喀斯特槽谷区岩层倾向对土壤入渗特性的影响.pdf

第3 7卷第4期2 0 2 3年8月水土保持学报J o u r n a l o fS o i l a n dW a t e rC o n s e r v a t i o nV o l.3 7N o.4A u g.,2 0 2 3 收稿日期:2 0 2 2-1 1-2 9 资助项目:国家自然科学基金项目(4 2 1 0 7 3 5 5);重庆市科委科学研究项目(C S T B 2 0 2 2 N S C Q-M S X 1 0 5 3);重庆市教委科技项目(K J Q N 2 0 2 1 0 0 5 1 8,K J Q N 2 0 2 1 0 0 5 4 2)第一作者:苟俊菲(1 9 9 6-),女,硕士研究生,主要从事土壤侵蚀与水土保持研究。E-m a i l:8 1 5 9 5 0 1 1 2q q.c o m 通信作者:甘凤玲(1 9 8 9-),女,博士,讲师,主要从事土壤侵蚀与水土保持研究。E-m a i l:3 5 9 1 4 0 3 1 5q q.c o m喀斯特槽谷区岩层倾向对土壤入渗特性的影响苟俊菲1,2,张林星1,2,石海龙1,2,甘凤玲1,2,刘 涓1,2(1.重庆师范大学三峡库区地表过程与环境遥感重庆市重点实验室,重庆4 0 1 3 3 1;2.三峡库区地表生态过程重庆市野外科学观测研究站,重庆4 0 1 3 3 1)摘要:为了解岩层倾向对喀斯特槽谷区土壤入渗特性的影响,以重庆市青木关岩溶槽谷区顺/逆层坡为研究对象,分析5种典型土地利用方式裸地(A L)、辣椒地(P L)、玉米地(C L)、林地(F L)、草地(G L)在顺/逆层坡的土壤入渗能力差异,并探讨土壤物理性质对土壤入渗能力的影响。结果表明:(1)0.2 5mm水稳性团聚体含量、毛管持水量、黏粒以及粉粒含量在顺/逆层坡存在显著差异(p0.2 5mm水稳性团聚体含量和毛管持水量方面,分别为P L与F L的顺/逆层坡差异最大,在黏粒和粉粒方面,C L的顺/逆层坡差异最大,且均为逆层坡顺层坡。(2)除F L顺层坡的土壤渗透能力低于逆层坡外,其余4种土地利用方式下的土壤入渗能力均表现为顺层坡高于逆层坡。(3)土壤渗透特性在顺/逆层坡均与容重呈极显著负相关关系(p5mm水稳性团聚体含量和饱和持水量呈极显著正相关关系(p0.0 1),在逆层坡与非毛管孔隙度、饱和持水量、粉粒含量呈极显著正相关关系(p5mm水稳性团聚体含量和粉粒含量。(4)对比4种土壤入渗过程的拟合模型,P h i l i p模型对顺/逆层坡的土壤入渗过程拟合效果最佳。研究结果可为喀斯特槽谷区不同岩层倾向的水土流失防治以及植被恢复提供数据支撑。关键词:岩层倾向;土壤入渗;入渗模型;喀斯特槽谷区中图分类号:S 1 5 7.1 文献标识码:A 文章编号:1 0 0 9-2 2 4 2(2 0 2 3)0 4-0 0 8 3-1 1D O I:1 0.1 3 8 7 0/j.c n k i.s t b c x b.2 0 2 3.0 4.0 1 2E f f e c t so fR o c kS t r a t aD i po nS o i l I n f i l t r a t i o nC h a r a c t e r i s t i c s i nK a r s tT r o u g hV a l l e yA r e aGOUJ u n f e i1,2,Z HANGL i n x i n g1,2,S H IH a i l o n g1,2,GANF e n g l i n g1,2,L I UJ u a n1,2(1.C h o n g q i n gK e yL a b o r a t o r yo fS u r f a c eP r o c e s sa n dE n v i r o n m e n tR e m o t eS e n s i n gi nt h eT h r e eG o r g e sR e s e r v o i rA r e a,C h o n g q i n gN o r m a lU n i v e r s i t y,C h o n g q i n g4 0 1 3 3 1;2.T h r e eG o r g e sR e s e r v o i rA r e aE a r t hS u r f a c eE c o l o g i c a lP r o c