刘 志 杨 瑞 裴仪岱

（贵州大学林学院，贵阳 550025）

喀斯特地区石漠化是土地退化的一个类型，通常表现为农业用地数量减少（表土丧失或土体毁失）和质量降低（土壤物理、化学、生物学方面质量下降），其主要特征是由于水力及重力作用而造成的土壤流失［1］。喀斯特高原花江峡谷区是贵州省喀斯特石漠化问题最为突出的地区之一，由于降雨较为丰富、山地坡度较大、沟谷地区常常有季节性河流及植被覆盖率不高等因素。因此在夏季降雨时，地表径流增大时常常伴随着土壤被侵蚀而冲刷搬运至下游，导致形成“耕作→土壤流失→生态失衡→土地贫瘠→贫穷”的恶性循环。在喀斯特石漠化生态综合治理中植被恢复与重建，选择乡土经济植物顶坛花椒、金银花的种植在喀斯特特色农业可持续发展中有着相当不错的经济效益和生态效益［2-4］。1980年黄义瑞［5］对我国几种主要地面物质抗侵蚀性能进行了初步研究，讨论了土壤抗蚀、抗冲性能及其分级等问题，并将我国主要地面物质归并为五个类型。近些年来国内众多学者对土壤的抗侵蚀及入渗过程也进行了研究，如李红云等［6］对济南石灰岩山区4种主要灌木林地土壤的物理性状和抗侵蚀性能进行研究，得出4种灌木林地土壤抗蚀性能增强作用从大到小为：黄栌林、连翘林、黄荆林、绣线菊林。杨贤均等［7］对湖南省邵东县红壤三种不同林分的水土保护功能分析得出：栾树、桤木、枫香阔叶混交水土保持林涵养水源、保持水土功能均优于枫香-马尾松、枫香-湿地松针阔混交水土保持林，李超等［8］对黄土丘陵区不同撂荒年限土壤入渗及抗冲性研究得出：土壤抗冲系数与容重、有机质、根系生物量、土壤孔隙度均呈极显著相关；相关土壤抗冲系数与初始入渗速率、稳定入渗速率、平均入渗速率均呈极显著正相关。王丹丹等［9］对晋西黄土区退耕林地土壤抗冲性研究得出：坡度、枯落物、生物多样性是影响土壤抗冲性的主要因子。卢喜平等［10］对两种果草模式根系提高土壤抗蚀性的研究得出：土壤的抗蚀性与土体中根系含量密切相关。何丹等［11］土壤入渗特性的空间变异规律及其变异源得出：土地利用方式不仅影响土壤入渗特性的大小，而且影响其变异的空间依赖性规律。由于区域环境条件及植物生长特性的差异性，本文选择喀斯特峡谷区种植的顶坛花椒、金银花林地土壤作为研究对象，分析其林下土壤抗侵蚀性特征，以期为喀斯特区水土保持林的恢复、生态环境建设提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 样点选择

研究区位于黔西南花江喀斯特石漠化综合治理示范区内，为我国典型的喀斯特高原峡谷区，地处贞丰县与关岭县交接处的北盘江河段峡谷两岸，105°36′30″E～105°46′30″E、25°39′13″N～25°41′00″N。地表岩石裸露且破碎，地势起伏落差大，海拔600～1 200 m，年均温18.4℃，年均降雨量1 100 mm，且时空分布不均，其中5—10月降水量占全年总降水量的83%。冬春温暖干旱，夏秋潮湿，为亚热带季风湿润气候。该地区土壤为石灰岩发育形成的石灰土为主，基岩裸露率在70%以上，是贵州省石漠化极其严重地区。2015年8月，在研究区内选择广泛种植的顶坛花椒纯林（以下简称花椒林）、金银花纯林（以下简称金银花林）、金银花-花椒混交林（以下简称混交林）和撂荒地（以下简称对照）4种类型作为研究对象，选择土壤类型、坡向、坡位及土地利用情况等（表1）基本一致，分别在不同类型中选择5个取样点，呈“S”型取样。其中土壤入渗采用环刀（200 m3）取土，根据土壤剖面层次0～10 cm、10～20 cm和20～30 cm进行原状土取样，分别设3个重复。土壤抗冲性取样在0～20 cm的土层内用长、宽、高（15 cm×8 cm×7 cm）的取样器。土壤抗蚀性取样在0～20 cm的土层以花椒林、金银花林、混交林、对照为样本设3个重复，用密封袋装袋编号后带回实验室风干完成相关实验。

