桂西南喀斯特山地主要植被类型凋落物累积量及其持水特性

桂西北喀斯特地区不同退化程度植被群落物种组成及多样性特征桂西北喀斯特地区是中国西南地区的一个重要喀斯特地貌区域，其地质构造独特，地表地下溶蚀作用发育，地貌形态复杂多样，有着丰富的生物多样性。

由于当地的自然环境和人类活动的影响，该地区的植被群落面临着不同程度的退化。

本文将对桂西北喀斯特地区不同退化程度植被群落的物种组成及多样性特征进行探讨，以期为保护和恢复当地植被群落提供科学依据。

一、研究地区概况桂西北喀斯特地区位于中国广西壮族自治区西北部，地处喀斯特山地，地势起伏较大，气候温暖湿润，年降水量充沛，是一个典型的喀斯特地貌地区。

由于地下岩溶作用，当地地表水系丰富，形成了许多独特的地下溶洞和地表河流，为植被生长提供了充足的水源条件。

随着当地经济的快速发展和人类活动的加剧，桂西北喀斯特地区的植被群落面临着不同程度的退化和破坏。

二、研究方法本研究选取了桂西北喀斯特地区不同退化程度的植被样地，利用系统野外调查和样地调查的方法，对各样地内的植被群落进行详细的调查和记录。

采用样地多样性指数和优势度指数等统计方法，分析比较了不同退化程度植被群落的物种组成及多样性特征。

1. 未退化植被群落未退化植被群落指的是受到较轻程度影响的植被群落，其物种组成相对完整，植被结构复杂。

通过调查发现，未退化植被群落内的植物种类丰富，植被垂直结构明显，地表覆盖度高，植被层次分明，具有较高的物种多样性和生物丰富度。

四、结论与建议通过对桂西北喀斯特地区不同退化程度植被群落的调查与分析，可以得出以下结论：1. 随着植被群落退化程度的加剧，其物种组成逐渐减少，植被结构逐渐破坏，物种多样性和生物丰富度逐渐降低。

2. 不同程度植被群落的退化主要受到人类活动的影响，包括过度放牧、乱砍滥伐、荒漠化等，应采取有效措施加以保护和修复。

为此，建议当地政府加强对桂西北喀斯特地区植被群落的保护和管理，采取有效措施限制过度放牧和乱砍滥伐行为，加强荒漠化治理和植被恢复工作，促进植被群落的健康生长和多样性恢复，从而保护喀斯特地区的生态环境，实现可持续发展。

岩溶区（喀斯特地区）水土流失现状与成因分析[摘要]桂林是典型的岩溶地貌分布区，在实现了造林灭荒和绿化达标后，石山地区生态环境的建设与保护问题日益为人们所重视。

针对桂林水土流失特点、现状及成因、主要人为因素及治理等问题进行调查分析。

[关键词]水土流失现状成因分析桂林0引言水土流失是指在水流作用下，土壤被侵蚀、搬运和沉淀的整个过程。

在自然状态下，纯粹由自然因素引起的地表侵蚀过程非常缓慢，常与土壤形成过程处于相对平衡状态。

因此坡地还能保持完整。

这种侵蚀称为自然侵蚀，也称为地质侵蚀。

在人类活动影响下，特别是人类严重地破坏了坡地植被后，由自然因素引起的地表土壤破坏和土地物质的移动，流失过程加速，即发生水土流失。

它可导致水库淤积，河床抬高，通航能力降低，洪水泛滥成灾。

1桂林市水土流失现状桂林是典型的岩溶地貌分布区，土地总面积276.23万hm2，林业用地面积187.72hm2，石山总面积30.04万hm2，占总土地面积的8.97%，占林业用地的16%。

按森林资源二类调查土地类型划分，石山面积中属林业用地（可造林）石山面积7.89万hm2，非林业用地（不可造林）石山面积22.15万hm2，分别占石山总面积的26.3%、73.7%。

2000年底，全州、灌阳、灵川、临桂、阳朔、平乐、永福、雁山八个县（区）纳入广西石漠化生态治理一期工程建设规划，根据《广西石漠化生态治理一期工程建设规划设计技术方案》的有关技术要求，对规划区铁路、公路两边及农村居民点四周能见第一面坡石山绿化状况进行了调查规划，并完成了一期工程规划设计。

规划区石山总面积14.3万hm2，其中，已达标面积2.1万hm2，未达标需治理面积12.2万hm2，占规划面积的85.3%。

2水土流失成因分析2.1自然因素2.1.1气候条件的影响桂林属亚热带气候，日照长，热量多；雨量充沛，平均降雨量一般为1400～1800mm，最多的超过3000mm，最少的也在1000mm以上，而且雨量集中，多在5～9月。

实习报告实习名称自然地理野外综合实习系别XXX年级专业XXX学生姓名XXX指导老师XXXXXX2011年4月24日一、实习目的自然地理野外综合实习是根据地理科学专业教学计划的要求，在学完地质学、地图学、气象与气候学、地貌学、水文学、生物地理学、土壤地理学等自然地理课程后，组织的一次野外实习，通过此次实习，要求学生能掌握自然地理野外考察的基本方法，并能把课堂上所学的理论知识和实际的感性知识结合起来，进一步理解、巩固和深化理论知识，培养学生野外独立研究与考察的能力，提高实践工作能力和学习专业的兴趣，并为后续课程的学习以及将来从事地理教学等工作奠定基础。

二、学生实习进度安排表1 实习时间：2011年4月11日——2011年4月24日2、实习地点：广西桂林市三、实习过程概述1、2011年4月11日xxx实习准备：实习动员、安全教育以及收集实习资料。

2、2011年4月12日xxx 乘车，安排食宿。

3、2011年4月13日中国岩溶地质博物馆参观岩溶模型及标本；请专家讲解喀斯特地貌的分布、形态特征、形成原因及其对区域经济发展的影响。

4、2011年4月14日桂林园林植物园考察珍稀植物及亚热带生物群落特征5、2011年4月15日至16日桂林一一阳朔考察桂林一一杨堤一一兴坪一一阳朔一带的漓江沿岸岩溶地貌，漓江沿岸岩溶地貌，观察漓江沿岸地下河及溶洞特征。

6、2011年4月17日七星岩、芦笛岩考察七星岩、芦笛岩等典型溶洞的地下喀斯特地貌。

观察漓江沿岸多层洞穴特征。

7、2011年4月18日月亮山、象鼻山、伏波山考察穿山、孤峰等喀斯特地貌特征。

& 2011年4月19日桂林市郊唐家湾一带观察大型直立倾伏背斜，认识大型褶皱和张性构造角砾岩。

9、2011年4月20日桂林市郊刘家村北渡口观察桂林市区漓江沿岸河流的地质作用及主要产物。

10、2011年4月21日桂林市火车站乘车返校11、2011年4月22日至24日xxx 根据实习过程中收集到的资料完成实习报告的撰写。

西南喀斯特区土壤养分含量及生态化学计量特征作者：鲍丽然李瑜董金秀罗恺来源：《安徽农业科学》2024年第02期摘要利用土地质量地球化学调查数据，研究我国西南黔江—酉阳一带喀斯特区土壤养分含量及生态化学计量特征，为揭示岩溶生态系统各组分之间的养分循环提供科学参考。

结果表明，土壤SOC、TN、TP和TK平均值分别为27.15、1.66 、0.693 和21.62 g/kg，化学计量比C∶N、C∶P、C∶K、N∶P、N∶K、P∶K平均值分别为16.24、42.42、1.45、2.60、0.087、0.037；C∶N、C∶K、N∶K两两之间呈极显著正相关，P∶K与C∶P、N∶P呈极显著负相关。

不同土地利用方式下，SOC、TN、TK均为水田中含量最高，TP在旱地和园地含量较高，C∶N在水田、园地较高，C∶P、N∶P、N∶K在水田、有林地较高，C∶K在灌木林地、有林地较高，P∶K在各用地方式间均无显著差异。

关键词黔江—酉阳;土壤养分;生态化学计量比;土地利用方式中图分类号 P596 文献标识码 A文章编号 0517-6611（2024）02-0139-04doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.02.031开放科学（资源服务）标识码（OSID）：Nutrient Content and Ecological Stoichiometry Characteristics of Soil in Southwest Karst areaBAO Li-ran，LI Yu，DONG Jin-xiu et al（Southeast Sichuan Geological Group，Chongqing Bureau of Geology and Minerals Exploration，Chongqing 400030）Abstract Based on the geochemical survey data of land quality，the soil nutrient content and ecochemical stoichiometry characteristics of karst area in Qianjiang-Youyang of southwest China were studied，providing scientific reference for revealing nutrient cycle among components of karst ecosystem.The results showed that the average content of SOC，TN，TP and TK were 27.15，1.66，0.693，21.62 g/kg，and the average ratios of C∶N，C∶P，C∶K，N∶P，N∶K andP∶K were 16.24，42.42，1.45，2.60，0.087 and 0.037.C∶N，C∶K，N∶K were significantly positively correlated，P∶K was significantly negatively correlated with C∶P，N∶P.For different land use modes，the contents of SOC，TN and TK were the highest in paddy fields，the content of TP was higher in dry lands and garden fields，C∶N was higher in paddy fields and gardens，C∶P，N∶P and N∶K were higher in paddy fields and woodlands，C∶K was higher in shrubby woodlands and woodlands，and P∶K had no significant difference between different land use modes.Key words Qianjiang-Youyang;Soil nutrient;Ecological stoichiometry;Land use modes 基金项目地质矿产勘查类项目（渝规资〔2020〕188号）。

