不同植被覆盖模式水土保持研究

不同植被覆盖模式水土保持研究
作者：牛涛莫德豪苟惠荣
来源：《农家科技下旬刊》2014年第05期
摘要：通过建立径流小区比较分析华西雨屏区退耕地几种植被覆盖模式在自然降水条件下水土流失、养分流失特征，为退耕林地经营管理提供科学依据。

研究表明：不同植被覆盖模式水土流失量随降雨量的增加而增加，不同植被覆盖模式均具有减少地表径流的作用，地被保存越好的植被地表径流越少，土壤侵蚀量越低，而无地被的林地土壤侵蚀量甚至超过农耕地，养分流失随着地表径流和土壤侵蚀量的增加而增加，保护地被有利于减少水土流失。

关键词：植被配置模式；水土流失；养分流失
水土流失不仅导致土壤退化、生产力下降、水源涵养能力降低、泥沙堵塞河道，河流湖泊水质污染和水体富营养化[1，2]，同时，水土流失还造成严重的经济损失，全国2000年由水土流失造成直接经济损失达到643亿元，而西南地区的直接经济损失是全国最为严重的地区，达到239亿元，占全国总损失的37%[3]。

本研究通过比较分析不同植被覆盖模式在自然降雨条件下水土流失情况，为退耕还林建设建设管理提供科学依据。

一、研究区概况
1.试验地概况
试验地设在雅安市雨城区张家坪林学实验基地，地理坐标为N29°58′47.8″，
E102°58′57.6″，海拔620m。

该区属于属亚热带湿润气候，年均日照时数1039.6h，无霜期
298d。

全年平均气温16.2℃，≥10℃积温5231℃，月平均最高温29.9℃（7月），月平均最低温3.7℃（1月），平均降雨量1774.3mm，空气相对湿度大，土壤为中壤质酸性黄壤，坡度为5°。

2.实验设计
以农耕地为对照，设置5种不同植被配置模式（以下简称“模式”），建立5×10m的坡面人工径流小区，顺坡向为长边，平均坡度为5°。

径流场四周用水泥板设置围埂，围埂地面部分高25cm，埋深地表30cm。

在径流场最下方设立沉沙凼和径流集水池。

各径流小区植被具体情况如下：
模式Ⅰ：农耕地：在4月份种植小白菜，种植时施肥（复合肥）一次，顺坡方式种植，种植后较少翻动土壤，6月份以后杂草生长较多。

模式Ⅱ：草地：6a撂荒地杂草地，盖度100%，平均高0.4m，枯落物层厚度0.4cm。

主要以本地常见的喜旱莲子草、水蓼、马兰、常春藤等为主要草种，无乔灌木。

模式Ⅲ：柳杉林无地被：2010年1月去除地被的草类和枯落物，6a生柳杉，2222株
/hm2，平均高度8.5m，平均胸径6.3cm，郁闭度0.7，盖度0，无灌草。

模式Ⅳ：柳杉林保留地被：6a生柳杉，2222株/hm2，平均高9.4m，平均胸径7.3cm，郁闭度0.7，盖度50%，枯落物层厚度0.2cm。

地被层植物由于柳杉林枝叶紧密，林下郁闭度大，地被植物生长受到限制，主要以主要以喜旱莲子草、粗齿冷水花、灯芯草等草类为主，无灌木。

模式Ⅴ：巨桉林无地被，2010年1月去除地被的草类和枯落物，6a生巨桉，833株/hm2，平均高度18.1m，平均胸径15.3cm，郁闭度0.8，盖度0，无灌草。

