 2]。李建興等[3]對(duì)三峽庫(kù)區(qū)幾種邊坡植被土壤滲透性進(jìn)行研究,發(fā)現(xiàn)香根草(Vetiveriazizanioides)的土壤滲透性最好,其次是紫花苜蓿(Medicagosativa)和百喜草(Paspalumnotatum),狗牙根(Cynodondactylon)土壤的滲透性最差；郁耀闖和張光輝[4]對(duì)黃土高原丘陵區(qū)農(nóng)耕地土壤滲透性的研究表明,容重、孔隙度、農(nóng)事活動(dòng)和作物根長(zhǎng)是影響滲透性季節(jié)變動(dòng)的關(guān)鍵因素；石玉龍等[5]對(duì)西藏色季拉山不同海拔梯度急尖長(zhǎng)苞冷杉(Abiesgeorgeivar.smithii)土壤入滲特征的研究表明,海拔越高,土壤滲透性越差；王意錕等[6]對(duì)浙西南不同經(jīng)營(yíng)強(qiáng)度下毛竹(Phyllostachysheterocycla)林的研究表明,人為干擾弱的林地,土壤滲透性更好。張淑蘭等[7]對(duì)小興安嶺不同類型森林土壤特征的研究表明,淺層(0—20 cm)土壤的初滲率和穩(wěn)滲率大于深層(20—50 cm)；Jeff等[8]通過對(duì)美國(guó)南卡羅來(lái)納州的農(nóng)田添加生物炭的實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)生物炭的添加對(duì)土壤滲透性具有很好的改良作用；康金林等[9]通過室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)土壤入滲率與不同控制水平土壤初始含水率和容重呈反比的關(guān)系。綜合來(lái)看,當(dāng)前國(guó)內(nèi)外關(guān)于土壤滲透性的研究中,大多關(guān)注工程、農(nóng)業(yè)、林地或室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容,也從不同角度分析了土壤滲透性的影響因素,而對(duì)于亞熱帶山地草甸土壤滲透性方面研究較少。

江西武功山草甸是亞熱帶山地草甸的典型代表,以面積廣和分布基準(zhǔn)海拔低的特點(diǎn),在華東植被垂直帶譜中具有典型性和特殊性,但人為干擾和過度旅游開發(fā)使武功山脆弱的山地草甸出現(xiàn)嚴(yán)重退化和破碎化態(tài)勢(shì)[10]。我們已在武功山草甸土壤養(yǎng)分[11- 12]、種子庫(kù)特征[13]、山地草甸景觀的旅游營(yíng)銷[14]及草甸物種對(duì)氣候變化的影響[15]等方面有一定研究積累,這里依據(jù)武功山山地草甸特殊生態(tài)系統(tǒng)對(duì)旅游干擾和海拔具有較為敏感性的特點(diǎn),開展不同海拔高度和旅游干擾程度的草甸土壤滲透性和理化性質(zhì)測(cè)定與分析,探討土壤滲透性特征及其主要影響因子。研究結(jié)果將使人們對(duì)亞熱帶山地草甸土壤水文特征有深入了解,為亞熱帶山地草甸的科學(xué)研究、生態(tài)修復(fù)和可持續(xù)經(jīng)營(yíng)規(guī)劃提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)自然概況

江西武功山位于吉安市、萍鄉(xiāng)市、宜春市三個(gè)地級(jí)行政區(qū)交界處(114°10′—114°17′ E,27°25′—27°35′ N),是湘江水系及贛江水系的分水嶺,綿延大約120 km,總面積大約970 km2,年均溫為14—16℃,夏季的最高溫為23℃,年均日照時(shí)長(zhǎng)為1580—1700 h,年均蒸發(fā)量為1360—1700 mm,年均濕度值為70%—80%,年均降雨量為1350—1570 mm,武功山山體巖石類型主要為花崗巖和片麻巖,主峰白鶴峰(金頂)海拔1918.3 m[16]。武功山草甸分布區(qū)的土壤主要是亞熱帶山地草甸土,色澤幽黑,干后成塊,草甸分布主要開始于海拔1600 m左右,主要有禾本科的芒(Miscanthussinensis)、野古草(Arundinellaanomala)、茅根(Perotisindica)等,還有少量蓼科(Polygonaceae)、薔薇科(Rosaceae)、唇形科(Labiatae)和十字花科(Cruciferae)植物,其中,芒是區(qū)域內(nèi)的分布最廣的建群種植被[17]。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與樣品采集

