丹江口库区不同植被类型地表根系对土壤渗透性的影响

为研究地表根系结构特征及其对土壤渗透性的影响,通过对丹江口库区针阔混交林、灌木林、针叶林和阔叶林35块样地进行地表土壤(0 ～10和10～20 cm土层)和根系采集和室内实验,分析4种植被类型根系结构特征、土壤渗透特性及其相互作用关系,并建立回归方程.结果表明:4种植被类型土壤0 ～10土层的土壤初渗率和稳渗率均高于10～20 cm土层;土壤0～10和10～20 cm土层土壤初渗率和稳渗率在不同植被类型间均表现相同趋势,即阔叶林＞针阔混交林＞灌木林＞针叶林;不同植被类型土壤初渗率、稳渗率等指标均与根长密度和根表面积密度存在显著的线性相关性(P＜0.05);根系直径在0.5 ～5 mm范围内的根系结构特征参数与土壤入渗特征指标之间存在显著的线性相关性(P＜0.05);在Kostiakov入渗模型中,直径介于0.5 ～5 mm不同径级的根长密度和根表面积密度与b值正相关,与a值负相关.丹江口库区阔叶林和针阔混交林土壤渗透性能优于灌木林和针叶林,4种不同的植被类型土壤入渗特征值均随根系结构参数值增大而增大,且直径在0.5 ～5 mm径级范围内的根系对土壤渗透能力的增强作用最明显.     

滇东石漠化地区不同植被模式土壤渗透性研究

利用环刀法,对滇东喀斯特石漠化地区4种不同植被治理模式样地（以裸地为对照）的土壤渗透性进行研究,结果表明:（1）各植被治理模式土壤渗透性指标均好于对照裸地。0—20 cm土层以针阔混交林模式的初渗率最大,灌草植被模式的土壤稳渗率、平均渗透速率和60 min渗透总量要优于其它模式;20—40 cm以针叶林模式的土壤渗透性各项指标为最大,其次分别为针阔混交林模式、阔叶林模式和灌草模式,裸地最差。（2）不同模式及不同土壤层次对土壤入渗能力影响均显著（P=0.003和P=0.046）,植被治理模式对土壤入渗能力影响显著性更高。（3）Kostiakov方程和通用经验方程对土壤入渗过程的拟合效果最好,比较适用于本研究区域不同植被模式土壤入渗特征的模型描述和入渗过程的预测,Philip方程拟合效果次之,Horton方程效果最差。     

三峡库区主要森林植被类型土壤渗透性能研究

对三峡库区11种主要森林植被类型114块临时样地土壤渗透指标及物理性质进行测定和比较。结果表明：（1）各森林植被类型林地A层土壤渗透速率和孔隙度均高于B层,土壤渗透速率与土壤孔隙度之间存在显著相关关系。（2）不同森林植被类型林地各层次土壤稳渗速率存在差异。常绿阔叶林地各层土壤的稳渗速率最高,A、B层分别达到8.72 mm/min,8.52 mm/min,其后依次为杉木林、针叶混交林等,马尾松林最低,A、B层分别仅为2.22 mm/min和1.13 mm/min。（3）不同土壤种类的相同层次土壤稳渗速率存在显著差异,紫色土稳渗速率最高,A,B层分别为6.48 mm/min,3.25 mm/min,其后为山地棕壤、山地黄棕壤,最低为山地黄壤,其A、B层稳渗速率分别为1.98 mm/min,1.65 mm/min。（4）砂土A、B层均具有最高的非毛管孔隙,分别达到10.54%,8.28%,其稳渗速率均为最高,A、B层稳渗速率分别为7.16 mm/min,5.66 mm/min,显著高于其他质地土壤。（5）森林土壤的渗透特性和孔隙度受植被、土壤种类及质地等多种因素的影响,建立了利用多指标进行林地土壤渗透速度和孔隙度预测的多元线性模型。研究结果可为探讨森林对流域水文过程的调节机制及科学评价三峡库区森林植被水源涵养功能奠定基础。     