第31卷第1期2024年2月水土保持研究R e s e a r c ho f S o i l a n d W a t e rC o n s e r v a t i o nV o l .31,N o .1F e b .,2024收稿日期:2022-11-24 修回日期:2023-01-05资助项目:国家自然科学基金(42167044);贵州大学培育项目(贵大培育[2019]10号)第一作者:赵敏(1999 ),女,湖南湘潭人,硕士研究生,主要从事水土保持与生态恢复重建研究㊂E -m a i l :1376225458@q q .c o m 通信作者:戴全厚(1969 ),男,陕西长武人,教授,博士,博士生导师,主要从事喀斯特水力侵蚀与生态恢复重建研究㊂E -m a i l :q h d a i r i v e r @163.c o mh t t p :ʊs t b c y j .p a p e r o n c e .o r gD O I :10.13869/j.c n k i .r s w c .2024.01.032.赵敏,戴全厚,严友进,等.喀斯特山地典型植被类型凋落物和土壤水文效应[J ].水土保持研究,2024,31(1):241-249.Z h a oM i n ,D a iQ u a n h o u ,Y a nY o u j i n ,e t a l .L i t t e r a n dS o i lH y d r o l o g i c a l E f f e c t s o fT y p i c a lV e g e t a t i o nT y pe s i nK a r s tM o u n t a i n s [J ].R e s e a r c hof S o i l a n d W a t e rC o n s e r v a t i o n ,2024,31(1):241-249.喀斯特山地典型植被类型凋落物和土壤水文效应赵敏1,2,3,戴全厚1,3,严友进1,2,3,姚一文1,2,3,丁鹏玮1,2,3,周红1,2,3(1.贵州大学林学院,贵阳550025;2.贵州大学喀斯特地质资源与环境教育部重点实验室,贵阳50025;3.贵州大学土壤侵蚀与生态修复研究中心,贵阳550025)摘 要:[目的]研究喀斯特山地典型植被类型凋落物以及土壤水文效应,对该地区植被恢复具有重要意义㊂[方法]通过野外调查与室内分析的方法,选取喀斯特山地草地㊁草灌复合丛㊁灌丛㊁乔灌复合林和乔木林5种典型植被类型,探索不同植被类型下凋落物及土壤水文效应特征㊂[结果](1)5种典型植被类型凋落物蓄积量依次为乔灌复合林(3.57t /h m 2)㊁乔木林(3.00t /h m 2)㊁草灌复合丛(2.18t /h m 2)㊁灌丛(1.94t /h m 2)㊁草地(1.8t /h m 2),植被类型以及凋落物分解程度均与蓄积量呈极显著相关(p <0.01);凋落物有效拦蓄量㊁最大拦蓄量均以乔木林最高㊁乔灌复合林及草地次之,均随分解程度增加而降低,二者分别与植被类型和分解程度呈极显著相关(p <0.01)㊂(2)土壤自然含水量㊁最大持水量㊁毛管持水量㊁最小持水量均以乔木林和乔灌复合林较大,草地较小,植被类型对土壤各持水指标影响均极显著(p <0.001)㊂(3)凋落物拦蓄量通过影响土壤容重,改善土壤质地和孔隙状况,提高土壤的水文效应㊂[结论]结合喀斯特地区植被恢复的困难性,采用乔灌植被开展植被恢复能够更好地改善凋落物及土壤水文条件,提高植被恢复效益㊂关键词:喀斯特;土壤物理性质;凋落物持水特征中图分类号:S 715 文献标识码:A 文章编号:1005-3409(2024)01-0241-09L i t t e r a n dS o i lH y d r o l o g i c a l E f f e c t s o fT y p i c a lV e ge t a t i o n T y pe s i nK a r s tM o u n t a i n s Z h a oM i n 1,2,3,D a iQ u a n h o u 1,3,Y a nY o u j i n 1,2,3,Y a oY i w e n 1,2,3,D i n g P e n g w e i 1,2,3,Z h o uH o n g1,2,3(1.C o l l e g e o f F o r e s t r y ,G u i z h o uU n i v e r s i t y ,G u i y a n g 550025,C h i n a ;2.K e y L a b o r a t o r y o fK a r s tG e o r e s o u r c e s a n dE n v i r o n m e n t ,m i n i s t r y o f E d u c a t i o n ,G u i z h o uU n i v e r s i t y ,G u i y a n g 50025,C h i n a ;3.S o i lE r o s i o na n dE c o l o g i c a lR e s t o r a t i o nR e s e a r c hC e n t e r ,G u i z h o uU n i v e r s i t y ,G u i y a n g 550025,C h i n a )A b s t r a c t :[O b j e c t i v e ]I t i s o f g r e a t s i g n i f i c a n c e t o s t u d y t h e l i t t e r a n d s o i l h y d r o l o g i c a l e f f e c t s o f t y p i c a l v e ge -t a t i o n t y p e s i nk a r s tm o u n t a i na r e a sf o r v eg e t a t i o n r e s t o r a t i o n i n thi s a r e a .[M e t h o d s ]T h i s s t u d y co m b i n e d f i e l d i n v e s t i g a t i o n a n d i n d o o r a n a l y s i s ,f i v e t y p i c a l v e g e t a t i o n t y p e s i n c l u d i n g k a r s tm o u n t a i n g r a s s l a n d ,g r a s s s h r u b c o m p l e x ,s h r u b ,a r b o r s h r u b c o m p l e xa n da r b o r f o r e s tw e r e s e l e c t e d t oe x p l o r e t h e c h a r a c t e r i s t i c so f l i t t e r a n d s o i l h y d r o l o g i c a l e f f e c t su n d e rd i f f e r e n tv e g e t a t i o nt y p e s .[R e s u l t s ](1)T h e l i t t e rv o l u m eo f t h e f i v e t y p i c a l v e g e t a t i o n t y p e sw e r e3.57t /h m 2i na r b o r s h r u bc o m p o s i t e f o r e s t ,3.00t /h m 2i na r b o r f o r e s t ,2.18t /h m 2i n g r a s s s h r u bc o m p o s i t e f o r e s t ),1.94t /h m 2i ns h r u b ,1.8t /h m 2i n g r a s s l a n d .T h ev e ge t a t i o n t y p e a n d t h ed e c o m p o s i t i o nd e g r e eof l i t t e rw e r es ig n i f i c a n t l y c o r r e l a t e dw i t hth e li t t e rv o l u m e (p <0.01).T h e e f f e c t i v ei n t e r c e p t i o na m o u n ta n d m a x i m u mi n t e r c e p t i o na m o u n to f l i t t e r w e r et h eh i gh e s t i na r b o r f o r e s t ,t h e s e c o n d i na r b o rs h r u bc o m po s i t e f o r e s t a n d g r a s s l a n d ,a n db o t hd e c r e a s e d w i t ht h e i n c r e a s eo f d e c o m p o s i t i o nd e g r e e ,w h i c h w e r es i g n i f i c a n t l y c o r r e l a t e d w i t hv e g e t a t i o nt y p ea n dd e c o m p o s i t i o nd e gr e e ,r e s p e c t i v e l y(p<0.01).(2)T h en a t u r a lw a t e rc o n t e n t,m a x i m u m w a t e rh o l d i n g c a p a c i t y,c a p i l l a r y w a t e r h o l d i n g c a p a c i t y a n d m i n i m u m w a t e rh o l d i n g c a p a c i t y o fs o i lw e r eh i g h e r i na r b o r f o r e s ta n da r b o rs h r u b c o m p o s i t e f o r e s t,a n ds m a l l e r i n g r a s s l a n d.T h ev e g e t a t i o nt y p eh a dav e r y s i g n i f i c a n t i m p a c to ne a c hs o i l w a t e r h o l d i n g i n d e x(p=0).(3)L i t t e r h o l d i n g c a p a c i t y c o u l d i m p r o v e s o i l t e x t u r e a n d p o r o s i t y b y a f f e c t i n g s o i l b u l kd e n s i t y,a n d i m p r o v e s o i l h y d r o l o g i c a l e f f e c t.