對石漠化地區(qū)不同水土保持措施的生態(tài)服務(wù)功能評價

柏勇+杜靜+楊婷婷+王正選+邱金亮+李靖

摘要：為了研究不同水土保持措施對石漠化地區(qū)的治理效果，進(jìn)一步探索和完善石漠化地區(qū)水土流失治理工作，以云南沾益石漠化地區(qū)為研究對象，對水保林、坡耕地+巨菌草、坡改梯耕地、經(jīng)果林等不同水土保持措施對石漠化徑流小區(qū)涵養(yǎng)水源和保護(hù)與改良土壤等生態(tài)服務(wù)功能進(jìn)行分析，得出以下結(jié)論：（1）在石漠化地區(qū)實施不同水土保持措施后的土壤涵養(yǎng)水源能力不同，其中，經(jīng)果林、梯地、水保林的土壤涵養(yǎng)水源能力較好。（2）水保林、經(jīng)果林、梯地能有效減少土壤侵蝕量，增加土壤孔隙度，增加有機(jī)質(zhì)含量等。綜合分析表明：水保林、經(jīng)果林、梯地、坡耕地在涵養(yǎng)水源、保護(hù)與改良土壤等生態(tài)服務(wù)功能方面優(yōu)于荒山草地。

關(guān)鍵詞：石漠化；水土保持；徑流量；土壤侵蝕量；土壤結(jié)構(gòu)；土壤肥力

中圖分類號：S157 文獻(xiàn)標(biāo)識號：A 文章編號：1001-4942（2017）08-0089-05

Abstract In order to study how different soil and water conservation measurements affecting rocky desertification area， explore and improve the management of soil and water conservation in Karst area， the rocky desertification in Zhanyi County of Yunnan Province had been selected to analyze the ecological service function of water conservation and soil improvement after taking different measures in 5 runoff plots of soil and water conservation forest， economic fruit forest， slope farmland（with Pennisetum sp.）， terracing farmland， wild grass land respectively.The results showed that：（1）different water conservation functions were obtained after taking different measures in rocky desertification area， and the water conservation function of soil and water conservation forest， economic fruit forest，terracing farmland were better than others. （2） The measures of soil and water conservation forest， economic fruit forest，terracing farmland could make soil erosion reduced， soil porosity and organic matter content increased. The comprehensive analyses indicated that soil and water conservation forest， economic fruit forest， slope farmland（with Pennisetum sp.） and terracing farmland were better than wild grass land in improving the ecological service function of water and soil conservation.

Keywords Rocky desertification；Water and soil conservation； Runoff；Soil erosion； Soil structure；Soil fertility

云南省是我國石漠化主要分布區(qū)之一，巖溶面積為11.09×104 hm2，占全省國土面積的28.15%[1]。石漠化導(dǎo)致可利用耕地減少，涵養(yǎng)水源能力下降，旱澇災(zāi)害頻繁，土壤肥力下降，小生境氣候惡化，生物多樣性被破壞等危害。依照國家《巖溶地區(qū)石漠化綜合治理規(guī)劃大綱（2008—2015年）》，在石漠化區(qū)域展開了綜合治理，試點工作也積極推進(jìn)。經(jīng)過多年的治理，石漠化片區(qū)生態(tài)有了很大起色，隨著石漠化地區(qū)水土流失綜合治理建設(shè)的逐步完成，研究巖溶石漠化區(qū)水土保持綜合治理的效果成為一項迫在眉睫的工作。

在 20 世紀(jì) 90 年代，Daily[2]系統(tǒng)地對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的概念、研究簡史、價值評估理論、不同生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)功能等方面的內(nèi)容進(jìn)行了研究。在同一時期，Costanza等[3]發(fā)表了一篇轟動世界的文章《The Value of the Worlds Ecosystem Services and Natural Capital》，文章第一次對全球生物圈生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值開展了估算。

我國一些學(xué)者也對生態(tài)服務(wù)功能的概念進(jìn)行了研究[4-7]，其中，歐陽志云等[5]對中國陸地生態(tài)服務(wù)功能進(jìn)行了開創(chuàng)性研究；李魯欣等[6]利用層次分析法對鄱陽湖流域進(jìn)行生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評價；余新曉等[7]通過分析水土保持各項措施對自然環(huán)境條件的綜合效用，認(rèn)為水土保持生態(tài)服務(wù)功能是指在水土保持過程中所采用的各項措施對保護(hù)和改良人類及人類社會賴以生存的自然環(huán)境條件的綜合效用。

