吳晉霞，陳奇伯，王克勤，趙洋毅，佟志龍

(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)

滇中高原不同植被的蓄水保土效應(yīng)及對(duì)土壤有機(jī)碳的影響

吳晉霞，陳奇伯，王克勤，趙洋毅，佟志龍

(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)

【目的】 研究滇中高原不同植被的蓄水保土效應(yīng)及對(duì)土壤碳庫(kù)的影響，為當(dāng)?shù)氐闹脖唤ㄔO(shè)與小流域綜合治理提供科學(xué)依據(jù)。【方法】 采用標(biāo)準(zhǔn)徑流小區(qū)觀測(cè)法，于2006-2012年在云南省玉溪市尖山河小流域，對(duì)云南松次生林、云南松-藍(lán)桉人工林、灌草叢及坡耕地小區(qū)的坡面產(chǎn)流、產(chǎn)沙情況和土壤碳庫(kù)變化進(jìn)行觀測(cè)?！窘Y(jié)果】 1)灌草叢小區(qū)和云南松次生林小區(qū)的減流率分別為91.87%和91.61%，云南松-藍(lán)桉人工林小區(qū)的減流率為77.45%。灌草叢、云南松次生林和云南松-藍(lán)桉人工林的減沙率分別為99.17%，98.76%和96.45%。 2)5-10月4種不同類型植被小區(qū)的徑流量占全年徑流量的83%以上，土壤侵蝕量占全年土壤侵蝕量的90%以上。 3)與坡耕地相比，3種不同類型植被小區(qū)的表層(0～20 cm)土壤有機(jī)碳含量增加幅度為42.27%～108.19%，土壤碳儲(chǔ)量增加幅度為55.53%～145.27%。 4)相關(guān)分析結(jié)果表明，蓄水減流效應(yīng)與土壤碳庫(kù)指標(biāo)總體存在著顯著的正相關(guān)關(guān)系?！窘Y(jié)論】 灌草叢小區(qū)和云南松次生林小區(qū)蓄水減流效益顯著，3種不同類型植被的保土減沙效益表現(xiàn)為：灌草叢>云南松次生林>云南松-藍(lán)桉人工林；5-10月為當(dāng)?shù)厮帘３值年P(guān)鍵期；3種不同植被均具有增加土壤碳庫(kù)的作用；有效的蓄水減流可明顯增加土壤有機(jī)質(zhì)含量。

滇中高原；植被；蓄水保土；土壤有機(jī)碳

水土流失是裸露坡地土地生產(chǎn)力不斷下降的主要原因。據(jù)統(tǒng)計(jì)，云南省水土流失面積達(dá)14.13萬(wàn)km2，占土地總面積的37%，年流失土壤5.18億t，主要發(fā)生在>8°的坡地上(占總流失量的90%以上)[1]。作為一個(gè)重要的生物學(xué)過(guò)程，水土流失可引起陸地碳的遷移，對(duì)土壤碳素平衡和陸地碳素循環(huán)產(chǎn)生很大的影響。研究表明，土壤有機(jī)碳的損失與水土流失之間存在密切的關(guān)系[2-4]。地類不同，水土流失情況不同，對(duì)土壤有機(jī)碳的影響也不同，進(jìn)而影響陸地系統(tǒng)乃至全球碳循環(huán)[5-6]。但是，目前國(guó)內(nèi)的水土保持評(píng)價(jià)多數(shù)僅考慮蓄水保土效應(yīng)，對(duì)碳素吸收的貢獻(xiàn)關(guān)注不多。

