中亞熱帶不同演替森林群落林地土壤滲透性特征1)

朱夢(mèng)雪 王克勤 趙洋毅 涂曉云

(西南林業(yè)大學(xué),昆明,650224)

演替等級(jí)較高群落提高水分入滲、改善土壤結(jié)構(gòu)、調(diào)節(jié)森林水量平衡[1],群落植被豐富,土壤結(jié)構(gòu)孔隙大、有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)高[2]。植被、土壤與森林功能緊密相關(guān)[3],森林群落正向演替可改善土壤結(jié)構(gòu),土壤有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)和顆粒穩(wěn)定性均提高[4-6];Jucker et al.[7]研究表明,不同土壤和氣候特征能夠調(diào)節(jié)森林生態(tài)功能;植被豐富度可影響森林群落多功能性,物種豐富,群落林分結(jié)構(gòu)復(fù)雜,土壤孔隙度改善顯著,生態(tài)系統(tǒng)功能隨之提高[8-9]。

水分下滲過程受土壤條件、植被根系、孔隙特征以及水熱條件等多因素影響,土壤入滲情況能夠反映土壤結(jié)構(gòu)特征,土壤結(jié)構(gòu)和質(zhì)量佳,則入滲能力好[10-11];植被根系分布與入滲情況顯著相關(guān),除風(fēng)沙區(qū)外,林地根系網(wǎng)絡(luò)較草地發(fā)達(dá),林地土壤孔隙性能更佳[12],風(fēng)沙區(qū)植被恢復(fù)改善土壤結(jié)構(gòu),截留蓄積水分,抑制水分下滲,故草地土壤入滲較林地更快[13];Chari et al.[14]在空間尺度上探究不同入滲時(shí)間和入滲量的差異,分析入滲速率與各參數(shù)關(guān)系。研究可以采用環(huán)刀定水頭法監(jiān)控土壤入滲過程,也可用Horton、Kostiakov等模型模擬入滲過程及效果。天山不同群落的入滲過程與Kostiakov模型擬合度大于其他模型,更能準(zhǔn)確反應(yīng)水分入滲過程,而喀斯特淺層裂隙土壤入滲和Horton模型的擬合度更高[15-16],因此對(duì)于不同研究可選擇不同模型對(duì)其進(jìn)行擬合描述。

開展不同演替群落林地土壤滲透性研究可為區(qū)域內(nèi)森林土壤水運(yùn)動(dòng)和植被恢復(fù)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。目前關(guān)于植被群落研究,多為撂荒草地與土壤養(yǎng)分效應(yīng)[17]、不同地被物類型土壤水分特征[18]和群落演替土壤微生物種類[15]等方面的研究,對(duì)于不同演替群落土壤水分入滲特征及水土保持研究鮮少[19]。磨盤山是云南亞熱帶北部和南部氣候復(fù)合過渡帶,區(qū)位特征明顯,受海拔、溫度及強(qiáng)風(fēng)影響,中山以半濕性常綠闊葉林為主,高山分布少見高山矮林,保留著原始森林群落特征;磨盤山地處云南玉溪森林生態(tài)系統(tǒng)觀測(cè)站,也是新平縣重要的水源涵養(yǎng)林,發(fā)揮著水源涵養(yǎng)、保持水土和調(diào)節(jié)森林生態(tài)的功能[20],區(qū)域內(nèi)土壤入滲特征研究對(duì)認(rèn)識(shí)不同群落結(jié)構(gòu)土壤入滲特征和生態(tài)功能研究有重要意義。所以,以滇中磨盤山演替初期云南松林、演替中期云南松闊葉樹混交林和演替頂級(jí)常綠闊葉林為對(duì)象,采用定水頭法和原狀土柱水分穿透試驗(yàn)研究水分運(yùn)動(dòng)和入滲特征,探討不同演替群落林地正向演替入滲特征及影響因素,為植被恢復(fù)、水土保持和提高森林系統(tǒng)生態(tài)服務(wù)功能提供參考。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于云南省玉溪市磨盤山森林生態(tài)系統(tǒng)觀測(cè)站(23°46′18″～23°54′34″N、101°16′6″～101°16′12″E),海拔1 260.0～2 614.4 m,山底溝谷的南亞熱帶氣候向山頂?shù)谋眮啛釒夂蜻^渡,具典型的山地氣候特征。降雨集中在5—10月,年均降雨量1 050 mm,年均氣溫15 ℃,極端高溫可達(dá)33 ℃,極端低溫-2.2 ℃。土壤以山地紅壤和玄武巖紅壤為主,高海拔地區(qū)分布有黃棕壤,區(qū)域內(nèi)植物種類多且隨海拔增加垂直分布較為明顯,主要有梭羅樹(Reevesiapubescens)、云南含笑(MicheliayunnanensisFranch. ex Finet &Gagnep)、銹葉杜鵑(RhododendronsiderophyllumFranch)、高山栲(CastanopsisdelavayiFranch)及華山松(PinusarmandiiFranch)等。