模式Ⅵ：巨桉林保留地被，6a生巨桉，833株/hm2，平均高度16.9m，平均胸径12.8cm，郁闭度0.8，盖度100%，枯落物厚度0.3cm。

地被植物生长良好，主要以喜旱莲子草、粗齿冷水花、常春藤、火炭母等草类为主，无灌木。

二、研究方法
1.降雨数据与野外样品采集
用设在试验地附近6层楼顶的数字雨量计自动测定降雨量数据。

用尺子测定径流深以换算地表水流失量，将过滤后的水样保存于4℃冰箱中用于测定径流养分；根据经流水中泥沙含量和取出的沉沙凼流失土壤计算土壤侵蚀量。

2.室内测试及分析方法
土壤全氮、全磷、全钾、水解氮、铵态氮、有效磷、速效钾、有效硫、有机质的测定方法采用林业行业标准（1999）。

径流水中水溶性磷、硫酸根、可溶性钾测定方法采用国家标准（1992），全氮、全碳、无机碳采用TOC-VP总有机碳分析仪测定[4]。

采用Microsof Excel 2007对研究数据进行统计分析、绘制图表。

结合径流小区面积，通过地表径流和土壤侵蚀量计算各模式径流与土壤侵蚀量。

三、结果与分析
1.降雨量分布
2010年4月至次年3月全年降雨量是2260.7mm。

从图1可知，7月和8月是降雨量最多的两个月，约占全年降雨量的56.1%，其中8月降雨量约占全年降雨量的37.7%，其它月份降雨量较少，短时期的强降雨是雨屏区的特点。

2.不同植被覆盖模式水土流失特征
表1各植被覆盖模式地表径流深和土壤侵蚀模数
注：Ⅰ农耕地；Ⅱ草地；Ⅲ柳杉无地被；Ⅳ柳杉有地被；Ⅴ巨桉无地被；Ⅵ巨桉有地被；（下同）
各模式产生地表径流的时期在6～10月，其它月份由于降雨强度、降雨量较小，没有产生地表径流。

由表1可知，地表径流和土壤侵蚀量随降雨量增加而增加，各月径流、土壤侵蚀和降雨量大小均为：8月>7月>9月>6月>10月，8月各模式地表径流平均占全年的68.9%，壤侵蚀来量平均占全年侵蚀量的71.4%。

各模式年径流流失量的大小依次为：农耕地>巨桉林（无地被）>柳杉林（无地被）>柳杉林（有地被）>巨桉林（有地被）>草地。

说明各植被模式均能减少地表径流，有良好的地被覆盖时，其减少地表径流作用更明显。

这是由于良好的地被不仅增加径流阻力，延长了地表径流的渗透时间，同时还增加了土壤的孔隙度，特别是非毛管空隙度，从而减少了地表径流量[4]。

土壤侵蚀模数大小依次为：巨桉林（无地被）>农耕地>柳杉林（无地被）>柳杉林（有地被）>巨桉林（有地被）>草地，有地被巨桉林明显小于对应柳杉林，无地被巨桉林明显大于对应柳杉林；农耕地土壤年侵蚀模数小于无地被巨桉林而大于其它模式。

表明地有良好地被植被在降低土壤流失方面有重要作用，树冠的高低对土壤侵蚀模数有重要影响。

这是由于地被不仅减少地表径流量，从而减少土壤的冲刷侵蚀，而且在强降雨条件下，以雨滴动能为主要侵蚀力的过程中，降低雨滴的动能随着地被的增加其作用越明显[5，6]。

3.各模式径流养分流失情况
表2各植被覆盖模式地表径流中养分流失情况
植被模式径流深（mm）钾离子（kg/hm2）硫酸根（kg/hm2）可溶性磷（kg/hm2）可溶性碳（kg/hm2）可溶性氮（kg/hm2）无机碳（kg/hm2）
农耕地 112.3 26.75 259.81 3.55 102.51 47.37 40.60
草地 27.8 6.31 21.02 0.42 36.99 9.02 8.13
柳杉林无地被 96.8 22.29 129.89 2.01 124.19 17.49 25.22
柳杉林有地被 80.6 33.47 111.78 2.29 53.56 15.73 16.04
巨桉林无地被 106.8 35.07 174.16 2.11 144.28 26.73 36.01
巨桉林有地被 53.0 12.48 58.79 0.71 54.10 9.09 14.58
由表2可见，不同植被模式在地表径流中硫酸根离子、可溶性磷、可溶性氮和无机碳流失量均明显小于农耕地，农耕地可溶性碳流失量高于有地被草地、桉树林和柳杉林，而小于无
地被巨桉林和柳杉林。

