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金沙江干热河谷侵蚀陡坡植被恢复对土壤质量的影响

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金沙江干热河谷侵蚀陡坡植被恢复对土壤质量的影响

生态环境2008,17416361640http//www.jeesci.comEcologyandEnvironmentEmaileditorjeesci.com基金项目国家支撑计划课题(2006BAC01A11)国家自然科学基金项目(40771027)国家973项目(2007CB407206)作者简介聂小军(1977-),男,博士研究生,主要从事土壤侵蚀与水土保持。Emailniexj2005126.com通讯作者张建辉,研究员,博士生导师,主要从事土壤侵蚀、土壤物理研究。Emailzjhimde.ac.cn收稿日期20080313金沙江干热河谷侵蚀陡坡植被恢复对土壤质量的影响聂小军1,2,张建辉1,刘刚才1,南岭1,2,苏正安1,21.中国科学院、水利部成都山地灾害与环境研究所,四川成都6100412.中国科学院研究生院,北京100049摘要植被恢复关系到金沙江干热河谷陡坡冲沟侵蚀的发育,土壤质量的演化。文章以元谋干热河谷侵蚀陡坡为例,通过测定植被恢复地与侵蚀裸地的土壤质量,探讨了植被恢复对侵蚀陡坡土壤质量的影响。结果表明侵蚀陡坡植被恢复有效地防止了土壤侵蚀的发生。与侵蚀裸地相比,植被恢复地土壤剖面层次保持完整,母质层以上有明显的A、B层,土壤厚度变异小且厚度大,物理性粘粒含量高,基本保持着母质为粘土层的变性燥红土质地粘重特征。植被恢复在3年多时间内对土壤紧实度尚没有起到明显改善作用,土壤容重依然偏大。植被恢复对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,植被恢复地水分含量高,不同坡位土壤水分差异不明显。旱季,植被恢复地与侵蚀裸地土壤水分状况相似。两种类型的坡地土壤水分含量都很低,不同坡位土壤水分差异明显,而且土壤水分含量沿向下坡方向降低。植被恢复减弱了陡坡土壤侵蚀带来的有机质流失,促进了有机质的积累。因此,针对目前植被恢复的不足,采取有效的土壤改良措施,保土保水,提高土壤水分储量,减小土壤水分的时空差异,同时降低土壤紧实度,是今后侵蚀陡坡植被恢复值得考虑的一项工作。关键词元谋干热河谷土壤侵蚀植被恢复土壤质量中图分类号S157文献标识码A文章编号16722175(2008)04163605金沙江干热河谷地区是我国植被环境脆弱地区之一,土壤侵蚀极其严重。侵蚀引起的土壤质量退化一直困扰着当地的社会可持续发展。围绕该区自然环境特征、土壤质量退化现状以及土壤质量退化过程与机理的研究成果已经很多18,在此基础上开展的水土保持措施也出现了很多,有效防止了侵蚀土壤的进一步退化,并取得了一定的社会经济效应。目前该区水土保持措施大多倾向于工程措施主要指坡改梯、隔坡水平沟、隔坡水平阶、鱼鳞坑等与植被恢复措施对侵蚀土壤水分的改善914,但很少关于它们在不同土壤景观位置的行为特征研究报道1517。尤其,关于这些措施对冲沟侵蚀强烈的陡坡土壤质量影响的研究更少。据此,我们以云南元谋干热河谷苴林植被恢复技术示范基地为研究区,探讨植被恢复对侵蚀陡坡土壤质量变化的影响。1材料与方法1.1研究区概况本研究区地属金沙江下游干热亚区,位于东径101°48′48″101°49′54″北纬25°50′30″25°51′18″,海拔10671138m,气候干旱,年均温21.9℃,极端最高气温42℃,极端最低气温2℃,≥12℃的持续天数349d,≥10℃积温7786℃年降雨量630mm左右,集中在59月份,其他月份少雨或无雨,年蒸发量3911.2mm,蒸发量是降雨量的6倍,全年太阳总辐射量641.8KJcm2,日照率62干燥度4.4以Penman公式计算18。研究区地形切割强烈,70%为落差0.51.8m的改造台地,5%为15°35°坡地,25为严重侵蚀冲沟。土壤因发育母质类型的多样性,主要有普通燥红土、表蚀燥红土、变性燥红土。植被类型为干旱稀树草丛。区内草本植物超过30种,总盖度为72.08,优势种以扭黄茅(Heteropogon)和孔颖草Botnrocholaportusa居多灌木和乔木主要有车桑子(Dodoneaeviscosa),小桐子(Jatrophacurcas)、余甘子(Phyllanthusemblica)、合欢(Albiziajulibrissm)。1.2研究方法在研究区选择土壤类型为变性燥红土(pH7.0),坡度为10°的两块相邻陡坡地作为土样采集、测定区。两块陡坡地在2004年前背景情况一样,都为严重侵蚀的荒地,植被覆盖度很低(0.1,n6),容重均大于1.50gcm3。而且,从不同坡位来看,两块坡地土壤容重的CV都很小。植被恢复地、侵蚀裸地的CV分别为4.2、4.6%。因此,土壤容重的这种变化说明植被恢复目前还没有对变性燥红土土壤紧实化起到明显改善的作用。05101520253035上坡中坡下坡土壤厚度/cm侵蚀裸地生态恢复地图1侵蚀陡坡的土壤厚度分布Fig.1Thedistributionofsoildepthacrossanerodedhillslope图2侵蚀陡坡的土壤容重分布Fig.2Thedistributionofsoilbulkdensityacrossanerodedhillslope表1侵蚀陡坡的土壤颗粒组成及质地Table1Soilparticlecompositionandsoiltextureonanerodedhillslope坡地类型坡位砂粒20.05mm粉粒0.050.002mm粘粒0.1,n9),平均含水量在14.5%左右。