植被恢复过程中土壤渗透性能研究现状及展望

何海洋 张震 尹忠 张毅

摘 要：土壤渗透性能是植被水文功能研究的重要指标之一，同时也是影响土壤侵蚀的重要因素之一。鉴于此，文章主要从黄土丘陵区、衡阳紫色土丘陵、喀斯特地区、滇中地区4个不同区域分析植被恢复过程中土壤渗透性能，明确植被恢复过程中土壤渗透性能的国内外研究进展，及其在理论、技术和应用方面的不足。研究认为：（1）研究区域应多集中在上述区域；（2）发展物理性质检测技术。

关键词：渗透性能；水文功能；土壤侵蚀；初始入渗速率

中图分类号：S154.1 文献标志码：A 文章编号：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

森林生态系统有一个非常重要的功能，即森林的水源涵养功能[1]。土壤渗透性能与森林的水源涵养功能和水土保持、降低洪峰影响的作用相关[2]。水分的下渗速度是确保森林土壤水源涵养发挥的重要因子[3，4]。地表径流的转换和调节与土壤渗透性能密切相关，土壤的侵蚀量与土壤的渗透性能呈显著性相关[5]。因此，土壤渗透性能成为学科中土壤水文学的研究重点部分[6]。对不同植被恢复过程中土壤渗透性能的评价与分析，能够为不同的森林植被的水源涵养功能的相关一系列研究提供依据。不同植被恢复类型、不同的恢复阶段和不同的土层厚度的土壤渗透性能有着较大差异。研究表明，土壤的理化性质、人为干扰和林利用方式等对土壤渗透能力均有着一定的影响，但在不同植被恢复条件下，影响土壤渗透特性的因素也有一定差异[7]。

我国现在的植被恢复过程中土壤渗透性能研究主要在土壤渗透过程模型、机理、渗透特征、影响因素及植被恢复模式对渗透的影响评价方面，且研究区域主要集中在黄土丘陵区、紫色土丘陵、喀斯特地区、滇中地区。因此，该文通过研究不同区域植被恢复过程中土壤渗透性能，表明土壤物理性质的改变对植被恢复过程中土壤渗透性能的影响，为以下研究区域的不同植被恢复建设和生态建设提供依据和指导[8]。

1 土壤渗透性能的概念

渗透是水分在土壤中向下的流动，从土壤表面渗入土壤中形成土壤水的过程。土壤渗透性能决定着土壤对水分传输的再分配，是森林植被水文功能研究的一个重要指标，是评价水源涵养能力和土壤水分调节能力的一个重要指标，同时也对土壤侵蚀有较大影响[9]。土壤渗透性能受制于许多外在因素和内在因素的影响，与不同植被类型、土壤种类、土壤结构和降雨强度等密切相关[10]。

2 土壤渗透性能的现状

目前，国内外学者对土壤渗透性能进行了大量的研究，并建立了Phillip、Green-Ampt、Horton等著名模型及经验公式，进而对土壤渗透的过程进行了定量描述与模拟[11，12]。我国已经在黄土丘陵区、衡阳紫色土丘陵、喀斯特地区和滇中地区进行了大量土壤渗透性能方面的研究工作，获得了大量理论与实践成果，土壤渗透性能与其土壤理化性质的关系主要集中在物理性质的改善对土壤渗透性能的影响方面。在进行土壤渗透性能实验时，大多研究主要单环法、双环法、张力入渗仪法和室内模拟降雨法，侧重的观测不同植被恢复过程、不同地类或不同土壤的表层土壤入渗性能和不同层次土壤渗透能力；在分析影响因素时，现有大家研究的是初始含水率、土壤容重和土壤质地對渗透性能的影响，和研究土壤渗透能力与土壤有机质、土壤结构的关系。因此，研究不同植被恢复过程中土壤渗透性能，对区域水土保持及生态建设有着重大的意义。

3 不同植被恢复过程中土壤渗透性能

3.1 黄土丘陵区退耕地植被恢复过程中土壤渗透性能

将黄土丘陵区1，4，8a退耕地上的植物群落组成演替序列，并以研究区域天然狼牙刺群落和人工柠条群落作对照，上述植被恢复过程中，对土壤稳定入渗过程和入渗特征进行了详细对比研究。研究表明随着退耕地上植被的恢复，土壤的渗透速率不断提高，土壤物理性质的改善对土壤的渗透性能的影响非常大。