植被具有明顯的水土保持效應(yīng)，眾多國(guó)內(nèi)外學(xué)者分別從不同土地利用方式、不同耕作措施以及不同水保措施等方面，研究了坡面產(chǎn)流產(chǎn)沙特征[7]、水土流失特征[8]、水土保持效應(yīng)[9-12]以及土壤養(yǎng)分的流失規(guī)律[13]。這些研究主要集中于水土保持措施或耕作措施單一因素的作用上，而將植被蓄水保土效應(yīng)與土壤碳庫(kù)相結(jié)合的研究較少。本試驗(yàn)以滇中高原國(guó)內(nèi)最大的深水型淡水湖泊撫仙湖的一級(jí)支流尖山河小流域?yàn)檠芯繀^(qū)域，以標(biāo)準(zhǔn)徑流小區(qū)為單元，對(duì)當(dāng)?shù)爻Ｒ?jiàn)的3種不同類型植被在自然降雨條件下的蓄水保土效應(yīng)及對(duì)土壤有機(jī)碳的影響進(jìn)行了研究，以期為該地區(qū)的植被建設(shè)與小流域綜合治理提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

尖山河小流域位于云南省玉溪市澄江縣西南部，地處北緯24°32′00″-24°37′38″，東經(jīng)102°47′21″-102°52′02″，面積35.42 km2，是珠江上游南北盤江石灰?guī)r地區(qū)水土保持綜合治理試點(diǎn)工程中的一個(gè)典型小流域，海拔1 722.0～2 347.4 m，地面坡度為5～35°。小流域?qū)俚途暥雀咴瓪夂?，多年平均降雨? 050 mm，干濕季分明，雨季為6-10月，降水量占全年總降水量的75%。流域內(nèi)森林覆蓋面積占21.4%，主要喬木樹(shù)種有云南松(PinusyunnanensisFranch)、華山松(PinusarmandiFranch)、藍(lán)桉(EucalyptusglobulusLabill)等，灌木有馬桑(Coriarianepalensis)、野荔枝(Cornuskousavar.angustata)、羊躑躅(Rhododendronmolle)等，草本有紫莖澤蘭(Eupatoriumadenophorum)、旱茅(Eremopogondelavayi)、黃茅(Heteropogoncontortus)等。研究區(qū)土壤主要為紅紫泥土和紅壤[14]。

1.2 樣地設(shè)置

根據(jù)尖山河小流域地形條件和典型代表植被類型的分布,選擇云南松天然次生林(以下簡(jiǎn)稱次生林)、桉樹(shù)-云南松人工林(以下簡(jiǎn)稱人工林)、灌草叢和坡耕地(對(duì)照)4種不同地類，在典型地段均布設(shè)水平投影面積5 m×20 m的標(biāo)準(zhǔn)徑流小區(qū)，2005年小區(qū)施工設(shè)置完畢，2006年開(kāi)始進(jìn)行常規(guī)觀測(cè)。2007和2009年坡耕地種植烤煙小區(qū)，由于農(nóng)耕原因?qū)е履嗌扯氯?，使徑流外溢，觀測(cè)數(shù)據(jù)不可用，故本研究采用了2006-2012年的2年等間隔的觀測(cè)資料。在每個(gè)徑流小區(qū)安裝了WGZ-1型數(shù)字水位計(jì)(重慶水文儀器廠生產(chǎn)),觀測(cè)徑流量以及產(chǎn)流過(guò)程。在距4個(gè)小區(qū)的中央布設(shè)1個(gè)重慶水文儀器廠制造的JDZ-1型數(shù)字自記雨量計(jì)，用于測(cè)定每場(chǎng)降雨的降雨量、降雨歷時(shí)，用人工雨量計(jì)觀測(cè)的次降雨量對(duì)自記雨量計(jì)測(cè)定的降雨量進(jìn)行校準(zhǔn)。