從海拔和旅游干擾兩個(gè)方面對(duì)武功山草甸土壤滲透特征進(jìn)行綜合調(diào)研。2013年10月,從草甸分布邊緣區(qū)開始向上至山頂,每隔約100 m左右的范圍設(shè)置為一個(gè)海拔梯度,即1600 m、1700 m、1800 m、1900 m,在每個(gè)海拔梯度范圍選擇無(wú)干擾的草甸區(qū)域,隨機(jī)設(shè)置3個(gè)10 m×10 m的重復(fù)樣方,作為研究海拔高度對(duì)草甸土壤滲透性影響的處理。武功山金頂(主峰)區(qū)域?yàn)榈湫偷穆糜胃蓴_區(qū),在該海拔(1900 m)范圍,參照國(guó)家質(zhì)檢總局2004年頒布的《天然草地退化、沙化鹽漬化的分級(jí)指標(biāo)》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB 19377—2003)[18]和相關(guān)學(xué)者[19- 21]對(duì)退化草地分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的研究結(jié)果,依據(jù)旅游干擾所造成的植被覆蓋率(Coverage rate,縮寫為CR)減少后的相對(duì)百分?jǐn)?shù)(%),設(shè)置無(wú)干擾 (Control check,縮寫CK,CR≥90%)、輕度干擾(Light disturbance, LD, 60%≤CR<90%)、中度干擾(Medium disturbance, MD, 30%≤CR<60%)、重度干擾(Severe disturbance, SD, CR<30%)等4種處理,每種處理隨機(jī)設(shè)置3個(gè)10 m×10 m的重復(fù)樣地,研究不同干擾程度對(duì)山地草甸土壤滲透性的影響。山地草甸不同研究處理及樣地基本概況見表1。

在每個(gè)10 m×10 m的樣方內(nèi)沿兩條對(duì)角線及其交匯點(diǎn)進(jìn)行5點(diǎn)采樣,每個(gè)采樣點(diǎn)的土壤包括兩層,即0—20 cm和20—40 cm,同土層深度的土壤混合均勻后,用“四分法”取出約500 g土壤裝保鮮袋,帶回實(shí)驗(yàn)室自然風(fēng)干,揀去動(dòng)植物殘?bào)w和石塊后進(jìn)行粉碎,過2 mm篩孔制作待測(cè)樣品,土壤pH、有機(jī)質(zhì)(OM)、堿解氮(AN)、速效磷(AP)、速效鉀(AK)等化學(xué)指標(biāo)采用土壤養(yǎng)分系統(tǒng)研究法(ASI法)測(cè)定[22]。在每個(gè)樣方內(nèi),按 “品”字形或沿對(duì)角線方式各選3個(gè)重復(fù)采樣點(diǎn),各點(diǎn)間距在5 m左右,分0—20 cm和20—40 cm兩個(gè)土層深度進(jìn)行取樣,每個(gè)樣點(diǎn)的每層土壤均用2個(gè)環(huán)刀采樣,1個(gè)環(huán)刀的樣品用來(lái)測(cè)定土壤容重、最大持水量、最小持水量、毛管持水量,另1個(gè)環(huán)刀的樣品采用雙環(huán)滲透法測(cè)定土壤入滲特性[23- 24]。利用美國(guó)生產(chǎn)的W.E.T Sensor Kit土壤水分、溫度速測(cè)儀進(jìn)行土壤溫度及水分的測(cè)定。

1.3 土壤滲透性指標(biāo)計(jì)算及入滲過程擬合

參考相關(guān)文獻(xiàn)資料[7],選擇初滲率、平均入滲率、穩(wěn)滲率、滲透總量作為研究土壤滲透特征的指標(biāo),其中：

初滲率=最初入滲時(shí)段內(nèi)滲透量/入滲時(shí)間,本研究最初入滲時(shí)間為2 min；

表1 不同處理山地草甸樣地基本概況

CK：試驗(yàn)對(duì)照(無(wú)干擾),Control check(no disturbance)；LD：輕度干擾,Light disturbance；MD：中度干擾,Medium disturbance；SD：重度干擾,Severe disturbance；NE：東偏北,north of due east

平均入滲率=達(dá)穩(wěn)滲時(shí)的滲透總量/達(dá)穩(wěn)滲時(shí)的時(shí)間；

穩(wěn)滲率：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)的滲透量趨于穩(wěn)定時(shí)的滲透速率；

因所有土樣滲透速率在60 min前己達(dá)穩(wěn)定,為了便于比較,滲透總量統(tǒng)一取前60 min內(nèi)的滲透量。

有關(guān)土壤水分入滲的數(shù)學(xué)模型有許多種,參照有關(guān)研究結(jié)果[3],選擇4個(gè)常用的入滲模型來(lái)擬合武功山山地草甸土壤水分入滲過程,通過這些模型的對(duì)比分析,選出適用于該區(qū)域的最優(yōu)模型。