表1 不同取样点基本情况Table 1 Basic information of the sampling points

1.2 测定方法

土壤渗透性采用测定：单环刀法（环刀采用200 m3）测定［12］。本研究经过预实验得出土样稳定渗透基本集中于30 min左右，所以试验总时间设计为60 min，单位时间为2 min。本研究取每个样地前2 min下渗速率为初始渗透速率，稳定渗透速率为单位时间内的渗透量趋于稳定时的渗透速率，60 min平均渗透速率=60min渗透总量/60min。

土壤抗冲性测定：采用蒋定生［13］设计的原状土冲刷水槽法测定。样品侵水12 h后静置2 h。并统一设置其冲刷坡度为30°，采用年平均降水量换算的2 L·min-1的水流速度进行冲刷，冲刷时间为10 min，每隔1 min用纱布网过滤取土。用冲失每克土所需时间来表示抗冲性系数，采用公式：

式中，ANS表示土壤抗冲性系数（min·g-1），Q表示单位时间的流量，T表示冲刷历时（min），WLDS表示冲刷流失土壤的干重（g）。

土壤抗蚀性测定：采用抗蚀性指数［14-15］测定。用7 mm、10 mm土壤筛层叠过滤出所需7～10 mm土粒，每次测定取备50颗，每一分钟记录一次崩裂的颗数，试验历时为10 min。采用每分钟未崩解土粒数量（m-n）与总土粒的比值来表示抗蚀性指数（k），采用公式：

式中，k表示土壤的抗蚀性指数，m表示总土粒，n表示崩解总土粒。

1.3 数据处理

采用SPSS、Excel等软件进行统计和分析，文章中所有的图采用Origin Pro 9.0绘制。

2 结果与讨论

2.1 土壤渗透性能

土壤孔隙是土壤团聚体之间的孔隙，是土壤结构的重要组成部分，孔隙度的大小与孔隙数量多少及其连通性反映了土壤的持水保水性能，并通过影响土壤的通气透水性及根系穿插的难易程度，对土壤中水、肥、气、热以及生物活性等发挥着不同的作用［15-16］。

表2中花椒林土壤的总孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度，随着土层深度增加均呈均匀下降趋势，而容重随着孔隙的减少而不断增加。金银花林土壤总孔隙度、毛管孔隙度，虽然随着土层深度的增加均呈下降趋势，但是从土层深度0～10 cm变至10～20 cm与10～20 cm变至20～30 cm的变化差距明显变大。因金银花为浅根系植物，由此可表明植物根系对土壤孔隙度的促进作用。经对不同经济型植物的林下土壤分析，对容重而言：对照大于金银花林大于花椒林大于混交林；对总孔隙度而言：混交林大于花椒林大于金银花林大于对照；对毛管孔隙度而言：混交林大于花椒林大于对照大于金银花林；对非毛管孔隙而言：金银花林大于混交林大于对照大于花椒林；对土壤稳渗速率而言：花椒林、混交林均随土层深度增加，稳渗速率呈下降趋势，而金银花、对照均出现20～30 cm土层的土壤稳渗速率较10～20 cm速率土层大，下层土壤渗透速率较上层土壤快，加快了自由水的流失，由此得出混交林地更容易保持水分。

