应松康，张晓勉，高智慧，高洪娣，陈贤田，柳方考，宋绪忠，岳春雷，李贺鹏

（1. 浙江省舟山市普陀区农林局，浙江 普陀 316100；2. 南京林业大学，江苏 南京 210037；3. 浙江省林业科学研究院，浙江 杭州 310023；4. 浙江省林业生态管理中心，浙江 杭州 310020；5. 浙江省三门县林业特产局，浙江 三门 317100，）

土壤入渗是指水分进入土壤形成土壤水的过程，它是降水、地面水、土壤水和地下水相互转化过程中的一个重要环节[1]。土壤渗透性是描述土壤入渗快慢极为重要的土壤物理特征参数之一。到达林地表面的降水，除很小一部分成为地表径流以外，其中大部分渗入到土壤中，成为土壤贮水和地下径流，从而表现出林地涵养水源和保持水土的功能[2]。已有研究表明，在其它条件相同情况下，土壤渗透性能越好，地表径流越少，土壤的流失量也相应减少[3]。沿海岩质海岸由于长期受到盐风、台风暴雨的袭击，土壤贫瘠，水土流失严重。沿海防护林建设对于保持水土、减小土壤侵蚀有重要作用。本文通过对浙江省沿海防护林主要林分类型土壤渗透性的研究，为沿海防护林建设和沿海地区水土流失治理提供理论依据。

1 研究区概况

研究区位于浙江省三门县浬浦镇草头村，该区属典型的亚热带海洋性季风气候，年平均气温 16.2℃，降水量l 628.8 mm，但季节分配不均，夏秋降水量占全年的71.9%，冬季仅占9.4%，暴雨多集中于6-8月，且常受台风影响。土壤母岩大多为花岗岩和凝灰岩，地带性土壤为红壤。土层厚度中等，含石量高，质地轻粘，干燥时疏松多孔，pH4.7 ~ 6.5，呈酸性或强酸性反应。该区典型的森林植被属中亚热带常绿阔叶林，现大多为次生群落或人工林取代，树种较为单一，主要树种有马尾松（Pinus massoniana）、湿地松（P. elliottii）、木荷（Schima superba）等[4]。

2 研究方法

2.1 样地选择及样品采集

在研究区内选择6种有代表性的沿海防护林林分类型作为研究对象，并选择无林地作对照。1号样地为北江荛花（Wikstroemia monnula）—檵木（Loropetalum chinense）混交林，为经人工促进措施下植被恢复的试验地，植被均为灌木，平均高约1.3 m，其它灌木零星分布着胡颓子（Elaeagnus pungens）、野梧桐（Mallotus japonicus）和海州常山（Clerodendrum trichotomum），草本主要为芒萁（Dicranopteris dichotoma），植被覆盖度较高。此样地海拔为20 m，坡度15°，西北坡向，人工干扰极小；2号样地为化香（Platycarya strobilacea）纯林，同为经人工促进措施下植被恢复的试验地，化香成高大灌木状，平均高约3 m，其它灌木零星分布着云实和木腊树，草本主要为芒萁和菝葜，灌草层盖度小，此样地海拔为24 m，坡度30°，正南坡向，人工干扰极小；3号样地为湿地松纯林，分布有乔木、灌木和草本植物，植被覆盖率较高，乔木全为湿地松，灌木零星分布着胡颓子、牡荆、豆腐柴和野梧桐，草本主要为芒萁和海金沙，盖度约60%。此样地海拔为31 m，坡度15°，西南坡向，人工干扰一般；4号样地为枫香（Liquidambar formosana）纯林，分布有乔木、灌木和草本植物，植被覆盖率较高，乔木全为枫香，灌木零星分布着油桐（Vernicia fordii）、牡荆（Vitex negundo var. cannabifolia）、鼠李（Rhamnus davurica）和楤木（Aralia chinensis），草本主要为麦冬（Ophiopogon japonicus）、荩草（Arthraxon hispidus）、马兰（Kalimeris indica）和海金沙（Lygodium japonicum），盖度约60%。此样地海拔为64 m，坡度20°，正西坡向，人工干扰小；5号样地为湿地松木荷混交林，分布有乔木、灌木和草本植物，乔木全为湿地松和木荷，灌木零星分布着野蔷薇和牡荆，草本主要为芒萁，灌草层盖度小。此样地海拔为48 m，坡度18°，东南坡向，人工干扰一般；6号样地为湿地松枫香混交林，分布有乔木、灌木和草本植物，乔木全为湿地松和枫香，灌木零星分布着茅莓（Rubus parvifolius）和黄檀（Dalbergia hupeana），草本主要为芒萁，灌草层盖度小。此样地海拔为54 m，坡度25°，西南坡向，人工干扰一般；7号无林地对照选择径流场，坡度20°，正南坡向，基本无植被覆盖。