广州市白云山五种森林类型的土壤渗透性研究

通过对广州白云山五种典型森林林地的土壤渗透性能进行测定分析,结果表明,广州白云山林地0-60cm土层的初渗速率、稳渗速率、平均渗透速率的变化范围分别为:2.26～3.91,1.31～2.09,1.51～2.46mm/min。其土壤入渗速率与入渗时间表现为幂函数关系。土壤渗透率的空间分布在0-20cm、20-40cm、40-60cm三个不同土层间以及在不同森林类型间均无显著性差异。在森林类型间的大小顺序为:天然次生阔叶纯林>人工阔叶林>人工针叶林>天然次生阔叶混交林>人工灌丛草地。土壤初渗速率、稳渗速率和平均渗透速率的大小受其它物理性状的影响,分别与土壤总孔隙度、非毛管孔隙度、石砾含量呈极显著正相关关系,与容重呈显著负相关。其中非毛管孔隙度和石砾含量是主导因子。该研究可为城市森林区的水土保持功能评价和水源涵养功能测算提供参考依据。     

金沙江流域典型森林土壤水分入渗特征试验研究

对金沙江流域典型森林生态系统的土壤水文特征进行了研究。结果表明,研究区不同森林类型的土壤容重随着土层深度的增加而逐渐增大,土壤总孔隙度和毛管孔隙度随土层深度的增加而逐渐减小;土壤水分入渗受土壤容重的影响,随容重增加,稳渗率降低;不同森林类型土壤前120min平均入渗速率介于0.78~2.42mm/min之间,稳渗率介于0.10~0.53mm/min之间;无论是平均入渗率还是稳渗率均表现为:华山松林地滇杨林地圣诞树林地水冬瓜林地荒坡地;土壤入渗的渗润阶段发生在0~5min;渗漏阶段约发生在5~80min;渗透阶段发生在80min以后。采用Kostiakov模型拟合双环入渗法测得的入渗过程效果最佳,其次为Philip模型,而用Horton模型的拟合效果最差。     

黑河上游天老池流域不同植被下土壤理化性质和入渗特征

选择天老池流域的5种典型植被类型下的土壤,用环刀进行多点采样,用于土壤理化性质和入渗的观测,比较分析不同植被土壤的理化性质。结果显示:不同的植被类型下土壤理化性质有差异。土壤容重表现为草地(干草原1.12g/cm~3,亚高山草地1.00g/cm~3)灌木林地(亚高山灌丛0.76g/cm~3)乔木林地(祁连圆柏0.75g/cm~3,青海云杉0.50g/cm~3);总孔隙度表现为乔木林地(青海云杉81.29%,祁连圆柏76.61%)灌木林地(72.63%)草地(亚高山草地62.28%,干草原57.65%);有机质含量表现为青海云杉(136.87g/kg)亚高山灌丛(119.96g/kg)亚高山草地(94.67g/kg)祁连圆柏(70.69g/kg)干草原(43.94g/kg),总体表现为阴坡大于阳坡。土壤容重、有机质含量、总孔隙度均与土壤入渗特征呈显著性相关,土壤理化性质对土壤入渗的综合影响作用决定了土壤入渗速率的大小。用环刀法观测表层土壤的入渗过程,通过比较发现,初始和稳定入渗速率均表现为青海云杉(7.17mm/min,5.12mm/min)祁连圆柏(2.33mm/min,1.30mm/min)亚高山灌丛(1.91mm/min,1.01mm/min)亚高山草地(1.89mm/min,0.77mm/min)干草原(1.41mm/min,0.44mm/min),整体表现为乔木林地灌木林地草地。用变异系数衡量土壤理化性质和入渗率的空间变异性,结果表明,5种植被土壤的理化性质表现出不同程度的变异,土壤的入渗率均表现出较大的空间变异性。青海云杉林地的土壤入渗率明显大于其他4种植被类型,在本研究区的水源涵养上起到至关重要的作用。     