[C o n c l u s i o n]C o m b i n e dw i t h t h e d i f f i c u l t y o f v e g e t a-t i o n r e s t o r a t i o n i nk a r s ta r e a,t h eu s eo fa r b o ra n ds h r u bv e g e t a t i o nf o rv e g e t a t i o nr e s t o r a t i o nc a nb e t t e r i m p r o v e t h eh y d r o l o g i c a l c o n d i t i o n s o f l i t t e r a n d s o i l,a n d i m p r o v e t h eb e n e f i t s o f v e g e t a t i o n r e s t o r a t i o n. K e y w o r d s:k a r s t;p h y s i c a l p r o p e r t i e s o f s o i l;w a t e r h o l d i n g c h a r a c t e r i s t i c s o f l i t t e r喀斯特地区是我国四大生态脆弱地区之一[1]㊂由于长期以来的植被破坏导致的石漠化使当地的生态环境问题愈发严重㊂故开展植被恢复,遏制和治理石漠化成为该地区各项工作的重中之重㊂地处亚热带的西南喀斯特地区降水资源丰富,但出于该地区独特的地上地下二元水文结构使得降雨到达地表后快速渗入地下岩溶管道,从而导致了地表土壤常处于干燥状态,难以为植物生长提供足够的水分,从而限制了植被恢复[2-3]㊂解决喀斯特工程性缺水限制植被恢复的问题,是该地区开展石漠化治理和生态修复亟待解决的问题㊂凋落物层是补充土壤有机质的 仓库 ,同时影响着生态系统的水源涵养和物种多样性[4-5]㊂一方面,凋落物层作为林下水源涵养主体的第二层,可截留超过林冠层2~3倍的降水量[6]㊂截留降水的同时防止雨滴溅蚀,保护表土结构的完整,较大程度上抑制地表径流的产生和下层土壤水分蒸发㊂另一方面,凋落物分解产生的有机酸和腐殖质影响着土壤蓄水及入渗能力,增加土壤疏松程度和孔隙度,进而改善整个森林生态系统的水文循环[7-8]㊂而土壤层作为森林生态系统的 蓄水库 ,在森林生态系统水文循环过程中利用其特有的毛管孔隙结构促进降水及径流的下渗㊂植被作为森林中不可或缺的重要组成部分,其通过在林下形成不同的植被类型影响凋落物现存蓄积量㊁分解速率和拦蓄特征,影响凋落物层覆盖下土壤层持水特征,从而改变坡地水文过程㊂已有研究表明随着植被恢复,植被类型随之改变,凋落物覆盖率增加和土壤各理化性质逐渐优化,为植被恢复向着良性循环发展作出了有效贡献,现已经成为调控森林水文循环的关键环节[9-10]㊂且不同方式的植被恢复能在不同程度上改善喀斯特地区凋落物和土壤水文特征已经得到相关学者证实㊂周秋文[11]研究发现,在喀斯特地区种植持水效应更好的树种,可提升凋落物的水文效应㊂刘玉国等[12]通过对喀斯特森林凋落物水文作用的研究,认为随凋落物厚度增加,土壤水分蒸散速度减低㊂彭玉华等[13]通过研究桂西南喀斯特山地凋落物,发现进行适宜且有效的林分改造,可增强土壤拦蓄能力㊂前人的研究均证实了植被类型会引发凋落物以及土壤差异,但对可能引起的水文效应差异尚不可知㊂且大多仅以凋落物或土壤为对象研究其持水性能,从喀斯特典型植被类型出发,研究凋落物和土壤水文效应及二者互作特征的鲜有㊂同时,针对喀斯特山地凋落物持水特性的研究,大多将林下凋落物视为一个整体开展,而不同分解程度凋落物的水文效应尚缺乏研究㊂针对现有的不足,本研究以黔中典型喀斯特山地为研究区,探究5种典型植被类型不同分解程度凋落物蓄积和持水特征以及土壤物理和持水特征,同时分析二者的相关性,以期为喀斯特地区森林水文作用的改善以及植被恢复提供理论依据㊂1材料与方法1.1研究区概况研究于2021年6月 7月在贵阳市花溪区芦荻村(26ʎ26'25ᵡ 26ʎ26'40ᵡN,106ʎ34'6ᵡ 106ʎ34'23ᵡE)进行样地的调查和样品选取,研究区为典型的喀斯特地质地貌,亚热带季风湿润温和型气候,年均温16.4ħ,年总积温5984ħ,年日照时数1344.9h,无霜期约为296d,年平均降雨量1216mm,全年平均相对湿度在75%㊂土壤以碳酸盐发育成的石灰土为主㊂研究区主要的植被类型为草地㊁灌丛㊁草灌复合丛㊁乔灌复合林㊁以及乔木林㊂1.2样地设置与样品采集本研究以研究区的5种主要植被类型为研究对象,每一植被类型分别布设3个20mˑ20m的样地㊂各样地间除了植被类型不同,其余环境条件基本相似,样地基本情况如表1所示㊂在每个样地内采用 五点采样法 选取5个1mˑ1m的小样方,样方内按不同分解程度采集凋落物,共计采集225个凋落物样㊂凋落物野外采集完立即使用精度为0.01g的可携带式天平称其鲜重,用于计算凋落物含水量以及蓄积量㊂凋落物分成两部分,一部分用于持水特征测242水土保持研究第31卷定,一部分用蓄积量测定㊂同时在凋落物采集完的样方内采集0 30c m 土层的环刀土样用于测定土壤物理性质㊂每个土层深度为10c m ,在每个土层中用100c m 3环刀采集原状土3个,共计675个原状土样㊂表1 样地基本情况T a b l e 1 Ab a s i c o v e r v i e wo f s a m pl e p l o t 植被类型坡度/(ʎ)海拔/m 坡向植被特征优势种草地30~401206NW群落层次单一,由草本组成,无或少量灌木,高1m 左右,盖度高达90%以上,伴随少量带刺灌木,凋落物厚度3~5c m白茅㊁茅莓㊁蓬草草灌复合丛30~401182NW群落层次一层,由草本和灌木共同组成,盖度达90%以上,草本占其中60%左右,主要以茅草为主,有少量藤刺,群落下覆盖有3~5c m 枯枝落叶层马桑㊁铁仔㊁白茅㊁茅莓灌丛30~401184NW林分垂直结构单一,主要以灌木层为主,有或无少量乔木,灌木层覆盖率达70%以上,灌木层高1.5~2m ,有少数藤刺,群落下覆盖有3~5c m 左右凋落物层马桑㊁茅莓㊁皱叶荚蒾㊁插田泡乔灌复合林30~401214NW林分层次结构分化,高3~12m ,木本植物盖度达80%以上,林下草本覆盖度较低,混交少量马尾松,林下覆盖的枯枝落叶层厚3~7c m有齿鞘柄木㊁泡桐㊁青冈乔木林40~501222NW林分层次分化明显,乔木层㊁灌木层比较发达,乔木层高10~20m ,覆盖率高达80%,灌木层占10%~20%,群落中有少量基岩出露,附生石生苔藓,林下覆盖有3~6c m 枯枝落叶层青冈㊁朴树㊁杨树㊁樟注:白茅(I m p e r a t a c y l i n d r i c a )㊁蓬草(C o n y z a c a n a d e n s i s )㊁茅莓(R u b u s p a r v i f o l i u s )㊁马桑(C o r i a r i a n e p a l e n s i s )㊁铁仔(M y r s i n e a f r i c a n a )㊁皱叶荚蒾(V i b u r n u mr h y t i d o p h y l l u m )㊁插田泡(R u b u s c o r e a n u s )㊁有齿鞘柄木(T o r i c e l l i a a n g u l a t a )㊁泡桐(P a u l o w n i a )㊁樟(C i n n a m o m u mc a m p h o r a )㊁杨树(P o pu l u s )㊁青冈(Q u e r c u s g l a u c a )㊁朴树(C e l t i s s i n e n s i s )㊂1.3 测定方法采用称重法获取凋落物的蓄积量(A )㊁自然含水率(R 0)㊂另外采用浸泡法测定凋落物的持水量,记录持水量(M ),同时计算最大拦蓄量(L m a x )㊁最大持水率(W m a x )㊁有效拦蓄量(L E )㊂各指标计算公式如下:A =W D /1/100R 0=(W 0-W D )/W DW m a x =(W 24-W D )/W D L m a x =(W m a x -R 0)ˑA L E =(0.85ˑW m a x -R 0)ˑA 式中:A 为枯落物单位面积蓄积量(t /h m 2);W D 为枯落物干重(g );W 0为枯落物鲜重(g );R 0为自然含水率(%);W 24为枯落物持水24h 后的重量(g );0.85为有效拦蓄系数㊂土壤持水特征指标包括容重(B D )㊁自然含水量(C n )㊁毛管持水量(C m )㊁最大持水量(C m a x )㊁最小持水量(C m i n )㊁非毛管孔隙度(G n m )㊁毛管孔隙度(G m )㊁总孔隙度(G z ),均使用环刀法进行测定,将野外采样回来的环刀立即置于水中浸泡12h ,称重计算得C m a x ,然后放置在石英砂沙盘中2h 称重计算得C m ,继续浸水24h 得C m i n ,最后将环刀土置于105ħ恒温烘箱中烘干至恒重得B D ,C n ,G n m 以及G m ,G n m 和G m 之和即为G z ㊂各指标计算公式如下:B D=(G -G 0)/100C n =(M -G )/(M -G 0)C m =(G 2h -G )/G C m a x =(G 12h -G )/G C m i n =(G 24h -G)/G G n m =(C m a x -C m )ˑB D G m =C m ˑB DG z =G m +G n m式中:G 为烘干后环刀及土重(g );M 烘干前环刀及土样质量;100为环刀体积100c m 3;G 0为环刀重(g );G 2h 为环刀放置沙盘2h 重(g );G 12h 为环刀浸水12h 重(g );G 24h 为环刀放置沙盘24h 重(g )㊂1.4 数据处理采用E x c e l 2016对试验数据进行初步统计分析,S P S S21.0对数据进行平均值以及标准差的计算,P e a r s o n 相关性分析,邓肯多重比较,双重显著性分析㊂利用S t a t i s t i c a 10.0进行广义线性分析㊂利用O r i gi n2021进行图表的绘制㊂2 结果与分析2.1 不同植被类型凋落物水文效应2.1.1 不同植被类型凋落物蓄积量 方差分析结果表明植被类型和分解程度对凋落物蓄积量均有极显342第1期 赵敏等:喀斯特山地典型植被类型凋落物和土壤水文效应著影响(p<0.01),而植被类型和分解程度的交互作用对凋落物蓄积量的影响相对较弱(表2)㊂由图1A 可知,5种植被类型凋落物蓄积量大小为乔灌复合林>乔木林>草灌复合丛>灌丛>草地㊂乔灌复合林的总蓄积量最大为3.57t/h m2,而草地的总蓄积量最小为1.80t/h m2㊂由此可以看出,凋落物蓄积量大小与植被类型差异相关,且群落组成越复杂,植株分布密度越高,蓄积量随之越大,反之越小㊂由图1B 可知,不同植被类型凋落物未分解层㊁半分解层以及全分解层蓄积量,各层所占比例也有所不同,总体而言,5种植被类型凋落物均以全分解层蓄积量占比最大,除草灌复合丛㊁乔灌复合林外,其余植被类型均以半分解层蓄积量占比最小㊂2.1.2不同植被类型凋落物持水特征方差分析表明凋落物最大含水率受植被类型以及分解程度显著影响(p<0.01),最大拦蓄量仅受植被类型显著影响(p<0.01),有效拦蓄量则仅受分解程度显著影响(p <0.01)(表3)㊂如图2所示,5种类型植被最大含水率㊁最大拦蓄量㊁有效拦蓄量均呈现出随分解程度增大而变小的趋势㊂不同植被类型凋落物之间持水性能均存在差异,最大含水率表现为草地(314.10%)>草灌复合丛(252.56%)>乔灌复合林(236.29%)>灌丛(222.86%)>乔木林(207.38%);最大拦蓄量和有效拦蓄量变化规律类似,均表现为乔木林(1.22t/h m2,0.96 t/h m2)>草地(1.17t/h m2,0.94t/h m2)ȡ乔灌复合林(1.17t/h m2,0.80t/h m2)>草灌复合丛(0.96t/h m2,0.73 t/h m2)>灌丛(0.81t/h m2,0.62t/h m2)㊂表2基于方差分析的植被类型和分解程度对凋落物蓄积量和持水特性的显著性T a b l e2T w o-f a c t o rA N O V A s o f v e g e t a t i o n t y p e,s o i ld e p t ha n d t h e i r i n t e r a c t o r o nL i t t e r v o l u m e a n dw a t e r h o l d i n g c h a r a c t e r i s t i c s变量源F S i g.