郭玲梅，王克勤，李太興，崔富剛

(1.西南林業(yè)大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，云南 昆明 650224；2.玉溪市水利局，云南 玉溪 653100； 3.澄江縣水利局，云南 澄江 653102)

水土流失不僅降低土地生產(chǎn)力，嚴(yán)重破壞生態(tài)環(huán)境，其實(shí)也是在與人類“爭奪”土地資源和其他自然資源，因此成為當(dāng)今世界資源和環(huán)境問題研究的重點(diǎn)。有研究顯示，土地利用變化能夠影響土壤養(yǎng)分的分布[1-2]、遷移以及水土流失狀況，進(jìn)而影響土壤的性質(zhì)和水土保持效益。也有研究證明，合理的土地利用可以改善土壤對外界環(huán)境變化的抵抗力，不合理的土地利用會導(dǎo)致土壤質(zhì)量下降，增加水土流失[3]。

本研究以云南省尖山河小流域不同土地利用類型表層土壤性質(zhì)為出發(fā)點(diǎn)，觀測總結(jié)了標(biāo)準(zhǔn)徑流小區(qū)內(nèi)地表徑流和泥沙的流失規(guī)律，旨在為該流域的生態(tài)恢復(fù)及進(jìn)一步提高土壤質(zhì)量和水土保持效果提供參考。

1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地尖山河小流域位于珠江南北盤江上游巖溶區(qū)域的玉溪市澄江縣西南部，距離縣城16 km，北接龍街鎮(zhèn)廣龍村委會，南接祿充管委會，東臨撫仙湖，西接晉寧縣，地理位置為東經(jīng)102°47′21″—102°52′02″、北緯24°32′00″—24°37′38″，海拔1 722—2 347.4 m，流域總面積35.42 km2。尖山河是撫仙湖的一條入湖河流[4]，河道全長8.5 km。

尖山河小流域?qū)俚途暥雀咴瓪夂?，地貌類型為中山高原地帶，多年平均降水? 050 mm，雨季為5—9月，降水量占全年總降水量的75%，年平均徑流深300 mm，年均蒸發(fā)量為900 mm。流域土壤主要是紅紫泥土和紅壤，主要土地利用類型有云南松天然次生林地、桉樹人工林地、灌草叢地、坡耕地和梯田等，農(nóng)作物以種植烤煙和玉米為主。監(jiān)測結(jié)果顯示，山地開墾和磷礦開采引起森林植被的嚴(yán)重破壞和大面積水土流失，區(qū)內(nèi)林地覆蓋率僅為27.1%，荒山荒地和坡耕地面積占55%，水土流失中度侵蝕面積達(dá)64.9 km2，每年流失入湖的泥沙約為34.6萬t。

2 研究方法

2.1 徑流小區(qū)和雨量計的布設(shè)

根據(jù)小流域地形條件，選擇云南松天然次生林地、坡耕地、桉樹人工林地和灌草叢地4種不同土地利用類型，在小流域典型地段布設(shè)了水平投影面積為5 m×20 m的標(biāo)準(zhǔn)徑流小區(qū)，觀測其每次降雨后地表徑流量和土壤侵蝕量。在4個小區(qū)的中央布設(shè)了一個重慶水文儀器廠制造的JDZ-1型數(shù)字自記雨量計測定每場降雨的降雨量、降雨歷時。不同土地利用類型徑流小區(qū)區(qū)域特征見表1。

表1 不同土地利用類型徑流小區(qū)區(qū)域特征

2.2 取樣與測定

降雨過程使用數(shù)字自記雨量計測定并計算每次的降雨量和降雨強(qiáng)度。徑流、泥沙的測定基于標(biāo)準(zhǔn)徑流小區(qū)，每次降雨產(chǎn)流后測量4個徑流場的徑流量和泥沙量。徑流量是在量水池中用體積法求得；泥沙量測定是在每次產(chǎn)流后進(jìn)行取樣，取樣方法是把集流池中的水充分?jǐn)嚢杈鶆颍?個標(biāo)準(zhǔn)取樣容器取泥沙和水的混合水樣，再利用置換法求泥沙含量[5]。