(1)考斯加科夫(Kostiakov)模型：

f(t)=at-b

式中：f(t)為土壤入滲率(mm/min)；t為入滲時(shí)間(min)；a,b為擬合參數(shù)。

(2)菲利普(Philip)模型：

f(t)=(1/2)St-1/2+A

式中：A為穩(wěn)滲率(mm/min)；S為土壤吸水率。

(3)霍頓(Horton)模型：

f(t)=fc+(f0-fc)e-kt

式中：fc,f0,k分別為穩(wěn)滲率、初滲率、常數(shù)。

(4)通用經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ停?/p>

f(t)=a′+b′t-n

式中：a′,b′為經(jīng)驗(yàn)參數(shù),n為擬合參數(shù)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

用Microsoft Excel 2016對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行初期統(tǒng)計(jì)與匯總,采用SPSS 21.0的單因素方差分析(one-way ANOVA)檢驗(yàn)不同處理山地草甸土壤滲透性差異(α=0.05),當(dāng)差異性顯著時(shí),采用Turkey法進(jìn)行多重比較。對(duì)山地草甸土壤滲透性進(jìn)行主成分分析；對(duì)土壤滲透性與土壤理化性質(zhì)進(jìn)行Pearson相關(guān)分析,并進(jìn)行逐步回歸分析,建立土壤滲透性的回歸方程。

2 結(jié)果與分析

2.1 山地草甸土壤滲透特征

2.1.1 不同海拔山地草甸土壤滲透性

武功山不同海拔草甸土壤的初滲率、穩(wěn)滲率、平均入滲率、滲透總量等4個(gè)指標(biāo)分布規(guī)律相似(圖1),表現(xiàn)為初滲率>平均入滲率>穩(wěn)滲率,0—20 cm土層各指標(biāo)數(shù)值高于20—40 cm。在0—20 cm土層中,1600—1800 m,隨著海拔的升高,各指標(biāo)數(shù)值呈現(xiàn)降低的趨勢(shì),但是在1900 m海拔數(shù)值較高；20—40 cm土層滲透性各指標(biāo)呈現(xiàn)不規(guī)則的波動(dòng)狀分布,但4個(gè)指標(biāo)均在1700 m海拔數(shù)值最高。不同海拔土壤滲透性分布特征為：

初滲率中,0—20 cm土層其大小順序?yàn)?600 m>1900 m>1700 m>1800 m,即為30.62 mm/min、15.91 mm/min、14.26 mm/min、3.42 mm/min,1600 m與1800 m土壤初滲率差異顯著(P<0.05)；20—40 cm土層其大小順序?yàn)?700 m>1900 m>1600 m>1800 m,即為2.62 mm/min、9.85 mm/min、0.15 mm/min、3.46 mm/min,1700 m與1600 m、1800 m土壤初滲率差異顯著(P<0.05)；1600 m及1900 m兩個(gè)海拔不同土層深度土壤初滲率差異顯著(P<0.05)。

穩(wěn)滲率中,0—20 cm土層其大小順序?yàn)?600 m>1700 m>1900 m>1800 m,即為26.27 mm/min、12.26 mm/min、2.46 mm/min、7.82 mm/min,1600 m與1800 m、1900 m土壤穩(wěn)滲率差異顯著(P< 0.05)；20—40 cm土層其大小順序?yàn)?700 m>1900 m>1600 m>1800 m,即為1.82 mm/min、8.24 mm/min、0.11 mm/min、2.58 mm/min,1800 m土壤穩(wěn)滲率與其他海拔差異顯著(P<0.05)；1600 m不同土層深度數(shù)值差異顯著(P< 0.05)。

平均入滲率中,0—20cm土層其大小順序?yàn)?600 m>1700 m>1900 m>1800 m,即為27.41 mm/min、13.19 mm/min、10.64 mm/min、2.85 mm/min,1600m與1800 m土壤平均入滲率差異顯著(P<0.05),20—40 cm土層其大小順序?yàn)?700 m>1900 m>1600 m>1800 m,即為8.83 mm/min、3.02 mm/min、2.15 mm/min、0.12 mm/min,1700 m與1600 m、1800 m土壤平均入滲率差異顯著(P<0.05)；1600 m不同土層深度土壤平均入滲率差異顯著(P<0.05)。