从不同坡位来看雨季,与侵蚀裸地不同坡位极其明显的土壤水分差异(p0.05,n15)旱季,两块坡地的土壤水分差异都很明显(p0.001,n9)。由此可见,该研究区侵蚀陡坡植被恢复对土壤水分的改善主要表现在雨季,而在旱季其改善效果不佳。另外,对比旱季不同坡位土壤水分含量,植被恢复地土壤水分含量沿下坡方向降低,这与许多研究结果不一致1926。一般来说,下坡可能接受到上坡土壤水分的表面径流和壤中流的补充而表现出比上坡高的含水量。我们得出的这种不一致的结果归因于不同坡位土壤剖面厚度差异。在我们的研究结果中,植被恢复地中、下坡土壤厚度虽然仅比上坡分别小5cm、10cm,但正是这5cm、10cm的差异使得中、下坡土壤A层变薄,储水能力大幅降低,蒸发增强,因此经过相同干旱时间这些坡位的水分含量相对上坡小的多。可见,侵蚀土壤流失造成的土壤厚度差异是干热河谷土壤水分特性好坏的关键因子。综上,我们应在现有植被恢复的基础上通过采取科学保土措施才能保水,减小侵蚀土壤水分时空差异,提高其抗旱力。2.3土壤有机质土壤有机质是作物所需的氮、磷、硫、微量元素等各种养分的主要来源,而且它还能通过影响土壤物理、化学和生物学特性来改善土壤肥力。尤其,土壤有机质能改变粘土的坚韧大块结构,使土壤的透水性、蓄水性、通气性以及根系的生长环境有所改善同时由于土壤孔隙结构得到改善,导致水的入渗速率加快,从而可以减少水土流失。这一点对于本研究区极低肥力的变性燥红土土壤质量改良有着关键的意义。如图4可知,植被恢复地的土壤有机质含量(平均6.5gkg1)总体上要高于侵蚀裸地(平均4.7gkg1),这个结果表明植被恢复促进了该陡坡地的有机质的积累。另外,从图4也可以看出侵蚀裸地有机质侵蚀特征明显,而植被恢复地有机质侵蚀特征不明显。上坡位置,侵蚀裸地因雨滴打击土壤表层,溅蚀细颗粒,使粘附于细颗粒上的有机质损失,含量为3.7gkg1植被恢复地因溅蚀作用微乎其微,土壤有机质含量为8.2gkg1。中坡位置,两块坡地都受面蚀影响。该坡位侵蚀裸地面蚀强烈,有机质流失严重,含量低至2.0gkg1而植被恢复地受面蚀影响小,有机质流失少,含量为5.1gkg1。下坡位置,侵蚀裸地因沉积一部分来自上、中坡的侵蚀土壤细颗粒,使之有机质含量达8.3gkg1,远高于上、中坡而植被恢复地下坡因上、中坡侵蚀小,有机质积累不明显,含量与其它坡位相差不大。两块坡地不同坡位侵蚀状况的不同导致其有机质空间变异的不同,其中植被恢复地有机质CV为16.9%,侵蚀裸地有机质,CV高达51.7。以上结果表明,植被恢复能明显地减弱了陡坡土壤侵蚀带来的有机质流失,减小有机质的空间变异性,保持坡面较均衡的土壤肥力。可以推测,随着植被恢复地植被状况的不断好转,枯枝落叶层的补给,有机质含量将逐渐增高,这不仅能很好地改善变性燥红土养分贫瘠、保水性差的特点,而且也能改善该坡地中、下坡因土壤容重大而导致的土壤紧实。5101520253035404550上坡中坡下坡φ土壤水分/侵蚀裸地(雨季)生态恢复地(雨季)侵蚀裸地(旱季)生态恢复地(旱季)图3侵蚀陡坡的土壤体积含水量分布Fig.3Thedistributionofsoilvolumetricwatercontentacrossanerodedhillslope0123456789w有机质/gkg1上坡中坡下坡侵蚀裸地生态恢复地图4侵蚀陡坡的土壤有机质分布Fig.4Thedistributionofsoilorganicmatteracrossanerodedhillslope聂小军等金沙江干热河谷侵蚀陡坡植被恢复对土壤质量的影响16393结论侵蚀陡坡植被恢复有效地防止了土壤侵蚀的发生。与侵蚀裸地相比,植被恢复地土壤剖面层次保持完整,母质层以上有明显的A、B层,土壤厚度变异小且厚度大,物理性粘粒含量高,基本保持着母质为粘土层的变性燥红土质地粘重特征。植被恢复在3年多时间内对土壤紧实度尚没有起到明显改善作用,土壤容重依然偏大。植被恢复对侵蚀陡坡土壤水分的改善效果存在着时空差异。雨季,植被恢复对陡坡土壤水分的改善效果好。与侵蚀裸地相比,植被恢复地水分含量高,不同坡位土壤水分差异不明显。旱季,植被恢复地对陡坡土壤水分的改善效果不佳。与侵蚀裸地相比,旱季植被恢复地土壤水分含量同样很低,不同坡位土壤水分差异明显,土壤水分含量沿向下坡方向降低。植被恢复减弱了陡坡土壤侵蚀带来的有机质流失,促进了有机质的积累,保持坡面有较均衡的有机质。参考文献1黄成敏,何毓蓉.云南省元谋干热河谷的土壤抗旱力评价J.山地研究,1995,1327984.HuangChengmin,HeYurong.DroughtresearchfromsoilsinYuanmoudryandhotvalley,YunanProvinceJ.MountainResearch,1995,1327984.2何毓蓉,黄成敏,杨忠,等.云南省元谋干热河谷的土壤退化及旱地农业研究J.水土保持学报,1997,315660.HeYurong,HuangChengmin,YangZhong,etal.SoilDegradationandDrylandFarminginYuanmoudryandhotvalley,YunnanProvinceJ.JournalofSoilandWaterConservation,1997,315660.3黄成敏,何毓蓉.云南省元谋干热河谷土壤水分的动态变化J.山地研究,1997,154234238.HuangChengmin,HeYurong.DynamicvariationofsoilwaterinYuanmoudryhotvalley,YunanProvinceJ.MountainResearch,1997,154234238.4刘刚才,刘淑珍.