2 研究方法

2.1 樣地設(shè)置

本研究選取區(qū)域內(nèi)演替初期云南松林、演替中期云南松闊葉樹混交林和演替頂級(jí)常綠闊葉林3個(gè)不同演替階段的森林群落為對(duì)象,于地形、植被覆蓋度、坡向及海拔等相近的地方開展試驗(yàn),在各樣地內(nèi)選取2塊10 m×10 m的樣方,在每個(gè)樣方內(nèi)隨機(jī)選擇2個(gè)試驗(yàn)點(diǎn),試驗(yàn)共計(jì)12個(gè)試驗(yàn)點(diǎn),樣地基本概況見表1。

表1 研究樣地基本特征

表2 4種模型的公式及參數(shù)說明

2.2 土壤入滲過程參數(shù)測(cè)定及模型模擬

采用環(huán)刀法測(cè)定土壤的水分入滲速率[15]。用200 cm3的環(huán)刀分層采集原狀土柱,帶回實(shí)驗(yàn)室,將其置于水中浸泡12 h至飽和狀態(tài),后置于粗砂上控水12 h,達(dá)到田間持水量。在環(huán)刀上邊緣涂上凡士林,用膠帶固定兩環(huán)刀,避免水從環(huán)刀縫隙中流出。土柱上方放1張濾紙,防止水沖刷破壞土壤結(jié)構(gòu),開始加水時(shí)計(jì)時(shí),至有水從環(huán)刀底部流出。從入滲開始,分別于1、2、3、5、10、20、…、60 min記錄不同時(shí)段的入滲量,試驗(yàn)至入滲穩(wěn)定時(shí)停止,計(jì)算土壤的入滲參數(shù)及水分入滲系數(shù)K。

K=QL/Sth。

式中:K為水分入滲系數(shù);Q為入滲穩(wěn)定時(shí)的出流量(單位為cm3/s);L為土柱長(zhǎng)度(單位為cm);S為環(huán)刀底面面積(單位為cm2);t為每次滲透所間隔的時(shí)間(單位為min);h為試驗(yàn)中水層厚度,即水頭(水位差,單位為cm)。

土壤入滲性能是水分入滲快慢的特征參數(shù),常用入滲速率、入滲總量和入滲系數(shù)分析其滲透性。選擇考斯加科夫(Kostiakov)模型、菲利普(Philip)模型、霍頓(Horton)模型和通用經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛯?duì)野外入滲過程進(jìn)行擬合,利用不同統(tǒng)計(jì)模型對(duì)入滲性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。

2.3 野外染色試驗(yàn)和土壤理化性質(zhì)測(cè)定

野外試驗(yàn)布設(shè)于地勢(shì)平坦區(qū)域,去除土壤腐殖質(zhì)層及以上的雜物后,土壤表面整理平整,將70 cm×70 cm×60 cm的鐵框砸入土中50 cm深,用木槌將鐵框內(nèi)壁5～7 cm的土夯實(shí),依據(jù)研究區(qū)降雨數(shù)據(jù),根據(jù)積水滲透原理,用馬氏瓶供水裝置將25 L質(zhì)量濃度為4 g·L-1的亮藍(lán)溶液均勻噴灑在鐵框內(nèi)[21],用防雨布將鐵框蓋住,避免受降雨影響。24 h后,除去防雨布和鐵框,對(duì)染色剖面的中心區(qū)域進(jìn)行挖掘,由上至下每隔10 cm分層收集土樣、石礫和根系,用以測(cè)定土壤理化性質(zhì)和根密度指標(biāo),用100 cm3環(huán)刀采集土柱,測(cè)定土壤密度及孔隙度等指標(biāo)。