為保證徑流小區(qū)立地條件的相對(duì)一致性，試驗(yàn)設(shè)置的標(biāo)準(zhǔn)徑流小區(qū)均順坡設(shè)置，位于坡中下部，坡度20°～24°，南北坡向，海拔1 773～1 790 m，土壤類型均為紅紫泥。不同類型植被小區(qū)內(nèi)主要植物種類：1)次生林林下無(wú)灌木，草本主要為紫莖澤蘭、扭黃茅，蓋度90%；2)灌草叢為退耕地演替而來(lái)，灌木主要有馬桑和野荔枝，草本主要為紫莖澤蘭、扭黃茅、旱茅，蓋度95%；3)人工林林下無(wú)灌木，草本主要為紫莖澤蘭，蓋度65%；4)坡耕地內(nèi)種植烤煙，烤煙品種為K326，每年4月下旬至5月中旬移栽，種植密度為16 500株/hm2。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 徑流量和土壤侵蝕量 徑流泥沙采用4分法觀測(cè)，其中3/4的徑流泥沙排出徑流池外，1/4的徑流泥沙引入徑流池，進(jìn)行徑流量觀測(cè)和泥沙取樣。每次降雨產(chǎn)流后，記錄集流池內(nèi)水文尺水位刻度，用體積法求得徑流量；將徑流池中的徑流泥沙充分?jǐn)噭?，?00 mL取樣瓶取3瓶水樣，用置換法[15]測(cè)定土壤侵蝕量，每次降雨取樣后均用專用工具將徑流池清理干凈。

1.3.2 減流率和減沙率 蓄水減流效應(yīng)一般通過(guò)減流效應(yīng)特征指標(biāo)——減流率來(lái)體現(xiàn)，按照水保法(成因分析法)計(jì)算減流率[16]：

ηw=ΔW/W×100%。

(1)

式中：ηw為減流率，%；ΔW為有植被覆蓋后徑流量的變化量，m3；W為對(duì)照小區(qū)(無(wú)覆蓋的原狀坡耕地)產(chǎn)生的徑流量，m3。

保土減沙效應(yīng)通過(guò)減沙效應(yīng)特征指標(biāo)——減沙率來(lái)體現(xiàn)，其計(jì)算方法[15]如下：

ηS=ΔS/S×100%。

(2)

式中：ηS為減沙率，%；ΔS為有植被覆蓋后流失泥沙的變化量，kg；S為對(duì)照小區(qū)產(chǎn)生的土壤侵蝕量，kg。

1.3.3 土壤理化性質(zhì) 由于每年5-10月為雨季，土樣采集時(shí)間為2006、2008、2010和2012年的5-10月，每月各取1次，各小區(qū)按“S”形取5個(gè)點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)用環(huán)刀法測(cè)定土壤體積質(zhì)量后，取表層(0～20 cm)土壤300 g，用4分法取混合樣，用保鮮袋帶回用于分析測(cè)定。采用濃硫酸-重鉻酸鉀外加熱法測(cè)定土壤有機(jī)質(zhì)含量[16]。

1.3.4 土壤碳庫(kù)指標(biāo) 有機(jī)碳含量(TOC)由有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)乘以Bemmelen換算系數(shù)(即0.58)求得；碳庫(kù)指數(shù)(CPI)為有林地小區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)與對(duì)照小區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的比值。土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量計(jì)算公式[17]為：

mCT=A·cosα·T·θ·c/10。

(3)

式中：mCT為土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量(kg)，A為小區(qū)實(shí)際面積(m2)，α為小區(qū)坡度(°)，T為土層厚度(cm)，θ為土壤體積質(zhì)量(g/cm3)，c為土層有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)(%)。

2 結(jié)果與分析

2.1 觀測(cè)期徑流小區(qū)的月降雨特征分析

2006-2012年云南尖山河小流域徑流小區(qū)的月降雨特征見(jiàn)表1。

表1 2006-2012年云南尖山河小流域徑流小區(qū)的月降雨特征Table 1 Monthly rainfall characteristics of test plots in Jianshan small watershed in Yunnan in 2006-2012

