金沙江干熱河谷侵蝕陡坡植被恢復(fù)對(duì)土壤質(zhì)量的影響

生態(tài)環(huán)境 2008, 17(4): 1636-1640 Ecology and Environment E-mail: 基金項(xiàng)目： 國(guó)家支撐計(jì)劃課題（ 2006BAC01A11） ； 國(guó)家自然科學(xué)基金 項(xiàng)目 （ 40771027） ； 國(guó)家 973 項(xiàng)目（ 2007CB407206） 作者簡(jiǎn)介： 聶小軍 （ 1977），男， 博士 研究 生，主要從事土壤侵蝕與水土保持。 E-mail: *通訊作者 ： 張建輝 ， 研究員，博士生導(dǎo)師，主要從事土壤侵蝕、土壤物理研究。 E-mail: 收稿日期： 2008-03-13 金沙江干熱河谷侵蝕陡坡 植被 恢復(fù)對(duì)土壤質(zhì)量的影響 聶小軍 1, 2， 張建輝 1*，劉剛才 1，南嶺 1, 2, 蘇正安 1, 2 1. 中國(guó)科學(xué)院、水利部成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所， 四川 成都 610041； 2. 中國(guó)科學(xué)院研究生院，北京 100049 摘要 ： 植被 恢復(fù)關(guān)系到 金沙江干熱河谷陡坡 沖溝侵蝕的發(fā)育，土壤質(zhì)量的演化。 文 章 以元謀干熱河谷侵蝕陡坡為例，通過測(cè)定 植被 恢復(fù)地與侵蝕裸地的土壤質(zhì)量，探討了 植被 恢復(fù)對(duì)侵蝕陡坡土壤質(zhì)量的影響。結(jié)果表明 ： 侵蝕陡坡植被恢復(fù)有效地防止了土壤侵蝕的發(fā)生。與侵蝕裸地相比，植被恢復(fù)地土壤剖面 層次保持完整，母質(zhì)層以上有明顯的 A、 B 層，土壤厚度變異小且厚度大，物理性粘粒含量高，基本保持著母質(zhì)為粘土層的變性燥紅土質(zhì)地粘重特征。植被恢復(fù)在 3 年多時(shí)間內(nèi)對(duì)土壤緊實(shí)度尚沒有起到明顯改善作用，土壤容重依然偏大。 植被 恢復(fù)對(duì) 雨季 陡坡土壤水分的改善效果好 ， 而在旱季改善效果不好 。雨季 ， 植被 恢復(fù)地水分含量高，不同坡位土壤水分差異不明顯。 旱季， 植被 恢復(fù)地 與侵蝕裸地 土壤水分 狀況相似。兩種類型的坡地土壤水分含量都很 低，不同坡位土壤水分差異明顯， 而且 土壤水分含量沿向下坡方向降低。 植被 恢復(fù)減弱了陡坡土壤侵蝕帶來的有機(jī)質(zhì)流失，促進(jìn) 了有機(jī)質(zhì)的積累。因此，針對(duì)目前 植被 恢復(fù)的不足，采取有效的土壤改良措施， 保土保水， 提高土壤水分儲(chǔ) 量，減小土壤水分的時(shí)空差異 ，同時(shí)降低土壤緊實(shí)度， 是今后 侵蝕 陡坡 植被 恢復(fù)值得考慮的一項(xiàng)工作。 關(guān)鍵詞 ： 元謀 干熱河谷；土壤侵蝕； 植被 恢復(fù)； 土壤質(zhì)量 中圖分類號(hào)： S157 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1672-2175（ 2008） 04-1636-05金沙江干熱河谷地區(qū)是我國(guó) 植被 環(huán)境脆弱地區(qū)之一，土壤侵蝕極其嚴(yán)重。侵蝕引起的土壤質(zhì)量退化一直困擾著當(dāng)?shù)氐纳鐣?huì)可持續(xù)發(fā)展。