于2012年9—10月在每種土地利用類型內(nèi)按S形布設(shè)5個土壤取樣點(diǎn)，取0—20 cm 表層土樣品帶回室內(nèi)，揀去石礫、植物根系和碎屑，在室內(nèi)通風(fēng)處風(fēng)干，研磨，分別過1、0.25 mm篩，以備養(yǎng)分測定。

土壤全氮采用濃硫酸-高氯酸消解法測定；堿解氮采用堿解擴(kuò)散法測定；全磷采用濃硫酸-高氯酸消化、抗壞化血酸還原比色法測定；速效磷采用鹽酸-氟化銨法和鉬銻抗比色法測定；有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀氧化法測定。每個土壤樣品進(jìn)行3次平行測定。

本研究采用SPSS 11.5實(shí)用統(tǒng)計軟件和Excel 2003數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和圖表處理。

3 結(jié)果與分析

3.1 降雨特征

2012年尖山河小流域共有95場降雨，降雨量共計659.6 mm，其中降雨量最大的為32.2 mm，其每月降雨量見表2。從表2中可以看出，降雨主要集中在5—9月，這5個月的降雨量占年降雨量的82.4%，旱季僅占17.6%，所以選擇5—9月進(jìn)行徑流小區(qū)的觀測是具有代表性的。由于年內(nèi)降雨量分配不均，夏季降雨過分集中易形成大雨或暴雨，故容易產(chǎn)生大的地表徑流并沖刷地表，造成水土的流失[6]。

3.2 土地利用變化對表層土壤化學(xué)性質(zhì)的影響

不同土地利用類型表層土壤養(yǎng)分含量測定結(jié)果見表3。由表3數(shù)據(jù)看出，不同土地利用類型間土壤全氮含量無明顯的變化規(guī)律，其含量表現(xiàn)為坡耕地(0.294 g/kg)>灌草叢地(0.260 g/kg)>人工林地(0.196 g/kg)>次生林地(0.127 g/kg)。土壤中的氮是保證作物、林木正常生長所必需的營養(yǎng)物質(zhì)與改善土壤質(zhì)量的重要元素。由于坡耕地上種植烤煙，人為施肥使得該土地利用類型土壤全氮含量大于其他土地利用類型。灌草叢地的全氮含量大于次生林地和人工林地，這主要是由于灌草叢地有機(jī)質(zhì)豐富，光照充足，濕度適宜，有機(jī)質(zhì)分解過程中未發(fā)生反硝化作用。人工林地由于種植時人工施有肥料，因而土壤中的全氮含量高于次生林地。

表3 不同土地利用類型徑流小區(qū)表層土壤化學(xué)性質(zhì)

土壤全磷以灌草叢地含量較高且與其他土地利用類型間差異顯著(P<0.05)，不同土地利用類型按土壤全磷含量大小排序?yàn)楣嗖輩驳?0.252 g/kg)>坡耕地(0.132 g/kg)>人工林地(0.099 g/kg)>次生林地(0.052 g/kg)。

不同土地利用類型間土壤堿解氮含量差異不顯著(P>0.05)，堿解氮含量表現(xiàn)為坡耕地 (101.680 mg/kg)>次生林地(99.645 mg/kg)>灌草叢地(86.001 mg/kg)>人工林地(69.488 mg/kg)。坡耕地的堿解氮含量高于其他地類，是人為施肥補(bǔ)充了大量堿解氮的緣故，而次生林地和灌草叢地的堿解氮含量較高則是因?yàn)榇紊趾凸嗖輩餐寥篮休^豐富的有機(jī)質(zhì)。

土壤速效磷含量在不同土地利用類型間差異顯著(P<0.05)，按其含量排序?yàn)楣嗖輩驳?1 579.036 mg/kg)>坡耕地(914.014 mg/kg)>人工林地(561.406 mg/kg)>次生林地(59.609 mg/kg)。人為施肥致坡耕地土壤速效磷含量大于人工林地和次生林地。灌草叢地土壤速效磷含量最大，且是其他土地利用類型的1.73～26.49倍。