坝上地区退耕还林地土壤水文生态特征

 为明确退耕林地不同植被类型土壤层的水文生态效应及其水源涵养功能,通过野外取样与室内测试的方法,以封育草地为对照,定量研究坝上地区典型区域张北县沙棘林、柠条林和榆树林等退耕林地的土壤颗粒粒径分布、水分物理性质和入渗性能等水文生态特征。结果表明:不同植被类型同一土层间土壤密度、孔隙度与持水性能差异显著,同一植被类型内不同土层间各指标差异不明显;与草地相比,林地能较好地改善土壤结构,土壤水文生态效应好于草地;4种植被类型的土壤颗粒粒径分布主要集中在1～0.05 mm范围内,约占64.08%～71.13%;林地土壤密度小于草地,榆树林、沙棘林和柠条林的土壤密度分别比草地的减小25.26%、24.98%、16.49%;土壤孔隙度以及土壤饱和持水量、有效持水量表现为沙棘林>榆树林>柠条林>草地;入渗速率与入渗时间遵从f=at-b的幂函数关系,柠条林、沙棘林和榆树林的稳渗速率分别为草地的4.96、3.18和2.88倍。研究结果可为坝上地区退耕林地生态效应的评价提供理论依据。     

豫南山区典型林地土壤入渗特征及影响因素分析

为弄清典型林地不同发育阶段表层土壤入渗性能差异规律及其影响因素,通过在豫南山区开展野外调查与室内分析,模拟和分析土壤入渗过程及特征,研究土壤理化性质、地表根系结构对土壤渗透能力的影响。结果表明:1)各个林地类型土层厚度0～10 cm层的土壤渗透能力均高于10～20 cm层;初渗率、稳渗率、前30 min入渗量在各土层深度中均表现相同的趋势,即30 a马尾松针叶林>30 a麻栎阔叶林>30 a麻栎+马尾松混交林>荆条灌丛>20 a麻栎阔叶林>20 a麻栎+马尾松混交>20 a马尾松针叶林;20 a、30 a林分中,平均稳渗率最高的林分类型分别是麻栎阔叶林和马尾松针叶林,分别为3.140和4.256 mm/min。2)土壤渗透特性指标均与土壤有机质质量分数、毛管孔隙度、非毛管孔隙度、根体积密度、根表面积密度存在显著的相关关系(P<0.05);对土壤渗透能力影响最大的土壤理化性质指标和根系结构指标分别是非毛管孔隙度和根表面积密度,典型相关负荷量分别达到0.559和0.773。     

长三角丘陵地不同植被林下土壤入渗特征分析

对南京市紫金山典型黄棕壤区麻栎纯林、麻栎马尾松混交林及灌木三种植被结构下土壤进行环刀法分层(0~20 cm、20~40 cm、40~60 cm、60~80 cm、80~100 cm)取样,采用传统土壤物理性质测定方法,研究了林分尺度下部分土壤物理性质的空间变异性及其与渗透规律的相互关系。结果表明:三种植被林下土壤在垂直方向上入渗速率由表及里均逐步递减,土壤初渗速率与土壤粉粒含量、土壤毛管孔隙度及土壤总孔隙度极显著相关,而土壤稳渗速率与土壤非毛管孔隙度极显著相关。同时,麻栎纯林的土壤渗透速率在三种植被类型中为最大;结合各植被结构下土壤持水能力分析,故而推断研究区麻栎纯林的土壤水文效应最为理想,可为该地区的人工造林植被结构搭配提供科学依据。     

密云水库北京集水区典型植被土壤入渗特征研究

通过对密云水库北京集水区5种典型植被类型入渗特征的研究表明,密云水库水源涵养林林地土壤的初渗速率在13~20mm/min之间,改变微地形后,土壤的渗透性能得到明显改善.密云水库北京集水区土壤渗透性和持水功能最好的是侧柏林,最差为荒草坡和农田.对3种渗透模型拟合结果表明,考斯加柯夫公式和菲利普公式对该地区土壤入渗前期拟合较好,而随着时间推移,霍顿公式的拟合结果更接近于实测值.     