e s s e so fC h o n g q i n gO b s e r v a t i o na n dR e s e a r c hS t a t i o n,C h o n g q i n g4 0 1 3 3 1)A b s t r a c t:I no r d e rt ou n d e r s t a n dt h ei m p a c to fr o c ks t r a t ad i po ns o i li n f i l t r a t i o nc h a r a c t e r i s t i c si nk a r s tt r o u g hv a l l e ya r e a,t a k i n g t h ed i p/a n t i-d i ps l o p eo fQ i n g m u g u a nk a r s t t r o u g hv a l l e ya r e a i nC h o n g q i n ga s t h er e s e a r c ho b j e c t,t h ed i f f e r e n c e so fs o i li n f i l t r a t i o nc a p a c i t y o ff i v et y p i c a ll a n d u s ep a t t e r n s,n a m e l ya b a n d o n e dl a n d(A L),p e p p e r l a n d(P L),c o r n l a n d(C L),f o r e s t l a n d(F L),g r a s s l a n d(G L)i nd i p/a n t i-d i ps l o p ew e r ea n a l y z e d,a n dt h e i n f l u e n c eo fs o i lp h y s i c a lp r o p e r t i e so ns o i l i n f i l t r a t i o nc a p a c i t yw a sd i s c u s s e d.T h er e s u l t ss h o w e dt h a t:(1)T h e r ew e r es i g n i f i c a n td i f f e r e n c e si n 0.2 5 mm w a t e r-s t a b l ea g g r e g a t ec o n t e n t,c a p i l l a r yw a t e rh o l d i n gc a p a c i t y,c l a ya n ds i l t c o n t e n tb e t w e e n t h ed i pa n da n t i-d i ps l o p e(p0.2 5 mm w a t e r-s t a b l ea g g r e g a t ec o n t e n ta n dc a p i l l a r yw a t e rh o l d i n gc a p a c i t y,t h eg r e a t e s td i f f e r e n c e sw e r e f o u n db e t w e e nt h ed i pa n da n t i-d i ps l o p eo fP La n dF L,r e s p e c t i v e l y,a n di nt e r m so fc l a ya n ds i l t c o n t e n t,t h eg r e a t e s t d i f f e r e n c e sw e r e f o u n db e t w e e n t h ed i pa n da n t i-d i ps l o p eo fC L,a n db o t hw e r ea n t i-d i ps l o p e d i ps l o p e.