蓄积量植被类型5.2250.003分解程度8.6550.001交互1.4850.204最大持水率植被类型4.360.007分解程度41.440交互1.530.187最大拦蓄量植被类型25.400分解程度1.320.265交互0.610.765有效拦蓄量植被类型1.090.380分解程度32.420交互0.530.827注:不同大写字母表示在不同植被类型上差异显著(p<0.05);不同小写字母表示在不同分解程度上差异显著(p<0.05)㊂图1不同植被类型下凋落物蓄积量F i g.1L i t t e r v o l u m e o f d i f f e r e n t v e g e t a t i o n t y p e s注:图中不同大写字母同一植被型,不同分解程度上差异显著(p<0.05);不同小写字母表示同分解程度,不同植被类型差异显著(p<0.05)㊂图2不同植被类型凋落物持水性能F i g.2W a t e r h o l d i n g c a p a c i t y o f l i t t e r i nd i f f e r e n t v e g e t a t i o n t y p e s442水土保持研究第31卷2.2不同植被类型土壤水文效应2.2.1不同植被类型土壤物理特征图3表明:土壤容重表现为草地>草灌复合丛>灌丛>乔灌复合林>乔木林,总孔隙度整体表现为乔木林>乔灌复合林>灌丛>草灌复合丛>草地,其中乔木林的总孔隙度为57%,是最小草地的1.14倍㊂同时乔木林的毛管孔隙度也显著大于其他植被类型(p<0.05),为51%,占总孔隙度的89%㊂非毛管孔隙度也呈现同样规律,乔木林非毛管孔隙度显著大于其他植被类型,草地显著小于其他植被类型㊂注:图中不同小写字母表示不同植被类型间差异显著(p<0.05)㊂图3土壤物理特性箱型图F i g.3S o i l p h y s i c a l p r o p e r t i e s2.2.2不同植被类型土壤持水特征植被类型和土层深度对土壤各持水性能的影响进行方差分析,结果表明不同植被类型对土壤各持水指标均产生极显著影响(p=0)(表3)㊂由图4可以看出,乔木林表层土壤自然含水量和最小含水率显著高于其他植被类型(p<0.05),其平均值达到45.01%,53.12%,分别是草地表层土壤的1.22倍㊁1.34倍㊂毛管持水量和最大持水量呈现出相同规律,均表现为乔木林和乔灌复合林大于草灌复合丛以及灌丛,显著大于草地(p<0.05)㊂综上,5种植被类型中以乔木林土壤各物理性质以及持水性能最优,草地土壤最差㊂且这一结果与凋落物蓄积量呈现出类似规律,可见植被类型差异对凋落物层以及土壤层作用水文效应均有一定影响㊂2.3凋落物及土壤持水特性相关性分析相关性分析结果可见,土壤最大持水量㊁最小持水量和毛管持水量与土壤容重存在显著的负相关关系,与孔隙特性以及凋落物的有效拦蓄量㊁最大拦蓄量均存在显著的正相关关系㊂其中,土壤最大持水量㊁最小持水量和毛管持水量与土壤孔隙指标的相关性较高㊂表明土壤持水性能主要受到土壤孔隙特性的影响㊂此外,土壤孔隙特性主要与土壤容重存在显著的负相关关系,其与凋落物拦蓄特性相关性不明显,而土壤容重则显著的受到凋落物有效拦蓄量㊁最大拦蓄量的显著的削弱作用㊂可见,植物的凋落物对土壤持水性的影响是通过其有效拦蓄量和最大拦蓄量降低土壤容重,改善土壤孔隙特性,进而提高土壤的持水性㊂表3基于方差分析的植被类型和土层深度对土壤持水特性的显著性T a b l e3T w o-f a c t o rA N O V A s o f v e g e t a t i o n t y p e,s o i ld e p t ha n d t h e i r i n t e r a c t o r o n s o i l w a t e rr e t e n t i o n c h a r a c t e r i s t i c s变量源F S i g.自然含水量植被类型14.020土层深度0.540.588交互0.550.808毛管持水量植被类型42.110土层深度1.270.295交互1.100.393最小持水量植被类型7.1760土层深度4.6010.018交互0.9350.503最大持水量植被类型26.670土层深度3.700.37交互2.330.44542第1期赵敏等:喀斯特山地典型植被类型凋落物和土壤水文效应642水土保持研究第31卷注:图中不同小写字母表示不同植被类型间差异显著(p<0.05)㊂图4土壤持水特性箱型图F i g.4T h e c h a r a c t e r i s t i c s o f s o i l w a t e r r e t e n t i o n注:椭圆右倾表示正相关,左倾表示负相关,p<0.05㊂图5土壤持水性能相关性分析F i g.5C o r r e l a t i o na n a l y s i s o f s o i l w a t e r h o l d i n g c a p a c i t y3讨论3.1植被类型对凋落物水文效应的影响林下凋落物蓄积量是植被器官死亡凋落和分解动态平衡的结果,受植被自身性质㊁分解速率㊁人为活动㊁林木类型等多方面因素影响[14-15],但植被类型仍是制约凋落物蓄积量的首要因子[16-17],这是由于不同类型植被在叶面积指数㊁凋落物厚度㊁林木密度等方面存在差异[18]㊂本研究比较了5种喀斯特地区不同植被类型凋落物的蓄积量,结果表明植被类型和凋落物分解程度均对蓄积量影响显著(表2),乔灌复合林㊁乔木林凋落物的蓄积量明显大于其他类型凋落物,这可能是由于乔木凋落物大部分为面积较大落叶和较粗枝干,同时乔木林㊁乔灌复合林的生态系统相较更为成熟,养分输入量更大且循环过程更完整[19],致使凋落物输入量更大㊂同时研究结果表明不同分解程度凋落物蓄积量占比也不一样,本研究结果5种植被凋落物均以全分解层占比最大,可能是因为全分解层受土壤以及上层凋落物分解输入的影响,同时全分解层破碎度以及组成结构更为复杂㊂本研究结果进一步论证了蓄积量会因植被类型以及凋落物分解程度不同而受到影响㊂凋落物持水特征是评价森林水文效应的重要指标,常用有效拦蓄量来表示凋落物对雨水的实际拦截能力,最大含水率表征凋落物对雨水的最大拦截吸收能力[20]㊂本研究结果表明草地最大持水率最高,乔木林最低,但最大含水率是通过室内浸泡试验得出的理想持水指标,野外条件下,凋落物对雨水截留能力会受到其自身自然含水量以及蓄积量等因素的影响[15,21]㊂有效拦蓄量由凋落物蓄积量㊁自然含水量和最大含水率综合推算而成[22],其结果可反映凋落物的持水能力,结果显示5种植被类型有效拦蓄量最大为乔木林(0.96t/ h m2),其次为草地(0.94t/h m2),这与前人研究结果一致[18,23],通过两指标的对比分析,自然含水量以及蓄积量等在较大程度上制约草地植被持水能力,这极可能与研究区草地植被优势种以叶面积指数较大的禾本科为主,王盛琦[24]对沙地枯落物研究也表明禾本科植被扣除自身含水率,其持水潜力以及拦蓄能力均大于乔灌木㊂同时本研究结果显示最大含水率以及有效拦蓄量均随分解程度增大而减小,主要是因为随着分解程度的增加,枯枝落叶破碎程度加大组成更加复杂,结构逐渐紧密间隙变小,凋落物部分或已腐烂变质[24],从而吸水能力减弱㊂3.2植被类型对土壤水文效应的影响持水性能反映土壤对微生物活动以及酶促作用进行的支撑能力[25],对土壤肥力改善起到至关重要的影响,同时土壤持水是林地水源涵养的主体[26]㊂其中最大持水量是土壤含蓄水分的最大体现,反映土壤的蓄水能力㊂本研究中土壤最大含水量的最大值出现在乔木林以及乔灌复合林,说明这两种植被类型林分对于较大降水的截留和含蓄能力较优秀㊂毛管持水量反映土壤对外源水分输入调节和涵养的能力,关系到森林对降水储存能力,同时毛管孔隙中持有全部毛管水和少量膜状水,是可以全部为植物根系吸收利用以及土壤蒸腾作用的水分,对于植株生长和森林水分循环具有重要的生态学意义㊂本研究中的乔木林和乔灌复合林毛管持水量较草地植被而言,体现出绝对的优势,分析其原因可能一方面是因为乔木林植被凋落物蓄积量更大,更易在森林内形成防止雨滴溅蚀以及径流冲刷的缓冲层,创造土壤毛管孔隙形成的有利条件,另一方面可能是因为研究区中乔灌植被根系多为可在土壤中穿插纵横的粗根,具有较高的密度,而草地植被多为密度较小的浅根,不利于毛管孔隙的形成[27]㊂综上可知,群落物种组成较简单㊁植被盖度较低和地上生物量的较小草地和草灌复合丛土壤体现出了较差的水源涵养能力,而植被种类组成丰富,空间组成结构更复杂的乔灌复合林以及乔木林在土壤水源涵养能力上则表现出了明显优势㊂方差分析结果(表3)进一步说明科学调整植被类型,进行合理的植被恢复,可使土壤持水性能得到较大改善㊂土壤持水性能受到土壤疏松程度㊁孔隙状况等多方面因素影响,明确不同因素对土壤持水性能改善的能力,可为土壤水源涵养效应的改善和调节提供依据㊂土壤容重㊁孔隙度通过影响土壤的通气和蓄水性能,是与林下土壤水源涵养以及导水能力的相关性较强的重要指标[28]㊂容重表征土壤紧实度,土壤容重越小说明更加疏松,其保水保肥能力更强,反之则表明土壤质地越紧实,蓄水储肥空间越小㊂孔隙度状况反映着土壤的透气和持水性,同时也是土壤蓄水能力的决定性因子㊂相关分析结果表明,土壤持水性能与容重㊁孔隙度呈现显著相关关系,这与李鹏等[29]的研究结果一致㊂有研究认为较好的土壤孔隙特征和较为疏松的土壤质地是土壤水运移的有利条件,同时也可有效抑制土壤水分蒸散并增加对地下水的补给[30]㊂凋落物覆盖在土壤表层,形成粗糙度较高㊁对径流拦截吸收量较大的土表保护层,相关研究表明凋落物的输入可显著改善土壤水文效应[29,31],本研究中凋落物拦蓄量与土壤持水性能显著相关性佐证了这一点(图5)㊂综上,说明改善林分结构,增加物种多样性,通过增加土壤疏松孔隙状况以及增加凋落物拦蓄状况,可提升喀斯特地区林分土壤对水分的储蓄能力㊂本文从不同植被类型出发研究了凋落物以及土壤的水源涵养效应,探究了凋落物对土壤持水性能的742第1期赵敏等:喀斯特山地典型植被类型凋落物和土壤水文效应影响,综合而言乔木林以及乔灌复合林土壤及凋落物水文涵养能相对较优,但由于喀斯特地区特殊的地质生态环境,直接选择乔木林为植被恢复模式可行性不高,为尽可能提高生态修复效益,可以乔灌复合型植被为该地区首要的植被恢复类型㊂4结论(1)乔木林以及乔灌复合林凋落物具有较大的蓄积量,乔木林持水性能更佳,在森林生态中将发挥较好的水文效应㊂(2)乔木林以及乔灌复合林土壤物理性质以及对水分的涵蓄能力更佳㊂(3)土壤物理及持水性能与凋落物拦蓄特征显著相关㊂凋落物通过降低土壤容重,改善土壤质地以及孔隙状况,对土壤持水性能产生影响㊂参考文献:[1]刘淑娟,张伟,王克林,等.桂西北喀斯特峰丛洼地土壤物理性质的时空分异及成因[J].应用生态学报,2010,21(9):2249-2256.L 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第43卷第5期2023年10月水土保持通报B u l l e t i no f S o i l a n d W a t e rC o n s e r v a t i o nV o l .43,N o .5O c t .,2023收稿日期:2023-02-15 修回日期:2023-03-21资助项目:国家自然科学基金项目 喀斯特山区林草间作生态恢复过程中土壤质量演变规律及其评价:以贵州 晴隆模式 为例 (31460133) 第一作者:罗秀龙(1998 ),男(彝族),贵州省黔西市人,硕士研究生,研究方向为土壤学㊂E m a i l :2238511549@q q .c o m ㊂ 通信作者:舒英格(1973 ),男(汉族),贵州省镇宁县人,博士,教授,主要从事农业资源与环境㊁土地利用与规划研究㊂E m a i l :m a o ge n 958@163.c o m㊂喀斯特地区不同年限退耕草地的持水性能罗秀龙,舒英格,龙慧,李雪梅(贵州大学农学院贵州贵阳550025)摘 要:[目的]研究不同年限退耕草地持水性能,为喀斯特地区退耕草地持水性能和水土保持提供科学依据㊂[方法]选取贵州省安顺市喀斯特地区不同年限退耕草地(5,10,15,20a )和耕地(对照C K )为研究对象,采用 时空替代法 研究凋落物蓄积量㊁持水量和拦蓄量以及土壤剖面容重㊁孔隙度㊁颗粒组成㊁含水率及持水量随退耕年限的变化特征㊂[结果]①凋落物层蓄积量㊁最大持水量㊁最大拦蓄量和有效拦蓄量均表现为:15a >20a >10a >5a ,且凋落物层持水量㊁吸水速率与浸水时间的关系分别符合对数函数和幂函数㊂②退耕草地砂粒含量和容重随着退耕年限的延长均呈现出先下降再上升的趋势;粉粒㊁黏粒㊁总孔隙度㊁毛管孔隙度㊁最大持水量和毛管持水量的变化规律与土壤容重相反㊂③凋落物层和土壤层的持水总量表现为:10a >20a >15a >5a >C K ,其中土壤层最大持水量贡献率达到99%以上㊂[结论]退耕草地不仅增加了凋落物层的生物积累㊁拦截降雨作用和持水性能,还在改善土壤结构和孔隙状况的同时,提高了土壤持水性能㊂退耕草地均在退耕10a 以后逐渐趋于稳定㊂因此,建议在退耕10a 以后种植落叶树种㊂关键词:喀斯特地区;年限;退耕草地;持水性能文献标识码:A 文章编号:1000-288X (2023)05-0007-11中图分类号:S 812.2文献参数:罗秀龙,舒英格,龙慧,等.