分層采集土樣帶回室內(nèi),測(cè)定土壤理化性質(zhì),具體方法依據(jù)《土壤農(nóng)化分析》[22],用激光粒度儀(MS 3000)測(cè)定土壤機(jī)械組成,計(jì)算土壤不同粒徑質(zhì)量分?jǐn)?shù);土壤含水率采用烘干法測(cè)定;土壤密度和總孔隙度采用環(huán)刀法測(cè)定;土壤有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)采用重鉻酸鉀——外加熱、硫酸亞鐵滴定法測(cè)定;土壤全氮、全磷和全鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)測(cè)定采用H2SO4-H2O2消解,全自動(dòng)定氮儀測(cè)定全氮質(zhì)量分?jǐn)?shù),流動(dòng)分析儀測(cè)定全鉀和全磷質(zhì)量分?jǐn)?shù);水解性氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)用擴(kuò)散吸收法測(cè)定;有效鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)用火焰光度法測(cè)定;用分光光度計(jì)法測(cè)定土壤有效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

分層采集土樣時(shí),收集各土層的植物根系(活根和腐爛根),帶回室內(nèi)用紗布包裹并洗凈表面泥沙,對(duì)其進(jìn)行分類后,置于陰涼處晾干。將所收集植物根系按照直徑(r)大小分為r≤1 mm、1 mm10 mm 5個(gè)徑級(jí),根據(jù)公式計(jì)算根系的根長(zhǎng)密度和根質(zhì)量密度。

式中:qr,1為根長(zhǎng)密度(單位為m/m3);Lr為各徑級(jí)根系長(zhǎng)度(單位為m);V為土壤體積(單位為m3);qr,m為根質(zhì)量密度(單位為kg/m3);Mr為各徑級(jí)根系質(zhì)量(單位為kg)。

2.4 土壤入滲性能與各理化指標(biāo)的效應(yīng)分析方法

土壤水分入滲系數(shù)對(duì)各土壤性質(zhì)效應(yīng)的彈性系數(shù)(PE)是指某一土壤理化指標(biāo)的變化率與水分入滲系數(shù)的比值[23],其值可以反映土壤滲透性與各土壤因子間的影響效應(yīng),彈性系數(shù)表達(dá)式為:

PE=(ΔY/ΔK)/(K/Y)。

PE為彈性系數(shù),Y和K為不同土壤理化指標(biāo)和入滲系數(shù),ΔY和ΔK分別為各土壤理化指標(biāo)和入滲系數(shù)的變化量。當(dāng)PE>1時(shí),表現(xiàn)為影響效應(yīng)處于遞增階段,當(dāng)PE=1時(shí),說明兩個(gè)變量同比例變動(dòng),0

用邊際量系數(shù)對(duì)土壤入滲性能和各影響參數(shù)進(jìn)行分析,是指各演替森林群落各土壤特性的改善致使的K的增量,表達(dá)式為:

式中:PMP為邊際量系數(shù),ΔY和ΔK分別為各土壤理化指標(biāo)和入滲系數(shù)的變化量。

2.5 數(shù)據(jù)處理

用SPSS24.0軟件使用Duncan法進(jìn)行差異性分析和雙因素方差分析,分別比較不同演替群落和土層間的差異性(顯著性差異檢驗(yàn)在0.05水平),對(duì)土壤因子和根系指標(biāo)與入滲進(jìn)行回歸分析和通徑分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同演替群落林地土壤水分入滲及土壤滲透特征

不同演替群落土壤入滲過程和入滲速率的變化規(guī)律相同(表3),入滲速率先降低后趨于穩(wěn)定,不同演替群落入滲速率變化顯著(P<0.05),頂級(jí)群落入滲速率最快。

表3 不同土層深度和演替群落的土壤水分入滲速率

同一林地入滲速率隨土層深度增大顯著減小(P<0.05),是因?yàn)樯顚油寥揽紫抖葴p小且土壤緊實(shí),疏松度小,水分下滲受阻,土壤滲透性減弱。同一演替群落同一土層,各入滲速率間都呈初滲速率>平均入滲速率>穩(wěn)滲速率,且各入滲速率間變化顯著(P<0.05)。群落正向演替,0<土層深度(h)≤40 cm的演替頂級(jí)常綠闊葉林入滲速率顯著大于演替初期和演替中期林地,40 cm

