低山丘陵区不同植被模式水土流失特征及生态效益

低山丘陵区不同植被模式水土流失特征及生态效益
王健胜;梁亚红;廖秉华;刘沛松;赵干卿;文桢中
【摘要】通过对河南省鲁山县低山丘陵区5种植被模式主要生态指标的定位检测,分析了其水土流失特征及生态效益.结果表明,侧柏+苜蓿模式的水土流失最严重,其年径流量和年流失泥沙量分别达到13.496m3/hm2和0.135 5 t/hm2,苜蓿的年径流量最小,而刺槐+苜蓿的年流失泥沙量最小;在地上生物总量方面,林草复合植被模式明显大于单一苜蓿植被模式,5种植被模式地上生物总量由大到小依次为速生杨+苜蓿、刺槐+苜蓿、栓皮栎+苜蓿、侧柏+苜蓿、苜蓿;速生杨+苜蓿的年固碳量和年释氧价值均为最高,而苜蓿的年固碳量和年释氧价值最低,林草复合植被模式的生态效益明显优于单一苜蓿植被模式.
【期刊名称】《湖北农业科学》
【年(卷),期】2014(053)014
【总页数】4页(P3290-3293)
【关键词】植被模式;水土流失;生态效益;低山丘陵区
【作者】王健胜;梁亚红;廖秉华;刘沛松;赵干卿;文桢中
【作者单位】平顶山学院低山丘陵区生态修复重点实验室,河南平顶山467000;平顶山学院资源与环境科学学院,河南平顶山467000;平顶山学院低山丘陵区生态修复重点实验室,河南平顶山467000;平顶山学院低山丘陵区生态修复重点实验室,河南平顶山467000;平顶山学院低山丘陵区生态修复重点实验室,河南平顶山467000;平顶山学院低山丘陵区生态修复重点实验室,河南平顶山467000
【正文语种】中文
【中图分类】S157
低山丘陵是中国主要的地貌特征之一，也是中国传统农业生产的重要区域。

长期以来，由于人们对低山丘陵区土地的过度开发，导致该地区生态环境日益恶化，其突出表现为水土流失严重[1－3]。

因此，加快低山丘陵区水土流失综合治理已成为该区域生态环境建设中的一项紧迫而重要的任务。

造成水土流失的原因除自然因素外，人类社会的经济活动起着主导和决定性作用，其中植被破坏是重要因素之一。

由于林草植被可通过林冠截流、林下草灌和枯枝落叶层的拦蓄以及植物根系对土壤的固结作用较好地保持水土，因此，对于低山丘陵特定地貌而言，林草植被恢复是防治水土流失治理的主要措施[4]。

而研究和评价不同林草植被修复模式水土流失特征
及生态效益对水土流失的科学高效治理具有十分重要的作用。

前人关于植被水土保持效益已开展了较多的研究[5－10]，针对低山丘陵区水土保持也进行了一些探索[11－13]，而有关豫西低山丘陵区水土保持效益研究报道甚少。

基于此，本研究
通过对豫西低山丘陵区5种植被模式径流量、泥沙量等水土流失主要指标和植被
生物量、固碳量和释氧价值等生态效益指标的比较分析，旨在为合理构建地表植被结构提供参考，为低山丘陵区水土流失治理和水土保持规划提供一定的参考依据。

1 材料与方法
1.1 研究区概况
试验设在河南省平顶山市鲁山县昭平湖丘陵区，位于伏牛山东麓（东经112°14′—113°14′、北纬33°34′—34°00′），地处北亚热带向暖温带过渡地带，年均气温14.8℃，年均降雨量1 000 mm，年无霜期209 d。

当地林木树种以杨树、侧柏、栓皮栎及刺槐等为主。

1.2 试验设计
低山丘陵区生态修复长期定位试验区建立于2009年，其设置与该区域丘陵区自然坡面十分接近，坡度22°，坡向为西南。

试验根据当地生态及植被特点，选取5种植被恢复模式，包括紫花苜蓿、杨树＋紫花苜蓿、侧柏＋紫花苜蓿、栓皮栎＋紫花苜蓿、刺槐＋紫花苜蓿，每种模式设2个重复。

每个试验小区坡长25 m、宽15 m。

每小区上方及两侧用地上30 cm、地下50 cm 的钢筋混凝土板围隔，底部是地下50 cm的钢筋混凝土板，小区下方建有0.5 m×0.5 m×0.5 m 的沉沙池、1 m×1 m×1 m 的标准池（钢筋混凝土现浇等）集水测流设施。