喀斯特地区不同年限退耕草地的持水性能[J ].水土保持通报,2023,43(5):7-17.D O I :10.13961/j .c n k i .s t b c t b .2023.05.002;L u oX i u l o n g ,S h u y i n g g e ,L o n g H u i ,e t a l .W a t e r -h o l d i n g c a p a c i t y o f r e c l a i m e d g r a s s l a n dw i t hd i f f e r e n t a g e s i nk a r s t r e gi o n s [J ].B u l l e t i no fS o i l a n d W a t e r C o n s e r v a t i o n ,2023,43(5):7-17.W a t e r -h o l d i n g C a p a c i t y ofR e c l a i m e dG r a s s l a n dw i t h D i f f e r e n tA g e s i nK a r s tR e gi o n s L u oX i u l o n g ,S h uY i n g g e ,L o n g Hu i ,L iX u e m e i (C o l l e g e o f A g r i c u l t u r e ,G u i z h o uU n i v e r s i t y ,G u i y a n g ,G u i z h o u 550025,C h i n a )A b s t r a c t :[O b j e c t i v e ]T h e w a t e r -h o l d i n g c a p a c i t y o fr e c l a i m e d g r a s s l a n do fd i f f e r e n ta ge s w a ss t u d i e di n o r d e r t o p r o v i d e a s c i e n t if i c b a s i s f o rw a t e r r e t e n t i o n a n d s o i l a n dw a t e r c o n s e r v a t i o n o f r e c l a i m e dg r a s s l a n d i n k a r s t r e g i o n s .[M e th o d s ]R e c l ai m e d g r a s s l a n do f d i f f e r e n t a g e s (5,10,15,20y r )a n d c u l t i v a t e d l a n d (C K )i nak a r s t a r e a i nA n s h u iC i t y ,G u i z h o uP r o v i n c ew a s s e l e c t e da s t h e r e s e a r c ho bj e c t s ,a n d t h e s pa c e -t i m e s ub s t i t u t i o nm e t h o d w a su s e dt os t u d y l i t t e r s t o r a g e ,w a t e r -h o l d i n gc a p a c i t y ,a n dw a t e r s t o r a g ec a p a c i t y .T h e c h a n g e c h a r a c t e r i s t i c so f s o i l p r o f i l eb u l kde n s i t y ,p o r o s i t y ,p a r t i c l ec o m po s i t i o n ,w a t e rc o n t e n t ,a n d w a t e r -h o l d i n g c a p a c i t y w e r e d e t e r m i n e d f o r d i f f e r e n t a g e s o f r e c l a i m e d g r a s s l a n d .[R e s u l t s ]①T h e l i t t e r -l a ye r s t o r a g e c a p a c i t y ,m a x i m u m w a t e r -h o l d i n g c a p a c i t y ,m a x i m u ms t o r a g e c a p a c i t y ,a n def f e c t i v e s t o r ag e c a p a c i t y f o l l o w e dth e r e c l ai m e d g r a s s l a n da g eo r d e ro f 15y r >20y r >10y r >5y r .T h e r e l a t i o n s h i p so f l i t t e r -l a y e r w a t e r -h o l d i n g c a p a c i t y a n dw a t e r a b s o r p t i o n r a t ew i t h s o a k i n g t i m ew e r e c h a r a c t e r i z e db y a l o g a r i t h m i c f u n c t i o n a n d a p o w e r f u n c t i o n ,r e s p e c t i v e l y .②T h e s a n d c o n t e n t a n db u l kd e n s i t y o f t h e r e c l a i m e d g r a s s l a n d s h o w e d a t r e n do f f i r s td e c r e a s i n g a n dt h e n i n c r e a s i n g a sa g eo f r e c l a i m e d g r a s s l a n d i n c r e a s e d .C h a n g e s i ns i l t ,c l a y,t o t a l p o r o s i t y ,c a p i l l a r yp o r o s i t y ,m a x i m u m w a t e r -h o l d i n g c a p a c i t y ,a n dc a p i l l a r y w a t e r -h o l d i n g c a p a c i t yw e r e o p p o s i t e t o t h e c h a n g e s i n s o i l b u l kd e n s i t y .③T h e t o t a lw a t e r -h o l d i n g c a p a c i t y o f t h e l i t t e r l a ye r a n dt h e s o i l l a y e r f o l l o w e d t h e o r d e r o f10y r>20y r>15y r>5y r>C K.T h em a x i m u m w a t e r-h o l d i n g c o n t r i b u t i o n r a t e o ft h es o i l l a y e r w a s m o r et h a n99%.[C o n c l u s i o n]R e c l a i m e d g r a s s l a n do fd i f f e r e n ta g e sn o to n l y i n c r e a s e d t h eb i o a c c u m u l a t i o n,r a i n f a l l i n t e r c e p t i o n,a n dw a t e r-h o l d i n g c a p a c i t y o f t h e l i t t e r l a y e r,b u t a l s o i m p r o v e d s o i l s t r u c t u r e a n d p o r es t a t u s.T h es o i lw a t e r-h o l d i n g c a p a c i t yg r a d u a l l y s t a b i l i z e da f t e r10y e a r s. T h e r e f o r e,i t i s r e c o m m e n d e d t h a t p l a n t i n g d e c i d u o u s t r e e s a f t e r10y e a r s o f f a r m l a n d c o n v e r s i o n t o g r a s s l a n d. K e y w o r d s:k a r s t a r e a;y e a r s;r e c l a i m e d g r a s s l a n d;w a t e r-h o l d i n g c a p a c i t y贵州省喀斯特地区的生态环境具有地表崎岖破碎,溶蚀㊁水蚀作用严重,土壤浅薄且不连续,土壤持水能力弱等特点[1],因此,植被恢复成为改善喀斯特生态环境的根本措施和手段[2]㊂2000年以来,随着人口㊁经济增长,大量农村人口选择外出务工,加之在国家退耕还林草政策的推动下,大面积耕地都已实现了退耕[3]㊂目前喀斯特生态系统处于退耕后不同恢复阶段[4],草本植物恢复阶段作为陆地生态系统的重要组成部分,在水文生态功能中占有极其重要的地位㊂草地不仅能够截留降水,而且有着较高的渗透性和保水能力,在水土保持及改良土壤等方面具有重要意义[5]㊂因此,研究喀斯特地区不同年限退耕草地持水性能成为退耕草地演替及生态恢复的重要基础㊂土壤持水性能是影响地表过程的关键因素[6],体现了土壤蓄积和保持水分的能力,是预防土壤侵蚀㊁制定水土保持措施和水分管理等的重要依据[7]㊂对于土壤持水性能评价,目前采用的指标主要包括土壤颗粒组成㊁土壤容重㊁土壤孔隙度和土壤持水量等[8-9],这些指标与土壤持水性能密切有关㊂凋落物是植物的地上部分产生并归还到地表的有机物质总称[10],其结构疏松㊁透水性和持水能力良好,在改善土壤理化性质㊁水源涵养㊁水量平衡等方面起着非常重要的作用[11]㊂近年来国内研究者采用 