圍繞該區(qū)自然環(huán)境特征、土壤質(zhì) 量退化現(xiàn)狀以及土壤質(zhì)量退化過程與機(jī)理的研究成果已經(jīng)很多 1-8，在此基礎(chǔ)上開展的水土保持措施也出現(xiàn)了很多 ,有效防止了侵蝕土壤的進(jìn)一步退化，并取得了一定的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。目前該區(qū)水土保持措施大多傾向于工程措施 (主 要指坡改梯、隔坡水平溝、隔坡水平階、魚鱗坑等 )與 植被 恢復(fù)措施對(duì)侵蝕土壤水分的改善 9-14， 但 很少關(guān)于它們 在不同土壤景觀位置的行為特征 研究 報(bào)道15-17。尤其，關(guān)于這些措施對(duì)沖溝侵蝕強(qiáng)烈的陡坡土壤質(zhì)量影響的研究 更少 。據(jù)此，我們以云南元謀干熱河谷 苴林 植被 恢復(fù)技術(shù)示范基地 為研究區(qū)，探討 植被 恢復(fù)對(duì) 侵蝕 陡坡 土壤質(zhì)量變化的影響 。 1 材料與方法 1.1 研究區(qū)概況 本研究區(qū)地屬金沙江下游干熱亞區(qū) ， 位于 東徑10148481014954北緯 255030255118，海拔 1 0671 138 m，氣候干旱 ， 年均溫 21.9 ， 極端最高氣溫 42 ， 極端最低氣溫 -2 ， 12 的持續(xù)天數(shù) 349 d， 10 積溫 7 786 ； 年降雨量 630 mm 左右 ， 集中在 5 9 月份 ， 其他月份少雨或無雨 ，年蒸發(fā)量 3 911. 2 mm， 蒸發(fā)量是降雨量的 6 倍 , 全年太陽(yáng)總輻射量 641.8 KJcm-2， 日照率 62 %； 干燥度 4.4 (以 Penman 公式計(jì)算 )18。研究區(qū)地形切割強(qiáng)烈， 70為落差 0.51.8 m 的改造臺(tái)地， 5為1535坡地， 25%為嚴(yán)重侵蝕沖溝 。土壤因發(fā)育母質(zhì)類型的多樣性，主要有普通燥紅土、表蝕燥紅土、變性燥紅土。植被類型為干旱稀樹草叢。 區(qū)內(nèi)草本植物超過 30 種 ， 總蓋度為 72.08%， 優(yōu)勢(shì)種以扭黃茅（ Heteropogon）和孔穎草 (Botnrochola portusa)居多 ； 灌木和喬木主要有車桑子（ Dodoneae vis-cosa ）， 小 桐 子 （ Jatropha curcas ）、 余 甘 子（ Phyllanthus emblica）、合歡（ Albizia julibrissm）。 1.2 研究方法 在 研 究 區(qū) 選 擇 土 壤 類 型 為 變 性 燥 紅 土（ pH7.0），坡度為 10的兩塊相鄰陡坡 地 作為土樣采集、測(cè)定區(qū)。 兩塊陡坡地在 2004 年前背景情況一樣，都為嚴(yán)重侵蝕的荒地，植被覆蓋度很低（ 0.1， n=6） ， 容重均大于 1.50 gcm-3。而且，從不同坡位來看，兩塊坡地土壤容重的 CV都很小。植被恢復(fù)地、侵蝕裸地 的 CV 分別為 4.2%、4.6 。因此，土壤容重的這種變化 說明植被恢復(fù)目前還沒有對(duì)變性燥紅土土壤緊實(shí)化起到明顯改善的作用。 