金沙江干热河谷区水环境特性对荒漠化的影响J.山地研究,1998,162156159.LiuGangcai,LiuShuzhen.TheeffectofwaterenvironmentalcharacteristicindryhotvalleyofJinshaRiveronsoildesertificationJ.MountainResearch,1998,162156159.5何毓蓉,张丹,张映翠,等.金沙江干热河谷区云南土壤退化过程研究J.水土保持学报,1999,5415.HeYurong,ZhangDan,ZhangYingcui,etal.Approachtosoildegradationprocessindryan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ituteofMountainandEnvironment,ChineseAcademyofSciencesMinistryofWaterConservation,Chengdu610041,China2.TheGraduateSchooloftheChineseAcademyofSciences,Beijing100049,ChinaAbstractVegetationrestorationisrelatedtothedevelopmentofgullyerosionandsoilsuccessionoftheerodedhillslopesindryhotvalleyofJinshaRiver.TakingYuanmoudryhotvalleyasastudyarea,thispaperdiscussedeffectsofvegetationrestorationonsoilqualityoftheerodedhillslopesbymeasuringsoilqualityindicatorsacrossavegetationrestorationslopelandandanerodedbareland.Theresultsshowedthat1vegetationrestorationcouldeffectivelypreventsoilerosionfromdestroyingsoilprofile.MorecompletesoilAandBlayer,thickersoildepthwithsmallervariationsamongdifferentslopepositions,higherphysicalclaycontentandheavysoiltexturewerefoundintheslopelandforvegetationrestorationcomparedtothatontheerodebareland.However,soilpackingdegreewasinsignificantlyimprovedandthussoilbulkdensitywasstillhighaftershorttermvegetationrestoration2effectsofvegetationrestorationweredifferentinsoilwaterfromdifferentseasonsandslopepositions.Duringrainyseason,vegetationrestorationsignificantlyimprovedthespatialdistributionofsoilwater.Soilwatercontentintheslopelandforvegetationrestorationwashigherthanthatintheerodedbarelandanditsspatialdistributionwasevenwithinsignificantdifferenceamongdifferentslopepositions.However,withinaridseason,thereisnosignificantimprovementofvegetationrestorationonthespatialdistributionofsoilwater,withlowsoilmoisturecontentintheslopelandforvegetationrestorationandtheerodedbareland,Meanwhile,soilmoisturecontentdeclinedalongthedownslopetransaction3vegetationrestorationdecreasedthelossofsoilorganicmatter,resultingintheaccumulationoforganicmatter.Therefore,reasonablemeasuresonsoilandwaterconservationshouldbetakentoreducesoilpackingdegree,increasesoilwaterstorageanddeclinethevariationinsoilwaterontheerodedhillslopesinfuture.KeywordsYuanmoudryhotvalleysoilerosionvegetationrestorationsoilquality

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