祁连山三种主要乔木林细根生物量比较

采用根钻法采集细根,分析了祁连山中段寺大隆林区3种主要乔木植被青海云杉纯林、杨树纯林和祁连圆柏纯林的细根生物量、土壤含水量、土壤容重和土壤养分状况,并在3种森林群落之间进行了比较研究,旨在为该区提高森林生产力和根系碳汇的后续研究提供理论依据。结果表明:研究区内3种乔木植被总细根生物量和活细根生物量之间呈极显著正相关,而细根生物量和土壤水分与土壤容重均呈显著负相关,土壤养分和土壤含水量对细根生物量有着积极的促进作用。3种植被类型的细根生物量都集中分布在20—40 cm土层,而且杨树林分依次是青海云杉林分的154倍、祁连圆柏纯林的308倍;3种植被类型的土壤容重依次为S_d杨 > S_d柏 > S_d杉,且两两之间差异显著;0—10 cm土壤含水量差异显著,青海云杉纯林远高于其他两种乔木植被;另外,3种植被类型土壤中含有的碳、氮含量差异也比较显著。     

黄河三角洲滩地不同植被类型的土壤贮水功能

以滩涂裸地为对照,对黄河三角洲滩地乔木林、灌木林、草地及农田等4种植被类型改良土壤的盐碱程度、容重和孔隙度状况、土壤入渗性能及蓄水能力进行对比研究.结果表明:不同植被类型均具有一定的压碱抑盐效应.且表土层盐碱含量多低于20-40 cm土层;同时降低土壤容重,增加土壤孔隙度的效应显著,并且对土壤表层的改良效果好于20-40 cm土层.不同植被类型均能改善土壤入渗性能.渗透性能由强到弱表现为乔木林>灌木林>农田>草地,其平均渗透速率分别是滩涂裸地的4.9,3.7,2.9,1.9倍.不同植被类型的土壤饱和蓄水量、毛管蓄水量、非毛管蓄水量均表现为乔木林>灌木林>草地>农田,其饱和蓄水量分别比滩涂裸地高18.3%,11.8%,3.7%和3.5%;土壤涵蓄降水量和有效涵蓄量大小均表现为乔木林>草地>灌木林>农田,且0-20 cm土层的贮水性能均好于20-40 cm.     

黄土区不同植被类型条件下土壤分离速率变化特征及其影响因素

为比较土壤理化性质与根系特征对土壤分离速率的影响强度,采用模拟冲刷试验与室内分析相结合的方法,探究了黄土区不同植被类型在3种处理下（含根系、含冠层、含结皮）土壤分离速率变化特征及其影响因素。结果显示:（1）不同植被类型间,狼牙刺群落下土壤分离速率最小,显著低于达乌里胡枝子;不同处理下,含结皮土壤分离速率最大,含根系土壤次之,含冠层土壤最小。（2）土壤分离速率与容重呈显著正相关关系（p<0.05）,与有机质、团聚体呈显著负相关关系（p<0.05）。只考虑土壤理化性质对土壤分离速率的影响时,影响狼牙刺、白羊草群落下土壤分离速率的主导因素是容重;影响铁杆蒿、达乌里胡枝子群落下土壤分离速率的主导因素为有机质。（3）根系特征也是影响土壤分离速率的因素,土壤分离速率与根系生物量密度、根长密度、根系表面积密度、根体积密度呈负相关关系。只考虑根系特征对土壤分离速率的影响时,影响狼牙刺、铁杆蒿、白羊草群落下土壤分离速率的主导因素是根长密度;影响达乌里胡枝子群落下土壤分离速率的主导因素是根系表面积密度。（4）本研究中,土壤分离速率回归方程D_r=0.086-0.035X₁+1.367X₂,（R²=0.767,N=36,p=0.000;X₁为土壤有机质,X₂为土壤容重）,土壤理化性质对于分离速率的作用强于根系的作用;不考虑植被类型时,土壤有机质、土壤容重是影响土壤分离速率的主导因素。     

赣南飞播马尾松林林下植被盖度对土壤质量的影响

为了探明林下植被盖度对赣南飞播马尾松林土壤质量的影响,选取3种林下植被盖度（> 70%,30%～70%,< 30%）的林分,对其表层（0—10 cm）土壤理化性质的16个指标进行比较分析,筛选出土壤容重、田间持水量、土壤有机质、速效磷、pH值作为土壤质量评价指标,运用土壤理化综合指数评价不同林下植被盖度下土壤质量水平。结果表明:3种林下植被盖度间,土壤容重、土壤含水量、饱和持水量、毛管持水量、田间持水量、毛管孔隙度、总孔隙度、pH值存在显著差异（P < 0.05）;非毛管孔隙度、有机质、全氮、全磷、全钾、速效氮、速效磷、速效钾不存在显著差异（P > 0.05）。不同林下植被盖度的土壤理化综合指数存在极显著差异（P < 0.01）,土壤质量随着林下植被盖度的增加而得到显著提高。     