1.3 观测项目
相关项目调查于2013年开展。

每次降雨后测量径流池内的水深，乘以径流池底面积计算径流量；将径流池内的泥水搅拌均匀后取泥水样，过滤、烘干后测定水样泥沙量。

对每种植被的年生物量进行准确评估，并根据森林生态系统服务功能评价规范LY／T 1721—2008对不同植被的生态效益进行评估。

2 结果与分析
2.1 不同植被模式的年径流量
不同植被模式的年径流量差异较大。

从图1可以看出，侧柏＋苜蓿模式的年径流量最大，达到了13.496 m3／hm2，其次是速生杨＋苜蓿和栓皮栎＋苜蓿模式，这两种模式的年径流量非常接近，分别为8.448、8.533 m3／hm2，刺槐＋苜蓿模式的年径流量为7.269 m3／hm2，年径流量最小的是苜蓿模式，其径流量只有3.810 m3／hm2。

侧柏＋苜蓿模式的年径流量是苜蓿模式的3.5倍，而速生杨＋苜蓿、栓皮栎＋苜蓿及刺槐＋苜蓿的年径流量也都超过或接近苜蓿的2倍，苜蓿模式在5种植被模式中年径流量损失最少。

图1 不同植被模式的年径流量
2.2 不同植被模式的年流失泥沙量
从泥沙量分布图（图2）来看，不同植被模式的年流失泥沙量由大到小依次为侧柏＋苜蓿、苜蓿、速生杨＋苜蓿、栓皮栎＋苜蓿、刺槐＋苜蓿，各植被模式间年流失泥沙量的差异较大。

侧柏＋苜蓿模式年流失泥沙量为0.135 5 t／hm2，其与苜蓿模式泥沙损失量基本相当，分别是速生杨＋苜蓿、栓皮栎＋苜蓿和刺槐＋苜蓿年流失泥沙量的 1.33、1.49、3.88 倍，刺槐＋苜蓿模式的年流失泥沙量最小，只有
0.034 9 t／hm2。

以上比较表明，刺槐＋苜蓿模式在防治泥沙流失方面表现最好，而侧柏＋苜蓿模式最差。

图2 不同植被模式的年流失泥沙量
2.3 不同植被模式的生物量
不同林草植被模式生物量的比较主要从地上灌草层生物量、地上乔木层生物量和地上总生物量3个方面进行，具体见表1。

由表1可知，在地上灌草层生物量方面，侧柏＋苜蓿模式的生物量最大，为3.194 t／（hm2·a），苜蓿、刺槐＋苜蓿、栓
皮栎＋苜蓿和速生杨＋苜蓿模式的地上灌草层生物量都比较接近，为 2.441～
2.525 t／（hm2·a），速生杨＋苜蓿模式的地上灌草层生物量最低。

在地上乔木
层生物量方面，4种林草植被模式的生物量由大到小依次为速生杨＋苜蓿、刺槐＋苜蓿、栓皮栎＋苜蓿、侧柏＋苜蓿，速生杨＋苜蓿模式的地上乔木层生物量为
6.060 t／（hm2·a），其分别是侧柏＋苜蓿、栓皮栎＋苜蓿和刺槐＋苜蓿模式地
上乔木层生物量的 12.68、4.11、2.52倍，也超过了后3种植被模式地上乔木层
生物量的总和。

从各植被模式地上总生物量来看，林草混合植被模式明显大于单一的草植被模式；林草植被模式中，侧柏＋苜蓿模式的地上总生物量最小，为3.671 t／（hm2·a），超过了单一草植被模式苜蓿 1.160 t／（hm2·a）；而从4种林
草植被模式间的比较来看，其地上总生物量大小顺序与地上乔木层生物量完全一致，表明林草模式地上生物量主要由乔木层生物量来决定。

