森林生态系统土壤保持价值的年内动态

森林生态系统土壤保持价值的年内动态

李士美;谢高地;张彩霞;祁悦

【摘要】以定位观测数据位基础,选用日雨量模型和通用土壤流失方程,研究了5种森林生态系统土壤保持价值的年内动态.研究表明,季节雨林、次生林、人工橡胶林、阔叶红松林和次生白桦林的土壤保持价值分别为570.29、347.87、174.65、

14.31元·hm-2·a-1和8.76元·hm-2·a-1.土壤保持价值各月分配不均,5-10月的土壤保持价值占全年土壤保持价值的80%以上.西双版纳3种森林生态系统土壤保持价值构成中,保持土壤养分的价值高达60%以上.长白山2种森林生态系统的土壤保持价值构成有所不同,阔叶红松林以减少泥沙淤积价值为主,而次生白桦林以保持土

壤养分价值为主.土壤保持价值构成中,减少废弃地价值的不足总价值的10%.

【期刊名称】《生态学报》

【年(卷),期】2010(030)013

【总页数】9页(P3482-3490)

【关键词】土壤保持价值;土壤侵蚀;通用土壤流失方程;季节雨林;阔叶红松林

【作者】李士美;谢高地;张彩霞;祁悦

【作者单位】中国科学院地理科学与资源研究所,北京,100101;中国科学院研究生院,北京,100049;中国科学院地理科学与资源研究所,北京,100101;中国科学院地理

科学与资源研究所,北京,100101;中国科学院研究生院,北京,100049;中国科学院地

理科学与资源研究所,北京,100101;中国科学院研究生院,北京,100049

【正文语种】中文

土壤侵蚀是近年来全世界面临的一个严峻问题，中国是世界上水土流失最为严重的国家之一。根据第三次全国土壤侵蚀遥感普查，我国水蚀和风蚀面积356.92×104 km2。2000年我国水土流失造成的直接经济损失达642.59×108元，相当于当年全国总GDP 的0.62%[1]。

森林生态系统具有防止土壤侵蚀、减少径流泥沙的重要功能，提供了巨大的土壤保持价值。国外对森林生态系统土壤保持价值评价已经有30余年。Pimentel比较

分析了美国农业土壤侵蚀控制的成本和效益[2]。Costanza等估计全球森林防止侵蚀的价值为96 US＄·hm-2·a-1[3]。我国自20世纪80年代以来对森林生态系统

土壤保持价值进行了大量有意义的探讨。研究初期，多是围绕土壤保持价值的空间分布特征而展开[4-6]；近年，也有研究者开始关注森林土壤保持价值的年际动态[7-8]。

然而，目前对土壤保持价值的研究多以年为时间尺度，忽略了降雨侵蚀力和植被盖度的年内动态变化，因而，削弱了土壤保持价值评价的精度，也缺乏对森林生态系统土壤保持价值年内累积过程动态的揭示。本研究选取热带湿润地区和中温带湿润地区森林生态系统为研究对象，以样地定位监测数据为基础，厘定森林生态系统土壤保持价值累积演变特征，比较分析不同森林生态系统类型的土壤保持价值差异性。西双版纳和长白山地处我国森林主要分布区，同时处于多条河流的上游。因而，研究其土壤保持价值，有助于增进对森林生态系统土壤保持价值的科学认知，并为森林生态系统的管理提供依据。

1 研究区概况

研究选取西双版纳热带雨林生态系统定位站的季节雨林样地、次生林样地和人工橡胶林样地(单排种植)，长白山森林生态系统定位研究站的阔叶红松林样地和次生白桦林样地为研究对象(表1)。

表1 研究区样地概况Table 1 General situation of the plots in study area编号Symbol森林类型Foresttypes经度(E)Longitude纬度(N)Latitude海拔

Altitude/m坡度Slope/(°)土壤类型Soiltypes土壤质地SoiltextureBNF⁃1季节

雨林101°12′21°51′75012—18砖红壤砂质粘壤土BNF⁃2次生林

101°16′12″21°55′15″56010—13砖红壤粉砂粘壤土BNF⁃3人工橡胶林

101°16′03″21°55′25″6307砖红壤粘壤土CBF⁃1阔叶红松林

128°05′43″42°24′05″7401．72暗棕壤砂壤CBF⁃2次生白桦林

128°05′43″42°24′05″7401．72暗棕壤砂壤

长白山阔叶红松林和次生白桦林样地的坡度为2%—4%，此处取3%，即1.72°

西双版纳热带雨林生态系统定位研究站位于云南省西双版纳傣族自治州勐腊县勐仑镇 (21°41′N，101°25′E)，属于热带湿润地区，年降雨量1557mm；地带性土壤

为砖红壤和赤红壤；季节雨林、次生林、人工橡胶林是该地区典型森林类型。季节雨林样地分层现象明显，可分为6层，群落盖度90%。次生林样地为中龄热带次

生林，群落分3层，群落盖度约85%。人工橡胶林植物橡胶林以橡胶(Hevea brasiliensis)为单优种，单排行种植，盖度约85%，分为乔木层、草本层2个层次。样地详细介绍见文献[9]。

长白山森林生态系统定位研究站位于吉林省安图县二道白河镇(42°24′N,128°28′E)，属于中温带湿润气候区，多年平均降水量713mm。阔叶红松林是长白山地区的地带性植被，向北一直分布到小兴安岭。阔叶红松林样地主乔木为红松(Pinus koraiensis)、紫椴(Tilia amurensis)、蒙古栎(Quercus mongolica)、水曲柳(Fraxinus mandshurica)等，林分为复层异龄结构，乔木层盖度80%，灌木盖度

为40%[10]。次生白桦林样地为天然次生林，紧邻阔叶红松林样地，以白桦(Betula platyphylla)为主，混有少量的紫椴(Tilia amurensis)、山杨(Populus davidiana)等，乔木层盖度60%。

2 数据来源与研究方法

2.1 数据来源

基础数据主要由中国生态系统研究网络(CERN)提供。数据生产者为西双版纳热带雨林生态系统定位研究站和长白山森林生态系统定位研究站。

2.2 土壤侵蚀量与土壤保持量的计算方法

运用通用土壤流失方程(USLE)来估算潜在土壤侵蚀量和现实土壤侵蚀量，两者之差即为土壤保持量。

潜在土壤侵蚀量指生态系统在没有植被覆盖和水土保持措施情况下的土壤侵蚀量，即C=1，P=1时的土壤侵蚀量：

Ap=R·K·LS

(1)

现实土壤侵蚀量考虑地表覆盖和水土保持因素，其计算公式为:

Ar=R·K·LS·C·P

(2)

由(1)和(2)可以计算土壤保持量:

Ac=Ap-Ar

(3)

式中，Ap为单位面积潜在土壤侵蚀量(t·hm-2·月-1)；Ar为单位面积现实土壤侵蚀量(t·hm-2·月-1)；Ac为单位面积土壤保持量(t·hm-2·月-1)；R为降雨侵蚀力指标；K为土壤可蚀性因子；LS为坡长坡度因子；C为地表植被覆盖和经营管理因子；P为土壤保持措施因子。

2.2.1 R值的计算

降雨侵蚀力因子R反映了降雨因素对土壤的潜在侵蚀作用，是导致土壤侵蚀的主要动力因素。本文选用日雨量模型，计算各月降雨侵蚀力[11]：