7种林分类型区分别设置20 m×20 m的标准样地进行调查。在每一种林分内的典型地段挖土壤剖面，分0 ~20 cm、> 20 ~ 40 cm两个层次进行采样。每层取3个土样进行室内理化性质分析。每层用环刀（φ61.8 mm、高40 mm）采3个土样进行室内渗透性试验，共计取各类土样84个。

2.2 样品分析

对于进行理化性质测定的土壤样品进行风干、过筛，分别测定土壤理化性质。土壤渗透性采用TST-55型土壤渗透仪进行测定。有机质测定采用重铬酸钾—硫酸氧化法[5]。土壤容重测定采用环刀法[6]。土壤持水性能的测定采用环刀法[7]。

图1 不同林分类型土壤渗透过程Figure 1 Soil infiltration process under different forest types

表1 不同林分土壤入渗模型Table 1 Soil infiltration model for different forest types

3 结果与分析

3.1 不同林分类型土壤渗透过程

水分入渗过程是一个复杂的水文过程，与降水地表径流、表土结构、容重和土壤含水量等因素密切相关，不同土地利用类型的土壤渗透性存在很大差别[8]。研究区7种林分类型表层（0 ~ 20 cm）土壤的渗透过程列于图1。从图1可以看出不同林分类型土壤的入渗过程具有大体相同的变化规律，可以将土壤入渗过程分为：入渗瞬变阶段、入渗渐变阶段以及入渗稳定阶段[9]。

分析不同林分类型土壤入渗过程曲线可以看出，7种林分类型土壤的入渗过程大体都符合卡斯恰可夫公式y = ax-b。表1列出了不同林分类型入渗过程按卡斯恰可夫公式拟合的结果和拟合优度。拟合优度在0.824 ~ 0.977，表明拟合效果较好。

3.2 不同林分类型渗透性与土壤理化性质的关系

在研究土壤入渗时，经常采用的4个指标是最初入渗速率（初渗率）、平均渗透速率、最终入渗速率（稳渗率）和渗透总量[10]。本文分别以反映土壤渗透性的指标：初渗率（Y1）、平均渗透速率（Y2）、稳渗率（Y3）和渗透总量（Y4）与反映土壤理化性质的指标：容

重（X1）、总空隙度（X2）、非毛管空隙度（X3）、有机质含量（X4）、pH值（X5）、毛管空隙度（X6）、毛管持水量（X7）进行相关性分析，结果见表2。

由表2 可以看出，Y1、Y2、Y3和Y4与X1、X2、X3、X4相关性显著。表明土壤非毛管孔隙度、总孔隙度越大，有机质含量越高，土壤的持水能力越强，土壤的渗透性越好。土壤容重与土壤渗透性呈显著负相关，表明土壤容重越大，土壤的渗透性越差。

对土壤渗透性与容重、总空隙度、非毛管空隙度、有机质含量之间的显著相关关系可以解释为：土壤孔隙特别是非毛管孔隙因孔隙直径大，有利于土壤通气透水。在降雨和灌溉过程中，土壤水分的渗透量及渗透速度主要决定于非毛管孔隙及总孔隙度的大小[11]。孔隙度大，结构良好，质地疏松的土壤，降雨后，大量的地表径流被变成缓慢流动的土壤径流，渗透到土壤中的水分绝大部分因重力作用经过非毛管孔隙下渗到土壤下层。森林能有效地影响土壤的物理性状，改善土壤结构，增加土壤的非毛管孔隙度，提高土壤的入渗性能，从而提高土壤的蓄水量，很好地起到蓄水作用[12]。土壤容重是对土壤物质组成、结构密实程度的综合反映[12]，对于同一土质（土壤的矿物成份、颗粒组成及土壤结构基本一致），土壤容重越大，土体的结构就越密实，土体中孔隙含量少，土体颗粒间距小，从而影响土壤的渗透性能[13]。土壤中有机质含量丰富，有利于提高土壤的结构性，增加土壤的渗透性能。