從表1可以看出，2006、2008、2010和2012年4年的年平均降雨量為825.6 mm，與尖山河流域多年平均降雨量(1 050 mm)相比，屬于枯水年，這與近年來(lái)云南地區(qū)的干旱情況相符。全年降雨時(shí)間以2008年最多，為124 d，占全年總天數(shù)的34.0%；2006年最少，僅為89 d，占總天數(shù)的24.4%。降雨主要集中在5-10月，日降雨量25.0～49.9 mm的大雨和>50 mm的暴雨在2006年出現(xiàn)在5、7、9、10月，在2008年出現(xiàn)在4、5、6、7、9、11月，在2010年出現(xiàn)在5、6、7、8、12月，在2012年出現(xiàn)在7、8月。其中，2006、2008和2010年的全年日最大降雨量均出現(xiàn)在7月，而2012年的全年日最大降雨量出現(xiàn)在8月。

2.2 不同類型植被的蓄水減流效益分析

對(duì)次生林、灌草叢、人工林和原狀坡耕地小區(qū)2006、2008、2010和2012年4年的徑流量進(jìn)行觀測(cè)，結(jié)果(表2)顯示，4年產(chǎn)生的徑流總量和年均徑流量最小的為灌草叢小區(qū)，徑流總量和年均徑流量分別為71.51和17.88 m3，減流率為91.87%；次生林小區(qū)的徑流總量和年均徑流量與灌草叢小區(qū)相近，分別為73.7和18.44 m3，減流率達(dá)到91.61%；而人工林小區(qū)的徑流總量和年均徑流量分別為198.28和49.57 m3，減流率為77.45%。

對(duì)4年的平均徑流量進(jìn)行單因素方差分析，結(jié)果(表2)顯示，次生林、灌草叢、人工林與坡耕地小區(qū)之間均存在極顯著差異(P<0.01)，3種類型植被蓄水減流效應(yīng)顯著，且次生林和灌草叢的蓄水減流效應(yīng)明顯優(yōu)于人工林，但是次生林與灌草叢小區(qū)之間無(wú)明顯差異。

表2 2006-2012年云南尖山河小流域不同類型植被小區(qū)徑流量的年際分配特征Table 2 Inter-annual allocation characteristics of runoff at different vegetation types in Jianshan small watershed in Yunnan in 2006-2012

注：同列數(shù)據(jù)后標(biāo)不同小寫字母者表示Duncan’s法檢驗(yàn)差異顯著(P<0.05)，標(biāo)不同大寫字母表示差異極顯著(P<0.01)，下表同。

Note:The different lowercase letters indicate differences are notable (P<0.05),the different capital letters indicate differences are notable significantly (P<0.01),Duncan test.The same below.

分析不同類型植被小區(qū)2006、2008、2010和2012年4年的平均月徑流量，結(jié)果(圖1-A )顯示，在觀測(cè)期內(nèi)，各小區(qū)的平均月徑流量變化規(guī)律基本一致，都是在7月份達(dá)到第1個(gè)峰值，8月份處于低谷，10月份達(dá)到第2個(gè)峰值，呈雙峰式分布。徑流量主要集中在5-10月，這半年的徑流量占到全年徑流量的83%以上，這主要是由試驗(yàn)區(qū)的亞熱帶降雨特征導(dǎo)致的。不同植被類型之間進(jìn)行比較，坡耕地的月均徑流量明顯高于其他3種植被類型?？梢?jiàn)，只要在5-10月增加坡耕地的地表覆蓋，就能有效地?cái)r截和減少地表徑流，從而起到蓄水減流效應(yīng)。

圖1 2006-2012年云南尖山河小流域不同類型植被小區(qū)的平均月徑流量(A)和土壤侵蝕量(B)Fig.1 Monthly average amount of runoff(A) and sediment(B) at plots in Jianshan small watershed in Yunnan in 2006-2012