(2)E x c e p t f o r t h es o i l i n f i l t r a t i o nc a p a c i t yo fF L,t h es o i l i n f i l t r a t i o nc a p a c i t yo ft h ed i ps l o p ew a s l o w e r t h a n t h a t o f t h e a n t i-d i ps l o p e,a n d t h e s o i l i n f i l t r a t i o nc a p a c i t yo f t h eo t h e r f o u r l a n du s ep a t t e r n sw a sh i g h e rt h a nt h a to ft h ea n t i-d i ps l o p e.(3)S o i l i n f i l t r a t i o nc h a r a c t e r i s t i c ss h o w e dh i g h l ys i g n i f i c a n tn e g a t i v ec o r r e l a t i o nw i t hb u l kd e n s i t yo nd i pa n da n t i-d i ps l o p e(p5mm w a t e r-s t a b l ea g g r e g a t ec o n t e n ta n ds a t u r a t e dw a t e rh o l d i n gc a p a c i t y i nt h ed i ps l o p e(p0.0 1),a n dh a ds i g n i f i c a n t l yp o s i t i v ec o r r e l a t i o nw i t hn o n-c a p i l l a r yp o r o s i t y,s a t u r a t e dw a t e rh o l d i n gc a p a c i t ya n ds i l t c o n t e n t i nt h ea n t i-d i ps l o p e(p5mm w a t e r-s t a b l ea g g r e g a t ec o n t e n t a n ds i l t c o n t e n t,r e s p e c t i v e l y.(4)C o m p a r e dw i t h t h e f o u r f i t t i n gm o d e l so f s o i l i n f i l t r a t i o np r o c e s s,P h i l i pm o d e lh a dt h eb e s t f i t t i n ge f f e c to nt h es o i l i n f i l t r a t i o np r o c e s so f t h ed i pa n da n t i-d i ps l o p e.T h er e s e a r c hr e s u l t sc a np r o v i d ed a t as u p p o r t f o rs o i l e r o s i o nc o n t r o l a n dv e g e t a t i o nr e s t o r a t i o ni nd i f f e r e n tr o c ks t r a t ad i p s i nk a r s t t r o u g hv a l l e ya r e a.K e y w o r d s:r o c ks t r a t ad i p;s o i l i n f i l t r a t i o n;i n f i l t r a t i o nm o d e l;k a r s t t r o u g hv a l l e ya r e a 土壤入渗是水分由地表渗入地下,形成土壤水的过程1-2。土壤入渗能力的大小对地表产流以及土壤水分的再分配过程具有重要影响3。土壤入渗能力强,水分下渗可形成地下径流补给地下水,则地表径流量减少,能够有效减少地表水土流失4。因此,研究土壤入渗特性对控制水土流失、提升土壤涵养水源能力具有重要意义。入渗能力是一种复杂的土壤特性5,目前在紫色土区和黄土区对土壤入渗进行了大量研究。张冠华等6对三峡库区不同结皮盖度的土壤入渗能力研究发现,有机碳、土壤容重和结皮盖度是土壤入渗的主要影响因素,其中土壤容重是决策因子;李建兴等7认为,影响紫色土区土壤入渗性能的关键因素是土壤孔隙度;刘畅等8研究黄土区退耕还林后的土壤入渗特征,提出有机质与非毛管孔隙度是影响土壤入渗能力的主要因素。