滲透總量中,0—20 cm土層其大小順序?yàn)?600 m>1700 m>1900 m>1800 m,即為1592.59 mm/min、750.48 mm/min、522.87 mm/min、151.41 mm/min,1600 m與1800 m、1900 m土壤滲透總量差異顯著(P<0.05)；20—40 cm土層其大小順序?yàn)?700 m>1900 m>1600 m>1800 m,即為501.58 mm/min、161.83 mm/min、114.30 mm/min、6.24 mm/min,1700 m與1600 m、1800 m土壤滲透總量差異顯著(P<0.05)；1600 m不同土層深度土壤滲透總量差異顯著(P<0.05)。

圖1 不同海拔高度山地草甸土壤滲透性(平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤)Fig.1 Soil permeability of mountain meadow at different elevations(Mean±S.E.)不同大寫字母表示相同土層深度不同海拔差異顯著(P<0.05),不同小寫字母表示同一海拔不同土層深度差異顯著 (P<0.05)

2.1.2 不同干擾程度山地草甸土壤滲透性

不同干擾程度山地草甸土壤滲透性分布規(guī)律相同(圖2),均表現(xiàn)出初滲率>平均入滲率>穩(wěn)滲率的特征,隨著干擾程度的增強(qiáng),土壤初滲率、穩(wěn)滲率、平均入滲率和滲透總量等4個(gè)指標(biāo)在不同土層深度均呈現(xiàn)遞減的趨勢(shì),即CK>LD>MD>SD。0—20 cm土層滲透性各指標(biāo)高于20—40 cm。不同干擾程度土壤滲透性分布特征為：

初滲率中,0—20 cm土層其數(shù)值為15.91 mm/min、9.33 mm/min、7.18 mm/min、2.81 mm/min,CK與SD土壤初滲率差異顯著(P<0.05)；20—40 cm土層其數(shù)值為3.46 mm/min、2.11 mm/min、0.89 mm/min、0.32 mm/min,不同干擾程度土壤初滲率差異不顯著(P>0.05)；CK和MD不同土層深度土壤初滲率差異顯著(P<0.05)。

穩(wěn)滲率中,0—20 cm土層其數(shù)值為7.82 mm/min、3.44 mm/min、3.1 mm/min、1.88 mm/min,CK與SD土壤穩(wěn)滲率差異顯著(P<0.05)；20—40 cm土層其數(shù)值為2.58 mm/min、2.07 mm/min、0.63 mm/min、0.3 mm/min,不同干擾程度土壤穩(wěn)滲率差異不顯著(P>0.05)；MD不同土層深度土壤穩(wěn)滲率差異顯著(P<0.05)。

平均入滲率中,0—20cm土層其數(shù)值為10.64 mm/min、5.59 mm/min、4.39 mm/min、2.5 mm/min,CK與SD土壤平均入滲率差異顯著(P<0.05)；20—40 cm土層其數(shù)值為3.02 mm/min、2 mm/min、0.68 mm/min、0.31 mm/min,CK與SD土壤平均入滲率差異顯著(P<0.05)；MD不同土層深度土壤平均入滲率差異顯著(P<0.05)。

滲透總量中,0—20 cm土層其數(shù)值為522.87 mm/min、253.24 mm/min、203.5 mm/min、118.27 mm/min,CK與SD土壤滲透總量差異顯著(P<0.05)；20—40 cm土層其數(shù)值為161.83 mm/min、103.96 mm/min、38.62 mm/min、18.02 mm/min,CK與SD土壤滲透總量差異顯著(P<0.05)；MD不同土層深度土壤滲透總量差異顯著(P<0.05)。

圖2 不同干擾程度山地草甸土壤滲透性(平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤)Fig.2 Soil permeability of mountain meadow at different disturbance levels(Mean±S.E.)不同大寫字母表示相同土層深度不同干擾程度差異顯著(P<0.05),不同小寫字母表示同一干擾程度不同土層深度差異顯著(P<0.05);CK：試驗(yàn)對(duì)照(無(wú)干擾),Control check(no disturbance)；LD：輕度干擾,Light disturbance；MD：中度干擾,Medium disturbance；SD：重度干擾,Severe disturbance；NE：東偏北,north of due east

2.2 不同海拔及干擾程度草甸土壤滲透性綜合評(píng)價(jià)