2.3 不同類型植被的保土減沙效益

次生林、灌草叢、人工林和坡耕地小區(qū)2006、2008、2010和2012年4年的泥沙量分配特征見(jiàn)表3。從表3可以看出，灌草叢小區(qū)保土減沙效應(yīng)最好，其產(chǎn)生的土壤侵蝕總量和侵蝕模數(shù)分別為1.99 kg/年和19.90 t/(km2·年)，減沙率為99.17%；次生林小區(qū)的土壤侵蝕總量和侵蝕模數(shù)與灌草叢相近，分別為2.95 kg/年和29.47 t/(km2·年)，減沙率達(dá)到98.76%；人工林小區(qū)的土壤侵蝕總量和侵蝕模數(shù)分別為8.47 kg/年和84.69 t/(km2·年)，減沙率為96.45%；坡耕地的土壤侵蝕總量和侵蝕模數(shù)均最高。

對(duì)4年的侵蝕模數(shù)進(jìn)行單因素方差分析，結(jié)果表明，次生林、灌木叢、人工林與坡耕地之間均存在極顯著差異(P<0.01)，3種不同類型植被保土減沙效應(yīng)明顯，且次生林和灌草叢的保土減沙效應(yīng)優(yōu)于人工林，但是三者之間無(wú)顯著差異。

表3 2006-2012年云南尖山河小流域不同類型植被小區(qū)土壤侵蝕量的年際分配特征Table 3 Inter-annual allocation characteristics of sediment at different vegetation mulching plots in Jianshan small watershed in Yunnan in 2006-2012

分析不同類型植被小區(qū)4年的平均月土壤侵蝕量，結(jié)果見(jiàn)圖1-B。從圖1-B可以看出，在觀測(cè)期內(nèi)，除了坡耕地，其他3種類型植被小區(qū)的保土減沙效應(yīng)均較明顯。在3-12月，坡耕地小區(qū)的土壤侵蝕量明顯大于其他3個(gè)小區(qū)，其平均月土壤侵蝕量有2個(gè)峰值，分別出現(xiàn)在7月和10月，與徑流量的變化趨勢(shì)一致；人工林、次生林和灌草叢小區(qū)幾乎沒(méi)有產(chǎn)生泥沙。這表明植被在防止水土流失、保土減沙方面具有良好的作用。土壤侵蝕主要發(fā)生在5-10月，此期的土壤侵蝕量占全年土壤侵蝕總量的90%以上。

2.4 不同類型植被蓄水保土效應(yīng)對(duì)土壤碳庫(kù)的影響

2.4.1 土壤有機(jī)碳 從表4可以看出，不同類型植被對(duì)土壤有機(jī)碳含量的影響不同。次生林小區(qū)的土壤有機(jī)碳含量為17.75 g/kg，比坡耕地小區(qū)增加了108.19%，增幅最大；灌草叢小區(qū)的土壤有機(jī)碳含量為14.45 g/kg，比坡耕地小區(qū)增加了69.47%；人工林小區(qū)的土壤有機(jī)碳含量為12.13 g/kg，比坡耕地小區(qū)增加了42.27%，增幅最小?？芍紊趾凸嗖輩擦植莞采w有利于提高土壤有機(jī)碳含量，次生林和灌草叢小區(qū)的有機(jī)碳含量較人工林小區(qū)分別提高了46.33% 和19.12%。

表4 云南尖山河小流域不同類型植被表層(0～20 cm)土壤的理化性質(zhì)和碳庫(kù)指標(biāo)Table 4 Soil organic carbon and carbon index in surface layer under different vegetation types in Jianshan small watershed in Yunnan

注：土壤碳儲(chǔ)量為100 m2面積下20 cm土層的碳儲(chǔ)量。

Note:The soil carbon stocks are carbon stocks in 20 cm soil layer with an area of 100 m2.

