贵州农业科学2011,39(4):117~120 Guizhou Agricu|tural Sciences [文章编号]1001—3601(2011)04—0241—0117—04 贵州喀斯特地区不同生物措施的水土保持效果 周素萍 ,张兴奇 ,张科利 ,杨光檄。,顾再柯。,赵佳。 (1.南京大学地理与海洋科学学院,江苏南京210093;2.北京师范大学地理学与遥感科学学院,北京100875; 3.贵州省水土保持监测站,贵州贵阳550002) [摘 要]为了进行水土保持生物措施的合理配置,园地制宜地治理贵州喀斯特地区的水土流失,通过 野外径流小区观测试验,对贵州喀斯特地区不同生物措施的水土保持效果进行了研究。结果表明,各种生物 措施的水土保持效果为经济林>人工草地>水保林,其中,经济林措施中梨树>桃树>板栗,人工草地措施 中黑麦草>白三叶,水保林措施中杨树与墨西哥柏混交林>墨西哥柏>杨树。与撂荒坡耕地相比,经济林 (梨树)的保土效果和保水效果均比较好,而香樟、柏树、马尾松等水保林在坡度较陡时不具备保水效果。 [关键词]喀斯特;水土流失;生物措施;坡耕地;贵州 [中图分类号]S157.2 [文献标识码]A Effect of D ifferent B iological Measures on Soi l and Water Conservation in Karst Areas of Guizhou Province ZHOU Su—ping ,ZHANG Xing—qi ,ZHANG Ke—li ,YANG Guang—xi。,GU Zai—ke。,ZHAO Jia。 (1.School of Geographic and Oceanographic Sciences,Nanjing University,Nanjing,Jiangsu 210093;2.School of Geography and Remote Sensing Science,Beijing Normal University,.Beijing 100875;3.Guizhou Monitoring Station of Soil and Water Conservation,Guiyang,Guizhou 550002,China) Abstract:The field runoff experiments were conducted to study the effect of different biological measures on soil and water conservation in Karst areas of Guizhou province.The results showed that the soil and water conservation effect of different biological measures was economic forest>artificial pasture> water conservation forest.the soil and water conservation effect was pear trees>peach trees>Chinese chestnut trees in different economic forests,the soil and water conservation effect was ryegrass>white clover in artificial pastures and the soi1 and water conservation effect was mixed forest(Portuguese cypress X poplar)>Portuguese cypress forest>poplar forest,the soil and water conservation effect of pear trees iS better than that of the abandoned land,Cinnamormum camphora,cypress and Pinus massoniana planted on steep sloping land had no water conservation effect. Key words:Karst;water losses and soil erosion;biological measure;sloping farmland;Guizhou 水土流失是区域生态环境退化的重要表现形式 为山地和丘陵,是全国惟一没有平原支撑的山区省 之一[1]。