本文在前人對生態(tài)服務(wù)功能研究的理論基礎(chǔ)上，以云南省沾益區(qū)官麥地小流域的水土保持綜合治理為例，對水土保持綜合治理的涵養(yǎng)水源和保護(hù)與改良土壤等生態(tài)服務(wù)功能進(jìn)行初步探討。endprint

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗小區(qū)位于云南省曲靖市沾益區(qū)白水鎮(zhèn)境內(nèi)，距縣城48 km，位于E 104°01′48″～104°07′12″，N 25°42′10″～25°45′26″，地勢西高東低，海拔在2 010～2 228 m之間，其地貌類型屬高原山區(qū)巖溶地貌（多屬峰叢洼地），屬典型中度石漠化地區(qū)[8]。

試驗小區(qū)所在小流域總面積31.66 km2，其中耕地占34.60%、林地占51.42%、經(jīng)果林占0.76%、荒山荒坡占11.25%、水域占0.28%、難以利用地占0.30%、非生產(chǎn)用地占1.39%；共741戶，2 929人，其中：農(nóng)業(yè)人口2 901人，農(nóng)業(yè)勞動力1 791人，人口密度93人/km2。年平均氣溫15℃，多年平均降雨量943.60 mm，降雨主要集中在6—10月。流域內(nèi)土壤類型有紅壤、黃棕壤、紫色土、石灰土和水稻土，其中紅壤分布最廣。流域內(nèi)以傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)為主，主要種植玉米、馬鈴薯、小麥、烤煙、萬壽菊等作物[9]。

1.2 研究方法

1.2.1 試驗設(shè)計 本試驗共設(shè)坡耕地（巨菌草）、坡改梯耕地（玉米）、經(jīng)果林（核桃）、水保林（云南松）、荒山草地五種不同土地利用類型小區(qū)，坡度為15°，徑流小區(qū)面積為100 m2，即20 m×5 m[10]，同一土地類型設(shè)置3個試驗小區(qū)。

1.2.2 試驗方法 用簡易雨量站監(jiān)測記錄降雨量，用儲存式自記水位計觀測徑流量，泥沙手工取樣、用置換法測定含沙量[11]。每次降雨后進(jìn)行監(jiān)測，各小區(qū)配有專人按操作規(guī)范管理小區(qū)和監(jiān)測產(chǎn)流產(chǎn)沙情況。取不同深度的土壤（0～20、20～40、40～60 cm），用烘干法測定土壤含水量，用環(huán)刀法測定土壤容重、毛管孔隙度和非毛管孔隙度。半微量開氏法（GB7173—87）測土壤全氮，NaOH熔融-鉬銻抗比色法（GB9837—88）測土壤全磷，土壤有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法測定。

試驗所得數(shù)據(jù)用Microsoft Excel 2010進(jìn)行計算和圖表制作，用SAS進(jìn)行統(tǒng)計分析。采用單因素方差分析、Duncans多重比較法檢驗差異顯著性。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同水土保持措施對土壤涵養(yǎng)水源功能的影響

2.1.1 不同水土保持措施的土壤持水能力 由表1看出，0～20 cm土層水保林毛管持水量最高，其后依次是經(jīng)果林、梯地、坡耕地、荒山草地。20～40 cm土層梯地毛管持水量最高，40～60 cm土層經(jīng)果林毛管持水量最高。不同土地利用類型毛管持水量均值分布在23.17%～30.57%之間，毛管持水量大小依次為經(jīng)果林>梯地>水保林>坡耕地>荒山草地，毛管持水量最大的經(jīng)果林較荒山草地高31.94%。不同土地利用類型最大持水量均值分布在28.70%～36.64%之間，最大持水量大小依次為梯地>水保林>經(jīng)果林>坡耕地>荒山草地，梯地的最大持水量較荒山草地高27.69%。