以初滲率(F1)、穩(wěn)滲率(F2)、平均入滲率(F3)和滲透總量(F4)為評(píng)定指標(biāo)進(jìn)行主成分分析,綜合比較不同海拔及干擾程度下不同土層土壤滲透性能。從表2可知,第一個(gè)主成分的方差累積貢獻(xiàn)率達(dá)97.684%,第一主成分提供的信息量最大,而所有變量的正載荷相差不大,根據(jù)因子得分系數(shù)矩陣,其主成分方程為f=0.248F1+0.254F2+0.255F3+0.255F4,通過方程計(jì)算不同海拔高度及不同干擾程度的上、下層的土壤滲透性得分,并進(jìn)行排序(表3和表4),可知不同處理土壤滲透性存在差異,在不同海拔高度上,0—20 cm土層,在1600 m范圍表現(xiàn)最優(yōu),20—40 cm土層則是在1700 m范圍表現(xiàn)最優(yōu),從平均得分來(lái)看,在1600—1800 m,隨海拔的增高,土壤滲透性逐漸降低,而在1900 m又有所提高(表3),不同干擾程度上,0—20 cm土層在CK表現(xiàn)最優(yōu),20—40 cm土層,在SD表現(xiàn)最優(yōu),從平均得分來(lái)看,隨著干擾程度的增強(qiáng),土壤滲透性逐漸降低(表4)。

表2 山地草甸土壤滲透性主成分分析

表3 不同海拔高度山地草甸土壤滲透性排序

表4 不同干擾程度山地草甸土壤滲透性排序

2.3 不同海拔高度和干擾程度山地草甸土壤入滲特征模擬

不同處理山地草甸土壤入滲過程4個(gè)模型的擬合精度存在差異(表5),通用經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛿M合的相關(guān)系數(shù)為0.84—0.98,平均相關(guān)系數(shù)為0.92；Horton模型擬合的相關(guān)系數(shù)為0.57—0.98,平均相關(guān)系數(shù)為0.85；Philip模型擬合的相關(guān)系數(shù)為0.14—0.94,平均相關(guān)系數(shù)為0.71；Kostiakov模型擬合的相關(guān)系數(shù)為0.15—0.89,平均相關(guān)系數(shù)為0.66。從擬合優(yōu)度考慮,通用經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛿M合效果最好,Horton模型次之,Philip模型和Kostiakov模型擬合效果都比較差。在相關(guān)系數(shù)為0.92以上的17個(gè)入滲最優(yōu)模型中,通用經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ陀?個(gè),占了52.94%,Horton模型有7個(gè),占41.18%,Philip模型有1個(gè),占5.88%,無(wú)Kostiakov模型。所以,通用經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ捅容^適合模擬武功山山地草甸區(qū)域的土壤入滲過程,而Horton模型的模擬效果不夠理想,Philip模型和Kostiakov模型不適合該區(qū)域內(nèi)土壤水分入滲過程的模擬。

表5 山地草甸土壤入滲特征的擬合參數(shù)

a′：經(jīng)驗(yàn)參數(shù),Empirical parameter；b′：經(jīng)驗(yàn)參數(shù),Empirical parameter；n：擬合參數(shù),Fitting parameter；R2：相關(guān)系數(shù)(下同),Correlation coefficient(the same below)；fc：穩(wěn)滲率,Steady infiltration rate；f0：初滲率,Initial infiltration rate；k：常數(shù),Constant；A：穩(wěn)滲率,Steady infiltration rate；S：土壤吸水率,Soil water absorption rate；f(t)：土壤入滲率,Soil infiltration rate；t：入滲時(shí)間,Infiltration time；a：擬合參數(shù),Fitting parameter；b：擬合參數(shù),Fitting parameter

2.4 土壤滲透特性與土壤理化性質(zhì)的關(guān)系

由表6可知,山地草甸土壤滲透性特征4個(gè)指標(biāo)與土壤濕度、毛管持水量顯著正相關(guān)(P<0.05),與容重顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05),初滲率、平均入滲率與速效氮含量顯著正相關(guān)(P<0.05),穩(wěn)滲率、平均入滲率、滲透總量與速效鉀含量顯著正相關(guān)(P<0.05)。以山地草甸理化指標(biāo)土壤溫度(A1)、土壤濕度(A2)、最大持水量(A3)、毛管持水量(A4)、最小持水量(A5)、容重(A6)、pH(A7)、有機(jī)質(zhì)(A8)、速效氮(A9)、速效磷(A10)、速效鉀(A11)為自變量,土壤滲透性特征4個(gè)指標(biāo)初滲率(F1)、穩(wěn)滲率(F2)、平均入滲率(F3)、滲透總量(F4)為因變量,進(jìn)行逐步回歸分析,得到滲透性特征4個(gè)指標(biāo)的指導(dǎo)因子方程為：F1=-26.871A2+55.377(R2=0.164,P=0.008),F2=0.426A4-0.45A5+2.451(R2=0.564,P<0.001),F3=0.455A4-0.481A5+3.112(R2=0.563,P<0.001),F4=25.91A4-27.445A5+163.489(R2=0.563,P<0.001)。