不同植被恢复策略对贵州喀斯特生态系统土壤渗透特性的影响

旨在探讨不同植被恢复策略对土壤入渗特征空间变化的影响，通过对贵州石漠化治理试验区自然草灌木混合林、次生林地、退耕自然生草地、芒果地、坚果地及玉米地的土壤容重、土壤孔隙度、土壤有机质和土壤渗透特性的分析。结果表明：不同植被恢复策略下土壤容重、孔隙度和有机质含量存在显著差异，具体表现为自然植被恢复（草—灌木混合林和次生林地）和秸秆还田种植方式均能有效降低土壤容重，增加土壤孔隙度。随着土层深度增加，土壤容重呈增大趋势，土壤孔隙度和有机质含量变化趋势相反；植被恢复方式和土层深度显著改变了土壤的水分渗透特性，自然植被恢复（草—灌木混合林和次生林地）土壤渗透性能高于人工植被恢复（芒果地和坚果地），主要是因为自然植被恢复下土壤扰动小，植物根系和凋落物增加，从而改变土壤物理性质，降低土壤容重，提高土壤孔隙度的综合效益。随着土层深度增加，土壤稳渗速率和累积入渗量减小。通过测定不同植被恢复方式的土壤水文特征，为喀斯特地区植被恢复方式及土壤入渗性能评估提供科学依据。     

黄土丘陵区典型植被土壤物理性质差异及其对导水特性影响

选取黄土丘陵区12种典型植被样地,通过测定各样地不同土层植物残体生物量、土壤容重、毛管孔隙度、非毛管孔隙度及饱和导水率,研究各指标随土层深度和植被类型的变化规律及其对土壤饱和导水率的影响。结果表明:(1)除容重随土层深度增加外,植物残体、毛管孔隙度、非毛管孔隙度和饱和导水率均随土层深度减少,其中植物残体大多集中于表层土壤(0—10 cm),占总残体生物量的51.4%～85.7%。(2)不同植被类型其植物残体及土壤物理性质存在显著差异,乔木林地植物残体、农耕地土壤容重、灌木林地非毛管孔隙度及饱和导水率均最大,而毛管孔隙度与不同土地利用类型间无显著差异。(3)饱和导水率随植物残体生物量密度(0—10 cm)和土壤容重呈幂函数减小,随毛管孔隙度和非毛管孔隙度呈幂函数增大;土壤容重(BD)和非毛管孔隙度(NCP)是影响土壤饱和导水率(K_s)的主要因素,且土壤饱和导水率可表示为两者的综合非线性方程(K_s=0.6BD~(-4.717)NCP~(0.203),P0.01,R~2=0.63,NSE=0.50)。此外,沙棘灌木林地平均饱和导水率最大,有利于降雨过程中土壤水分入渗,具有较强的水土保持功能。本研究结果可为黄土高原植被恢复生态水文效益评价提供理论依据。     

岩溶坡地不同利用类型土壤入渗性能及其影响因素

为了探讨岩溶坡地不同土地利用类型土壤入渗性能差异及其影响因素,该文利用环刀法测定了不同利用类型石灰岩土壤的入渗过程曲线,并分析了孔隙状况、颗粒组成和土壤结构等对入渗的影响。结果表明：土地利用类型对岩溶坡地土壤入渗性能影响较大,初始入渗速率和稳定入渗速率均表现为灌丛＞果园＞草地＞旱地。灌丛地表下层（＞15～30 cm）平均稳定入渗速率8.11 mm/min,最小值4.22 mm/min;旱地地表下层平均稳定入渗速率0.46 mm/min,最小值仅0.13 mm/min。旱地表层以下存在显著的入渗阻滞层。岩溶坡地土壤入渗性能与有机质、水稳性团聚体和孔隙度有显著相关性。非毛管孔隙在入渗初期的作用大于后期,＞0.25 mm水稳性团聚体含量是影响稳定入渗速率的重要因素。该文为进一步研究岩溶坡地旱涝灾害、水土保持和水资源开发利用等提供了理论依据。     