由此可见,影响土壤入渗的因素较多,但基本上是由土壤性质决定9,且不同区域土壤入渗的决策因素存在差异。因此不能将其他地区的土壤入渗结论直接应用于喀斯特槽谷区的土壤入渗研究中。此外,与紫色土区以及黄土区相比,喀斯特槽谷区具有独特的“一山二岭一槽”特征,存在典型的顺/逆倾向。目前关于岩层倾向对土壤入渗能力的影响研究结果存在差异,贾洪杰等1 0认为,在岩层倾向与坡向一致的顺层坡,岩层对土壤的阻挡作用小,易导致水土流失,使裸岩率增加,裸岩会减慢水流流速以及吸收水分,有利于水分入渗;而覃自阳等1 1认为,在岩层倾向与坡向相反的逆层坡,岩层对水流的阻挡促使雨水下渗;曾江敏等1 2认为,顺/逆层坡土壤入渗能力差异是由于有机质对土壤水分的吸附作用,阻碍水分下渗所导致。综上可知,岩层倾向对土壤入渗能力的影响结论不一。由于土壤理化性质具有高度的空间异质性,不同的土壤质地会导致土壤入渗也产生差异1 3。因此本研究以喀斯特槽谷区不同岩层倾向的原状土为研究对象,通过入渗试验分析影响顺/逆层坡入渗的决策因素,以及明确土壤入渗的最佳模型。研究结果对有效减少喀斯特槽谷区不同岩层倾向的地表径流,因地制宜地研发水土流失防治技术具有重要意义。1 材料与方法1.1 研究区概况青木 关 岩 溶 槽 谷 区(2 9 4 0 4 0 2 9 4 7 0 0 N,1 0 6 1 6 4 8 1 0 6 2 0 1 0 E),地处重庆市西部,位于沙坪坝区、北碚区和璧山区的交界处。该研究区属亚热带湿润季风气候,年平均降水量11 0 0mm,雨季主要集中在夏秋两季。年平均气温为1 8,具有冬暖夏热、春秋多变的特点。青木关岩溶槽谷区属于川东平行岭谷缙云山温塘峡背斜南段,地势总体呈东北高西南低,两翼海拔约6 0 0m,槽谷海拔约4 8 0m,即“二岭”与“一槽”相对高差在2 0 03 0 0m,起伏较小1 4。该区土壤以黄壤为主,土层普遍较薄,多在2m以下。由于人类过度开发利用资源导致的石漠化现象严重,自1 9 8 8年启动长江防护林建设工程以来,该区通过植被恢复治理水土流失现象1 5。目前区内的主要土地利用类型草地、林地和耕地分别占槽谷区总面积的1 9.6 2%,6 1.5 2%,9.4 2%1 6。1.2 样品采集与测定试验于2 0 2 1年91 2月进行。在青木关岩溶槽谷区顺/逆层坡内以裸地(A L)为对照,分别选取辣椒地(P L)、玉米地(C L)、林地(F L)和草地(G L)4种土地利用方式为采样地,共选取1 0个采样地(表1)。采样前,先去除采样点植物地上部分,露出新鲜土壤面。每个采样地随机设置6个采样点,每个采样点用1 0 0c m3的环刀(直径5 0.4 6mm,高5 0mm)采集2个原状土样,并用密封袋密封后带回实验室分别用于测定土壤入渗率和容重、孔隙度、持水量。同时在上述采样点采集土壤1k g,用于测定土壤团聚体和机械组成。土壤入渗率采用定水头法测定1 7。土壤容重、孔隙度、持水量用环刀法与烘干法测定,土壤团聚体采用湿筛法4测定,土壤机械组成采用马尔文M S2 0 0 0激光粒48水土保持学报 第3 7卷度分析仪(英国马尔文仪器有限公司)测定6。表1 样地概况土地利用类型岩层倾向海拔/m主要植被类型土层厚度/c m枯枝落叶层厚度/c mA L顺层坡4 6 2.7n s2 05 0n s逆层坡4 2 7.6n s3 06 0n sP L顺层坡4 0 5.2辣椒3 04 0n s逆层坡4 3 3.1辣椒4 05 0n sC L顺层坡4 5 2.6玉米5 06 0n s逆层坡4 3 1.5玉米5 06 0n sF L顺层坡5 3 6.3杉树和马尾松5 07 012逆层坡4 5 3.7杉树和马尾松5 08 023G L顺层坡4 6 2.5葛藤和芭茅5 08 0n s逆层坡4 4 2.3葛藤和芭茅6 08 0n s 注:n s表示未统计。试验装置主要由玻璃缸、量筒、烧杯、支架、玻璃漏斗、装有原状土样的环刀、无上盖以及底盖的空环刀等组成(图1)。将采集的原状土环刀的上盖和底盖取下,在底盖上放置1张同等大小的滤纸后盖上底盖,用胶带固定好环刀底部。将环刀置于洁净的玻璃缸内,并向缸内加水至距离环刀顶部1mm处,置于阴凉处浸泡约2 4h,待环刀土样完全饱和后,取出环刀。在完全饱和的环刀土样上套1个规格大小相同的空环刀,用胶带密封接口处,确保试验过程不会有水渗出。