2.4.2 土壤碳儲(chǔ)量 由表4可知，次生林、灌草叢和人工林小區(qū)的土壤碳庫(kù)指數(shù)和碳儲(chǔ)量分別為1.42～2.08，312.92～493.41 kg，均大于坡耕地小區(qū)，說(shuō)明不同類型植被均具有明顯的碳匯效應(yīng)，這與植被覆蓋的增加促進(jìn)土壤改良以及土壤有機(jī)質(zhì)含量提高有關(guān)。不同類型植被對(duì)土壤碳庫(kù)指數(shù)和碳儲(chǔ)量的影響不同，次生林小區(qū)的土壤碳儲(chǔ)量為493.41 kg，較坡耕地小區(qū)增加了292.21 kg，固碳幅度最大，同時(shí)其碳庫(kù)指數(shù)也最大，為坡耕地的2.08倍；灌草叢小區(qū)的土壤碳儲(chǔ)量為369.87 kg，較坡耕地小區(qū)增加了168.67 kg，其碳庫(kù)指數(shù)為坡耕地的1.69倍；人工林小區(qū)的土壤碳儲(chǔ)量為312.92 kg，較坡耕地小區(qū)增加了111.72 kg，固碳幅度最小，其碳庫(kù)指數(shù)也最小，僅為坡耕地的1.42倍。各植被類型表層土壤碳庫(kù)指數(shù)和碳儲(chǔ)量大小為次生林>灌草叢>人工林。與坡耕地相比，3種不同類型植被小區(qū)的表層(0～20 cm)土壤有機(jī)碳含量增加幅度為42.27%～108.19%，土壤碳儲(chǔ)量增加幅度為55.53%～145.27%。

2.5 不同類型植被蓄水保土效應(yīng)與土壤碳庫(kù)指標(biāo)的相關(guān)性

由表5可以看出，減流率與土壤有機(jī)碳含量、碳庫(kù)指數(shù)之間均存在著顯著的正相關(guān)關(guān)系，而與土壤碳儲(chǔ)量間雖存在正相關(guān)關(guān)系，但并未達(dá)到顯著水平(P<0.05)；減沙率與土壤有機(jī)碳含量、碳庫(kù)指數(shù)以及土壤碳儲(chǔ)量之間的正相關(guān)關(guān)系也未達(dá)到顯著水平(P<0.05)。

表5 云南尖山河小流域不同類型植被的蓄水保土效應(yīng)與土壤碳庫(kù)指標(biāo)的相關(guān)分析Table 5 Correlation analysis of soil and water conservation effects and soil carbon pool indexes under different vegetation types in Jianshan small watershed in Yunnan

注：*表示相關(guān)性達(dá)到顯著水平(P<0.05)。

Note:*indicate differences are notable (P<0.05).

3 討 論

3.1 不同類型植被的蓄水減流效益分析

本研究結(jié)果顯示，次生林、灌草叢和人工林小區(qū)蓄水減流效應(yīng)明顯，其中次生林和灌草叢的減流率均達(dá)到了91%以上，明顯優(yōu)于人工林，這與張展羽等[13]的研究結(jié)果一致。其原因主要是次生林和灌草叢小區(qū)的植被蓋度比人工林與坡耕地大，同時(shí)這2類小區(qū)的林冠、下層植被以及枯枝落葉層對(duì)降水有截留和緩沖作用，其自身不僅能吸收一部分水分，而且還能改良土壤，促進(jìn)下滲，這些因素都有助于減小次生林和灌草叢小區(qū)的地表徑流量。人工林小區(qū)由于結(jié)構(gòu)單一，枯枝落葉少，使得地表裸露，不能有效發(fā)揮其阻截和減弱降雨動(dòng)能的作用，雨滴的直接沖擊阻塞了土壤孔隙，不利于土壤下滲，加劇了地表徑流的形成，導(dǎo)致人工林的產(chǎn)流量比次生林、灌草叢大。