表 1 不同植被模式的生物量 [单位：t/（hm2·a）]植被模式苜蓿速生杨+苜蓿侧柏
+苜蓿栓皮栎+苜蓿刺槐+苜蓿灌草层2.511 2.441 3.194 2.480 2.525乔木层6.060 0.478 1.473 2.408总量2.511 8.501 3.671 3.953 4.932
2.4 不同植被模式的年固碳量
固碳是植被的重要功能之一。

在植物固碳方面，5种植被模式的年固碳量大小顺序为速生杨＋苜蓿、刺槐＋苜蓿、栓皮栎＋苜蓿、侧柏＋苜蓿、苜蓿，速生杨＋苜蓿模式的年固碳量最大，为0.140 3 t／hm2，是其他林草植被模式年固碳量的2倍左右，是苜蓿模式年固碳量的3.39倍（图3）。

从5种植被模式的年固碳量比较来看，林草模式的年固碳量明显高于单一草模式。

图3 不同植被模式的年固碳量
2.5 不同植被模式的年释氧价值
释氧价值分析是对植物生态系统服务功能价值进行评估的重要方面。

从图4可以看出，速生杨＋苜蓿模式的年释氧价值最高，其次是刺槐＋苜蓿，苜蓿模式的年释氧价值最低。

林草复合模式的年释氧价值明显优于单一植被模式，其中，林草复合模式中最低释氧价值的侧柏＋苜蓿模式是苜蓿模式的1.5倍，而速生杨＋苜蓿模式的年释氧价值是苜蓿模式的 3.4 倍。

图4 不同植被模式的年释氧价值
3 小结与讨论
水土流失严重是低山丘陵区所面临的最主要的生态问题之一，而植被恢复是治理水土流失的主要措施。

在植被恢复过程中，适宜植被类型的选择对水土流失治理效率起着决定性作用[14，15]，而不同植被模式的水土保持效益特征及比较分析无疑是筛选合适恢复植被的主要研究内容。

虽然前人关于植被水土保持效应进行了部分研究[16，17]，但是由于各个研究区域具有其特定的环境因子，如降雨、土壤、坡度等，因此其研究结果在豫西低山丘陵区水土流失治理中的应用价值非常有限，而此前有关豫西低山丘陵区水土保持方面的研究报道甚少。

本研究以河南省鲁山县
低山丘陵区为研究对象，通过对该区域5种植被的水土流失特征及生态效益的比较分析，旨在为豫西低山丘陵区水土流失有效治理提供一定的理论依据。

径流量和泥沙量是水土流失监测的重要指标，其大小直接反映了地区水土流失的严重程度。

本研究分析表明，在年径流量方面，5种植被模式的大小顺序依次为侧柏＋苜蓿、栓皮栎＋苜蓿、速生杨＋苜蓿、刺槐＋苜蓿、苜蓿；而在年流失泥沙量方面，其大小顺序依次为侧柏＋苜蓿、苜蓿、速生杨＋苜蓿、栓皮栎＋苜蓿、刺槐＋苜蓿，其中侧柏＋苜蓿的年径流量和年流失泥沙量都最高，究其原因，可能与侧柏的地上生物量较小有关，由于侧柏与其他乔木相比生长速度相对较慢，因此其林冠截流的效果较差，最终可能导致其径流量最大，而泥沙量与径流量也存在一定的相关性。

当然，造成地表径流的因素是多方面的，例如植物根系、土壤物理结构等，这些都有待于以后进行更为深入的研究。

通过对5种植被模式的年径流量和年流失泥沙量的综合比较认为，刺槐＋苜蓿的水土保持效果最好，其适合在豫西低山丘陵区推广应用。

在低山丘陵植被恢复过程中，除了对恢复植被水土保持效应进行研究外，恢复植被所产生的环境生态效应也是植被恢复研究的一项重要内容。

对年固碳量和年释氧价值的分析表明，5种植被模式的年固碳量和年释氧价值大小顺序为速生杨＋苜蓿、刺槐＋苜蓿、栓皮栎＋苜蓿、侧柏＋苜蓿、苜蓿，林草复合植被模式明显优于单一草植被模式。

由此可见，林草复合植被模式不仅在防治豫西低山丘陵区水土流失方面效果明显，其所产生的生态效益也是较为明显的。

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