不同演替群落土壤入滲總量和入滲系數(shù)見表4。隨著土層深度的增加,入滲總量顯著減少(P<0.05);演替初期入滲總量最低,隨著群落演替入滲總量增大。各林地入滲總量隨土層加深顯著減小(P<0.05),是因?yàn)樯顚油寥揽紫抖葴p少,水分入滲受限,入滲速率降低。不同群落入滲系數(shù)差異顯著(P<0.05),且同一土層深度,演替頂級(jí)入滲系數(shù)最大,0～50 cm的各土層深度,演替頂級(jí)入滲系數(shù)依次為:6.040、2.816、1.346、0.534、0.062 mm/min,分別是演替初期的10.626～4.133倍,演替中期的3.112～2.138倍。植被群落演替等級(jí)越高,土壤理化性質(zhì)越好,提高入滲速率,促進(jìn)水分入滲?？紫缎阅芎屯寥蕾|(zhì)量的改善對(duì)提高森林土壤蓄水持水能力,調(diào)節(jié)森林水文功能有更為明顯的作用。

表4 不同演替群落土壤入滲系數(shù)及入滲總量

3.2 不同演替群落水分入滲過程模擬

表5為利用Kostiakov模型、Philip模型、Horton模型和通用經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛯?duì)演替群落入滲過程的擬合結(jié)果。Kostiakov模型擬合精度在0.689～0.969之間,演替初期云南松林、演替中期云南松闊葉樹混交林和演替頂級(jí)常綠闊葉林,其a值分別為2.638～0.051、8.544～0.404和16.340～0.298,演替頂級(jí)a值最大,與初滲速率、穩(wěn)滲速率變化規(guī)律一致;Philip模型中A為穩(wěn)滲速率,模型模擬數(shù)值比實(shí)測(cè)值小,演替初期云南松林、演替中期云南松闊葉樹混交林和演替頂級(jí)常綠闊葉林分別與實(shí)測(cè)值相差0.006～0.061、0.038～0.677和0.031～1.663 mm/min;Horton方程表明,與云南松林比,云南松闊葉樹混交林和常綠闊葉林的入滲速率增大,隨著群落演替的進(jìn)行,土壤的入滲性能提高。不同模型對(duì)入滲擬合方程的決定系數(shù)(R2)越大,表明其對(duì)入滲過程的擬合越好,4種模型中,對(duì)森林土壤的入滲過程擬合平均決定系數(shù)從大到小依次為:Horton模型(0.991)、Philip模型(0.866)、Kostiakov模型(0.865)、通用經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?0.828),表明Horton模型效果最佳,更能表示土壤的水分入滲過程。

表5 不同演替群落類型水分入滲過程模型擬合結(jié)果

3.3 土壤理化指標(biāo)與入滲性相關(guān)性分析

水分入滲過程受土壤因素和植被根系的影響,選擇土壤理化特征和根系密度與水分入滲系數(shù)進(jìn)行相關(guān)系數(shù)分析,結(jié)果見表6。土壤水分滲透性(各入滲速率、入滲總量和入滲系數(shù))與土壤密度、黏粒和粉粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01),且土壤密度對(duì)土壤入滲負(fù)作用效應(yīng)更大;有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)、全氮、水解氮、全磷、速效磷、速效鉀、砂粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)與入滲系數(shù)和入滲速率呈極顯著正相關(guān)(P<0.01);全鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)土壤水分入滲呈負(fù)相關(guān)效應(yīng);根長(zhǎng)密度對(duì)滲透性影響較大,平均相關(guān)系數(shù)為0.745,根質(zhì)量密度對(duì)入滲性的平均相關(guān)系數(shù)為0.543,根長(zhǎng)密度對(duì)入滲影響更顯著;土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、速效鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)和土壤含水率與入滲性顯著相關(guān),表明土壤結(jié)構(gòu)和質(zhì)量越佳,越有利于土壤水分的下滲。

表6 土壤理化指標(biāo)與入滲參數(shù)的相關(guān)系數(shù)

為探討土壤性質(zhì)與水分入滲的關(guān)系,根據(jù)各入滲參數(shù)和理化性質(zhì)相關(guān)系數(shù)分析結(jié)果,對(duì)土壤因子與入滲系數(shù)進(jìn)行回歸分析和通徑分析(表7)。以入滲系數(shù)(Y1)為因變量,探究其與土壤含水率(X1)、土壤密度(X2)、總孔隙度(X3)、有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)(X4)、全氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)(X5)、水解性氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)(X6)、全鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)(X7)、速效鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)(X8)、全磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)(X9)、速效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)(X10)、黏粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)(X11)、粉粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)(X12)、砂粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)(X13)、粒徑>0.25 mm團(tuán)聚體質(zhì)量分?jǐn)?shù)(X14)、根長(zhǎng)密度(X15)、根質(zhì)量密度(X16)等的關(guān)系,回歸方程為Y1=-3.536+1.73X5-0.019X4+0.153X2-0.058X11+0.078X15(R2=0.973),表明植物根長(zhǎng)密度、土壤密度、全氮、黏粒和有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)入滲影響更突出。土壤質(zhì)地和養(yǎng)分質(zhì)量分?jǐn)?shù)反映了土壤好壞及疏松度,植被根長(zhǎng)密度促進(jìn)土壤中大孔隙的形成,良好的土壤結(jié)構(gòu)和豐富的細(xì)小根系,促進(jìn)連通孔隙的形成,提高土壤的入滲性能。