将连接好的环刀置于玻璃漏斗上,玻璃漏斗下放置烧杯。首先向上部的空环刀中加水,在试验过程中始终保持空环刀内装满水(环刀高5 0mm)。水通过饱和后的原状土样,经漏斗流入至烧杯中,待漏斗滴下第1滴水后开始计时。由预试验及朱列坤等1 8对喀斯特土壤入渗特性研究可知,在9 0m i n后入渗速率基本稳定,因此本试验入渗时间设定为9 0m i n。在前6 0m i n按照时间间隔为1,2,3m i n更换烧杯并记录入渗量,每个时间间隔测定1 0次;之后每5m i n记录1次,测定6次。以第1m i n的入渗量作为初始入渗率;单位时间内土壤入渗量趋于稳定的值作为稳定入渗率;取9 0m i n内的渗透量作为总渗透量;利用总渗透量与时间的比值计算平均入渗率。1.3 土壤入渗模型土壤入渗模型可分为经验模型、半经验模型、物理模型1 9。经验模型和半经验模型分别以H o r t o n和K o s t i a k o v为代表1 9,可表征入渗速率变化趋势。为了更贴合实际情况,对K o s t i a k o v模型进行改进,即为M e z e n c e v模型,其为纯数学模型2 0。物理模型以P h i l i p为代表,该模型可反映土壤入渗能力的大小和土壤吸渗率2 0。K o s t i a k o v模型公式:f(t)=a t-b(1)式中:f(t)为土壤入渗率(mm/m i n);t为入渗时间(m i n);a、b为系数,a表示初始入渗速率,b表示入渗指数,b值越大,入渗率随入渗时间减小得越快。注:1为玻璃缸;2为量筒;3为烧杯;4为支架;5为玻璃漏斗;6为装有原状土样的环刀;7为无上盖及底盖的空环刀。图1 试验装置M e z e n c e v模型公式:f(t)=c+a t-b(2)式中:f(t)为土壤入渗率(mm/m i n);a、b、c均为系数,a、b表示意义与K o s t i a k o v模型一致,c表示稳定入渗率。H o r t o n模型公式:f(t)=fs+(fi-fs)e-k t(3)式中:f(t)为土壤入渗率(mm/m i n);fs为稳定入渗率(mm/m i n);fi为初始入渗率(mm/m i n);k为系数,反映入渗能力衰减的快慢程度,k值越大,表明入渗率随入渗时间减小得越快。P h i l i p模型公式:f(t)=fs+B t-0.5(4)式中:f(t)为土壤入渗率(mm/m i n);fs为稳定入渗率(mm/m i n);B为系数,表示土壤入渗能力大小,B越大,说明土壤入渗能力越强。K o s t i a k o v模型多适用于长历时土壤入渗,而P h i l i p模型适用于短历时且初始含水量均匀的土壤,H o r t o n模型需要引入初始入渗率和稳定入渗率,考虑较多外界因素4。鉴于以上各模型的特性,为了解入渗过程中的入渗速率变化和入渗能力大小,本研究选用K o s t i a k o v、M e z e n c e v、H o r t o n和P h i l i p4种模型对不同岩层倾向与不同土地利用方式下的土壤入渗过程进行拟合,并对各模型的拟合精度与适用性进行评价。纳什效率系数(NS E)和均方根误差(RM S E)可用来评价拟合模型的有效性,计算公式为:NE S=1-ni=1(Mi-Pi)2/ni=1(Mi-M)2(5)RM S E=ni=1(Mi-Pi)2/n(6)式中:Mi为第i次试验实测值;Pi为第i次模型预测值;M为试验实测值的平均值;P为试验预测值的平均值;n为试验总次数。数据分析利用S P S S2 1.0软件完成。对土壤入渗特58第4期 苟俊菲等:喀斯特槽谷区岩层倾向对土壤入渗特性的影响性以及物理特性的差异显著性进行独立样本T检验分析和单因素方差分析。数据作图均利用O r i g i n2 0 2 1软件完成。2 结果与分析2.1 不同岩层倾向的土壤入渗特征2.1.1 土壤入渗过程 由图2可知,顺/逆层坡的土壤入渗速率随入渗时间变化均可分为3个阶段,即快速下降(01 0m i n)、缓慢下降(1 06 0m i n)和稳定阶段(6 09 0m i n)。在快速下降阶段,顺/逆层坡的土壤入渗速率均呈陡降趋势,平均下降幅度分别为3 1.1 2%和3 0.8 1%,尤其在前3 m i n内下降最为明显,平均分别下降2 0.4 6%和2 1.0 2%。