为了进一步研究土壤渗透性与土壤理化性质的关系，分别以Y1、Y2、Y3和Y4为因变量，X1、X2、X3、X4为自变量进行回归分析，得到回归方程：

表2 土壤理化性质与土壤渗透性相关分析Table 2 Correlation analysis on soil physical and chemical properties withsoil infiltration

以上回归方程表明在浙江沿海基岩质海岸防护林中，土壤初渗率、平均渗透速率、稳渗率、渗透总量与土壤容重、总空隙度、非毛管空隙度、有机质含量这4个土壤理化性质指标之间具有显著的线性函数关系。

3.3 不同林分类型土壤渗透性能评价

为了对不同林分类型土壤渗透性能进行综合评价和分类，以土壤Y1、Y2、Y3、Y44个指标为自变量对不同林分类型土壤的渗透性运用SAS软件进行聚类分析，结果见图2。

由聚类分析可以看出，7种不同的林分类型土壤渗透性可以分为3类。其中，北江荛花檵木林归为一类，属于渗透性能最强级，湿地松木荷混交林、湿地松枫香混交林、化香纯林、湿地松纯林归为一类，属于土壤渗透性较强级；枫香、无林地属于土壤渗透性较弱级。对于枫香纯林的归类原因，可认为枫香纯林造林地土壤板结严重，土壤容重特别大，土体紧密，孔隙度很低，导致土壤渗透性能较差。北江荛花檵木林经人工促进植被恢复，土壤表层养分富集，有机质含量、全氮、水解性氮、全磷含量均比其它样地及对照地高土壤容重相对最小，总孔隙度和毛管持水量较大。所以其土壤渗透性能最强。

图2 不同林分类型土壤渗透性能聚类图Figure 2 Cluster analysis on soil infiltration under different forest types

4 结论与讨论

（1）不同林分类型土壤入渗过程大致分为：入渗瞬变阶段、入渗渐变阶段以及入渗稳定阶段。7种林分类型土壤入渗过程曲线按卡斯恰可夫公式Y = aX-b拟合后，拟合优度为0.824 ~ 0.977，达到极显著相关，表明可以运用卡斯恰可夫模型模拟该地区林分土壤水分入渗过程。

（2）土壤理化性质对土壤渗透性有重要影响。经相关分析表明：初渗率、平均渗透速率、稳渗率和渗透总量与容重、总空隙度、非毛管空隙度、有机质含量相关性显著，其中与土壤容重负相关。土壤孔隙特别是非毛管孔隙因孔隙直径大有利于土壤土壤水分下渗。土壤有机质含量越高，土壤结构性越好，土壤渗透性越强。土壤容重越大，土体的结构就越密实，土体中孔隙含量少，土体颗粒间距小，从而影响土壤的渗透性能。

（3）建立的回归方程表明，浙江沿海基岩质海岸防护林土壤初渗率、平均渗透速率、稳渗率、渗透总量与土壤容重、总空隙度、非毛管空隙度、有机质含量这4个土壤理化性质指标之间具有显著的线性函数关系，可以使用这些回归模型预测土壤初渗率、平均渗透速率、稳渗率和渗透总量，为土壤渗透性的研究提供重要依据。

（4）对不同林分类型土壤渗透性能进行综合评价和分类结果表明，北江荛花檵木林的土壤渗透性能最强；湿地松木荷混交林、湿地松枫香混交林、化香纯林、湿地松纯林的土壤渗透性较强；枫香纯林、无林地的土壤渗透性较弱。

（5）通过适当的人工促进措施，能有效改善岩质海岸植被区土壤的水、肥、气、热等条件，改良土壤结构，增加保水保肥能力，提高土壤肥力，有效地控制水土流失。本文只是对沿海基岩质海岸防护林不同林分土壤渗透性进行了初步研究，为了对沿海基岩质海岸防护林在防止水土流失、保持水土方面进行深入综合研究，我们将在以后的研究中引入其他水土保持指标和更多土壤理化性质指标进行深入研究。

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