05101520253035上坡 中坡 下坡土壤厚度/cm侵蝕裸地 生態(tài)恢復(fù)地 圖 1 侵蝕陡坡的土壤厚度分布 Fig.1 The distribution of soil depth across an eroded hillslope 圖 2 侵蝕陡坡的土壤容重分布 Fig.2 The distribution of soil bulk density across an eroded hillslope 表 1 侵蝕陡坡的土壤顆粒組成及質(zhì)地 Table 1 Soil particle composition and soil texture on an eroded hillslope 坡地 類型 坡位 砂粒 20.05 mm 粉粒 0.050.002 mm 粘粒 0.002 mm 物理性 粘粒 0.1， n=9） ， 平均含水量在 14.5左右。從不同坡位來看 ： 雨季，與侵蝕裸地不同坡位極其明顯的土壤水分差異（ p0.05，n=15）；旱季，兩塊坡地的土壤水分差異都很明顯（ p0.001， n=9）。由此可見，該研究區(qū)侵蝕陡坡 植被 恢復(fù)對(duì)土壤水分的改善主要表現(xiàn)在雨季，而在旱季其改善效果不佳。另外，對(duì)比旱 季不同坡位土壤水分含量， 植被 恢復(fù)地土壤水分含量沿下坡方向降低，這與許多研究結(jié)果不一致 19-26。一般來說，下坡可能接受到上 坡土壤水分的表面徑流和壤中流的補(bǔ)充而表現(xiàn)出比上坡高的含水量。我們得出的這種 不一致的結(jié)果 歸因于不同坡位土壤剖面 厚度 差異 。 在我們的研究結(jié)果中， 植被恢復(fù)地中 、 下坡土壤厚度雖然僅比上坡 分別 小 5 cm、 10 cm，但正是這 5 cm、 10 cm 的差異使得中、下坡土壤 A 層變 薄，儲(chǔ)水能力大幅降低，蒸發(fā)增強(qiáng)，因此經(jīng)過相同干旱時(shí)間這些坡位的水分 含量相對(duì)上坡小的多 ?？梢姡治g土壤流失造成的土壤厚度差異是干 熱河谷土壤水分特性好壞的關(guān)鍵因子。 綜上，我們應(yīng)在現(xiàn)有植被 恢復(fù) 的 基礎(chǔ)上通過采取 科學(xué) 保土 措施 才能保水 ，減小 侵蝕土壤水分時(shí)空差異，提高其 抗旱力。 2.3 土壤有機(jī)質(zhì) 土壤有機(jī)質(zhì)是作物所需的氮、磷、硫、微量元素等各種養(yǎng)分的主要來源，而且它還能通過影響土壤物理、化學(xué)和生物學(xué)特性來改善土壤肥力。尤其，土壤有機(jī)質(zhì)能改變粘土的堅(jiān)韌大塊結(jié)構(gòu)，使土壤的透水性、蓄水性、通氣性以及根系的生長(zhǎng)環(huán)境有所改善；同時(shí)由于土壤孔隙結(jié)構(gòu)得到改善，導(dǎo)致水的入滲速率加快，從而可以減少水土流失。這一點(diǎn)對(duì)于本研究區(qū)極低肥力的變性燥紅土土壤質(zhì)量改良有 著關(guān)鍵的意義。 如圖 4 可知， 植被 恢復(fù)地的土壤有機(jī)質(zhì)含量（平均 6.5 gkg-1）總體上要高于侵蝕裸地（平均 4.7 gkg-1），這個(gè)結(jié)果表明 植被 恢復(fù)促進(jìn)了該陡坡地的有機(jī)質(zhì)的積累。另外，從圖 4 也可以看出 ： 侵蝕裸地有機(jī)質(zhì)侵蝕特征明顯，而 植被 恢復(fù)地有機(jī)質(zhì)侵蝕特征不明顯。上坡位 置，侵蝕裸地因雨滴打擊土壤表層，濺蝕細(xì)顆粒，使粘附于細(xì)顆粒上的有機(jī)質(zhì)損失，含量為 3.7 gkg-1； 植被 恢復(fù)地因?yàn)R蝕作用微乎其微，土壤有機(jī)質(zhì)含量為 8.2 gkg-1。中坡位置，兩塊坡地都受面蝕影響。該坡位侵蝕裸地面蝕強(qiáng)烈，有機(jī)質(zhì)流失嚴(yán)重，含量低至 2.0 gkg-1；而 植被 恢復(fù)地受面蝕影響小，有機(jī)質(zhì)流失少，含量為5.1 gkg-1。