湿地植物对土壤入渗特征与持水能力影响研究

卜鹏图

(辽宁省林业科学研究院，辽宁 沈阳 110032)

湿地是重要的国土资源和自然资源，与人类的生存、繁衍和发展息息相关，是自然界最富生物多样性的生态景观和人类最重要的生存环境之一[1]，在抵御洪水、调节径流、蓄洪防旱、提高生物多样性、促进水禽的繁殖和迁徙、调节气候、控制土壤侵蚀、碳循环、美化环境等方面有着其它系统不可替代的作用[2]，被誉为“地球之肾”、“物种基因库”和“鸟类的乐园”。

土壤是连接生物圈、大气圈、岩石圈最重要的过渡带，是人类、动植物、微生物等赖以生存的生境之一，研究土壤的水分入渗特性是人类了解并积极开展土壤侵蚀防治的有效前提。湿地土壤通过调节水分在时空上再分布而抵御了洪水、干旱等自然灾害，维护了湿地生态系统的多样性及正常的生态服务功能[3]，研究湿地土壤入渗特征对认识湿地水文循环具有重要意义。湿地植物种类丰富，其根系的组成和分布差异很大，因而影响土壤的入渗特征，本文选取芦苇、扁秆藨草Scirpusplaniculmis、针蔺Trichurusmonsoniae、香蒲Typhaorientalis作为研究对象，通过现场采样与室内实验测定土壤理化性质，分析不同植物对土壤入渗特征与持水性能的差异，为保护抚顺社河湿地生态及当地土壤生态建设提供理论支撑。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

社河湿地位于辽宁省抚顺县东部山区，地理位置124°07′～124°16′E，41°41′～41°47′N，总面积734.54 hm2，河道平均比降3.08‰，湿地率为54.96%。属温带大陆性季风气候，年均气温6.6 ℃，无霜期130～150 d，年均降水量826.8 mm，多年平均蒸发量1 100 mm。土壤以棕壤为主。

1.2 研究方法

通过查阅相关文献和现场调查，选取芦苇、扁秆藨草、针蔺、香蒲作为研究对象，以10 cm为1个土层采集土壤样品，每个土层3个重复，用于测定土壤物理性质。采用环刀法测定湿地土壤入渗过程；湿地土壤持水性能计算方法如下[2]：

式中：S为饱和持水量(%)；r为土壤密度(g·cm-3)；H为土层厚度(cm)；W为凋萎持水量(%)；n为土壤层次；C为田间持水量(%)。

2 结果与分析

2.1 湿地植物土壤水分入渗特征

由图1可知，入渗初期土壤入渗速率最大，随后下降，10 min内下降明显，以芦苇0～10 cm(表层)的下降趋势最大，可以达到31.25%；10 min后，由于试验土样水分增大，土壤水分梯度降低，导致土壤入渗速率下降，但相对比较缓慢；当入渗时间达到50 min后，入渗速率接近稳定。各土层之间的入渗速率存在差异，芦苇0～10 cm土层入渗速率大于其他土层，在降雨时大量地表径流入渗到土壤中，降低地表径流侵蚀发生的程度，但会增加地表粗糙度。针蔺以20～30 cm土层的入渗速率最大，30～40 cm土层入渗速率最小，成为限制该样地土壤入渗能力的主要限制土壤层次。扁秆藨草10～20 cm入渗速率最大，而0～10 cm、20～30 cm、30～40 cm土层入渗速率较低，与其他土层深度相差3倍左右，0～10 cm和20～30 cm土层入渗速率较为接近。香蒲20～30 cm入渗速率最大，而10～20 cm入渗速率最小。

图1 不同样地土壤水分入渗过程

2.2 湿地植物土壤持水特征

土壤存储的水分称为土壤水库，土壤的蓄水能力相当于土壤水库的库容[4-6]。土壤水库总库容反映了土壤贮存水分的能力，死库容不能被植物利用。社河湿地不同植物土壤水库特征见表1。

表1 不同样地土壤水库特征

随着土层深度的增加，土壤持水能力呈减小的变化特征。在0～10 cm土层中，田间持水量表现为扁秆藨草(32.64%)>芦苇(31.54%)>香蒲(28.42%)>针蔺(27.72%)，而土壤萎蔫含水量则以芦苇和香蒲较高，针蔺最小。不同湿地植物的土壤滞洪库容最大为扁秆藨草1 197.02 t·hm-2，其次是芦苇和针蔺，最小为香蒲653.44 t·hm-2，最大值约是最小值的2倍；较小的滞洪库容不利于地表径流的入渗，形成大量的地表径流，进而导致严重的土壤侵蚀。各样地中，0～30 cm土层最大有效库容表现为扁秆藨草>芦苇>针蔺>香蒲，最大值为1 873.58 t·hm-2，最小值为1 018.28 t·hm-2，在相同土层深度的条件下，扁秆藨草供水能力较好，香蒲供水总量较低。

3 结 论

在各种湿地植物中，芦苇20～30 cm土层、针蔺30～40 cm土层、扁秆藨草30～40 cm土层是限制各土层入渗能力的关键，而香蒲各土层入渗能力较为接近，分布合理，各土层的初始入渗率、平均入渗率和稳定入渗率较为接近。针蔺和扁秆藨草的初始入渗率和稳定入渗率均差异明显，两者相差12.66～38.61倍。土壤持水能力随着土层深度的增加而呈减小的变化特征，0～10 cm土层田间持水量表现为扁秆藨草>芦苇>香蒲>针蔺。不同湿地植物土壤水分特征存在较大差异，土壤饱和含水量、田间持水量和萎蔫含水量均随土层深度的增加而减小。土壤滞洪库容表现为扁秆藨草>芦苇>针蔺>香蒲，最大为1 197.02 t·hm-2，最小为653.44 t·hm-2，最大值约是最小值的2倍；最大有效库容表现为扁秆藨草>芦苇>针蔺>香蒲，最大值为1 873.58 t·hm-2，最小值为1 018.28 t·hm-2。