在缓慢下降阶段,顺/逆层坡的土壤入渗速率明显变缓,顺层坡的平均下降幅度略高于逆层坡,为逆层坡的1.0 7倍;在此阶段,顺/逆层坡均在A L下降速率最快,此后顺层坡依次表现为G L(2 4.2 7%)F L(1 3.3 7%)C L(1 2.1 9%)P L(1 1.8 5%),逆层坡依次 表现为P L(1 9.9 9%)G L(1 8.9 6%)F L(1 8.3 4%)C L(7.2 5%)。随入渗时间延长,在6 0m i n时,顺/逆层坡的土壤入渗速率基本趋于稳定。在顺层坡,A L的稳定入渗率最大为8.9 2mm/m i n,分别为G L、C L、P L、F L的1.8 0,5.1 2,5.8 9,8.2 3倍;在逆层坡,F L的稳定入渗率最大为4.3 8mm/m i n,分别为A L、G L、C L、P L的1.3 6,2.9 4,4.2 6,4.4 7倍。综上可知,在不同土地利用方式下,顺/逆层坡的入渗速率存在明显差异。F L入渗速率在逆层坡条件下大于顺层坡,顺/逆层坡的平均入渗率差值为3.6 6mm/m i n,而其余4种土地利用方式下均为顺层坡大于逆层坡,其中A L的顺/逆层坡平均入渗率差值最大为6.6 9 mm/m i n,此 后 依 次 为G L(4.1 3 mm/m i n)、C L(0.8 3mm/m i n)、P L(0.5 4mm/m i n)。图2 不同岩层倾向下土壤入渗过程2.1.2 土壤入渗特征 初始入渗率、稳定入渗率、平均入渗率和总渗透量等土壤渗透特性指标是评价水分入渗快慢的重要指标。顺/逆层坡的土壤渗透特性指标变化规律均为初始入渗率平均入渗率稳定入渗率(图3)。顺层坡土壤初始入渗率在2.0 41 7.7 6mm/m i n,其中A L初始入渗率最大,为1 7.7 6mm/m i n,分别是F L、P L、C L、G L的8.7 1,6.3 2,6.1 1,1.7 7倍。逆层坡土壤初始入渗率为1.5 97.5 4mm/m i n,其中F L初始入渗率最大,为7.5 4mm/m i n,分别是C L、P L、G L、A L的4.7 4,4.6 0,2.6 6,1.0 5倍。由此可知,顺/逆层坡的不同土地利用方式下土壤初始入渗率存在差异,初始入渗率在顺层坡下为A L最大,F L最小;逆层坡下F L最大,C L最小。此外A L顺/逆层坡初始入渗率差值最大,为1 0.6 0mm/m i n,此后依次为G L(7.2 0 mm/m i n)、F L(5.5 0 mm/m i n)、C L(1.3 2mm/m i n)、P L(1.1 7mm/m i n),但除F L外,其余4种土地利用方式的初始入渗率均为顺层坡逆层坡。从土地利用方式来看,顺/逆层坡初始入渗率均值在A L最大为1 2.4 6mm/m i n,此后依次表现,为G L(6.4 4mm/m i n)F L(4.7 9mm/m i n)C L(2.2 5mm/m i n)P L(2.2 2mm/m i n)。顺/逆层坡的稳定入渗率、平均入渗率和总渗透量分别为0.9 8 8.9 2mm/m i n,1.0 6 1 0.3 7mm/m i n,9 5.6 39 3 3.4 3mm,三者在不同岩层倾向与不同土地利用方式间的变化规律与初始入渗率的变化规律基本一致。在顺层坡三者大小均表现为A LG LC LP LF L;在逆层坡稳定入渗率表现为F LA LG LC LP L,平均入渗率与总渗透量表现为F LA LG LP LC L;除F L外,其余4种土地利用方式下三者均为顺层坡逆层坡,且A L的顺/逆层坡差异最大,此后依次表现为G LF LC LP L。结合对各样地的入渗性能进行独立样本T检验以及单因素方差分析可知,当岩层倾向相同时,不同土地利用方式之间存在明显差异(p0.0 5);当土地利用方式相同时,除F L的稳定入渗率在顺/逆层坡存在显著差异(p0.0 5)。综上可知,不同岩层倾向间土壤入渗特性存在差异,但差异基本不显著(p0.0 5),其中A L的顺/逆层坡差异最大,P L最小。土地利用方式变化对土壤渗透特性影响显著(p0.0 5),其中A L土壤渗透性最好,其次为G L与F L,C L与P L最差。68水土保持学报 第3 7卷 注:图柱上方不同大写字母表示相同土地利用方式下不同岩层倾向之间差异显著(p0.0 5);不同小写字母表示相同岩层倾向下不同土地利用方式之间差异显著(p 0.2 5mm水稳性团聚体含量、毛管持水量、黏粒以及粉粒含量在顺/逆层坡存在显著差异(p 5mm水稳性团聚体含量、2mm水稳性团聚体含量、饱和持水量以及砂粒含量在顺/逆层坡无显著差异(p 0.0 5)。