竹類在水土保持中的作用

劉 超 劉濟(jì)明 蒙朝陽 喻陽武

摘要對(duì)小蓬竹的水土保持特性進(jìn)行研究,結(jié)果表明:相對(duì)于典型的喀斯特灌木群落和草地,小蓬竹群落下土壤的固土、保水、保肥效果更顯著。小蓬竹群落林冠層、枯枝落葉層能夠截留更多的降水;小蓬竹群落能夠有效增加土壤入滲性能;明顯增強(qiáng)土壤的抗蝕性和抗沖性;加快土壤的熟化程度,增加土壤肥力,可為喀斯特生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)和重建提供理論支持。

關(guān)鍵詞小蓬竹;水土保持;喀斯特

中圖分類號(hào)S795文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào) 1007-5739(2009)14-0276-03

喀斯特是指可溶性巖層在水的作用下發(fā)生化學(xué)溶蝕,伴隨有塌陷、沉積等,形成獨(dú)特地貌景觀的過程及結(jié)果[1],是一種脆弱的生態(tài)環(huán)境,土被破碎,土體不連續(xù),土壤保水能力差,其特殊的地質(zhì)、地貌以及降水使喀斯特區(qū)域水土流失嚴(yán)重,成土速度極低,全區(qū)土層瘠薄[2]。水土流失與土地退化已成為這一區(qū)域發(fā)展的主要限制因素[3]。對(duì)小蓬竹水土保持特性的研究,將有助于推動(dòng)小蓬竹在喀斯特恢復(fù)重建過程中的應(yīng)用,有利于推動(dòng)喀斯特生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)與重建。

1研究區(qū)自然概況

研究地點(diǎn)在貴州省羅甸縣董家鄉(xiāng)東躍村。羅甸縣位于貴州南部,東經(jīng)160°23′~107°3′,北緯25°4′～25°45′,地處云貴高原南緣向桂西北山區(qū)與丘陵過渡的斜坡地帶,地勢(shì)北高南低呈階梯式下降。境內(nèi)氣候溫和,雨量充沛,具有春早、夏長、秋遲、冬短的特點(diǎn),日照1 350～1 520h,年平均氣溫19.6℃,極端最高氣溫40.5℃,極端最低氣溫-3.5℃。年平均降雨量1 100～1 300mm(全省最高),年均無霜期長達(dá)335d。屬于亞熱帶季風(fēng)氣候,素有貴州“西雙版納”和“天然溫室”之稱。

2試驗(yàn)方法

2.1林冠層、枯落物層、腐殖質(zhì)層持水量的測(cè)定

小蓬竹群落和灌木群落枯枝落葉層以及腐殖質(zhì)層截留量的測(cè)定采用“浸水法”[4]。而林冠層截流量的測(cè)定采用在林內(nèi)外隨機(jī)布設(shè)雨量筒測(cè)量林內(nèi)、外降雨量,其林內(nèi)、外降雨量,以各5次降雨量為準(zhǔn),由于小蓬竹的竹竿很細(xì),竹葉茂密,而降雨強(qiáng)度相對(duì)較大,所以樹干的徑流量相對(duì)降水和林冠截留量而言可忽略不計(jì)(霍竹等,2005),故林冠截留量為林外與林內(nèi)降水量之差。利用“樣方收獲法”測(cè)定單位面積為1m×1m的小蓬竹群落和灌木群落枯枝落葉層以及腐殖質(zhì)層的生物量,每種群落類型重復(fù)10次[5]。

2.2土壤物理性質(zhì)測(cè)定

研究?jī)?nèi)容包括土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體、土壤滲透性以及土壤機(jī)械組成。其中,土壤滲透性測(cè)定采用室內(nèi)環(huán)刀法;土壤機(jī)械組成測(cè)定采用比重計(jì)法;水穩(wěn)性團(tuán)聚體測(cè)定采用機(jī)械篩分法,用孔徑為5.00mm、2.00mm、1.00mm、0.50mm、0.25mm的土壤篩對(duì)土樣進(jìn)行干篩和濕篩,分別稱各級(jí)團(tuán)聚體的重量(精確到0.01g),計(jì)算各級(jí)團(tuán)聚體的百分含量及團(tuán)聚體的總含量[6]。

3結(jié)果與分析

3.1小蓬竹群落的水文學(xué)作用

森林植被通過影響水文過程,促進(jìn)降雨再分配,影響土壤水分運(yùn)動(dòng),改變產(chǎn)流匯流條件,進(jìn)而在很大程度上起到消減地表徑流、增加枯水徑流、控制土壤侵蝕、改善生態(tài)環(huán)境的作用。而這些作用,主要是通過林冠層、枯枝落葉層、腐殖質(zhì)層對(duì)降水進(jìn)行重新分配來實(shí)現(xiàn)的。

森林水源涵養(yǎng)功能首先體現(xiàn)在林冠層對(duì)降雨的截留。林冠層降水截留作用的大小由林冠層枝葉的生物量、葉面積指數(shù)和持水率決定 。