毛管孔隙储存的水分可以供植物根系吸收或土壤蒸发，而非毛管孔隙除为饱和土壤水分提供通道外，仅只为水分的暂时储存提供空间，土壤非毛管水也是土壤水下渗的重要通道［15-16］。从表2可以看出，不同植被类型下的初渗速率、稳渗速率、平均渗透速率、总渗透量的变化趋势保持一致，而与土壤的总孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度的变化并不一致。从表2可以看出，对于平均总渗透量、平均渗透速率、平均稳渗速率、平均初渗速率而言均存在花椒林大于对照大于混交林大于金银花林。

2.2 土壤抗冲性

土壤抗冲性是指土壤抵抗径流对土壤的机械破坏和推动下移的性能，它主要取决于土粒间和微结构间的胶结力和土壤结构体间的抵抗离散的能力。影响林地土壤冲刷的主要原因：一方面是外营力，雨滴对地表的溅击和地表径流对地面的冲刷；另一方面是土壤本身的抗冲性即抵抗径流对地表的机械破坏和推移的能力［17］。

由图1和表3可以直观看出不同植被下的原状土在开始冲刷时均较大，呈现对照大于花椒林大于混交林大于金银花林。冲刷10 min流失量最小的为金银花林。金银花林在10 min冲刷过程中土壤流失总量为9.9 g。混交林的含沙量在10 min几乎趋近于平稳。因此说明混交林下土壤抗冲性较稳定。而花椒林和对照土壤虽然每分钟流失量一直在减少，但是依旧大于混交林和金银花林的土壤流失量。花椒林、混交林、金银花林、对照在10 min、2 L·min-1水流冲刷下，土壤流失总量分别为45.98、24.39、9.9和63.63 g。

能性透渗壤土的下型类地林同不2表m量/m透tal渗To总eability perm率速e 1）透n rate/渗均Av erag m·min-平penetratio（m率Steady rate/1）速渗稳filtration m·minin （m es rate/1）d typ 速渗e to lan率Initial初filtration m·minin （m ility relativ隙illary 度/%孔sity ermeab 管毛非No n cap ro po il p /%So 隙孔度sity ble 2管毛Capillary ro po Ta隙tal /%孔sity总To度ro po 3)重容density/lk ·cm-Bu (g度ness/厚层土il thick cm So pe Ty型类96 7 804 1 97 9792 3 5 1.2 6 348.25 4.23.5 15 5.3 6 236.76 3.38.1 11 3.3 28 67.1 149.10.1 30 a 7.18 ab 6.66 b 6.05 6.63 7a.27ab 1b 8 51.1.9 50.5 4849 5a.43a 6a 1 58.8 56.5 54.6 56 a 1.08 a 1.12 a 1.13 1.11 1000 0～～2Mean 10～3 20值均林xylu m m v ar椒花ntho sis forest en Za ispinu plan dintan 4 28 25 1 0 1.23 4.44 1.21 4.20 1.56 6.63 a 8.18 a 8.14 1a.68b 52.0 50 9a.73a 60.6 58 a 1.01 a 1.13 100 0～～2 10林交混Mixed forest 3 94 4.08 3.68 7.19 a 6.56 7a.9 50 4a.5 57 a 1.17 0～3 20 0 75 3.25 3.03 5.13 7.63 2.2 51 9.9 58 1.10 Mean值均6 30 6 20 1 22 1.33 0.89 0.96 1.21 0.87 0.82 1.86 2.51 2.04 7a.89a 4a 10.1 11.6 10 3a.92a 1a 45.9 44.0 42 0a.81a 5a 56.1 56.6 52 a 1.13 a 1.15 a 1.22 1000 0～～2 10～3 20 nica林花ja po银rest金nicera fo Lo 4 24 1.06 0.97 2.14 1.9 10 9.2 44 9.1 55 1.17 Mean值均67 2 29 16 9.82 0.73 8.32 0.65 6.4 16 1.30 a 8.63 5a.1 14 0a.97b 49.7 41 3a.52a 58.9 55 a 1.07 a 1.15 100 0～～2 10照对ntrast Co 6 31 1.37 1.30 2.51 a 5.09 4ab.5 44 3b.6 49 b 1.34 0～3 20 7 91)t (P＜0.05 3.97lo d p e lan 3.42ers in the sam il lay so etween 6.76 ifferences b nificant d 7.29 icate sig 0.4 47 ifferent letters ind 9te：D.6 54No 5）（P＜0.0 1.19著显异差间Mean 之层土值 同均不地样一同示表母字同不：注