空间代替时间 的方法对植被恢复过程中的土壤水分特征进行了研究㊂例如,张永旺等[12]探究了黄土高原地区土壤持水性与土壤水分有效性对不同植被(草地㊁灌木林地和乔木林地)的响应㊂在草本植物恢复阶段的研究中,易湘生等[13]开展了黄河源区草地退化对土壤持水性影响研究;王普昶等[14]研究了贵州南部人工草地不同放牧强度下浅层土壤剖面水分的空间异质性及其影响因素㊂关于凋落物已有的研究多集中于森林生态系统[15-16],有部分学者以草地凋落物作为研究对象开展了一些探索性研究,涉及凋落物蓄积量㊁厚度特征[17-18]㊁凋落物持水特性[19-20]㊂上述研究分布于不同区域,具有一定的地域代表性㊂但是,已有研究较多集中在不同植被恢复阶段的土壤持水性㊁水分有效性和生态效应等,在草本植物阶段的研究也多关注于不同放牧及退化程度草地持水特征和土壤物理性质等,对于喀斯特地区不同年限退耕草地持水性能的对比研究却鲜有报道,限制了对退耕地植被恢复过程中草地生态系统持水性能及其异质性的精确模拟㊂因此,本文选择了喀斯特地区退耕5,10,15,20a 的次生草地凋落物和不同土层(0 5,5 10,10 20, 20 30,30 40c m)土壤为研究对象,以耕地为对照,通过 时空替代法 研究不同退耕年限下草地凋落物层和土壤层持水性能的差异和变化特征,以期为喀斯特地区退耕草地持水性能和水土保持提供科学依据㊂1研究区概况研究区位于贵州省安顺市平坝区,地处云贵高原东侧梯状斜坡中段,地势西北高东南低,中部较平坦㊂山系属苗岭山群,多呈北东 南西走向,呈非平行展布,连续性较差㊂境内大部为丘陵,喀斯特地貌极为突出,土层较薄,土壤中石砾含量较高㊂地理坐标为106ʎ27'57ᵡ 106ʎ32'19ᵡE,26ʎ18'59ᵡ 26ʎ22'47ᵡN,海拔1218~1285m㊂为亚热带季风湿润气候,多年平均降雨量为1298mm,年平均气温为14.1ħ㊂居住汉族㊁苗族㊁布依族人口㊂耕地面积2673.3h m2,粮食作物主要以玉米(Z e am a y s)㊁水稻(O r y z a s a t i v a)为主㊂研究区内主要土壤种类以石灰土和黄壤为主,并且有明显的石灰岩出露㊂所选试验样地退耕前为种植玉米的耕地,退耕后在自然状态下生长的次生草地,土壤类型均为石灰土,且未进行过人工干预㊂2研究方法2.1样地设置及土壤样品采集2022年9月,通过对安顺市平坝区进行实地勘察并访问当地老农,结合B i g e m a p和谷歌地球等工具来对历史卫星影像图进行比较,通过空间替代时间的方法,在坡向㊁坡度及海拔等立地条件基本一致的退耕集中连片地区,分别选取退耕时间为5,10,15, 20a的草地和耕地作为对照的5个样地(表1)㊂每个样地都布设3个20mˑ20m的标准样方,共设置15块标准样方㊂分别在每一个样方内沿对角线随机布设3个取样点,挖土层剖面,共计45个剖面㊂自下到上采用沟槽方式在0 40c m深度分5个层次采集距地面0 5,5 10,10 20,20 30,30 40c m土壤㊂其中,在采集草地土壤剖面样品前,除去土壤表8水土保持通报第43卷面的枯枝落叶层及其分解和半分解层㊂每层取土样约一千克,将每个样方内的相同深度3个采样点的土壤混匀装袋,并依次在各土层用环刀法来测定土壤容重㊂使用G P S 准确读取并记录采样点坐标㊁海拔等信息㊂将已收获的土样经过自然风干,并挑出植物根和砾石,过2mm 筛后用于土壤颗粒组成的测定㊂表1 不同退耕年限草地样地状况T a b l e 1 C o n d i t i o n s o f p l o t sw i t hd i f f e r e n t ye a r s of r e c l a i m e dg r a s s l a n d 退耕年限/a坐标海拔/m 坡向坡度/(ʎ)主要植被C K 106ʎ28'48ᵡE26ʎ18'59ᵡN 1243.06NW 15玉米(Z e am a ys )5106ʎ32'19ᵡE 26ʎ22'47ᵡN 1217.62W 14白茅(I m p e r a t ac y l i n d r i c a )㊁地三叶草(T r i fo l i u m s u b t e r r a n e u m )10106ʎ29'10ᵡE 26ʎ19'28ᵡN 1236.36N 16白茅㊁地三叶草㊁五月艾(A r t e m i s i a i n d i c a )15106ʎ27'57ᵡE 26ʎ20'52ᵡN 1285.38NW 15白茅㊁地三叶草㊁五月艾㊁红刺苔(R u b u s s u m a t r a n u s )㊁青刺尖(P r i n s e p i au t i l i s )20106ʎ28'48ᵡE 26ʎ18'60ᵡN1249.93NW18白茅㊁地三叶草㊁五月艾㊁红刺苔㊁火棘(P yr a c a n t h a fo r t u n e a n a )2.2 凋落物层的蓄积量与自然含水率测定2022年9月,以每块标准样地的四角及对角线中心为基准,沿对角线均匀设置3个0.5mˑ0.5m的小样方(共12个小样方)㊂采用直接收获法按未分解层和半分解层收集样方内所有凋落物,装入相同规格的自封袋,将其密封后带回实验室㊁称其鲜重,然后用烘箱(75ħ)将不同年限的凋落物烘干至恒重,用于计算凋落物的蓄积量㊁自然含水率等指标,计算公式为:R 0=(M 1-M 0)/M 0ˑ100%(1)式中:R 0为凋落物自然含水率(%);M 1为凋落物鲜重(g );M 0为凋落物干重(g)㊂2.3 凋落物持水量与吸水速率测定采用室内浸水法测定凋落物持水量及吸水速率㊂将烘干后的凋落物全部装入孔径为1mm 的网袋(预先称重,并标记),把它们完全浸泡在盛有清水的容器里㊂分别在浸水0.25,0.5,1,2,4,6,8,10,12,24h后,将网袋从水中取出,悬挂在空中约5m i n ,当没有水滴滴落时,立即称量㊂所得凋落物质量与凋落物干重之差即为此时凋落物的持水能力㊂根据持水量计算凋落物的吸水速率㊁持水率㊁最大持水量㊁最大持水率㊂各指标计算公式为:ΔM =M t -M 0(2) V =(M t -M 0)/t(3) R =(M t -M 0)/M 0ˑ100%(4) M m a x =M 24-M 0(5) R m a x =(M 24-M 0)/M 0ˑ100%(6)式中:ΔM 为凋落物浸泡t h 的持水量(t /h m 2);M t 为浸泡t h 的质量(g );V 为浸泡t h 的吸水速率 t /(h m 2㊃h ) ;t 为浸泡时间(h );R 为持水率(%);M m a x 为最大持水量(t /h m 2);M 24为浸泡24h 的质量(g );R m a x 为最大持水率(%)㊂2.4 凋落物有效拦蓄量测定凋落物的最大拦蓄量㊁最大拦蓄率㊁有效拦蓄量㊂各指标计算公式[21]为:W m a x =W m ˑM(7) W m =R m a x -R 0(8) W =(0.85R m a x -R 0)ˑM (9)式中:W m a x 为最大拦蓄量(t /h m 2);W m 为最大拦蓄率(%);M 为凋落物蓄积量(t /h m 2);W 为有效拦蓄量(t /h m 2)㊂2.5 其他指标土壤颗粒组成的测定采用比重计速测法;容重㊁孔隙度㊁持水量的测定采用环刀法;土壤含水率的测定采用烘干法㊂2.6 数据分析使用E x c e l 完成数据的整理和计算㊂使用S P S S 23.0软件对不同年限退耕草地凋落物层蓄积量和持水能力以及不同年限同一土层各持水性指标的差异显著性(p <0.05)进行单因素方差分析,并对其进行多重比较,对凋落物持水量及吸水速率进行回归分析㊂使用O r i gi n2021进行绘图㊂3 结果与分析3.1 不同年限退耕草地凋落物持水性能3.1.1 不同年限退耕草地凋落物蓄积量 由表2可知,不同年限退耕草地凋落物的总蓄积量为1.29~4.31t /h m 2,未分解层蓄积量变化在0.24~1.48t /h m2,半分解层蓄积量变化在1.05~2.83t /h m 2,均表现为:15a >20a >10a >5a㊂通过方差分析可知,凋落9第5期 罗秀龙等:喀斯特地区不同年限退耕草地的持水性能物总蓄积量㊁未分解层和半分解层蓄积量均表现出在退耕5a 和10a 与15a 和20a 之间存在显著性差异,此外,未分解层蓄积量还表现出在退耕5a 与10a之间存在显著性差异,说明退耕15a 对凋落物蓄积量的影响较大㊂从凋落物组成来看,凋落物半分解层和未分解层蓄积量占总蓄积量的比例不同,未分解层占总蓄积量百分比的变化范围为18.91%~34.23%,半分解层占总蓄积量百分比的变化范围为65.86%~81.35%,各退耕年限草地均表现出半分解层蓄积量>未分解层蓄积量㊂说明随着退耕年限的增加,不但可以促进草地凋落物的生物积累,同时也促使其从未分解层转化为半分解层,最后经过代谢㊁降解形成有机物等物质而回归土壤,从而改善土壤结构和孔隙性状㊂表2 不同年限退耕草地凋落物蓄积量T a b l e 2 L i t t e r a c c u m u l a t i o nw i t hd i f f e r e n t ye a r s of r e c l a i m e dg r a s s l a n d 退耕年限/a蓄积量/(t ㊃h m -2)未分解层半分解层总蓄积量/(t ㊃h m -2)占蓄积量比例/%未分解层半分解层50.24ʃ0.05c 1.05ʃ0.08b1.29ʃ0.06b18.75ʃ3.93b81.25ʃ3.93a 100.50ʃ0.08b 1.10ʃ0.12b 1.60ʃ0.12b 31.44ʃ4.75a 68.56ʃ4.75b151.48ʃ0.07a 2.83ʃ0.10a 4.31ʃ0.42a 34.35ʃ1.96a 65.65ʃ1.96b 201.36ʃ0.04a 2.62ʃ0.19a 3.98ʃ0.22a 34.19ʃ1.21a 65.81ʃ1.21b 注:表中数据为平均值ʃ标准误差;同列数据不同小写字母表示不同年限间差异显著(p <0.05)㊂下同㊂3.1.2 不同年限退耕草地凋落物持水能力 凋落物的最大持水量和最大持水率是反映凋落物持水性能的重要指标,其主要决定于凋落物的现存量㊂由表3可知,不同年限退耕草地凋落物最大持水量总和范围在5.86~18.57t /h m 2,依次为:15a >20a >10a >5a ,最大持水率为384.23%~460.12%,依次为:5a>15a >10a >20a ㊂可见凋落物最大持水量与凋落物最大持水率排列不相同㊂方差分析可知,草地凋落物未分解层最大持水量在退耕5a 和10a 与15a 和20a 之间存在显著性差异,退耕15a 的半分解层最大持水量显著高于其他年限㊂退耕10a 和20a 的未分解层最大持水率显著低于5a ,各退耕年限的半分解层最大持水率无显著性差异㊂各退耕年限的半分解层最大持水量均高于未分解层,这与凋落物的蓄积量规律一致㊂由此可见,凋落物持水能力与凋落物的分解程度和蓄积量有关,分解程度越大,蓄积量越多,凋落物的持水能力越强㊂表3 不同年限退耕草地凋落物最大持水量和持水率T a b l e 3 M a x i m u ml i t t e rw a t e r -h o l d i n g c a p a c i t y a n dw a t e r h o l d u p o f l i t t e r a c c u m u l a t i o n i nd i f f e r e n t y e a r s o f r e c l a i m e d g r a s s l a n d 退耕年限/a最大持水量/(t ㊃h m -2)未分解层半分解层总和最大持水率/%未分解层半分解层平均51.38ʃ0.03b 4.48ʃ0.75c5.86ʃ0.75c491.60ʃ44.07a428.64ʃ63.58a460.12ʃ10.30a102.02ʃ0.39b 4.81ʃ0.35c 6.83ʃ0.6c 401.30ʃ15.79b 401.25ʃ26.17a 401.28ʃ8.28b 155.84ʃ1.53a 12.72ʃ1.57a 