表6 山地草甸土壤理化性質(zhì)與滲透特性的相關(guān)分析

**. 在0.01 水平(雙側(cè))上顯著相關(guān), *. 在 0.05 水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)

3 討論

通過對(duì)武功山山地草甸土壤滲透性特征的分析,發(fā)現(xiàn)0—20 cm土層的土壤滲透性高于20—40 cm,土壤滲透性受海拔影響,但其分布特征不完全與海拔高度變化相一致?？傮w來(lái)看,土壤初滲率、穩(wěn)滲率、平均入滲率和前60 min滲透總量等在1600 m到1800 m隨著海拔升高逐漸降低,在1900m又有所增加。有研究者[25- 29]對(duì)青藏高原高寒草甸和北方山地紅松、油松林的土壤養(yǎng)分、植被生物量或土壤滲透率狀況進(jìn)行研究,均發(fā)現(xiàn)所測(cè)定指標(biāo)不完全與海拔高度趨勢(shì)相一致,隨著土層深度增加,土壤滲透性降低,與本文的研究結(jié)果相似。

隨著干擾程度的增強(qiáng),武功山山地草甸土壤滲透性呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢(shì)。王意錕等[6]對(duì)不同經(jīng)營(yíng)強(qiáng)度的毛竹林地土壤滲透性進(jìn)行研究后發(fā)現(xiàn),隨著經(jīng)營(yíng)強(qiáng)度的增加,林地土壤滲透性也呈降低趨勢(shì),也與本研究結(jié)果相呼應(yīng)。張曉芹等[30]對(duì)賀蘭山及千佛山的草原植被進(jìn)行研究,發(fā)現(xiàn)隨著旅游干擾強(qiáng)度的增加土壤的容重和含水量分別呈現(xiàn)增加和減低的趨勢(shì),這與本研究的結(jié)果一致。

土壤容重是土壤的透水性以及通氣性的重要反映,土壤持水量、含水量、貯水量是反映水源涵養(yǎng)能力的重要指標(biāo)[31],土壤的滲透及蓄水能力等受到土壤容重的影響,幾項(xiàng)指標(biāo)之間存在著相互作用的關(guān)系[32]。武功山草甸分布區(qū)海拔及旅游干擾程度的變化使土壤容重也產(chǎn)生了改變,而土壤滲透性所呈現(xiàn)的分布規(guī)律可能是因?yàn)殡S著海拔升高植被的長(zhǎng)勢(shì)逐漸矮化,根系也逐漸細(xì)淺,進(jìn)而影響土壤滲透性呈遞減趨勢(shì),而在1900 m海拔的風(fēng)力相對(duì)其他海拔區(qū)域更大,為抵抗風(fēng)力,該區(qū)域的植被根系可能更為密集、粗壯,進(jìn)而影響到土壤容重及持水量等性能,致使?jié)B透率在該海拔范圍有所增加；旅游干擾的增強(qiáng),游人踩踏行為增多,致使土壤致密性增加,容重也會(huì)變大,從而造成土壤滲透性的降低。

土壤水分入滲模型有許多種[9,33],在不同的研究區(qū)域,各個(gè)模型的適用性不同[6,34],因?yàn)槟壳皩?duì)亞熱帶山地草甸滲透性特征的研究較少,所以本文采用了4個(gè)滲透模型分別對(duì)其適用性進(jìn)行擬合,發(fā)現(xiàn)通用經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ驮谠搮^(qū)域的擬合效果最好。土壤水分的滲透過程復(fù)雜,滲透性能越好,地表徑流越少,土壤侵蝕量也會(huì)相應(yīng)減少[35]。武功山不同海拔草甸上層及上、下層平均土壤滲透性在海拔1800 m范圍最低,且與1600 m差異明顯,可能在1800 m范圍是山地草甸生態(tài)系統(tǒng)較為脆弱的區(qū)域,未來(lái)在進(jìn)行開發(fā)的建設(shè)的時(shí)候要尤其注意做好保護(hù)措施。在1900 m的典型旅游干擾區(qū),重度干擾的土壤滲透性最低,因此,要及時(shí)對(duì)該干擾程度下的草甸植被及土壤進(jìn)行修復(fù),以免造成進(jìn)一步的土壤侵蝕。

