彭紹云，顧祝軍，修 平

（1．福建省長(zhǎng)汀縣水土保持監(jiān)測(cè)站，福建 長(zhǎng)汀366300；2．南京曉莊學(xué)院 生物化工與環(huán)境工程學(xué)院，南京211171）

由于自然條件和歷史原因，我國(guó)南方紅壤水蝕區(qū)已成為僅次于黃土高原的嚴(yán)重水土流失區(qū)［1］，直接威脅著區(qū)域生態(tài)環(huán)境的健康，并很大程度上阻礙了區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。植被是控制水土流失的關(guān)鍵因子［2－3］，植被恢復(fù)重建是治理水土流失的常用手段之一［4］，多年來(lái)，南方水蝕區(qū)的植被重建工作已廣泛開(kāi)展［5－6］。而不同植被類(lèi)型的水土保持效應(yīng)，是水土保持工作中不可回避的問(wèn)題。因此，植被水土保持效應(yīng)的研究具有迫切的理論和現(xiàn)實(shí)意義。

近年來(lái)，植被水土保持效應(yīng)研究廣泛開(kāi)展，如楊春霞等［7］研究了裸地、紫花苜蓿（MedicagosativaLinn）草地和小葉女貞（LigustrumquihouiCarr．）林地的水土流失差異，結(jié)果表明，草地的減水減沙作用最明顯，與裸地相比減少產(chǎn)沙量97．24%～99．63%，減少?gòu)搅髁?2．04%～80．46%，而受栽植活動(dòng)的影響，剛栽植的灌木林地沒(méi)有水土保持作用，且坡面上栽植密度越大水土流失越嚴(yán)重。左長(zhǎng)清等［8］對(duì)百喜草 （PaspalumnatatuFliigge）、狗 牙 根 （Cynodon dactylon）和寬葉雀稗（PaspalumwettsteiniiHackel）三種草本的研究表明，植被的水土保持效應(yīng)以百喜草最優(yōu)，狗牙根居中，而寬葉雀稗最差，同時(shí)降雨量越大，各植被水土保持效應(yīng)的差異越明顯。范淑英等［9］在紅壤坡地上進(jìn)行了葛藤（Puerarialobata）和百喜草的水土保持和土壤改良效應(yīng)對(duì)比研究，發(fā)現(xiàn)葛藤和百喜草能有效地提高土壤持水量，提高土壤pH值，增加土壤有機(jī)質(zhì)和N，P，K含量，并大大減少?gòu)搅髁亢屯寥狼治g量，而且葛藤的綜合效果優(yōu)于百喜草。吳大通等［10］的研究表明，2a生的胡枝子（LespedezabicolorTurcz）可減少土壤侵蝕74．2%，若與草類(lèi)配合，即在條溝之間種植百喜草帶，當(dāng)年就可有效地控制侵蝕。陳仁興等［11］則在馬尾松（Pinus massoniana）林地設(shè)立了套種胡枝子、合歡（Albizzia julibrissinDurazz）、刺槐（Robiniapseudoacacia）和黑荊（Acaciamearnsiide Wilde）的林地和對(duì)照5種小區(qū)，觀測(cè)結(jié)果表明，套種胡枝子的林地徑流系數(shù)比純林減少了12．1%，比未種植區(qū)減少了19．8%，同時(shí)土壤侵蝕量幾乎為零。其土壤侵蝕模數(shù)比未套種的純林小近5倍，比未種植區(qū)小11倍多，套種胡枝子的林地生長(zhǎng)情況亦最好。

