濕地植物對土壤入滲特征與持水能力影響研究

卜鵬圖

(遼寧省林業(yè)科學研究院，遼寧 沈陽 110032)

濕地是重要的國土資源和自然資源，與人類的生存、繁衍和發(fā)展息息相關(guān)，是自然界最富生物多樣性的生態(tài)景觀和人類最重要的生存環(huán)境之一[1]，在抵御洪水、調(diào)節(jié)徑流、蓄洪防旱、提高生物多樣性、促進水禽的繁殖和遷徙、調(diào)節(jié)氣候、控制土壤侵蝕、碳循環(huán)、美化環(huán)境等方面有著其它系統(tǒng)不可替代的作用[2]，被譽為“地球之腎”、“物種基因庫”和“鳥類的樂園”。

土壤是連接生物圈、大氣圈、巖石圈最重要的過渡帶，是人類、動植物、微生物等賴以生存的生境之一，研究土壤的水分入滲特性是人類了解并積極開展土壤侵蝕防治的有效前提。濕地土壤通過調(diào)節(jié)水分在時空上再分布而抵御了洪水、干旱等自然災害，維護了濕地生態(tài)系統(tǒng)的多樣性及正常的生態(tài)服務功能[3]，研究濕地土壤入滲特征對認識濕地水文循環(huán)具有重要意義。濕地植物種類豐富，其根系的組成和分布差異很大，因而影響土壤的入滲特征，本文選取蘆葦、扁稈藨草Scirpusplaniculmis、針藺Trichurusmonsoniae、香蒲Typhaorientalis作為研究對象，通過現(xiàn)場采樣與室內(nèi)實驗測定土壤理化性質(zhì)，分析不同植物對土壤入滲特征與持水性能的差異，為保護撫順社河濕地生態(tài)及當?shù)赝寥郎鷳B(tài)建設提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

社河濕地位于遼寧省撫順縣東部山區(qū)，地理位置124°07′～124°16′E，41°41′～41°47′N，總面積734.54 hm2，河道平均比降3.08‰，濕地率為54.96%。屬溫帶大陸性季風氣候，年均氣溫6.6 ℃，無霜期130～150 d，年均降水量826.8 mm，多年平均蒸發(fā)量1 100 mm。土壤以棕壤為主。

1.2 研究方法

通過查閱相關(guān)文獻和現(xiàn)場調(diào)查，選取蘆葦、扁稈藨草、針藺、香蒲作為研究對象，以10 cm為1個土層采集土壤樣品，每個土層3個重復，用于測定土壤物理性質(zhì)。采用環(huán)刀法測定濕地土壤入滲過程；濕地土壤持水性能計算方法如下[2]：

式中：S為飽和持水量(%)；r為土壤密度(g·cm-3)；H為土層厚度(cm)；W為凋萎持水量(%)；n為土壤層次；C為田間持水量(%)。

2 結(jié)果與分析

2.1 濕地植物土壤水分入滲特征

由圖1可知，入滲初期土壤入滲速率最大，隨后下降，10 min內(nèi)下降明顯，以蘆葦0～10 cm(表層)的下降趨勢最大，可以達到31.25%；10 min后，由于試驗土樣水分增大，土壤水分梯度降低，導致土壤入滲速率下降，但相對比較緩慢；當入滲時間達到50 min后，入滲速率接近穩(wěn)定。各土層之間的入滲速率存在差異，蘆葦0～10 cm土層入滲速率大于其他土層，在降雨時大量地表徑流入滲到土壤中，降低地表徑流侵蝕發(fā)生的程度，但會增加地表粗糙度。針藺以20～30 cm土層的入滲速率最大，30～40 cm土層入滲速率最小，成為限制該樣地土壤入滲能力的主要限制土壤層次。扁稈藨草10～20 cm入滲速率最大，而0～10 cm、20～30 cm、30～40 cm土層入滲速率較低，與其他土層深度相差3倍左右，0～10 cm和20～30 cm土層入滲速率較為接近。香蒲20～30 cm入滲速率最大，而10～20 cm入滲速率最小。

圖1 不同樣地土壤水分入滲過程

2.2 濕地植物土壤持水特征

土壤存儲的水分稱為土壤水庫，土壤的蓄水能力相當于土壤水庫的庫容[4-6]。土壤水庫總庫容反映了土壤貯存水分的能力，死庫容不能被植物利用。社河濕地不同植物土壤水庫特征見表1。

表1 不同樣地土壤水庫特征

隨著土層深度的增加，土壤持水能力呈減小的變化特征。在0～10 cm土層中，田間持水量表現(xiàn)為扁稈藨草(32.64%)>蘆葦(31.54%)>香蒲(28.42%)>針藺(27.72%)，而土壤萎蔫含水量則以蘆葦和香蒲較高，針藺最小。不同濕地植物的土壤滯洪庫容最大為扁稈藨草1 197.02 t·hm-2，其次是蘆葦和針藺，最小為香蒲653.44 t·hm-2，最大值約是最小值的2倍；較小的滯洪庫容不利于地表徑流的入滲，形成大量的地表徑流，進而導致嚴重的土壤侵蝕。各樣地中，0～30 cm土層最大有效庫容表現(xiàn)為扁稈藨草>蘆葦>針藺>香蒲，最大值為1 873.58 t·hm-2，最小值為1 018.28 t·hm-2，在相同土層深度的條件下，扁稈藨草供水能力較好，香蒲供水總量較低。

3 結(jié) 論

在各種濕地植物中，蘆葦20～30 cm土層、針藺30～40 cm土層、扁稈藨草30～40 cm土層是限制各土層入滲能力的關(guān)鍵，而香蒲各土層入滲能力較為接近，分布合理，各土層的初始入滲率、平均入滲率和穩(wěn)定入滲率較為接近。針藺和扁稈藨草的初始入滲率和穩(wěn)定入滲率均差異明顯，兩者相差12.66～38.61倍。土壤持水能力隨著土層深度的增加而呈減小的變化特征，0～10 cm土層田間持水量表現(xiàn)為扁稈藨草>蘆葦>香蒲>針藺。不同濕地植物土壤水分特征存在較大差異，土壤飽和含水量、田間持水量和萎蔫含水量均隨土層深度的增加而減小。土壤滯洪庫容表現(xiàn)為扁稈藨草>蘆葦>針藺>香蒲，最大為1 197.02 t·hm-2，最小為653.44 t·hm-2，最大值約是最小值的2倍；最大有效庫容表現(xiàn)為扁稈藨草>蘆葦>針藺>香蒲，最大值為1 873.58 t·hm-2，最小值為1 018.28 t·hm-2。