4 結(jié)論

武功山山地草甸土壤滲透性在不同海拔高度總體表現(xiàn)為：在1600—1800 m范圍,隨著海拔升高土壤滲透性逐漸降低,而在高海拔的1900 m范圍又滲透性提高。隨著干擾程度的增強(qiáng),土壤滲透性逐漸降低。表層(0—20 cm)土壤滲透性高于底層(20—40 cm),且初滲率>平均入滲率>穩(wěn)滲率,通用經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ湍芨玫臄M合本研究區(qū)的土壤滲透過程。土壤滲透性與土壤濕度、毛管持水量呈顯著正相關(guān),與容重顯著負(fù)相關(guān),初滲率、平均入滲率與速效氮含量顯著正相關(guān),穩(wěn)滲率、平均入滲率、滲透總量與速效鉀含量顯著正相關(guān)。

[1] 莫斌, 陳曉燕, 楊以翠, 羅幫林, 唐菊, 宮春明, 林芷行, 周土金, 申云康. 不同土地利用類型土壤入滲性能及其影響因素研究. 水土保持研究, 2016, 23(1): 13- 17.

[2] Ma W M, Zhang X C. Effect of Pisha sandstone on water infiltration of different soils on the Chinese Loess Plateau. Journal of Arid Land, 2016, 8(3): 331- 340.

[3] 李建興, 何丙輝, 諶蕓. 不同護(hù)坡草本植物的根系特征及對(duì)土壤滲透性的影響. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2013, 33(5): 1535- 1544.

[4] 郁耀闖, 張光輝. 黃土丘陵區(qū)典型農(nóng)耕地土壤穩(wěn)定入滲率季節(jié)變化. 水土保持通報(bào), 2016,36(2): 8- 11.

[5] 石玉龍, 周晨霓, 王建峰, 邱英強(qiáng), 馬和平. 西藏色季拉山不同海拔梯度急尖長(zhǎng)苞冷杉林土壤入滲特征研究. 林業(yè)資源管理, 2015,(4): 98- 103.

[6] 王意錕, 金愛武, 方升佐, 田野. 浙西南不同經(jīng)營(yíng)強(qiáng)度下毛竹林土壤滲透性研究. 水土保持研究, 2015, 22(2): 41- 46.

[7] 張淑蘭, 張海軍, 張武, 王長(zhǎng)寶, 鄧際華, 宋英博, 張強(qiáng). 小興安嶺南麓典型森林類型的土壤水文功能研究. 水土保持研究, 2015, 22(1): 140- 145.

[8] Novak J, Sigua G, Watts D, Cantrell K, Shumaker P, Szogi A, Johnson M G, Spokas K. Biochars impact on water infiltration and water quality through a compacted subsoil layer. Chemosphere, 2016, 142: 160- 167.

[9] 康金林, 楊潔, 劉窯軍, 涂安國(guó). 初始含水率及容重影響下紅壤水分入滲規(guī)律. 水土保持學(xué)報(bào), 2016, 30(1): 122- 126.

[10] 李真真, 鄭翔, 牛德奎, 郭曉敏, 謝碧裕, 張學(xué)玲. 武功山山地草甸主要群落類型高光譜特征. 草業(yè)科學(xué), 2016, 33(8): 1492- 1501.

[11] 趙曉蕊, 郭曉敏, 張金遠(yuǎn), 牛德奎, 單連友, 張文元, 魏曉華, 陳伏生, 黃尚書, 李志, 張學(xué)玲, 龔霞. 武功山山地草甸生態(tài)系統(tǒng)土壤無(wú)機(jī)磷垂直地帶性分布特征. 草業(yè)科學(xué), 2014, 31(9): 1610- 1617.

[12] 趙自穩(wěn), 郭曉敏, 牛德奎, 劉宇新, 張學(xué)玲, 李真真, 張文元. 不同季節(jié)和退化程度下山地草甸土壤氮素含量的變化. 南方農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào), 2015, 46(8): 1401- 1405.

[13] 彭輝武, 劉忠華, 李萍球, 王伯民, 潛偉平, 劉江華, 鄧樹波. 武功山退化山地草甸土壤種子庫(kù)的研究. 生態(tài)科學(xué), 2016, 35(1): 98- 102.

[14] 李梁平, 謝曉文, 胡明文. 武功山景區(qū)綠色營(yíng)銷的實(shí)施研究. 中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報(bào)(社會(huì)科學(xué)版), 2015, 9(4): 23- 26.

[15] Deng B L, Li Z Z, Zhang L, Ma Y C, Li Z, Zhang W Y, Guo X M, Niu D K, Siemann E. Increases in soil CO2and N2O emissions with warming depend on plant species in restored alpine meadows of Wugong Mountain, China. Journal of Soils and Sediments, 2016, 16(3): 777- 784.