图1 不同林地类型下土壤冲刷泥沙含量变化过程Fig. 1 Variation of soil erosion and sediment content under relative to land types

表3 不同林地类型下土壤冲刷实验结果Table 3 Soil scour test relative to land types

由图2可以较明显看出花椒林和对照的土壤抗冲性系数较低，且比较稳定。说明花椒林虽然对土壤侵蚀量有一定的减少作用，但是侵蚀量依旧很大。而混交林和金银花林的抗冲性系数比较大，其中金银花的增长趋势最明显。说明金银花林土壤侵蚀量较少，由表3的抗冲性系数可表明恢复类型中土壤抗冲性为金银花林大于混交林大于花椒林大于对照。

图2 不同林地类型的土壤抗冲性系数Fig. 2 Soil anti-scour coefficients relative to land types

2.3 土壤抗蚀性

土壤抗蚀性是指土壤对抗侵蚀作用的分离和搬运的抵抗能力。土壤抗蚀性与土壤内在的物理和化学性质密切相关。土壤的这些理化性质包括土壤的颗粒组成、团聚体的稳定性、有机质含量、渗透率、紧实度、黏土矿物的性质及化学成分等［18-20］。因此评价土壤抗蚀性指标较多，目前常见的主要有土壤有机质含量、水稳性团聚体、平均质量直径、团聚度分散率、抗蚀指数等［19-22］，本文是从抗蚀指数方法进行研究。

通过对花椒林、金银花林、混交林和对照土壤的抗蚀性能力进行对比，崩解实验结果如图3所示，10 min混交林崩解的比例高于其他各个恢复类型，混交林大于对照大于金银花林大于花椒林，混交林每分钟的崩解数量前期小于其余林地，后期基本相等。混交林在该实验过程中一直保持每分钟崩解量最小，其次为对照、金银花林和花椒林。

图3 不同林地土壤的崩解过程Fig. 3 Soil collapsing process relative to land types

3 结 论

在贵州喀斯特高原峡谷区，由于各种人为因素的干扰及喀斯特区特殊的生境条件，石漠化情况特别严重，在喀斯特石漠化综合治理过程中，植物的选择与组合搭配方式对遏制喀斯特区石漠化发展势头，改善地区人居环境，保持水土具有重要的作用。土壤抗侵蚀能力的研究是植物保持水土能力至关重要的条件，对于土壤抗侵蚀能力的研究许多学者主要是从土壤抗冲性和抗蚀性两个方面进行分析［15,23］，本研究引入土壤渗透能力这一指标，并将三个指标综合进行分析，更好地说明喀斯特高原峡谷地区土壤抗侵蚀能力的特征。本研究通过对喀斯特高原峡谷区不同植被类型下土壤入渗性能、土壤抗冲性、土壤抗蚀性研究发现。土壤入渗性能表现为花椒林大于对照大于混交林大于金银花林；土壤抗冲性表现为金银花林大于混交林大于花椒林大于对照；土壤抗蚀性混交林大于对照大于金银花林大于花椒林。最后针对土壤入渗性能、土壤抗冲性、土壤抗蚀性三方面数据综合分析，得出混交林的土壤抗侵蚀能力明显优于花椒林、金银花林和对照。因此，在喀斯特高原峡谷地区大力开展顶坛花椒—金银花混交种植模式，它不仅是该地的水土保持经济林的最优模式，而且对地区经济的可持续发展具有重要的指导意义。