3.1.1 植被建设

不同恢复植被类型对土壤渗透性能的改善能力有较大差异，对于黄土丘陵区而言，针对性进行植被建设是提高土壤渗透性能的主要有效途径，随着森林植被的恢复过程中，不同植被类型土壤稳定渗透率、累积渗透量和饱和导水率较恢复前期显著的增大，其中人工柠条林地土壤的增幅是最为明显。

总的来说，通过狼牙刺和柠条进行比较，研究表明退耕地植被恢复能够提高土壤的渗透性能和改善土壤的理化性质。

3.1.2 土壤活性孔隙

土壤饱和导水率和入渗速率分别和土壤总孔隙度和土壤容重两种物理性质之间有着较明显的关系。随着不同森林植被恢复过程中，表层土壤的土壤孔隙度增加和容重减小，导致更有利水分的下渗，从而土壤的入渗能力得到了提高。

3.1.3 土壤物理性质

在黄土丘陵区，狼牙刺属于相对稳定的自然群落之一，森林植被与土壤长时间互相影响将形成一个最佳的土壤渗透特征。这将作为土壤渗透性能参考标准的理想值。研究表明土壤的物理性质在逐渐改善提高，因为在森林植被恢复过程中，退耕年限高点的土壤饱和导水率、饱和导水率逐步靠近该理想值。

3.2 衡阳紫色土丘陵坡地植被恢复过程中土壤渗透性能

为探讨不同植被恢复模式对土壤渗透性能的影响，实验以裸地为对照，以土壤的初渗率、稳渗率、平均渗透率和渗透总量表征土壤渗透性，对衡阳紫色土丘陵4 種不同植被恢复模式的渗透性及其与土壤物理性质进行研究。结果表明：4 种植被恢复模式的土壤渗透性均优于裸地，各不同植被恢复模式土壤渗透性能大小依次为：枫香×苦楝>牡荆×刺槐>紫薇×糯米条>狗尾草×狗芽根>裸地[9]。

3.2.1 土层深度

以裸地为对照，采取0～15cm、15～30cm和30～45cm的土壤进行研究，土壤的物理性质改善随土层深度的加深而减弱，因此，在衡阳紫色土丘陵地区，我们选择植被种类应该较慎重，尽可能的选择根系深、生物量大、耗水量低的森林植被种。从而达到提高土壤物理性质及防止水土流失的效果。

3.2.2 构建模式

土壤水贮存在土壤当中，研究表明土壤层决定了改善水土保持能力，不同的构建模式和枯枝落叶层组成与结构均能影响土壤的物理性质。孔隙度的大小及性质影响着雨水的下渗速率和水分贮存。在4种不同构建模式中，枫香×苦楝模式在减少地表径流、水源涵养等方面优于其他模式。在林草植被模式中，林下草本植物与枯枝落叶在减少地表径流、水源涵养方面有极其重大的影响。因此，在森林植被恢复过程中，该采取相应的有效措施以保护已有的地表植被与枯落物，进一步加强森林植被的建设[9]。

3.3 喀斯特地区植被恢复过程中土壤渗透性能

喀斯特以烤烟坡耕地和柳杉人工林作为对照，研究喀斯特地区植被恢复过程地区大湾小流域不同植被恢复阶段样地和不同经果幼林样地中的土壤渗透性能及其影响因素。结果表明：土壤渗透性能由高到低的顺序为李树+金银花>刺梨+猕猴桃>李树+刺梨>枣树+玉米，乔木疏林>灌木林>灌草>乔灌过渡林> 草坡>柳杉人工林；烤烟坡耕地土壤平均入渗速率与稳定入渗速率均次于乔木疏林地，烤烟坡耕地土壤入渗性能较好。

3.3.1 生态恢复措施

在喀斯特地区实施乔灌搭配式和灌草坡的封育的生态恢复措施，能够有效地增加土壤水分下渗，进而减少地表径流。

考斯恰柯夫、Horton、Philip这 3种模型的研究都能够阐述土壤入渗速率与时间的变化的关系。对柳杉人工林和植被恢复不同阶段的土壤渗透过程来说，考斯恰柯夫模型拟合效果不错。对李树+金银花、枣树+玉米的入渗过程，Horton模型拟合效果不错；Philip模型对烤烟坡耕地和刺梨+猕猴桃、李树+刺梨2种经果幼林的土壤入渗拟合效果不错[6]。