土壤有機(jī)質(zhì)含量表現(xiàn)為次生林地(2.049 g/kg)>灌草叢地(1.850 g/kg)>人工林地(1.537 g/kg)>坡耕地(1.145 g/kg)。次生林地土壤有機(jī)質(zhì)含量最大，是因?yàn)榇紊值赝寥辣砻嬗写罅康牡蚵湮锓e聚。人工林地土壤有機(jī)質(zhì)含量較低是由于植被的吸收且得不到補(bǔ)充所導(dǎo)致的[7]。坡耕地地上部分被移出土壤系統(tǒng)，減少了有機(jī)質(zhì)歸還量[8]，同時地表溫度高及農(nóng)田耕作的物理效應(yīng)破壞了土壤的團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)[9]等可能加速土壤有機(jī)質(zhì)的分解，造成有機(jī)質(zhì)含量下降。由此看出，次生林地土壤有機(jī)質(zhì)含量遠(yuǎn)高于其他地類土壤，這是因?yàn)榇紊趾推淞窒轮脖辉谕寥辣韺臃e聚了大量的枯落物從而能不斷為土壤補(bǔ)充有機(jī)質(zhì)。

用SPSS數(shù)據(jù)分析軟件對各類養(yǎng)分進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果見表4。由表4可知，全氮和全磷呈顯著相關(guān)關(guān)系(相關(guān)系數(shù)為0.728，P=0.040)，全氮和速效磷呈極顯著相關(guān)關(guān)系(相關(guān)系數(shù)為0.861，P=0.006)，全磷和速效磷呈極顯著相關(guān)關(guān)系(相關(guān)系數(shù)為0.926，P=0.001)，全氮、堿解氮和有機(jī)質(zhì)之間的相關(guān)性不明顯(P>0.05)。

表4 表層土壤養(yǎng)分含量相關(guān)性分析

3.3 不同土地利用類型的產(chǎn)流量和產(chǎn)沙量

從表5可以看出，2012年6—8月5場產(chǎn)流降雨總計降雨量92.3 mm，坡耕地、人工林地、次生林地和灌草叢地小區(qū)總產(chǎn)流量分別為22 500、11 400、7 700、5 800 m3/km2，坡耕地的產(chǎn)流量最多，次生林地產(chǎn)流量最少。坡耕地的總產(chǎn)流量分別是人工林地、次生林地和灌草叢地的1.97、3.88和2.92倍。次生林地和灌草叢地分別比坡耕地多涵養(yǎng)水分16 700和14 800 m3/km2，比人工林地多涵養(yǎng)水分5 600和3 700 m3/km2。次生林的產(chǎn)流量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于坡耕地和人工林，與灌草叢相差不大。坡耕地和人工林持續(xù)了較長時間的產(chǎn)流，灌草地和次生林在降雨強(qiáng)度減小后產(chǎn)流過程隨即停止。究其原因，植被對地表徑流的影響是由植被的冠層、枯枝落葉層和土壤層綜合效能決定的。天然次生林小區(qū)與灌草叢小區(qū)植被蓋度分別達(dá)到90%和95%，其林冠、下層植被以及枯枝落葉層對降水有截持和緩沖作用，都有助于這兩個小區(qū)減小地表徑流量。而坡耕地和人工林小區(qū)的產(chǎn)流量隨降雨的增加而增加，而且總產(chǎn)流量也較大，這是由于植被覆蓋度低、結(jié)構(gòu)單一、地表裸露、土壤容易板結(jié)等，不利于雨水下滲，從而導(dǎo)致徑流量增加。