由表1可知,相同生境條件、降雨條件下,小蓬竹林冠層對(duì)降雨的截流量明顯優(yōu)于灌木群落,小蓬竹對(duì)5次降雨的平均截流率達(dá)到17.32%,而相同的降雨條件下,灌木群落的平均截流率只有12.84%。F值為24.281> F0.05(3,2)=19.16,sig.值為0.038<0.05,二者差異顯著,即林冠層對(duì)降雨的分配作用,小蓬竹群落優(yōu)于灌木群落。

枯枝落葉層的持水能力是反映其水文作用的一個(gè)重要指標(biāo),通常用干物質(zhì)重的最大持水率來表示。林地內(nèi)枯枝落葉通過腐殖質(zhì)的形成,改善土壤結(jié)構(gòu)及其持水性能[8]?？葜β淙~層的持水量及截留量與其樹種、干物質(zhì)質(zhì)量有密切關(guān)系。

由表2可知,灌木群落枯枝落葉層干重為122g的物質(zhì),截留量為304g,持水率為249.20%;小蓬竹群落枯枝落葉層干重為118g的物質(zhì),截留量可達(dá)332g,持水率達(dá)到281.30%。F值為229.42>F0.05(4,1)=224.60,sig.值為0.049<0.05,二者差異顯著,小蓬竹群落枯枝落葉層持水率強(qiáng)于灌木群落。

腐殖質(zhì)層是森林生態(tài)系統(tǒng)中植被凋落物腐爛堆積形成的一個(gè)森林水文作用層面。土壤有機(jī)質(zhì),特別是腐殖質(zhì)是土壤最好的膠結(jié)劑,是決定土壤抵抗水土流失能力強(qiáng)弱的重要因子,而腐殖質(zhì)層水文學(xué)作用最直接的體現(xiàn)就是對(duì)降水的截留,實(shí)現(xiàn)森林降水的再分配[9]。灌木群落腐殖質(zhì)層干重為602g的物質(zhì)其截留量為1 328g,持水率達(dá)220.6%;小蓬竹群落532g的干物質(zhì)截留量為1 248g,持水率達(dá)234.60%。F值為0.647,sig值為0.654>0.05,二者差異性不顯著。

綜上所述,小蓬竹群落林冠層的截留率優(yōu)于相同生境條件下的喀斯特灌木群落,而枯枝落葉層的持水量也比灌木群落大,但2個(gè)群落的腐殖質(zhì)層的持水量差異不顯著,群落的水文學(xué)特性較典型的喀斯特灌木群落優(yōu)越。

3.2小蓬竹群落對(duì)土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體的影響

土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體數(shù)量是表征土壤物理性狀的重要指標(biāo)。土壤有機(jī)質(zhì)是土壤水穩(wěn)性結(jié)構(gòu)的膠結(jié)劑,有機(jī)質(zhì)含量豐富的土壤可形成良好的團(tuán)粒結(jié)構(gòu),從而增強(qiáng)土壤的抗蝕能力[9,10]。水穩(wěn)性團(tuán)聚體是由有機(jī)質(zhì)膠結(jié)而成的團(tuán)粒結(jié)構(gòu),可以改善土壤結(jié)構(gòu),具有較高的穩(wěn)定性,水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量越高,土壤抗蝕能力越強(qiáng)[10]。因此,土壤抵抗雨滴直接沖擊、徑流分散及懸浮能力取決于土壤團(tuán)粒水穩(wěn)性[11,12]。相關(guān)研究表明,林分對(duì)土壤抗侵蝕性能的影響主要是針對(duì)表層土壤而言[13],土壤抗侵蝕能力也主要取決于表層土壤的性質(zhì)[14],因此,本試驗(yàn)只對(duì)0～20cm土壤層的抗侵蝕性能進(jìn)行研究。

土壤抗沖性隨土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體(>0.25mm)含量增加而增大[15],由表3可知,相對(duì)相同生境條件下的草地和灌木群落,小蓬竹的水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量93.2%,是草地的1.10倍,是灌木群落的1.03倍,三者之間關(guān)于水穩(wěn)性團(tuán)聚體的差異性檢驗(yàn)的F值39.667>F0.05(2,12)=3.89,sig.值為0.000<0.05,三者差異顯著,且三者之間兩兩差異也顯著。說明小蓬竹在增強(qiáng)林下土壤的抗蝕性方面有比典型喀斯特草地和灌木叢更強(qiáng)的作用,即在遭受同樣等級(jí)的土壤侵蝕的狀況下,小蓬竹群落受到的破壞要小于灌木群落和草地。