綜上所述，關(guān)于不同植被類(lèi)型的水土保持效應(yīng)研究已取得了豐碩成果。但現(xiàn)有研究多針對(duì)單一的喬木、灌木或草本植被，不同植被效應(yīng)的比較以及與降雨的聯(lián)系報(bào)道較少。同時(shí)，現(xiàn)有研究多基于徑流和土壤侵蝕的絕對(duì)流失量，而這是影響水土流失諸因子綜合作用的結(jié)果，用以比較植被的水土保持效應(yīng)存在一定的局限性。鑒于此，本文基于多年喬（乳源木蓮）、灌（胡枝子）、草（葛藤、百喜草、寬葉雀稗）和對(duì)照小區(qū)的徑流深度、土壤侵蝕量及對(duì)應(yīng)的降雨數(shù)據(jù)，計(jì)算植被覆蓋小區(qū)和對(duì)照小區(qū)的逐月徑流深度比值和土壤侵蝕量比值分別作為植被小區(qū)的保水和保土效應(yīng)值，用多重比較法分析不同植被小區(qū)水土保持效應(yīng)的差異，并探討各植被小區(qū)水土流失量與降雨量的關(guān)系，以期為水土保持研究和管理提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1．1 試驗(yàn)地概況

研究小區(qū)位于福建省長(zhǎng)汀縣河田鎮(zhèn)（25°38′17．9″N，116°27′35．7″E），是福建省水土流失最嚴(yán)重的地區(qū)之一。屬中亞熱帶季風(fēng)氣候，年平均氣溫17～19．5℃，史上最高氣溫39．8℃，最低氣溫－4．6℃。年均降雨量1 621mm，但季節(jié)分配極不均勻，其中4—6月降雨量可占全年的50%，7月、8月的降雨多為午后短暫的暴雨，1月和10月的降雨量最少。地貌以風(fēng)化層深厚的低山丘陵為主，主要分布于山地的邊緣和盆谷的周?chē)旅嬖谧匀涣ψ饔孟乱装l(fā)生表土流失。土壤為花崗巖風(fēng)化形成的山地紅壤，在年內(nèi)“暴雨—干旱”的周期性作用下，風(fēng)化作用十分強(qiáng)烈，易受侵蝕。本區(qū)地帶性植被為中亞熱帶常綠闊葉林，主要樹(shù)種有甜櫧（Castanopsiseyrei）、青岡櫟（Quercusglauca）、石櫟屬（Lithocarpussp．）和中華杜英（Elaeocarchinensis）等。但由于歷史上嚴(yán)重的毀林開(kāi)荒，闊葉林已破壞殆盡，現(xiàn)有重建植被主要是馬尾松（Pinusmassoniana）。林下植被主要有胡枝子（LespedezabicolorTurcz）、黃瑞木（Adinandra millettii）和芒萁（Dicranopterisdichotoma），還有少量小葉赤楠（Syzygiumgrijsii）和卡氏烏飯（Vacciniumcarlesii）等灌木。而在水土流失嚴(yán)重地段幾近為裸地，灌草覆蓋度極低。

1．2 小區(qū)建立

于2002年11月同時(shí)建立5個(gè)植被小區(qū)和1個(gè)裸地對(duì)照共6個(gè)土壤侵蝕試驗(yàn)小區(qū)。所有小區(qū)分布于河田鎮(zhèn)露湖生態(tài)園東北坡，毗鄰小區(qū)間隔約3m。小區(qū)土壤皆為發(fā)育于花崗巖母質(zhì)的山地紅壤，坡面平整，坡度統(tǒng)一為23°，投影大小5m×20m。所有小區(qū)設(shè)封閉徑流池用于收集地表徑流和泥沙。5個(gè)植被小區(qū)分別以小水平溝栽種葛藤（Puerarialobata）、胡枝子（LespedezabicolorTurcz）、乳源木蓮（ManglietiayuyuanensisLaw）、百喜草（PaspalumnatatuFliigge）和寬葉雀稗（PaspalumwettsteiniiHackel），對(duì)照小區(qū)無(wú)植被覆蓋（圖1），各小區(qū)蓋度在各年均保持一致。