中国喀斯特地区水土流失的研究开始于 份_5]。贵州地区喀斯特地貌发育非常典型,喀斯特 20世纪9O年代,起步较晚。其中,以贵州喀斯特地 地貌面积达12.98万km。,占全省国土面积的 区开展的水土流失研究较多。对喀斯特水土流失影 73.6 。贵州属亚热带湿润季风气候,冬暖夏凉,多 响因素的研究主要有地质、地貌、植被、土壤、气候 年平均降水量l 100~1 300 mm,降水多集中于夏 等 ]。然而以前的定性研究较多,定量研究较少。 季。贵州土壤的地带性属中亚热带常绿阔叶林红 喀斯特脆弱生态环境变异敏感度高、异质性强、承受 壤一黄壤地带。中部及东部广大地区为湿润性常绿 灾害的阈值低、环境承载力小、治理上具有很大的难 阔叶林带,以黄壤为主;西南部为偏干性常绿阔叶林 度,而且还因为复杂的人文过程影响(如人口增长、 带,以红壤为主;西北部为具北亚热成分的常绿阔叶 人地矛盾加剧等)增加了治理的难度和复杂性_3j。 林带,多为黄棕壤。还有受母岩制约的石灰土和紫 西南喀斯特地区已采取了多种多样的水土流失治理 色土、粗骨土、水稻土等土类。贵州耕地资源匮乏, 措施,既有封山育林、植树造林等生物措施,也有坡 2002年底,全省实有耕地面积1.77×10 hm ,人均 改梯等工程措施,在局部地区取得了一定成效,但大 耕地面积不到0.05hm ,远低于全国平均水平。贵 部分治理措施并未达到预期效果l_4]。 州省坡耕地面积占耕地总面积的61.O1 9,6,坡度6。~ 贵州地处云贵高原东部,全省地貌可概括分为 25。的耕地占61.O1 ,全省小于6。的耕地仅占全省耕 高原、山地、丘陵和盆地4种基本类型,境内山脉众 地总面积的19.10 。大于25。的坡地占19.89 ,导 多,千沟万壑,地形支离破碎。其中92.5 的面积 致农耕坡地成为水土流失的主要来源_5 ]。 [收稿日期] 2010—11-30;2011-03一lO修回 [基金项目] 贵州省水土保持监测站科研项目“西南喀斯特地区土壤侵蚀机理及水土流失预测研究”(2006200) [作者简介] 周素萍(1985一),女,在读硕士,研究方向:环境科学、土壤侵蚀和水土保持。E—mail:zsp_zsI:,@163.corn *通讯作者 张兴奇(1964一),男,博士,副教授,从事水资源与水环境、土壤侵蚀和水土保持研究。E—mail:zxqrh@nju.edu.cn 贵州农业科学 贵州水土流失严重,2002年贵州省水土流失面 积73 078.56km ,占土地面积的41.52 。根据西 南岩溶区水土流失强度的分级标准 ],毕节和龙里 地区属强度土壤流失区。水土流失导致了石漠化结 果_8],贵州省地处我国西南喀斯特中心,是全国石漠 化面积最大、危害最为严重的省份 ]。要治理石漠 化,首先必须防治水土流失口 。陡坡地耕种是加剧 水土流失,导致石山荒漠化的主要原因¨1 。为此, 研究不同生物措施对发育于贵州喀斯特地区裸露坡 面和撂荒坡耕地水土流失的影响,旨在科学选择有 依据。 1 研究方法 1.1 试验设计 1.1.1 裸露坡面不同生物措施的水土保持 采取 野外径流小区试验法,试验地设置在黔南州龙里县 羊鸡冲小流域,土壤为黄壤,具体情况见表1,为了 排除干扰,定期清除小区内杂草。 1.1.2 撂荒坡耕地不同生物措施的水土保持 试 验小区设置在黔北地区遵义县浒洋水小流域,具体 情况见表2。 m 效的保水保土措施,为贵州水土保持工作提供理论 表1 羊鸡冲小流域不同生物措施的小区设置 Table 1 The plot design of different biological measures in Yangj ichong small watershed 注:空白表示该小区无此项(下同)。 Note:The blank space indicate nothing set for the item in the column.The same below. 表2 浒洋水小流域不同生物措施的小区设置 Table 2 The plot design of different biological measures in Huyangshui small watershed m 注:“一”指在相应坡度未设置该类型小区。 Note:“一”indicate no plot set for this gradient. 