滇池流域不同植被覆盖土壤的入渗特征及其影响因素

为掌握滇中高原滇池流域周边不同植被覆盖类型对土壤入渗性能的影响,选用双环入渗法探究土壤入渗特性。以滇池流域典型植被覆盖类型(华山松+云南油杉混交林、云南松纯林、旱冬瓜+麻栎混交林、桉树人工林、灌木林)为研究对象,通过野外调查和试验测定,揭示土壤入渗特性及影响入渗的特征因子。结果表明:(1)华山松+云南油杉混交林与云南松纯林、旱冬瓜+麻栎混交林、桉树人工林、灌木林相比,[JP]土壤容重最小,有机质含量最高,水稳性团聚体最多,孔隙度和非毛管孔隙度比例明显优于其他林地。(2)5种植被覆盖类型下入渗性能有明显差别,具体入渗性能表征为华山松+云南油杉混交林＞旱冬瓜+麻栎混交林＞灌木林＞云南松纯林＞桉树人工林。(3)选择Kostiakov公式、Horton公式、Philip公式,模拟5种典型植被类型覆盖下林地土壤入渗过程,Philip模型对滇池流域土壤入渗过程的拟合效果最佳。(4)5种典型植被类型覆盖下,林地土壤入渗特征与土壤容重均呈显著负相关(P＜0.05),初始入渗速率与非毛管孔隙度、＞5 mm水稳性团聚体、＞2 mm水稳性团聚体均呈极显著正相关(P＜0.01);土壤入渗的5个主要影响因子为＞2 mm水稳性团聚体、＞5 mm水稳性团聚体、容重、有机质、非毛管孔隙度。研究结果为该研究区水土流失治理和土壤侵蚀防治提供基础依据。     

Variations in soil infiltration capacity after vegetation restoration in the hilly and gully regions of the Loess Plateau,China

Purpose

To control the severe soil and water losses on the Loess Plateau, China, a series of vegetation restoration projects were conducted. A better understanding of the effect of vegetation types on the soil infiltration capacity is important for the sustainable development of vegetation restoration. The aim of this study was to establish a soil infiltration capacity index (SIC) and to analyze the mechanism influencing variations in the soil infiltration capacity after vegetation restoration on the Loess Plateau.

Materials and methods

Eight vegetation types (community dominated by Artemisia scoparia, Stipa bungeana, Artemisia gmelinii + S. bungeana, A. gmelinii + Stipa grandis, A. gmelinii + Artemisia giraldii, Sophora viciifolia, Caragana korshinskii, and Robinia pseudoacacia) and bare land as the control were selected for this study. The SIC was established by a steady infiltration rate (SR, 50–60 min) and stage I average infiltration rate (ARSI, 0–5 min) according to principal component analysis (PCA). Path analysis was used to investigate how the soil properties and plant fine root affected the soil infiltration capacity.

Results and discussion

The SIC values of the eight vegetation types were all higher than that of the bare land. The R. pseudoacacia community had the highest SIC value (0.43), followed by the A. scoparia community (0.30) while the bare land (??0.56) had the lowest value. Path analysis showed that the increase in the fractal dimension and non-capillary porosity of soil particles enhanced the SIC directly. Increases in the clay content increased the SIC by affecting the fractal dimension of soil particles, while increases in the fine root density reduced the SIC by affecting the non-capillary porosity. Plant functional groups (grasses and legumes) affected SIC indirectly via non-capillary porosity and plant root.

Conclusions

A comprehensive index, the SIC, was established to describe the soil infiltration capacity by the PCA method. Based on a comparison with bare land, vegetation restoration enhanced the soil infiltration capacity. The R. pseudoacacia community was the most effective at improving the soil infiltration capacity. The improvement in infiltration was closely related to direct increases in the soil non-capillary porosity and soil particle fractal dimension.