圖1 試驗(yàn)小區(qū)地理位置及布局示意圖

1．3 小區(qū)觀測(cè)和數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)小區(qū)從2003年1月起每月觀測(cè)一次，歷次降雨數(shù)據(jù)從降雨自計(jì)曲線中讀取，該數(shù)據(jù)來(lái)自設(shè)在試驗(yàn)小區(qū)附近的氣象觀測(cè)站。用每次測(cè)量得到的徑流池水位乘以水池底面積，再除以小區(qū)投影面積可得到歷次降雨產(chǎn)生的小區(qū)地表徑流深度，而每次用烘干法測(cè)得的小區(qū)泥沙量與懸移質(zhì)之和，作為小區(qū)每月產(chǎn)生的土壤侵蝕量。2006年和2009年的百喜草和寬葉雀稗小區(qū)數(shù)據(jù)因故缺失。

參考USLE方程中植被控制與管理因子C值的定義［12］，用每月有植被小區(qū)與對(duì)照小區(qū)的地表徑流深度比值表征小區(qū)植被的保水效應(yīng)（RE），用每月有植被小區(qū)與對(duì)照小區(qū)的土壤侵蝕量比值表征小區(qū)植被的保土效應(yīng)（SE）。比較不同植被類(lèi)型水土保持效應(yīng)時(shí)，利用單因子方差分析法，以植被類(lèi)型作為因素變量，RE和SE值為因變量，選擇Duncan多重比較法檢驗(yàn)一致性子集［13］。在分析降雨與水土流失量之間的關(guān)系時(shí)，按月份統(tǒng)計(jì)7a的降雨量、徑流深度和土壤侵蝕量，然后以降雨量為自變量，徑流深度或土壤侵蝕量為因變量，分別建立降雨量與徑流深度及土壤侵蝕量之間的一元線性關(guān)系模型。統(tǒng)計(jì)與分析工作均借助SPSS 17．0完成。

2 結(jié)果與分析

2．1 保水效應(yīng)

不同年度的試驗(yàn)區(qū)徑流深度（圖2）說(shuō)明，除2009年百喜草和寬葉雀稗數(shù)據(jù)未測(cè)外，7a間各小區(qū)徑流深度共為6 375．5mm。各小區(qū)徑流深度差異較大，對(duì)照小區(qū)（1 419．5mm）7a間徑流深度高于其他小區(qū)，乳源木蓮（935．1mm）和葛藤小區(qū)（904．7mm）最少且相當(dāng)。

圖2 試驗(yàn)小區(qū)7a徑流深度總和

徑流深度反映了小區(qū)地表徑流的絕對(duì)量，但由于植被保水負(fù)效應(yīng)的存在［14］和降雨、地形和土壤等背景因素的影響［15］，用徑流深度表征區(qū)域植被的保水效應(yīng)存在一定的不確定性。保水效應(yīng)值RE能在一定程度上消除負(fù)效應(yīng)和背景因素的影響，RE越小，說(shuō)明保水效應(yīng)越強(qiáng)。統(tǒng)計(jì)5種植被小區(qū)7a的RE均值和標(biāo)準(zhǔn)差，利用單因子方差分析中Duncan法對(duì)同年不同植被小區(qū)RE值進(jìn)行多重比較（表1），發(fā)現(xiàn)各植被小區(qū)呈現(xiàn)出不同的保水效應(yīng)。從7a平均RE來(lái)看，保水效應(yīng)最好的植被類(lèi)型是葛藤（0．63）和乳源木蓮（0．66），這一方面是因?yàn)槎呔?，根莖發(fā)達(dá)，利于疏松土壤，增加土壤的孔隙度、加大水分滲透［8，16］，另一方面由于枯枝落葉量大，對(duì)降雨的攔蓄能力強(qiáng)［17］，雨水也容易迅速下滲［18］，故二者減少地表徑流的效果優(yōu)于其他植被。胡枝子和百喜草的保水效應(yīng)值分別為0．70和0．77，這兩類(lèi)植物的根系發(fā)達(dá)程度和枯落物量均不如葛藤和乳源木蓮，故保水效應(yīng)稍差。而寬葉雀稗的RE為0．94，據(jù)觀測(cè)，寬葉雀稗在研究小區(qū)中生長(zhǎng)緩慢且退化明顯，故與其它植被類(lèi)型的保水效應(yīng)差異明顯?？傮w來(lái)說(shuō)，各小區(qū)的植被都起到了一定程度的保水作用，但保水效應(yīng)存在顯著的組間差異，即葛藤和乳源木蓮最優(yōu)，胡枝子和百喜草其次，而寬葉雀稗最差。