[16] 袁穎丹, 李志, 牛德奎, 郭曉敏. 武功山山地草甸不同干擾程度土壤機(jī)械組成分布特征. 綠色科技, 2015(11): 27- 28.

[17] 袁穎丹, 李志, 張文元, 牛德奎, 郭曉敏. 武功山山地草甸不同海拔土壤氮素分布及其與土壤物理性質(zhì)的關(guān)系. 中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報(bào), 2016, 36(10): 108- 113.

[18] 中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局. GB19377—2003 天然草地退化、沙化、鹽漬化的分級(jí)指標(biāo). 北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社, 2004.

[20] 劉淑麗, 林麗, 張法偉, 杜巖功, 李以康, 郭小偉, 歐陽(yáng)經(jīng)政, 曹廣民. 放牧季節(jié)及退化程度對(duì)高寒草甸土壤有機(jī)碳的影響. 草業(yè)科學(xué), 2016, 33(1): 11- 18.

[21] 高艷美, 吳鵬飛. 高寒草甸退化對(duì)土壤昆蟲多樣性的影響. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2016, 36(8): 2327- 2336.

[22] 金繼運(yùn), 白由路, 楊俐平. 高效土壤養(yǎng)分測(cè)試技術(shù)與設(shè)備. 北京: 中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社, 2006:74- 84.

[23] Su Z A, Zhang J H, Nie X J. Effect of soil erosion on soil properties and crop yields on slopes in the Sichuan Basin, China. Pedosphere, 2010, 20(6): 736- 746.

[24] 中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院林業(yè)研究所. LY/T 1215—1999 森林土壤水分-物理性質(zhì)的測(cè)定. 北京: 中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社, 1999.

[25] 王寧, 楊雪, 李世蘭, 王楠楠, 韓冬雪, 馮富娟. 不同海拔紅松混交林土壤微生物量碳、氮的生長(zhǎng)季動(dòng)態(tài). 林業(yè)科學(xué), 2016, 52(1): 150- 158.

[26] 劉哲, 李奇, 陳懂懂, 翟文婷, 趙亮, 徐世曉, 趙新全. 青藏高原高寒草甸物種多樣性的海拔梯度分布格局及對(duì)地上生物量的影響. 生物多樣性, 2015, 23(4): 451- 462.

[27] 德科加, 張德罡, 王偉, 徐成體, 張明, 魏希杰. 不同海拔下高寒草甸土壤養(yǎng)分分異趨勢(shì)及其與地上植物量間的相關(guān)性研究. 草地學(xué)報(bào), 2013, 21(1): 25- 29.

[28] 盧振啟, 黃秋嫻, 楊新兵. 河北霧靈山不同海拔油松人工林枯落物及土壤水文效應(yīng)研究. 水土保持學(xué)報(bào), 2014, 28(1): 112- 116.

[29] 魯紹偉, 陳波, 潘青華, 李少寧, 張玉平, 任翠梅. 北京山地不同海拔人工油松林枯落物及其土壤水文效應(yīng). 水土保持研究, 2013, 20(6): 54- 58.

[30] 張曉芹, 孫磊, 張強(qiáng). 旅游干擾對(duì)濟(jì)南千佛山風(fēng)景區(qū)土壤部分生態(tài)因子的影響. 水土保持學(xué)報(bào), 2015, 29(4): 332- 336.

[31] 劉暢, 滿秀玲, 劉文勇, 姚月鋒, 范金鳳. 東北東部山地主要林分類型土壤特性及其水源涵養(yǎng)功能. 水土保持學(xué)報(bào), 2006,20(6): 30- 33.

[32] 高強(qiáng)偉, 代斌, 羅承德, 劉麗, 馬丹, 張翠翠. 蜀南竹海毛竹林土壤物理性質(zhì)空間異質(zhì)性. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2016, 36(8): 2255- 2263.

[33] Liang C P, Hsu S X, Chen J S. An analytical model for solute transport in an infiltration tracer test in soil with a shallow groundwater table. Journal of Hydrology, 2016, 540: 129- 141.

[34] 莫斌, 陳曉燕, 劉濤, 楊以翠, 黃秀鳳, 黃啟亮, 林芷行, 簡(jiǎn)慧, 周土金, 申云康. 紫色土丘陵區(qū)土壤入滲及其測(cè)定方法研究. 水土保持學(xué)報(bào), 2016, 30(2): 116- 121.

[35] 沈奕彤, 郭成久, 李海強(qiáng), 呂明波. 降雨歷時(shí)對(duì)黑土坡面養(yǎng)分流失的影響. 水土保持學(xué)報(bào), 2016, 30(2): 97- 101.