在土壤容重方面,C L的顺/逆层坡容重均值最大,为1.4 2g/c m3,显著区别于其他土地利用方式,分别为P L、G L、F L、A L的1.0 4,1.0 9,1.1 1,1.1 5倍。在孔隙度方面,顺/逆层坡总孔隙度均值在A L最大,C L最小,具体表现为A L(5 1.8 5%)F L(4 9.3 5%)P L(4 8.3 6%)G L(4 7.6 1%)C L(4 5.9 8%);顺/逆层坡的非毛管孔隙度均在A L最大,分别为1 9.0 7%与1 8.6 6%,整体来看,顺/逆层坡非毛管孔隙度均值依次为A L(1 8.8 6%)P L(1 5.1 5%)C L(1 4.0 6%)G L(1 3.5 2%)F L(1 1.5 9%)。在水稳性团聚体方面,顺/逆层坡的5,2,0.2 5mm水稳性团聚体含量均值均表现为G LF LA LP LC L,其中0.2 5mm水稳性团聚体含量在顺层坡表现为G LF LA LC LP L,在逆层坡表现为G LF LA LP LC L。虽然G L的水稳性团聚体含量显著高于其他土地利用方式,但0.2 5mm水稳性团聚体含量在G L的顺/逆层坡差值却最小为3.2 9%,在P L最大为2 9.3 8%,且二者均为逆层坡顺层坡。在持水量方面,顺/逆层坡饱和持水量均值在A L最大,为4 2 4.2 9g/k g,显著高于其他土地利用方 式,分 别 为F L、G L、P L、C L的1.0 7,1.1 2,1.1 8,1.2 7倍。顺/逆层坡毛管持水量均值在F L最大,为3 0 1.9 1g/k g,分别为A L、G L、P L、C L的1.1 3,1.1 3,1.2 3,1.3 2倍,其中F L在顺/逆层坡下的毛管持水量差异也最大,为1 0 4.2 3g/k g,此后依次为C L、P L、G L、A L。除F L与C L的毛管持水量为逆层坡顺层坡外,其余3种土地利用方式均为顺层坡逆层坡。在机械组成方面,不同岩层倾向与土地利用方式下土壤机械组成存在差异,但根据美国制土壤分类标准可知2 1,其土壤质地均为粉壤土。顺/逆层坡黏粒差异在C L最 大,逆 层 坡 显 著 高 于 顺 层 坡,差 值 为2.2 6%,其余4种土地利用方式的顺/逆层坡差异较小且呈相反趋势,依次为G L(1.9 4%)、A L(1.5 3%)、P L(1.4 4%)、F L(1.1 6%)。除F L的粉粒含量为顺层坡逆层坡外,其余4种土地利用方式的粉粒含量均为逆层坡顺层坡,但C L的顺/逆层坡粉粒含量差异最大。此外,C L(7.6 1%)的顺/逆层坡砂粒含量差异也明显高于F L(2.6 2%)、P L(1.4 3%)、A L(1.0 3%)、G L(0.5 2%)。综上,在0.2 5mm水稳性团聚体含量与毛管持水量方面,分别为P L和F L的顺/逆层坡差异78第4期 苟俊菲等:喀斯特槽谷区岩层倾向对土壤入渗特性的影响最大,在黏粒和粉粒方面,C L的顺/逆层坡差异最大,且均为逆层坡顺层坡。表2 不同岩层倾向下土壤物理特性岩层倾向土壤物理特性A LP LC LF LG LB D/(gc m-3)1.2 30.0 5 A b1.3 20.0 6 A a b1.4 80.0 9 A a1.3 70.0 8 A a b1.2 00.0 9 A bT P/%5 2.6 01.0 2 A a5 0.5 51.6 5 A a b4 3.0 72.7 1 A c4 5.2 02.8 9 B b c4 9.3 82.4 6 A a b cN C P/%1 9.0 72.2 1 A a1 5.6 92.6 4 A a1 3.7 03.0 3 A a1 1.4 22.2 0 A a1 7.7 81.7 6 A a5mm WS A/%1 0.5 11.7 2 A b5.3 41.3 8 A b5.2 30.6 2 A b7.6 32.4 6 B b1 7.7 71.8 9 A a2mm WS A/%1 9.8 44.2 0 A b1 1.7 63.3 1 A b1 5.6 23.5 5 A b2 1.4 06.6 3 A a b3 6.6 17.2 6 A a顺层坡0.2 5mm WS A/%6 3.6 42.6 0 A b c3 5.5 14.7 6 B d5 5.3 72.8 7 A c6 6.1 34.5 6 B b7 9.0 31.0 