2.1.2 不同水土保持措施的產(chǎn)流量 由表2可知，侵蝕性降雨和產(chǎn)流主要集中在6—9月，分別占全年的85.64%和85.93%。總產(chǎn)流量由大到小的順序為：坡耕地>荒山草地>梯地>經(jīng)果林>水保林。經(jīng)果林和水保林的總產(chǎn)流量無顯著差異，但與坡耕地、梯地、荒山草地之間差異顯著（P<0.05）。坡耕地總產(chǎn)流量最多，經(jīng)果林、水保林較坡耕地總產(chǎn)流量分別減少了70.55%、74.02%。9月產(chǎn)流量最大，經(jīng)果林、水保林與坡耕地、梯地、荒山草地之間差異顯著（P<0.05），其中，水保林的產(chǎn)流量最少，較經(jīng)果林、梯地、荒山草地、坡耕地分別減少了13.01%、52.44%、59.47%、69.60%。

2.2 不同水土保持措施對保護(hù)和改良土壤功能的影響

2.2.1 不同水土保持措施對土壤侵蝕量的影響 從表3看出，各水土保持措施在6月和7月產(chǎn)生的土壤侵蝕量最大，分別占總侵蝕量的65.00%、50.35%、56.13%、52.43%和46.03%。總土壤流失量為荒山草地>坡耕地>梯地>經(jīng)果林>水保林，經(jīng)果林、水保林與坡耕地、梯地和荒山草地之間差異顯著（P<0.05），水保林土壤侵蝕量最少，較經(jīng)果林、梯地、坡耕地和荒山草地分別減少了28.96%、74.30%、81.44%、84.53%。

2.2.2 不同水土保持措施對土壤物理性狀的影響 由表4可知，同一水土保持措施土壤0～20 cm土層容重低于20～40 cm土層和40～60 cm土層，隨著土層加深，容重逐漸增加；不同水土保持措施的土壤容重均值大小順序為水保林<梯地<經(jīng)果林<坡耕地<荒山草地，水保林土壤容重（1.23 g/cm3）較荒山草地（1.40 g/cm3）低12.14%。0～20 cm土層非毛管孔隙度最高的是經(jīng)果林，其后依次是坡耕地、水保林、梯地、荒山草地；20～40 cm土層非毛管孔隙度最高的是水保林，其后依次是經(jīng)果林、梯地、荒山草地、坡耕地；40～60 cm土層非毛管孔隙度最高的是經(jīng)果林，其后依次是水保林、梯地、荒山草地、坡耕地。不同水土保持措施土壤的非毛管孔隙度均值大小為經(jīng)果林>水保林>梯地>荒山草地>坡耕地。0～20 cm土層毛管孔隙度最高的是梯地，其后依次是水保林、荒山草地、坡耕地、經(jīng)果林；20～40 cm土層毛管孔隙度最高的是梯地，其后依次是坡耕地、水保林、經(jīng)果林、荒山草地；40～60 cm土層毛管孔隙度最高的是梯地，其后依次是水保林、經(jīng)果林、荒山草地、坡耕地。不同水土保持措施土壤的毛管孔隙度均值大小為梯地>水保林>經(jīng)果林>荒山草地>坡耕地。不同水土保持措施土壤的總孔隙度大小為梯地>經(jīng)果林>水保林>荒山草地>坡耕地，總孔隙度最大的梯地較最小的坡耕地高24.81%。

2.2.3 不同水土保持措施的土壤全氮、全磷含量 由圖1可知，除坡耕地外，其他土地利用類型0～20 cm土層土壤全氮含量都比20～40 cm土層高。五種土地利用類型20～40 cm土層土壤全氮含量均高于40～60 cm土層。土壤全氮含量均值依次為：坡耕地>經(jīng)果林>水保林>梯地>荒山草地，且前四種類型分別比荒山草地高90.63%、74.48%、26.56%和22.40%，0～20 cm土層經(jīng)果林土壤全氮含量最高，20～40 cm 和40～60 cm土層坡耕地土壤全氮含量最高，荒山草地0～40 cm 土層全氮含量都比其他土地利用類型低。endprint