3.3.2 颗粒质量含量

土壤0.05～0.001mm粉粒质量含量和1～0.05mm砂粒质量含量与土壤渗透性能有着相关关系，土壤水分的渗透速率能够由其相关关系构建线性方程定量来详细描述。

3.4 滇中不同植被恢复过程中土壤渗透性能

对滇中桉树林、荒坡灌草丛、云南松林、针阔混交林、次生常绿阔叶林5种不同植物群落恢复措施下，土壤渗透性及其相关影响因子进行研究。结果表明：土壤的饱和导水率在不同植物群落中的大小顺序为：次生常绿阔叶林>针阔混交林和荒坡灌草丛>云南松林>桉树林。

3.4.1 群落结构

在不同的植物群落恢复下，随群落结构复杂程度的升高，土壤容重下降，总孔隙度及有机质含量递增；土壤渗透与土壤容重成负相关关系，与总孔隙度及有机质含量成正相关关系。在滇中地区以植物群落结构恢复为主要手段而间接的改善土壤性质，进而改变土壤渗透的影响因子，这样才能达到水源涵养的生态效应。

3.4.2 土壤结构

滇中桉树林、荒坡灌草丛、云南松林、次生常绿落叶林、针阔混交林物种植物群落结构逐步完善过程中，土壤结构发生较大的变化有：土壤容重下降、有机质含量和总孔隙度增加。土壤物理性质的变化是饱和导水率随植物群落恢复过程中而逐渐增大，大小顺序为：次生常绿落叶林>针阔混交林和荒坡灌草丛>云南松林>桉树林；云南松林和桉树林历时最短到达稳渗率，明显高于其他植被类型。通过逐步改善的土壤物理性质和饱和导水率相关性分析也证明了在不同植被恢复过程中土壤结构的改善与土壤渗透的相关性。

4 结果分析

在对于黄土丘陵区退耕地植被恢复过程中土壤渗透性能的研究中，说明随着退耕地上植被的恢复，土壤的入渗速率不断提高，土壤的渗透性能受土壤理化性质影响非常大。

衡阳紫色土丘陵坡地植被恢复过程中土壤渗透性能研究表明：土壤渗透性随土壤深度的增加而减弱；不同的构建模式和枯枝落叶层组成与结构均能影响土壤的物理性质，从而影响土壤渗透性能。

喀斯特地区植被恢复过程中土壤渗透性能研究表明：不同土地利用类型、生态恢复措施和颗粒质量含量，土壤渗透性能不同。

滇中不同植被恢复过程中土壤渗透性能研究表明：不同的群落结构和土壤结构改善土壤理化性质，从而不同程度影响土壤渗透性能。

4个地区大都是通过研究土壤理化性质探索植被恢复过程中土壤渗透性能，但都是通过不同方向进行研究的，如衡阳紫色土丘陵区研究不同的构建模式，枯枝落叶层组成与结构不同，造成土壤物理性质的差异。目前川中丘陵区研究土壤渗透性能大多数是不同利用方式下土壤渗透性能，本文不同植被恢复过程下土壤渗透方面的研究，以期为四川以后防治区域水土流失、协调区域土地利用及退耕还林工程的有效实施提供一定理论依据。

5 结束语

土壤渗透性能将决定地表径流的调节和转换的能力，根据相关研究表明土壤侵蚀与土壤渗透性能呈显著相关。因此，土壤渗透性能是反映植被保持水土和水源涵养作用重要的水文效应评价指标，为植被恢复建设及可持续的生态建设提供理论依据与技术指導。但目前国内外对于不同植被恢复过程中土壤渗透性能的研究极不完善，通过结合国内外研究现状，针对现在存在的问题及发展趋势，植被恢复过程中土壤渗透性能相关研究应重点在以下两个方面需进一步深入：

（1）研究区域应多集中于人为干扰严重，生态系统退化严重的黄土丘陵区、衡阳紫色土丘陵、喀斯特地区、滇中地区和川中丘陵区等，同时针对土壤界面的水文效应研究应该增多。

（2）发展物理性质检测技术，土壤渗透性能与理化性的关系大多集中在物理性质的差异对土壤渗透性能的影响方面。因此，目前国内应该增加研究物理性质不同的方向与土壤渗透性能的相关关系，对相应重点区域水土保持及生态建设有很大的研究意义。

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