表5 不同土地利用類型的產(chǎn)流量和產(chǎn)沙量

從表5還可以看出，2012年6—8月所統(tǒng)計的5場降雨中，坡耕地、人工林地、灌草叢地和次生林地的總產(chǎn)沙量(土壤侵蝕量)分別為91.86、25.06、12.95、8.99 t/km2，坡耕地的總產(chǎn)沙量遠(yuǎn)大于其余幾種土地利用類型，分別是人工林地的3.67倍、灌草叢地的7.09倍、次生林地的10.22倍。次生林和灌草叢減少土壤侵蝕效果較好，次生林地比坡耕地減少土壤侵蝕量90.21%，比人工林地減少土壤侵蝕量64.13%，比灌草叢地減少土壤侵蝕量30.58%；灌草叢地比坡耕地減少土壤侵蝕量85.90%，比人工林地減少土壤侵蝕量48.32%。在相同的降雨條件下，次生林和灌草叢地都有較好的調(diào)節(jié)徑流和減少土壤侵蝕及流失的作用，說明植被的覆蓋有保護(hù)地表減少土壤侵蝕的作用。坡耕地土層深厚，地表覆蓋少，種植的煙草根系不發(fā)達(dá)，再加上人為活動的擾動，其產(chǎn)流產(chǎn)沙量最大。可見，次生林和灌草叢攔蓄徑流和泥沙的效果要比人工林好，坡耕地的開墾和種植加大了坡面水土流失量。

4 討 論

(1)研究區(qū)內(nèi)不同的土地利用類型深刻地影響了土壤性狀及肥力。已有的研究[10-11]表明，土地利用類型對土壤養(yǎng)分有重要的影響。土壤有機(jī)質(zhì)含量對土壤氮磷含量影響較大，土壤有機(jī)質(zhì)含量越豐富，土壤氮磷含量越高。灌草叢地土壤有機(jī)質(zhì)含量較高，其土壤全氮、堿解氮、全磷和速效磷的含量也較大，說明植被覆蓋度對土壤養(yǎng)分的保持有一定的促進(jìn)作用。

(2)土壤侵蝕受植被覆蓋度、坡度、土地利用類型、土壤結(jié)構(gòu)、水文氣象、土地空間利用、人為干擾等因素的影響[12-13]。由于研究區(qū)地類的坡度、坡位、坡向、海拔、土壤類型等相似，因此土地利用類型和覆蓋度是影響地表徑流和產(chǎn)沙的主要因素。

對4種不同土地利用類型的研究表明，不同植被類型對減流減沙的影響程度不一[14]。植被冠層和枯落物截留蓄持降雨，有效減少了地表徑流以及降雨對地表的直接沖擊，這與前人的研究結(jié)果類似[15-16]。劉卉芳等[13]的研究也證實(shí)，坡耕地是坡面侵蝕的主要土地利用類型，天然次生林與灌草叢的防蝕效應(yīng)大于人工林。因此，建議在以后的進(jìn)一步治理和土地管理中，首先要加強(qiáng)對現(xiàn)存次生林的保護(hù)和對灌草地的管理，排除人為干擾，使其正向演替得以進(jìn)行，充分發(fā)揮其水土保持功能；其次，在建立人工林時應(yīng)考慮合適的復(fù)層結(jié)構(gòu)，以達(dá)到水土保持的最佳效果；最后，建議采取保土耕作、坡改梯、退耕還林等措施對坡耕地進(jìn)行治理，從根本上解決水土流失問題。

5 結(jié) 論

(1)不同土地利用類型間土壤全氮含量坡耕地>灌草叢地>人工林地>次生林地，土壤全磷和速效磷含量灌草叢地>坡耕地>人工林地>次生林地，土壤堿解氮含量坡耕地>次生林地>灌草叢地>人工林地，土壤有機(jī)質(zhì)含量次生林地>灌草叢地>人工林地>坡耕地，次生林地土壤有機(jī)質(zhì)含量遠(yuǎn)高于其他地類土壤。全氮和全磷之間呈顯著相關(guān)關(guān)系，全氮和速效磷、全磷和速效磷之間呈極顯著相關(guān)關(guān)系，說明土壤各化學(xué)因子之間的關(guān)系不是單一的，而是相互影響，有一定的關(guān)聯(lián)性。

(2)不同土地利用類型因植被類型以及蓋度等因子不同，其蓄水保土、調(diào)節(jié)徑流和抗侵蝕能力存在差異，產(chǎn)流產(chǎn)沙量坡耕地>人工林地>次生林地>灌草叢地。從4個小區(qū)的產(chǎn)流產(chǎn)沙規(guī)律可以看出，次生林地和灌草叢地防止水土流失的效果最好，植被結(jié)構(gòu)單一、枯枝落葉少的人工林地和坡耕地土壤侵蝕較嚴(yán)重。

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