1.2 数据来源 e,/ 一(R。一R6)/R ×100 试验数据为2007--2009年侵蚀性降雨发生后 各试验小区的泥沙量和径流量观测结果,降雨过程 由设置在小区的自记雨量计记录。 式中,e,为保水效果( ),R 为某一种生物措施 类型的产流量Vm。/(hm。・a)],R 为对照的产流量 Fm。/(hm。・a)]。 1.3 计算方法[1 。 保土效果是将其他生物措施类型产沙量与对照 进行比较,计算公式: / 一(S 一S6)/s x100 2 结果与分析 2.1 裸露坡面不同生物措施的水土保持效果 2.1.1 保土效果 由于2007年龙里地区偏干旱, 式中,e 为保土效果( ),S 为某一种生物措施 类型的产沙量[t/(hm ・a)],S。为对照的产沙量 Et/(hm ・a)]。e为正值,表明该小区较对照产沙 量减少,e为负值,则意味着该小区产沙量比对照 多。e值越大,表示保土效果越明显。 与保土效果类似,保水效果是将其他生物措施 各次降雨量及降雨强度普遍偏小,各小区产沙量也 普遍偏小,但仍可体现出不同生物措施条件下土壤 侵蚀的规律性。2007年羊鸡冲小流域降雨量较少, 仅879.54mill,其中侵蚀性降雨421.4mm,当年土 壤侵蚀模数如图1所示。从图1、2看出,不同生物 措施类型小区都有一定的保土效果,其保土效果依 次为经济林>人工草地>水保林。 类型产流量与对照进行比较,计算公式: 第4期 周素萍等贵州喀斯特地区不同生物措施的水土保持效果 、眯较 0焉芒鬟口0 ll0s ・1l9・ 根重显著大于三叶草,根系对土壤有良好的穿插、缠 { 量.薹 籁g _1引。另外, ∞ 鲫 ∞ ∞ 绕、网络固结作用,固土、抗蚀效果较好l加 0 虿 贵州喀斯特地区的气候和水肥条件非常适合杂草生 长,杂草在一定程度上具备保水固土作用。 2.1.2 保水效果羊鸡冲小流域各生物措施小区 保水效果(图3)与其保土效果规律相似,与对照小 区相比均显示出较好的保水效果,且保水效果为经 济林>人工草地>水保林。 水保林2 人工草地2 经济林2 100 图1 羊鸡冲小流域不同生物措施的侵蚀模数 Fig.1 The erosion modulus of different biological 堡孚80 羹l o o 20 measures in Yangj ichong small watershed 水侏杯1 水保杯3 人工覃地1 经l所杯1 经侪林3 水保林2 人工草地2 经济林2 图3 羊鸡冲小流域不同生物措施的保水效果 Fig.3 The water conservation of different biological measures in Yangj ichong small watershed 水保林1 水保林3 人工草地1 经济林1 经济林3 水保林2 人工草地2 经济林2 图2 羊鸡冲小流域不同生物措施的保土效果 Fig.2 The soil conservation of different biological measures in Yangj ichong small watershed 同一生物措施类型不同生物种类小区的保土效 果也表现出不同程度的差异。不同生物措施小区 中,人工草地和经济林各自不同的生物种类之间保 土效果接近,且均比较好。其中,经济林各生物种类 的保土效果很好,依次为梨树>桃树>板栗;人工草 地各不同生物种类也表现出良好的保土效果,且黑麦 草>白三叶;水保林生物措施类型中,保土效果为杨 树与墨西哥柏混交林>墨西哥柏纯林>杨树纯林。 经济林与水保林相比,生长速度快,树冠冠幅较 大,更有利于降雨截留及缓冲雨滴动能,从而更大程 度上减小降雨对地表的击溅侵蚀,而人工草地没有 树冠层,不存在树冠截留降雨的作用,但人工草地地 被层厚而密集,也能有效缓冲雨滴动能对于地表土 壤的直接冲击,减少侵蚀的发生。针叶树树冠截留 量比阔叶树大,有效减少了到达地面的雨量,减少对 土壤的击溅侵蚀[1 ;杨树和墨西哥柏混交林较墨西 哥柏纯林株行距设置稀疏,透光性好,适合杂草生 经济林各生物措施类型小区保水效果均很好且 相差不大;人工草地黑麦草比白三叶保水效果好;水 保林生物措施类型中,杨树和墨西哥柏混交林呈现 出较好的保水效果,墨西哥柏纯林次之,杨树纯林的 保水效果较小。 黑麦草与白三叶相比,须根发达,分蘖多,水土 保持作用相对好[1引。墨西哥柏叶呈鳞片状,叶片上 的雨滴不易形成滴流,且树枝较粗糙利于截留雨水, 杨树叶面宽阔,树干光滑,易于形成滴流,林冠截留 能力差,针阔混交林自由透流系数小,林冠截流能力 强 川,从而减少了降落到地面的雨量,所以,墨西哥 柏的保水效果比杨树好。