5 A aDWHC/(gk g-1)4 3 1.2 52 7.4 5 A a3 8 8.4 22 4.9 4 A a b3 0 1.5 33 7.7 0 A b3 3 7.6 83 1.8 0 B a b4 3 1.4 65 3.5 2 A aCWHC/(gk g-1)2 7 1.9 31 0.1 4 A a2 6 0.0 08.1 1 A a2 0 1.1 81 1.9 9 B b2 4 9.7 92 0.4 7 B a b2 7 3.3 92 7.7 7 A aC l a y/%1 6.1 40.3 4 A a b1 7.0 80.3 3 A a1 4.1 90.3 5 B c1 5.6 50.4 4 A b1 7.1 50.6 5 A aS i l t/%7 9.4 50.3 7 B a b7 9.8 50.3 1 A a7 2.9 10.7 4 B c8 0.8 50.4 6 A a7 8.0 00.6 9 B bS a n d/%4.4 00.2 6 A b c3.0 70.3 2 B c1 2.9 00.8 3 A a3.5 00.2 4 A b c4.8 50.2 7 A bB D/(gc m-3)1.2 40.0 4 A b c1.4 10.0 5 A a1.3 50.0 5 A a b1.1 80.0 3 B c1.4 00.0 2 A aT P/%5 1.1 01.7 4 A a b4 6.1 71.9 5 A c4 8.8 91.2 8 A b c5 3.5 01.4 3 A a4 5.8 40.7 8 A cN C P/%1 8.6 61.7 2 A a1 4.6 02.0 2 A a b1 4.4 21.4 7 A a b1 1.7 71.0 8 A b c9.2 60.9 6 B c5mm WS A/%1 2.3 33.6 1 A b5.4 40.7 6 A c1.2 10.2 5 B c1 8.3 30.8 4 A a2 0.3 30.8 3 A a2mm WS A/%2 6.0 87.2 9 A a1 8.7 54.1 1 A a b5.8 01.2 5 B b3 5.1 77.1 5 A a3 5.8 67.2 2 A a逆层坡0.2 5mm WS A/%6 7.4 75.6 3 A b6 4.8 92.1 4 A b3 2.2 01.1 6 B c8 1.0 21.7 5 A a8 2.3 21.2 4 A aDWHC/(gk g-1)4 1 7.3 32 4.1 0 A a b 3 3 1.9 82 5.4 1 A c3 6 6.1 72 2.0 2 A b c 4 5 4.0 12 0.3 4 A a3 2 8.3 21 0.0 8 A cCWHC/(gk g-1)2 6 3.7 79.8 1 A b2 2 5.0 97.6 2 B b2 5 7.4 21 3.5 2 A b3 5 4.0 32 1.3 9 A a2 6 1.6 68.9 8 A bC l a y/%1 4.6 20.5 8 B a b1 5.6 40.2 8 B a b1 6.4 50.5 4 A a1 4.4 90.9 8 A b1 5.2 10.3 3 B a bS i l t/%8 2.0 20.1 9 A a7 9.8 60.2 5 A a7 8.2 50.6 1 A a7 9.3 92.6 7 A a8 0.4 60.3 1 A aS a n d/%3.3 70.5 0 A a4.5 00.3 6 A a5.2 90.3 8 B a6.1 21.9 4 A a4.3 30.2 8 A a 注:B D为容重;T P为总孔隙度;N C P为非毛管孔隙度;5mm WS A为5mm水稳性团聚体;2mm WS A为2mm水稳性团聚体;0.2 5mm WS A为0.2 5mm水稳性团聚体;DWHC为饱和持水量;CWHC为毛管持水量;C l a y为黏粒;S i l t为粉粒;S a n d为砂粒;表中数据为平均值标准误差;不同大写字母表示相同土地利用方式下不同岩层倾向间差异显著(p0.0 5);同行不同小写字母表示相同岩层倾向下不同土地利用方式间差异显著(p0.0 5)。2.3 不同岩层倾向的土壤物理特性对入渗的影响皮尔森(P e a r s o n)相关系数与斯皮尔曼(S p e a r m a n)相关系数均可用于描述两变量相关性,但P e a r s o n相关系数要求数据