表7 土壤主要物理因子對(duì)水分入滲系數(shù)的通徑分析結(jié)果

通徑分析表明,各影響因子對(duì)入滲系數(shù)(K)的直接作用系數(shù)從大到小依次為全氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)(X5,1.524)、有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)(X4,0.992)、根長(zhǎng)密度(X15,0.607)、黏粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)(X11,0.189)、土壤密度(X2,0.166),全氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)入滲系數(shù)的直接作用最大,而有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)入滲系數(shù)的間接作用最大。土壤中的養(yǎng)分質(zhì)量分?jǐn)?shù)和有機(jī)質(zhì)等越高,土壤結(jié)構(gòu)和質(zhì)量越佳,對(duì)促進(jìn)水分運(yùn)動(dòng)和保持水土性能越好。

土壤理化特征與土壤入滲的彈性系數(shù)及邊際量系數(shù)見表8。結(jié)果表明,土壤密度、黏粒和粉粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)與土壤入滲系數(shù)的彈性系數(shù)(PE)<0,表明這些理化性質(zhì)對(duì)土壤入滲性能的影響處于負(fù)效應(yīng)階段,對(duì)土壤的滲透性呈負(fù)向抑制作用;而土壤水解性氮、全鉀、速效鉀、全磷、速效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)、土壤含水率、總孔隙度和植被的根質(zhì)量密度與入滲系數(shù)的彈性系數(shù)01,表明其影響效應(yīng)在遞增。

表8 土壤入滲系數(shù)與各理化參數(shù)的彈性系數(shù)和邊際量系數(shù)

土壤水分入滲系數(shù)和各影響參數(shù)的邊際量系數(shù)表明,土壤有機(jī)質(zhì)、水解性氮、速效鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)、砂粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)和植被的根長(zhǎng)密度對(duì)土壤的邊際量系數(shù)依次為12.35、43.12、29.95、6.05、7.00,表明其對(duì)土壤的入滲性有較為緊密的影響。結(jié)合彈性系數(shù)及邊際量系數(shù)可知,土壤有機(jī)質(zhì)、氮養(yǎng)分質(zhì)量分?jǐn)?shù)和植被根長(zhǎng)密度對(duì)研究區(qū)的土壤入滲性影響較大。

4 討論

4.1 不同演替群落土壤水分入滲特征

正向演替群落土壤孔隙特征差異明顯,有機(jī)質(zhì)和Mg2+金屬離子積累,土壤有效養(yǎng)分增加且具多元化[24],土壤孔隙度高,有利于水分下滲。演替頂級(jí)森林土壤發(fā)育程度高,林內(nèi)枯落物豐富,有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)和土壤穩(wěn)定性增強(qiáng),促進(jìn)大團(tuán)聚體形成,且植被根系網(wǎng)發(fā)達(dá),增強(qiáng)抗沖刷和抗侵蝕能力,提高土壤入滲能力,增強(qiáng)群落的生態(tài)功能[25]。本研究中,不同演替群落各土層入滲速率變化均為:初滲速率>平均入滲速率>穩(wěn)滲速率。演替頂級(jí)土壤的滲透性最佳,入滲速率越快,土壤孔隙連通性越高,滲透性越好。群落林分結(jié)構(gòu)復(fù)雜,土壤質(zhì)地佳時(shí),可有效地改善土壤滲透性,濕地公園中灌草對(duì)綠地土壤入滲的改善優(yōu)于喬草地[27],而崔艷紅等[26]開展不同林齡和林分密度的土壤入滲研究,林地恢復(fù)年限長(zhǎng)、林分密度大,水分入滲快、土壤滲透性好,對(duì)緩解地表徑流和縮短降雨對(duì)地面沖刷作用更顯著。