下坡位置，侵蝕裸地因沉積一部分來自上、中坡的侵蝕土壤細(xì)顆粒，使之有機(jī)質(zhì)含量達(dá)8.3 gkg-1，遠(yuǎn)高于上、中坡；而 植被 恢復(fù)地下坡因上、中坡侵蝕小，有機(jī)質(zhì)積累不明顯，含量與 其它坡位相差不大。 兩塊坡地不同坡位侵蝕狀況的不同導(dǎo)致其有機(jī)質(zhì)空間變異的不同，其中植被恢復(fù)地有機(jī)質(zhì) CV 為 16.9，侵蝕裸地有機(jī)質(zhì)， CV 高達(dá)51.7%。 以上結(jié)果表明， 植被 恢復(fù)能明顯地減弱了陡坡土壤侵蝕帶來的有機(jī)質(zhì)流失 ，減小有機(jī)質(zhì)的空間變異性，保持坡面較均衡的土壤肥力 。可以推測(cè)，隨著 植被 恢復(fù)地植被狀況的不斷好轉(zhuǎn)，枯枝落葉層的補(bǔ)給，有機(jī)質(zhì)含量將逐漸增高，這不僅能很好地改善變性燥紅土養(yǎng)分貧瘠、保水性差的特點(diǎn)，而且也能改善該坡地中、下坡因土壤容重大而導(dǎo)致的土壤緊實(shí)。 5101520253035404550上坡 中坡 下坡(土壤水分)/%侵蝕裸地（雨季） 生態(tài)恢復(fù)地（雨季）侵蝕裸地（旱季） 生態(tài)恢復(fù)地（旱季） 圖 3 侵蝕陡坡的土壤體積含水量分布 Fig.3 The distribution of soil volumetric water content across an eroded hillslope 0123456789(有機(jī)質(zhì))/(gkg-1)上坡 中坡 下坡侵蝕裸地生態(tài)恢復(fù)地 圖 4 侵蝕陡坡的土壤有機(jī)質(zhì)分布 Fig.4 The distribution of soil organic matter across an eroded hillslope 聶小軍等：金沙江干熱河谷侵蝕陡坡植被恢復(fù)對(duì)土壤質(zhì)量的影響 1639 3 結(jié)論 侵蝕陡坡 植被 恢復(fù)有效地防止了土壤侵蝕的發(fā)生。與侵蝕裸地相比， 植被 恢復(fù)地土壤剖面層次保持完整，母質(zhì)層以上有明顯的 A、 B 層，土壤厚度 變異小 且厚度 大，物理性粘粒含量高，基本保持著母質(zhì)為粘土層的變性燥紅土質(zhì)地粘重特征。 植被恢復(fù) 在 3 年 多 時(shí)間內(nèi) 對(duì)土壤緊實(shí)度 尚 沒有起到明顯改善作用，土壤容重依然偏大。 植被 恢復(fù)對(duì)侵蝕陡坡土壤水分的改善效果存在著時(shí)空差異。雨季， 植被 恢復(fù)對(duì)陡坡土壤水分的改善效果好。與侵蝕裸地相比， 植被 恢復(fù)地水分含量高，不同坡位土壤水分差異不明顯。旱季， 植被恢復(fù)地對(duì)陡坡土壤水分的改善效果不佳。與侵蝕裸地相比， 旱季 植被 恢復(fù)地土壤水分含量同樣很 低，不同坡位土壤水分差異明顯，土壤水分含量沿向下坡方向降低。 植被 恢復(fù)減弱了陡坡土壤侵蝕帶來的有機(jī)質(zhì)流失，促進(jìn)了有機(jī)質(zhì)的積累 ，保持坡面有較均衡的有機(jī)質(zhì) 。 參考文獻(xiàn) ： 1 黃成敏 , 何毓蓉 . 云南省元謀干熱河谷的土壤抗旱力評(píng)價(jià) J. 山地研究 , 1995,13(2): 79-84. 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