3.3小蓬竹林地對(duì)土壤機(jī)械組成的影響

機(jī)械組成是構(gòu)成土壤結(jié)構(gòu)體的基本單元。土壤物理性質(zhì)的好壞,土壤的透水性能、機(jī)械組成狀況等是重要標(biāo)志。根據(jù)對(duì)小蓬竹群落、灌木群落和草地的土壤物理性質(zhì)分析測(cè)定(表4),不同群落對(duì)林下土壤的機(jī)械組成具有明顯影響。粒度0.1～1.0mm的顆粒,草地為50.3%,灌木林為40.3%,小蓬竹林地為45.6%;粒度為0.01～0.10mm的顆粒,草地為13.4%,灌木林為31.0%,小蓬竹林地為30.7%;粒度為0.001～0.010mm的顆粒,草地為36.3%,灌木林為28.7%,小蓬竹林地為23.7%。草地屬于砂粘土,灌木林和小蓬竹林地均屬于粉壤土,灌木林和小蓬竹林地土壤機(jī)械組成情況明顯好于草地;灌木林和小蓬竹林地都屬于粉壤土,由于灌木林和小蓬竹林地土壤機(jī)械組成情況明顯好于草地,所以對(duì)草地不予考慮。根據(jù)灌木林地和小蓬竹林地土壤機(jī)械組成情況來看,灌木林地土壤持水能力優(yōu)于小蓬竹林地,但小蓬竹林地透水性優(yōu)于灌木林地。

3.4小蓬竹群落對(duì)土壤滲透性能的影響

土壤的滲透性能是土壤的重要水分物理性質(zhì)之一,也是林分涵養(yǎng)水源的重要指標(biāo)。土壤滲透性能的好壞,直接關(guān)系到地表產(chǎn)生徑流量的大小,對(duì)土壤侵蝕的影響很大。土壤的滲透性能越好,地表徑流就越少,土壤的侵蝕量也會(huì)相應(yīng)地減少。

由表5可知,相同植被條件下,0~10cm土層的滲透速度和滲透系數(shù)明顯高于10~20cm土層,說明植被對(duì)表層土壤的影響比對(duì)下層土壤的影響明顯。不同植被條件下,不論是0~10cm、還是10~20cm的土層,三者之間關(guān)于土壤滲透速度的差異性檢驗(yàn)F值為16.063> F0.05(2,12)=3.89,sig.值為0.000<0.05,三者差異顯著,且三者之間兩兩差異顯著(表6)。后2種植被類型的土壤滲透速度和滲透系數(shù)均較草地高,而小蓬竹群落的滲透速度和滲透系數(shù)又高于灌木群落。說明小蓬竹對(duì)局部土壤的改善能力較典型的喀斯特草地群落和灌木群落強(qiáng),是一個(gè)能夠適應(yīng)喀斯特特殊立地條件的竹種,可用于該地區(qū)造林。

4小結(jié)

(1)相同生境條件、降雨條件下,小蓬竹林冠層對(duì)降雨的截流量明顯優(yōu)于灌木群落,小蓬竹枯枝落葉層以及腐殖質(zhì)層持水率相較于灌木群落有較大幅度的提升,大大降低了降水直接沖刷侵蝕地表的機(jī)會(huì)。

(2)小蓬竹群落土壤中水穩(wěn)性團(tuán)聚體的數(shù)量要高于灌木群落和草地,其中水穩(wěn)性團(tuán)聚體的數(shù)量是草地的1.10倍,是灌木群落的1.03倍,說明小蓬竹在增強(qiáng)林下土壤抗蝕性方面有著比典型的喀斯特草地和灌木叢更強(qiáng)的作用。在遭受同樣等級(jí)的土壤侵蝕的狀況下,小蓬竹群落受到的破壞要小于灌木群落和草地。

(3)灌木群落和小蓬竹群落林地土壤機(jī)械組成情況明顯好于草地,灌木林地土壤持水能力好于小蓬竹林地,但是小蓬竹林地透水性優(yōu)于灌木林地。

(4)灌木群落和小蓬竹群落林下土壤滲透速度和滲透系數(shù)均較草地高,而小蓬竹群落的滲透速度和滲透系數(shù)又高于灌木群落,小蓬竹對(duì)局部土壤的改善能力較典型的喀斯特草地群落和灌木群落強(qiáng),是一個(gè)能夠適應(yīng)喀斯特特殊立地條件的竹種,可用于該地區(qū)的造林。

綜上所述,小蓬竹對(duì)增強(qiáng)土壤的固土、保水、保肥能力效果十分顯著。首先,小蓬竹林冠能將降水大量截留,可減少雨滴對(duì)地面的打擊;其能產(chǎn)生大量的枯落物,可有效地削減雨滴的能量,腐蝕分解后可改善土壤的理化性質(zhì),增強(qiáng)土壤的持水能力。其次,小蓬竹群落土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體的數(shù)量高于灌木群落和草地,即土壤的抗蝕性增強(qiáng),從而起到明顯的固土作用。最后,小蓬竹群落能明顯加快土壤的熟化程度,使其對(duì)營養(yǎng)物質(zhì)的吸附能力加強(qiáng),增強(qiáng)了土壤的保肥能力。

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