3種演替群落,演替頂級(jí)常綠闊葉林平均入滲速率最大,土壤滲透性最強(qiáng);同一林地上層土壤水分的入滲速率更快,滲透性更好。天山林區(qū)6種群落類型土壤水分入滲過程與Kostiakov模型擬合精度較高[15],而渝北縉云山自然保護(hù)水源區(qū)不同林齡和林分密度土壤入滲過程則更適合用通用經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛠頂M合描述水分入滲過程[28],對(duì)于滇中磨盤山不同演替群落林地,Horton模型對(duì)土壤水分各入滲參數(shù)的擬合精度(R2)最大,相比Kostiakov模型、Philip模型和通用經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?Horton模型更適于描述各樣地的水分入滲過程。

4.2 土壤滲透性影響因子分析

不同群落土壤理化性質(zhì)差異會(huì)直接影響土壤的入滲性。土壤理化特性[29]、根系和礫石[30-31]對(duì)土壤入滲作用影響顯著,土壤密度增大,孔隙數(shù)量減少,水分下滲受限,植被垂直根系和礫石形成的孔隙,利于土壤水分的下滲。已有研究表明,土壤入滲性能與土壤密度、黏粒和粉粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈顯著負(fù)相關(guān)、與有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分質(zhì)量分?jǐn)?shù)等呈顯著正相關(guān)[32]。本研究中,土壤滲透性與孔隙狀況和有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)均呈極顯著相關(guān)(P<0.01),土壤孔隙的連通性促進(jìn)水分下滲,孔隙性能越佳,土壤中水的傳導(dǎo)越快,土壤滲透性越好[29,32]。但本研究中土壤滲透性和含水率的相關(guān)性結(jié)論有差異,這與研究區(qū)水分條件有關(guān),研究區(qū)3種群落林地含水率普遍較高且變化不顯著,致使與土壤水分入滲關(guān)系不顯著。根長(zhǎng)密度、根質(zhì)量密度與水分入滲呈顯著正相關(guān)(P<0.05),本研究中,演替中期云南松闊葉樹混交林表層根系較豐富,但入滲速率較演替頂級(jí)常綠闊葉林小,因水平分布較發(fā)達(dá)的根系網(wǎng)絡(luò),影響水分的垂直入滲,進(jìn)而會(huì)減小水分入滲速率[33-34]。

土壤因子與入滲性能進(jìn)行回歸分析,土壤密度、全氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)、有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)、黏粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)和根長(zhǎng)密度對(duì)入滲影響較大,土壤密度間接反映土壤孔隙特征,土壤密度小,土壤結(jié)構(gòu)松散,孔隙度增大,土壤的入滲性增強(qiáng)[35];土壤養(yǎng)分質(zhì)量分?jǐn)?shù)和有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)是土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo),質(zhì)量分?jǐn)?shù)高,孔隙特性越佳[36];良好的土壤團(tuán)聚體能夠固持水分和養(yǎng)分,團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)越好,土壤的透氣性和持水性也越高[37],進(jìn)而促進(jìn)水分入滲。此外,土壤質(zhì)地對(duì)水分入滲的影響也較大,土壤質(zhì)地通過改變顆粒間的表面能而影響土壤水分的入滲[38],黏粒和粉粒會(huì)抑制水分的下滲,減小入滲速率和入滲量。植被群落不斷的正向演替中,土壤結(jié)構(gòu)和群落的生態(tài)功能均得以提高和改善,進(jìn)而促進(jìn)土壤水分的入滲,提高其入滲性能。

5 結(jié)論

土壤入滲過程均從急劇減小至穩(wěn)定入滲,入滲速率都表現(xiàn)為:初始入滲速率>平均入滲速率>穩(wěn)定入滲速率,3種演替群落,常綠闊葉林入滲速率最快,水分入滲系數(shù)顯著高于其他2種演替群落(P<0.05),土壤入滲最佳,云南松闊葉樹混交林次之,而云南松林的土壤入滲最差。

利用4種常用模型擬合土壤入滲過程,Horton模型對(duì)3種林地?cái)M合精度最高,平均決定系數(shù)為0.991,Horton模型更能準(zhǔn)確描述3種林地土壤的水分入滲過程。

土壤質(zhì)地、有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)、孔隙度及有效養(yǎng)分等與入滲間顯著相關(guān),此外,植被的根長(zhǎng)密度對(duì)入滲的影響也較為顯著。土壤質(zhì)量越好,垂直根系分布越廣泛,有利于提高土壤孔隙的連通性,促進(jìn)水分的入滲。