草地地表径流中各养分元素流失量均最小，巨桉林（有地被）地表径流中养分流失量均小于巨桉林（无地被），柳杉林（有地被）钾离子和可溶性磷大于柳杉林（无地被）外，其他均小于柳杉林（无地被）。

柳杉林（无地被）地表径流养分流失量均小于巨桉林（无地被），柳杉林（有地被）地表径流养分流失量均大于巨桉林（有地被）。

4.不同植被覆盖模式泥沙养分流失情况
表3不同植被模式泥沙养分流失情况
植被模式 W全氮（t/km2） W全磷（t/km2） W全钾（t/km2） W有机质（t/km2） W有效磷（t/km2） W水解氮（t/km2） W铵态氮（t/km2） W速效钾（t/km2）
Ⅰ 0.81 7.38 10.95 7.86 134.72 114.89 61.14 60.02
Ⅱ 0.09 0.28 0.45 0.96 0.07 11.98 3.12 13.03
Ⅲ 1.13 7.85 9.53 22.37 18.66 180.36 68.76 136.35
Ⅳ 0.29 2.33 2.62 5.45 6.49 50.68 14.90 74.45
Ⅴ 9.57 28.19 41.43 179.59 79.32 708.97 375.51 595.77
Ⅵ 0.24 0.78 1.32 2.46 0.23 31.29 8.94 37.75
由表3可见各模式流失土壤中各养分流失量最大的是巨桉林（无地被），最小的是草地。

无地被巨桉林和柳杉林流失土壤中各养分流失量均大于有地被巨桉林和柳杉林，巨桉林（无地被）流失土壤中个养分流失量均大于柳杉林（无地被），柳杉林（有地被）流失土壤中有养分流失量均大于巨桉林（有地被），土壤养分流失量的大小主要与土壤侵蚀量有关。

四、结论
对几种植被模式水土流失量的测定分析表明，水土流失量随降雨量的增加而增加，不同植被模式均有减少地表径流作用；各模式中草地水土流失最少，有地被巨桉林和柳杉林有水土流失量明显小于去除地被林地，去除地被层巨桉林土壤侵蚀量明显大于对应柳杉林。

通过对地表径流及泥沙养分流失的分析结果表明，养分流失量主要与地表径流量和土壤流失量有关。

各模式地表径流养分及泥沙养分流失量以草地最小，保留地被两种植被模式养分流失量小于无地被模式和农耕地。

表明退耕林保留地被层不仅有利于减少地表径流，而且在减少土壤侵蚀力作用方面有不可代替的作用。

参考文献：
[1]伍红琳，张辉，孙庆业.坡面人工植物群落修复对水土流失及控磷的影响[J]. 水土保持学， 2011， 25（3）： 26-30.
[2]彭珂珊.中国土壤侵蚀影响因素及其危害分析[J]. 首都师范大学学报（自然科学版）2000， 21（2）： 88-94.
[3]陈芳，朱高洪，毛志锋.我国水土流失的经济损失评估[J]. 中国水土保持， 2008，（12）： 11-14.
[4]饶良懿，王玉杰，朱金兆，等. 森林植被变化（采伐）对小流域水文化学循环过程的
影响[J]. 生态学报， 2008， 28（8）： 3981-3990.
[5]郑粉莉，高学田. 坡面土壤侵蚀过程研究进展[J]. 地理科学， 2003， 23（2）： 230-235.
[6]余新晓. 森林植被减弱降雨侵蚀能量的数理分析[J]. 水土保持学报， 1988，（3）： 2-7.
作者简介：牛涛（1984-），男，工程师，硕士研究生，研究方向：水土保持——退耕还
林水土保持效益研究。