3.2 不同類型植被的保土減沙效益分析

本研究中，次生林、灌草叢和人工林小區(qū)的保土減沙效應(yīng)明顯，減沙率均達(dá)到96%以上，其中灌草叢小區(qū)的保土減沙效應(yīng)最好，減沙率達(dá)到99.17%，表明植被在防止水土流失、保土減沙方面具有良好的作用。由本研究中不同類型植被的蓄水減流效應(yīng)和保土減沙效應(yīng)可知，灌草叢小區(qū)蓄水保土效應(yīng)最好，表明產(chǎn)流與產(chǎn)沙之間存在一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，這與袁東海等[8]和楊潔等[18]的研究結(jié)果一致。降雨和地表徑流是坡面產(chǎn)沙的重要誘因之一，產(chǎn)流量的增加會(huì)引起產(chǎn)沙量增加，因此采取措施減少地表徑流量能有效地減少泥沙損失，起到保土減沙的作用。但汪邦穩(wěn)等[7]的研究結(jié)果表明，產(chǎn)流與產(chǎn)沙之間沒(méi)有完全的對(duì)應(yīng)關(guān)系，這與本研究結(jié)果不同。這提示人們，產(chǎn)流與產(chǎn)沙之間具體的對(duì)應(yīng)關(guān)系需要進(jìn)一步研究；另一方面，在進(jìn)行水土流失治理時(shí)，要根據(jù)各地區(qū)自身的水土流失特征，有針對(duì)性地進(jìn)行防治。

3.3 不同類型植被對(duì)土壤有機(jī)碳的影響

有機(jī)碳是土壤重要的組成部分之一，在維持土壤的物理、化學(xué)和生物學(xué)特征中均起著關(guān)鍵性的作用[19]。本研究中，次生林、灌草叢和人工林小區(qū)的土壤有機(jī)碳含量、土壤碳儲(chǔ)量和碳庫(kù)指數(shù)均明顯高于坡耕地小區(qū)。說(shuō)明不同類型植被均具有明顯的碳匯效應(yīng)。這是因?yàn)橥寥烙袡C(jī)碳主要取決于植被凋落物的釋歸量[20]，植被覆蓋的增加能夠有效地增加地表枯落物量、改良土壤物理化學(xué)性質(zhì)、促進(jìn)土壤生物的生長(zhǎng)，進(jìn)而促進(jìn)土壤有機(jī)質(zhì)含量的提高。次生林由于地表生物量豐富，凋落物來(lái)源廣，每年均有大量的凋落物累積，故其土壤有機(jī)碳含量最高。相反，坡耕地由于烤煙每年都要移栽、收獲，地表生物量稀缺，基本無(wú)凋落物來(lái)源，所以有機(jī)碳含量最低．這與廖洪凱等[6]的研究結(jié)果一致。

本研究中，減流率、減沙率與土壤有機(jī)碳相關(guān)指標(biāo)的相關(guān)性分析結(jié)果表明，徑流量對(duì)土壤碳庫(kù)指標(biāo)的影響更為顯著，而土壤侵蝕量對(duì)土壤碳庫(kù)指標(biāo)影響不顯著，這與鄭海金等[21]的研究結(jié)果一致?？梢酝茰y(cè)，通過(guò)徑流途徑損失的土壤有機(jī)碳可能占據(jù)較大比例，減少?gòu)搅鞯漠a(chǎn)生能夠有效地提高土壤中的有機(jī)碳含量。可見(jiàn)，植被的蓄水保土效應(yīng)對(duì)土壤碳庫(kù)有影響，且其中的蓄水效應(yīng)與土壤碳庫(kù)存在顯著的正相關(guān)關(guān)系。至于土壤有機(jī)碳隨徑流損失比例大小及在徑流中的存在形式等問(wèn)題還需要進(jìn)一步研究。

4 結(jié) 論

(1)與坡耕地相比，灌草叢和次生林小區(qū)的蓄水減流效益明顯，其減流率分別為91.87%和91.61%；而人工林小區(qū)減流率較低，為77.45%?？梢?jiàn)，增加地表覆蓋能夠有效地?cái)r蓄地表徑流，降低徑流量。每年的5-10月，不同類型植被小區(qū)徑流量占到全年徑流量的83%以上，小區(qū)土壤侵蝕量占到全年土壤侵蝕量的90%以上，因此5-10月為水土保持的關(guān)鍵期。