18.56ʃ2.6a 441.12ʃ30.20a b454.30ʃ39.07a 447.71ʃ3.14a 205.31ʃ0.72a 9.85ʃ0.95b 15.17ʃ0.52b 390.12ʃ45.02b 378.34ʃ60.21a 384.23ʃ25.62b3.1.3 凋落物拦蓄能力 由表4可知,凋落物有效拦蓄量范围为4.69~13.42t /h m 2,最大拦蓄量范围在5.57~16.84t /h m 2,各退耕年限凋落物层有效拦蓄量和最大拦蓄量大小顺序均为15a >20a >10a >5a ;最大拦蓄率范围在362.79%~460.67%,大小顺序为15a >5a >10a >20a㊂经方差分析可知,草地凋落物未分解层㊁半分解层的有效拦蓄量和最大拦蓄量均在退耕5a 和10a 与15a 和20a 之间存在显著性差异,同时,各退耕年限的半分解层的有效拦蓄量和最大拦蓄量均高于未分解层,这与凋落物的蓄积量㊁最大持水量规律一致;各退耕年限间的凋落物最大拦蓄率的差异性与最大持水率相同㊂综合4个退耕年限凋落物的降雨拦蓄变化来看,退耕15a 的草地拦蓄能力最强㊂3.1.4 不同年限退耕草地凋落物持水过程 凋落物经过浸泡以后呈现出一定的规律,4个退耕年限草地凋落物的未分解层(图1a )和半分解层(图1b )持水量均随着浸水时间的加长而不断增加㊂各层凋落物均在浸泡15m i n 内迅速增加,之后持水量累计增加量迅速减少且很快进入平缓增加状态,特别是1h 之后增加非常缓慢,直到24h 达到最大持水量,凋落物的持水量达到饱和状态㊂草地未分解层凋落物的持水01 水土保持通报 第43卷能力表现为:15a>20a>10a>5a,半分解层凋落物持水能力表现为在浸泡4h之前为:15a>20a>10a >5a,浸泡4h以后为:15a>20a>5a>10a㊂随着退耕年限的延长,凋落物的持水能力呈先增加后减少的趋势㊂从表5得出,4个退耕年限不同层次凋落物的持水量Q与浸水时间t以对数函数拟合效果较好,持水量Q随浸水时间t延长以对数函数增加,关系式为:Q=a l n(t)+b(10)式中:Q为凋落物持水量(t/h m2);t为浸水时间(h);a为方程系数;b为方程常数㊂表4不同年限退耕草地凋落物最大拦蓄量和有效拦蓄量T a b l e4M a x i m u ms t o r a g e c a p a c i t y a n d e f f e c t i v e s t o r a g e c a p a c i t y o f l i t t e r a c c u m u l a t i o n i nd i f f e r e n t y e a r s o f r e c l a i m e d g r a s s l a n d退耕年限/a最大拦蓄率/%未分解层半分解层平均最大拦蓄量/(t㊃h m-2)未分解层半分解层总和有效拦蓄量/(t㊃h m-2)未分解层半分解层总和5480.17ʃ24.41a441.17ʃ44.52a460.67ʃ21.40a1.29ʃ0.02c4.29ʃ0.73b5.57ʃ0.73c1.08ʃ0.02b3.62ʃ0.62b4.69ʃ0.62a 10380.65ʃ13.49b354.86ʃ38.98a367.76ʃ13.67b1.91ʃ0.36c3.91ʃ0.81b5.82ʃ0.71c1.61ʃ0.30b3.25ʃ0.70b4.86ʃ0.61a 15428.36ʃ29.56a b365.87ʃ101.63a392.92ʃ58.58b6.50ʃ0.54a10.34ʃ2.80a16.84ʃ1.33a4.77ʃ1.30a8.65ʃ2.38a13.42ʃ1.83a 20371.78ʃ45.87b353.80ʃ59.05a362.79ʃ27.74b5.06ʃ0.72b9.21ʃ0.94a14.27ʃ0.63b4.27ʃ0.61a7.73ʃ0.81a12.00ʃ0.55a4个退耕年限草地未分解层(图2a)和半分解层(图2b)凋落物的吸水速率均随着浸泡时间延长而减小㊂浸泡15m i n时,不同年限凋落物的未分解层和半分解层吸水速率最大,在0 2h内,凋落物的吸水速率呈现直线下降,浸泡2h后,凋落物的吸水速率下降缓慢,在浸泡12h后,凋落物的吸水速率基本趋于0㊂从表6得出,4个退耕年限不同层次凋落物的吸水速率V与浸水时间t以幂函数拟合效果较好,吸水速率V随着浸水时间t延长以幂函数减小,关系式为:V=a t b(11)式中:V为凋落物吸水速率 t/(h m2㊃h) ;t为浸泡时间(h);a为方程系数;b为指数㊂图1不同年限退耕草地未分解层和半分解层的凋落物持水量随浸泡时间的变化F i g.1C h a n g e s o f l i t t e rw a t e r c a p a c i t y i nu n d e c o m p o s e d l a y e r a n d s e m i-d e c o m p o s e dl a y e rw i t h s o a k i n g t i m e i nd i f f e r e n t y e a r s o f r e c l a i m e d g r a s s l a n d图2不同年限退耕草地未分解层和半分解层的凋落物持水速率随浸泡时间的变化F i g.2C h a n g e s o f l i t t e rw a t e r a b s o r p t i o n r a t e i nu n d e c o m p o s e d l a y e r a n d s e m i-d e c o m p o s e dl a y e rw i t h s o a k i n g t i m e i nd i f f e r e n t y e a r s o f r e c l a i m e d g r a s s l a n d 11第5期罗秀龙等:喀斯特地区不同年限退耕草地的持水性能表5不同年限退耕草地凋落物持水量与浸水时间关系式T a b l e5R e l a t i o nb e t w e e n l i t t e r c a p a c i t y a n d s o a k i n g t i m e i nd i f f e r e n t y e a r s o f r e c l a i m e d g r a s s l a n d退耕年限/a未分解层关系式R2半分解层关系式R25Q=0.185l n(t)+0.8420.852Q=0.185l n(t)+0.8420.919 10Q=0.301l n(t)+1.1550.850Q=0.555l n(t)+2.7480.864 15Q=0.999l n(t)+3.9860.852Q=1.513l n(t)+8.7340.956 20Q=0.809l n(t)+3.0920.898Q=1.325l n(t)+6.4580.975表6不同年限退耕草地凋落物吸水速率与浸水时间关系式T a b l e6R e l a t i o nb e t w e e nw a t e r a b s o r p t i o n r a t e a n d s o a k i n g t i m e o f l i t t e r s i nd i f f e r e n t y e a r s o f r e c l a i m e d g r a s s l a n d退耕年限/a未分解层关系式R2半分解层关系式R25V=5.349t-1.8200.970V=15.119t-1.7500.969 10V=7.527t-1.8110.968V=17.600t-1.8430.969 15V=25.686t-1.8100.971V=55.145t-1.8530.963 20V=19.907t-1.8020.966V=40.979t-1.8320.9643.2不同年限退耕草地土壤的持水性能3.2.1不同年限退耕草地土壤颗粒组成、容重和孔隙状况土壤颗粒组成变化是土壤形成㊁发育及进化的标志,良好的土壤颗粒组成有利于土壤团聚体形成,增加孔隙度,提高土壤持水性能[22]㊂研究区各样地粉粒成分最高,其比例都在30%以上,最大值达到了50.47%,而黏粒的含量最小,其比例均不足30%,最小值只有8.53%㊂随退耕年限延长,各粒径所占比例不同㊂在0 5,5 10,10 20c m土层中,砂粒(图3)在退耕5~15a阶段分别显著上升至峰值49.1%,49.0%和50.5%,在退耕15~20a阶段分别显著下降至30.0%,27.5%和30.2%;黏粒在退耕5~ 15a阶段分别显著下降至极小值12.5%,9.3%和8.5%,在退耕15~20a阶段分别显著上升至峰值27.7%,27.3%和22.6%;粉粒在退耕5~10a阶段除了在5 10c m土层下降至极小值不显著外,在0 5c m和10 20c m土层分别显著下降至极小值37.9%和39.3%,在退耕10~20a阶段分别显著上升至42.3%,45.3%和47.2%㊂在20 30c m和30 40c m土层中,退耕5a时砂粒分别处于峰值38.6%和37.3%,在退耕5~20a阶段呈先下降后上升再下降趋势,但变化差异都不显著;黏粒在退耕5~10a 阶段分别显著增加上升至峰值28.5%和37.3%,在退耕10~20a阶段,在20 30c m土层呈现出先显著下降至17.1%,后上升的趋势,30 40c m土层显著下降至19.5%;粉粒比例在退耕5~10a阶段分别显著下降至极小值38.3%和34.1%,在退耕10~20a阶段分别显著上升至峰值48.3%和48.0%㊂土壤容重和孔隙状况是土体构造虚实松紧的反映,影响土壤的通气性㊁透水性及其贮存水分能力,关系着土壤中水分的流通和贮存[23]㊂由图4可知,随着退耕年限的进一步延长,0 5c m和10 20c m土层容重在退耕5~15a阶段逐年下降,并趋于稳定,分别达到极小值1.02,1.06g/c m3;在退耕15~20a 阶段,土层容重分别显著上升至1.16,1.19g/c m3㊂5 10c m土层容重在退耕5~10a阶段显著性下降到极小值0.96g/c m3;在退耕10~20a,显著性上升到峰值1.29g/c m3㊂20 30c m和30 40c m土层容重在退耕5~20a变化差异都不显著㊂由表7可知,在0 5c m土层,土壤总孔隙度和毛管孔隙度均呈现出先在退耕5~10a阶段上升,后在退耕10~15a阶段下降,再在退耕15~20a阶段上升的趋势,在退耕20a时显著达到峰值61.82%和60.58%;在5 10c m土层中,土壤总孔隙度㊁毛管孔隙度均在退耕10a时显著上升到峰值63.22%, 60.97%,在退耕10~20a阶段呈下降趋势,但变化差异均不显著;在10 20c m土层中,土壤总孔隙度㊁毛管孔隙度随着退耕年限的增加,总体变化规律和在0 5c m土层相同,并在退耕10a时显著达到峰值56.39%和54.37%;在20 30c m和30 40c m土层中,土壤总孔隙度㊁毛管孔隙度随着退耕年限的变化规律和在0 5c m土层中相同,但仅在20 30c m土层中,毛管孔隙度在退耕20a时显著达到峰值54.62%,其余变化差异均不显著㊂在0 5c m土层中,非毛管孔隙度在退耕10a时候显著下降到极小值1.06%,在退耕15a时候显著上升到峰值2.54%;在5 10c m土层中,在退耕10a时显著下降到极小值0.87%,在退耕20a时候显著上升到峰值3.17%;在20 30c m土层中,在退耕20a时候显著下降到极小值0.99%;在10 20,30 40c m土层中,非毛管孔隙度在各退耕年限间的差异并不显著㊂21水土保持通报第43卷图3不同年限退耕草地0 40c m土层土壤颗粒组成F i g.3S o i lm e c h a n i c a l c o m p o s i t i o no f0 40c ms o i l l a y e r i nd i f f e r e n t y e a r s o f r e c l a i m e d g r a s s l a n d表7不同年限退耕草地土壤孔隙度变化特征T a b l e7V a r i a t i o n c h a