由圖2可知，對相同水土保持措施不同土層的土壤全磷含量進(jìn)行比較，除梯地20～40 cm土層土壤全磷含量低于40～60 cm土層外，其他土地利用類型均是0～20 cm土層>20～40 cm土層>40～60 cm土層。0～20 cm土層坡耕地和經(jīng)果林土壤全磷含量較高，20～40 cm土層坡耕地、經(jīng)果林和水保林土壤全磷含量較高。不同水土保持措施土壤全磷含量表現(xiàn)為坡耕地>經(jīng)果林>水保林>梯地>荒山草地，前四種類型分別較荒山草地高123.64%、96.36%、67.27%和16.64%。

2.2.4 不同水土保持措施的土壤有機(jī)質(zhì)含量 由圖3可以看出，經(jīng)果林土壤有機(jī)質(zhì)含量最高，其后依次是梯地、坡耕地和水保林，荒山草地土壤有機(jī)質(zhì)含量最低。 經(jīng)果林、梯地、水保林和坡耕地土壤有機(jī)質(zhì)含量分別較荒山草地高150.35%、84.14%、51.03%和44.83%。按照土壤全量養(yǎng)分等級劃分標(biāo)準(zhǔn)，梯地和經(jīng)果林的有機(jī)質(zhì)為高量水平，其他地類有機(jī)質(zhì)含量為中等水平。

3 討論與結(jié)論

（1）在石漠化地區(qū)實施不同水土保持措施后的土壤涵養(yǎng)水源能力不同，經(jīng)果林、梯地、水保林的土壤持水能力最好，且產(chǎn)流量相對較少，涵養(yǎng)水源能力較好。經(jīng)果林和水保林主要表現(xiàn)在植被具有截留降水、增強(qiáng)土壤下滲、抑制蒸發(fā)、緩和地表徑流、增加降水等功能[12]。在時間上，這些功能可以延長徑流時間，增加下滲時間，使徑流被土壤充分吸收，從而增加土壤含水量；在空間上，林草將降雨產(chǎn)生的地表徑流轉(zhuǎn)變?yōu)橥寥缽搅骱偷叵聫搅?，或者通過蒸騰蒸發(fā)的方式將水分返回大氣中，進(jìn)行大范圍的水分循環(huán)，對大氣降水進(jìn)行再分配[13]。同時，枯枝落葉層和地下根系也對水源涵養(yǎng)生態(tài)服務(wù)功能的發(fā)揮起著舉足輕重的作用。枯枝落葉層對涵養(yǎng)水源具有特別重要的意義，枯枝落葉層的最大持水量一般為其自身干重的2～4倍，根系能夠增加土壤的非毛管孔隙度，從而增強(qiáng)土壤下滲，提高土壤含水量，減少地表徑流[4]。梯地主要是通過改變土壤理化性質(zhì)，從而影響土壤蓄水、持水、理水等方面的能力[14]。

（2）水保林、經(jīng)果林、梯地能有效減少土壤侵蝕量，增加毛管孔隙度和非毛管孔隙度，提高有機(jī)質(zhì)含量等，保護(hù)和改良土壤。當(dāng)雨滴以較高速度運動下降時最先受到植被地上部分枝葉的攔擋和截持，使雨滴下降時產(chǎn)生的部分動能分解和消除，從而減緩雨滴對地表的沖擊力，一定程度上減少了土壤濺蝕；其次，地表的枯枝落葉層，會進(jìn)一步降低雨滴對地表的濺蝕作用和徑流對地表的沖刷；最后，土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)較好和具有很好滲透性的土層，使大量水分下滲，從而減少了地表徑流對土壤的沖刷作用，同時植被的根系、凋落物、死根及其生物殘體、代謝產(chǎn)物等，在地表或土層進(jìn)行積累、分解和轉(zhuǎn)化，促進(jìn)土壤及植物——土壤體系的能量傳遞和物質(zhì)交換，增加土壤肥力[4]。魏義長等[15]研究也表明人工種草、水保林、經(jīng)果林等水保措施可以降低土壤容重，增大土壤孔隙度，改善土壤結(jié)構(gòu)，提高土壤的通透性和機(jī)械穩(wěn)定性。林興生等[16]研究種植巨菌草對土壤微生物群落功能多樣性及土壤肥力的影響結(jié)果也表明種植巨菌草可提高土壤肥力。本試驗結(jié)果表明坡耕地種植巨菌草能提高土壤全氮、全磷含量。不同土地利用類型中，坡耕地的土壤全氮、全磷含量最高，其次是經(jīng)果林和水保林，荒山草地最低。

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