(2)灌草叢、次生林和人工林小區(qū)保土減沙效益顯著，其效益從優(yōu)到劣排序?yàn)椋汗嗖輩?99.17%)>次生林(98.76%)>人工林(96.45%)。因此，退耕還林和構(gòu)建植被的群落結(jié)構(gòu)能有效地防治水土流失的發(fā)生，且覆蓋度較高的灌草叢小區(qū)的防治效果較次生林和人工林小區(qū)好。

(3)與無(wú)覆蓋的坡耕地相比，灌草叢、次生林和人工林3種不同類型植被均具有提高土壤有機(jī)質(zhì)含量和增加土壤碳儲(chǔ)量的作用，其表層(0～20 cm)土壤有機(jī)碳含量增加幅度為42.27%～108.19%，土壤碳儲(chǔ)量增加幅度為55.53%～145.27%?？梢?jiàn)，增加地表覆蓋可以有效地增加土壤碳儲(chǔ)量。相關(guān)分析結(jié)果表明，蓄水減流效應(yīng)與土壤碳庫(kù)指標(biāo)存在顯著的正相關(guān)關(guān)系。

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Soil and water conservation benefits and their impacts on soil organic carbon of different vegetation in Central Yunnan Plateau

WU Jin-xia,CHEN Qi-bo,WANG Ke-qin,ZHAO Yang-yi,TONG Zhi-long

(DepartmentofEnvironmentalScience&Engineering,SouthwestForestryUniversity,Kunming,Yunnan650224,China)

【Objective】 Study about the soil and water conservation benefits and their Impacts on soil carbon pool of different vegetation types in Central Yunnan Plateau,and provide scientific proof for local vegetation construction and comprehensive harness of small watershed.【Method】 By using standard runoff plots observation method,based on the 4a interval of observed data from 2006 to 2012 in Jianshan small watershed in Yuxi city,Yunnan Province,responses of the surface runoff,sediment,total organic carbon(TOC) and carbon pool index(CPI) under 3 different vegetation mulching were studied.【Result】 1) Compared with the sloping farmland,the runoff reduction rates of shrub-grass land and secondary forest were 91.87% and 91.61%,while the rate of plantation was 77.45%.Sediment reduction rates of shrub-grass land,secondary forest and plantation were 99.17%,98.76% and 96.45%.2) The runoff from May to October of different vegetation types were more than 83% of the annual total runoff,and the sediment loss was more than 90% of the annual total sediment loss.3) Compared with the control, soil organic carbon content and CPIs (0-20 cm)of plantation,shrub-grass land and secondary forest increased by 42.27% to 108.19% and 55.53% to 145.27%.4) Correlation analysis results showed that: the soil and water conservation of vegetation had an effect on soil carbon stock,and there was an extremely significant positive correlation among the water storage efficiency and soil carbon stock.【Conclusion】 Compared with the control,shrub-grass land and secondary forest had great efficiencies of water storage.Shrub-grass land,secondary forest and plantation had great effects on reduction of sediment with a descendant order.From May to October is the key period for the prevention and control of soil and water erosion.All of three different vegetation have the functions to increase soil carbon stock.Effective water storage efficiency can significantly increase soil organic matter content.

Central Yunnan Plateau;vegetation;soil and water conservation benefit;soil organic carbon

2013-12-02

國(guó)家林業(yè)局林業(yè)公益性行業(yè)科研專項(xiàng)(201204101-10)

吳晉霞 (1988-)，女，山西晉城人，碩士，主要從事水土保持與生態(tài)恢復(fù)研究。E-mail:wjx19880819@163.com

陳奇伯 (1965-)，男，甘肅通渭人，教授，博士，碩士生導(dǎo)師，主要從事生態(tài)恢復(fù)研究。 E-mail:chengqb@swfu.edu.cn

時(shí)間:2015-03-12 14:17

10.13207/j.cnki.jnwafu.2015.04.010

S157.1

A

1671-9387(2015)04-0141-08

網(wǎng)絡(luò)出版地址:http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1390.S.20150312.1417.010.html