r a c t e r i s t i c s o f s o i l p o r o s i t y i nd i f f e r e n t y e a r s o f r e c l a i m e d g r a s s l a n d物理性质退耕年限/a土层深度/c m0 55 1010 2020 3030 40C K48.85ʃ5.33b49.29ʃ5.60b c45.65ʃ2.19b46.61ʃ3.44a53.00ʃ6.27a 550.26ʃ2.57a b47.06ʃ1.65c49.26ʃ3.47a b48.20ʃ1.77a52.43ʃ5.43a总孔隙度/%1060.02ʃ0.80a b63.22ʃ0.82a56.39ʃ1.58a53.19ʃ1.99a57.12ʃ7.75a 1556.52ʃ2.87a b57.12ʃ4.65a54.61ʃ6.41a51.55ʃ9.35a52.57ʃ5.20a2061.82ʃ12.25a56.17ʃ4.21a b55.40ʃ4.12a55.60ʃ0.97a56.64ʃ5.63aC K45.62ʃ6.20c45.52ʃ5.98b43.94ʃ1.73b44.75ʃ4.67b50.24ʃ7.96a548.39ʃ2.06b c45.58ʃ2.15b47.31ʃ2.20a b46.80ʃ1.65a b50.86ʃ5.14a 毛管孔隙度/%1058.96ʃ1.35a b60.97ʃ3.04a54.37ʃ1.38a51.91ʃ1.57a b55.74ʃ8.35a 1553.98ʃ2.91a b c54.45ʃ4.53a52.92ʃ5.98a49.81ʃ9.80a b50.38ʃ4.85a2060.58ʃ11.71a53.99ʃ3.53a53.67ʃ4.69a54.62ʃ1.01a51.77ʃ4.50aC K4.31ʃ0.08a3.76ʃ0.42a1.71ʃ1.12a2.54ʃ0.53a1.40ʃ1.5a51.87ʃ0.75b c1.48ʃ0.77b1.94ʃ1.63a1.85ʃ0.44a b1.57ʃ0.29a 非毛管孔隙度/%101.06ʃ0.60c0.87ʃ0.09b2.02ʃ1.96a1.62ʃ0.84a b1.38ʃ0.71a 152.54ʃ0.35b2.68ʃ0.21a1.69ʃ0.46a1.73ʃ0.47a b2.19ʃ0.60a201.25ʃ0.61c3.17ʃ0.70a1.73ʃ0.65a0.99ʃ0.19b2.66ʃ2.12a 注:不同小写字母表示不同年限退耕草地同一土层显著差异(p<0.05)㊂下同㊂3.2.2不同年限退耕草地土壤的含水率和持水量特征由图5可知,0 5c m土层含水率在退耕5~20a 阶段逐年上升,达到峰值28.77%,仅在退耕20a时与耕地存在显著性差异㊂5 10c m土层含水率在退耕5~10a阶段显著性上升到峰值30.49%;在退耕10~ 20a逐年下降,但变化差异不显著㊂10 20c m土层含水率在退耕5~15a阶段显著性上升到峰值28.55%;在退耕15~20a阶段呈现下降趋势,但变化差异不显著㊂20 30c m土层含水率在退耕5~20a 阶段呈现先上升后下降再上升的趋势,在退耕20a时显著性上升到峰值28.45%㊂30 40c m土层含水率在退耕5~20a逐年上升,但变化差异不显著㊂31第5期罗秀龙等:喀斯特地区不同年限退耕草地的持水性能注:不同小写字母代表不同年限退耕草地同一土层显著差异(p< 0.05)㊂下同㊂图4不同年限退耕草地0 40c m土层土壤容重变化特征F i g.4V a r i a t i o n c h a r a c t e r i s t i c s o f s o i l b u l kd e n s i t y i n0 40c ms o i l l a y e r o f r e c l a i m e d g r a s s l a n d i nd i f f e r e n t y e a r s土壤饱和持水量和毛管持水量均能直观反映土壤的持水性能,同时间接反映水分的再分配能力[24]㊂在退耕5~20a过程中,饱和持水量和毛管持水量在各土壤层次中随着退耕年限的变化,其变化趋势分别与土壤总孔隙度和毛管孔隙度相同㊂由表8可知,在0 5c m土层,饱和持水量和毛管持水量在退耕20a 显著达到峰值309.12,302.88t/h m2;在5 10c m土层中,饱和持水量和毛管持水量在退耕10a时显著上升到峰值316.10,304.85t/h m2;在10 20c m土层中,饱和持水量和毛管持水量在退耕10a时显著达到峰值563.90,543.67t/h m2;在20 30,30 40c m土层中,随退耕年限的延长其变化差异不显著㊂图5不同年限退耕草地0 40c m土层含水率变化特征F i g.5V a r i a t i o n c h a r a c t e r i s t i c s o f s o i lm o i s t u r e c o n t e n t i n0 40c ms o i l l a y e r o f r e c l a i m e d g r a s s l a n d i nd i f f e r e n t y e a r s表8不同年限退耕草地土壤持水量变化特征T a b l e8V a r i a t i o n c h a r a c t e r i s t i c s o fw a t e r h o l d i n g c a p a c i t y i nd i f f e r e n t y e a r s o f r e c l a i m e d g r a s s l a n d指标退耕年限/a土层深度/c m0 55 1010 2020 3030 40C K244.27ʃ26.63b246.43ʃ28.01b c456.53ʃ21.87b466.10ʃ34.40a530.03ʃ62.70a 5251.32ʃ12.85a b235.28ʃ8.27c492.57ʃ34.65c482.03ʃ17.67a524.27ʃ54.26a饱和持水量/(t㊃h m-2)10300.10ʃ3.98a b316.10ʃ4.11a563.90ʃ15.78a531.90ʃ19.95a571.23ʃ77.49a 15282.60ʃ14.37a b285.62ʃ23.27a546.10ʃ64.07a515.47ʃ93.50a525.67ʃ51.96a20309.12ʃ61.26a280.85ʃ21.07a b553.97ʃ41.19a556.03ʃ9.67a566.37ʃ56.31aC K228.10ʃ31.00c227.62ʃ29.88b439.43ʃ17.26b447.50ʃ46.74b502.40ʃ79.65a5241.93ʃ10.28b c227.90ʃ10.77b473.13ʃ21.97a b468.00ʃ16.48a b508.57ʃ51.45a 毛管持水量/(t㊃h m-2)10294.80ʃ3.006.73a b304.85ʃ15.19a543.67ʃ13.75a519.13ʃ15.67a b557.40ʃ83.51a 15269.90ʃ14.55a b c272.23ʃ22.65a529.17ʃ59.84a498.13ʃ98.03a b503.80ʃ48.45a20302.88ʃ58.54a269.93ʃ17.66a536.67ʃ46.86a546.17ʃ10.07a517.70ʃ45.03a3.3不同年限退耕草地持水能力草地持水能力一般用土壤层和凋落物层的持水总量来评价,草地持水量是反映草地持水性能的重要指标之一,不同年限退耕草地持水总量大小依次为: 10a>20a>15a>5a>C K,可见退耕10a时草地的持水性能最强,其次为20a和15a,耕地最小㊂此外,不同年限退耕草地凋落物层持水量均不到草地持水总量的1%,土壤层发挥着99%以上的持水功能(图6)㊂4讨论与结论4.1讨论(1)不同年限退耕草地凋落物持水性能㊂贵州是中国南方喀斯特的中心,特殊的地质地貌与气候背景使得喀斯特土壤特别容易流失,草地作为绿色植物的先锋,在水土保持方面起着重要作用㊂凋落物蓄积量主要取决于凋落物的形成量㊁凋落物的分解速度和积累时间[25]㊂41水土保持通报第43卷喀斯特地区不同退耕年限草地凋落物未分解层㊁半分解层蓄积量及总蓄积量变化趋势相同,均表现为:15a>20a>10a>5a,蓄积量整体偏低,主要原因是喀斯特土层浅薄且贫瘠缺水的生境条件形成了生物量较低的特殊山地喀斯特草地类型㊂同时,喀斯特地区岩石裸露率高㊁渗漏性强,属于湿润气候背景下的临时性干旱,在草本植物生长后期,凋落物积累不明显㊂图6不同年限退耕草地持水能力F i g.6W a t e r h o l d i n g c a p a c i t y o f r e c l a i m e d g r a s s l a n d i nd i f f e r e n t y e a r s凋落物的持水量代表了凋落物的持水能力,而凋落物层的持水量与蓄积量息息相关㊂凋落物拦蓄量则代表凋落物在实际降雨过程的拦蓄能力,受凋落物自身含水率㊁吸水能力㊁蓄积量㊁持水能力等多种因素影响㊂本研究表明,不同退耕年限草地凋落物各层次最大持水量㊁最大拦蓄量㊁有效拦蓄量变化趋势相同,均表现出:15a>20a>10a>5a,且半分解层均高于未分解层,主要原因是最大持水量㊁最大拦蓄量㊁有效拦蓄量不仅与凋落物本身的蓄积量和凋落物结构有关,还与凋落物的分解程度有关,凋落物蓄积量越大㊁分解程度越大,持水能力越强㊂在凋落物持水能力的试验中,不同年限退耕草地凋落物的持水量和吸水速率变换过程均存在较好的函数关系,均表现为:15a>20a>10a>5a,且不同退耕年限在同一时刻半分解层的持水量和吸水速率均明显大于未分解层㊂该结果能较好的反映4个年限退耕草地凋落物的持水过程,即不同年限退耕草地持水量均随浸水时间而增加逐步趋于稳定,吸水速率在初期最大并随浸水时间增加趋于一致,直到饱和㊂与以往的研究结果[26-27]类似㊂综上可知,凋落物半分解层的持水功能要明显强于未分解层,且在雨后2h 内表现出较高的持水作用㊂(2)不同年限退耕草地土壤的持水性能㊂土壤是草地贮存水分的最主要场所,在喀斯特地区,土壤厚度薄,在一定土壤厚度条件下,土壤颗粒组成㊁容重以及土壤孔隙状况决定土壤的持水能力,因此植被对这些指标的改善作用决定了土壤蓄水能力㊂本研究中,随着退耕年限的延长,0 20c m砂粒含量呈现出先上升后下降的趋势,粉粒和黏粒含量变化与之相反,这与何洪盛等[28]对不同年限退耕地的研究结果相同㊂原因在于不同农田地退耕后都会出现颗粒组成粗化现象[29],而在退耕15a左右时,多年生草地根系发达,植物根系改良了土壤容重和孔隙状况[30],水土得以保持,因此土壤粒度向越来越细化的方向演变,砂粒含量逐渐降低,说明草地土壤的结构随着退耕年限延长逐渐有所好转㊂0 20c m土壤容重随着退耕年限的延长呈现出先下降再上升的规律,土壤总孔隙度和毛管孔隙度的变化规律与容重相反,这与李静等[31]在黄土区,王理德等[32]对民勤绿洲不同年限退耕地土壤理化性质的研究,马志林等[33]对不同退耕年限土壤理化特征结论相符㊂主要原因是随着退耕年限延长,地表植物不断生长,土壤表面的凋落物㊁腐殖质大量累积,微生物数量和种类增加等使得地表土质更加疏松,总孔隙度逐渐增大,容重逐渐下降㊂但随着退耕年限的逐渐延长,重力和雨水冲击效应增强,土层慢慢沉积㊁紧实,土壤粉粒含量增高,最后逐步趋于稳定,所以容重会有所升高,土壤孔隙度有所下降㊂总的来看,退耕草地的土壤结构和孔隙状况优于耕地,并随着时间的延长,土壤的通气状况不断得到改善,并在退耕10a时效果最为明显㊂本研究中退耕能使土壤含水率在退耕5a时的变化不显著,在较长年限内(5~20a)波动性上升,这一结果与柴晓虹等[34]对石羊河中下游地区各种退耕年限内次生草地的研究结果基本相同㊂这是因为在退耕后较短年限内,草本植物根部残留的水分比退耕后充足,但由于浅根草本植物生长迅速,根系会迅速吸收浅层土壤水分,因此在退耕较短年限内,土壤含水率的变化并不显著,而这些状况也会随着退耕年限51第5期罗秀龙等:喀斯特地区不同年限退耕草地的持水性能。