针阔混交林林下枯落物持 水量大于针叶林和阔叶林口 ,所以,杨树和墨西哥 柏混交林保水效果好过墨西哥柏。 2.2 撂荒坡耕地不同生物措施的水土保持效果 2.2.1 保土效果浒洋水小流域各不同生物措施 的保土效果如表3所示。经济林(梨树)各小区均表 现出很好的保土效果;农作物小区在坡度较缓时表 现出较好的保土效果,但在陡坡不但没有保土效果, 反而导致了土壤侵蚀量增加;水保林的不同苗木类 型均表现出良好的保土效果。可见,经济林(梨树) 和香樟、柏树、马尾松水保林相对于撂荒坡耕地而 长,地表覆盖度较大,有效缓冲了雨滴对土壤表面的 击溅,减少了降雨溅蚀量。黑麦草O~0.4m土层的 言,均具有一定程度的保土效果,并且以经济林(梨 表3 浒洋水小流域不同生物措施的保土及保水效果 Table 3 The soil and water conservation effect of different biological measures in Huyangshui small watershed ・ 12O・ 贵州农业科学 树)和水保林(柏树)的效果最明显。陡坡种植农作 物将导致土壤侵蚀量增加。 2.2.2 保水效果浒洋水小流域各不同生物措施 保水效果如表3所示。经济林(梨树)保水效果较 好。当坡度<15。时,经济林、农作物及香樟、柏树、 马尾松水保林均具有一定的保水效果,而坡度>15。 时各小区(经济林除外)均不具有保水效果。一般情 况下,随着坡度增加,径流速度加快,产流时间变短, 产生的径流量会有所增加,由于贵州省大部分地区 水热条件好,适于草类快速生长,坡耕地撂荒后很快 便会长满杂草。杂草的根系分布在0.2 rn以上的土 壤表层,具有改良表层土壤,增加土壤入渗和土壤抗 蚀性的功能。随着坡度增加撂荒坡耕地(杂草)小区 的径流量增加量相对较少,其他生物措施小区产流 量明显增加,甚至超过了撂荒坡耕地(杂草)小区。 [2]熊康宁,黎平,周忠发.喀斯特石漠化的遥感一GIS型 研究——以贵州省为例[ⅣI].北京:地质出版社,2002. [3] 胡顺光.贵州喀斯特地区小流域尺度生态治理的水土 流失机制研究[D].贵阳:贵州师范大学,2007. [4]杨小青,胡宝清,曹少英.喀斯特山区石漠化生态治理 效果模型:以广西都安瑶族自治县为例EJ].生态与农 村环境学报,2008,24(2):22—26. [5]林昌虎,朱安国.贵州喀斯特山区土壤侵蚀与防治 EJ].水土保持研究,1999,6(2):109一l13. [6]林昌虎,解德蕴,涂成龙,等.贵州山区坡耕地综合利 用与整治EJ].水土保持研究,2004,11(3):211-213. [7]曹建华,蒋忠诚,杨德生,等.中国西南岩溶区土壤允许流 失量及防治对策_J].中国水土保持,2008(12):40—46. [8] 中国科学院学部.关于推进西南岩溶地区石漠化综合 治理的若干建议[J].地球科学进展,2003,18(4): 489—492. [9] 国家林业局.岩溶地区石漠化状况公报[N].中国绿 色时报,2006—6—21(2). 3 小结与讨论 研究结果表明,在贵州喀斯特地区,裸露坡面不 同生物措施的水土保持效果依次为经济林>人工草 地>水保林。其中,经济林措施中梨树>桃树>板 栗;人工草地措施中黑麦草>白三叶;水保林措施中 杨树与墨西哥柏混交林>墨西哥柏>杨树。 以撂荒坡耕地为对照,经济林(梨树)的保水效 果和保土效果均优于其他生物措施。陡坡(坡度> 15。)种植农作物将导致水土流失量的增加,且多于 撂荒坡耕地(杂草)。香樟、柏树、马尾松等水保林在 坡度较陡时不再具有保水效果,而杂草的保水效果 比较明显。因此,缓坡地带适宜发展经济林(梨树 等),陡坡地带则适宜发展培育地带性草类。 为了在贵州喀斯特地区有效防治坡面水土流 失,亟待调整农业产业结构,改变传统的农业耕作方 式,因地制宜地发展畜牧业、林业(经济林、果树林 等),逐步减小陡坡耕地农作物种植面积。 [参 考 文 献] [1] 杨明德.论喀斯特环境的脆弱性[J].云南地理环境研 究,1990,2(1):21—29. 七 七七七 七七女七 七七女 七七 [1O]蒋忠诚,曹建华,杨德生,等.西南岩溶石漠化区水土 流失现状与综合防治对策[J].中国水土保持科学, 2008,6(1):37-42. 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