表1 各植被小區(qū)水土保持效應(yīng)（RE／SE）統(tǒng)計(jì)及多重比較結(jié)果

2．2 保土效應(yīng)

各年間試驗(yàn)區(qū)逐月土壤侵蝕量（SL／kg）如圖3所示。2003—2010年間，各小區(qū)共產(chǎn)生土壤侵蝕量6 375．5kg，且各植被小區(qū)間土壤侵蝕量差異明顯，對(duì)照（578．5kg）和寬葉雀稗小區(qū)（578．0kg）7a的土壤侵蝕總量明顯高于其它小區(qū)，胡枝子（370．1kg）其次，乳源木蓮、百喜草和葛藤小區(qū)較低，所占比例都接近13%。類(lèi)似于保水效應(yīng)，保土效應(yīng)值SE可在一定程度上消除植被保土負(fù)效應(yīng)［19－20］和背景因素［15］的影響，SE越小，保土效應(yīng)越好。由7a數(shù)據(jù)分析（表1）可得，除寬葉雀稗小區(qū)外各小區(qū)總體上都起到了減沙作用，各植被保土效應(yīng)的排序與保水效應(yīng)一致，其中保土效應(yīng)最好的植被為葛藤（0．62）和乳源木蓮（0．70），二者發(fā)達(dá)的根系和大量的枯落物能很好地減少地表 徑 流 對(duì) 地 表 的 沖 刷［9，16－17］并 提 升 土 壤 滲 水性［21］。胡枝子（0．71）和百喜草（0．85）保土效應(yīng)其次。葛藤、乳源木蓮、胡枝子和百喜草這4種植被之間并沒(méi)有明顯的差異，而寬葉雀稗（1．47）由于退化原因保土效應(yīng)最差，且出現(xiàn)了保土負(fù)效應(yīng)，從而明顯區(qū)別于其他植被。上述分析表明，各植被的保土效應(yīng)差異不如保水效應(yīng)明顯。另外，除寬葉雀稗的保土效應(yīng)值明顯高于保水效應(yīng)值外，其他植被保土效應(yīng)值與保水效應(yīng)值接近。

圖3 試驗(yàn)小區(qū)歷年土壤侵蝕量總和

2．3 降雨量與水土流失量的關(guān)系

2003—2010年的7a間（2006年未觀測(cè)），年度和月份平均雨量分別為1 376．6m和114．7mm。7a中降雨量以2010年（1 709．0mm）最高（圖4a），2003年（996．0mm）最低。各年降雨量差異較小，離散系數(shù)為0．191，總體上降雨量處于增長(zhǎng)趨勢(shì)，2003—2007年間持續(xù)增長(zhǎng)，在2008年出現(xiàn)轉(zhuǎn)折，后2a則繼續(xù)增加。試驗(yàn)區(qū)降雨主要集中在3—8月份（圖4b），占總體雨量的81．5%。其中6月是全年降雨最集中的月份，占總體雨量的22．8%。月份間降雨量差異尤其明顯，其離散系數(shù)達(dá)0．823。

圖4 年度和月份降雨量分布

由于降雨量在月份間差異顯著，故而選擇以月尺度分析水土流失量與降雨量之間的關(guān)系。建立水土流失量與降雨量之間的一元線性關(guān)系方程如表2所示，方程決定系數(shù)（R2）和顯著性水平（Sig．）均較好。方程斜率均為正值，顯示水土流失量與降雨量的正相關(guān)關(guān)系。各植被小區(qū)徑流深度與降雨量的關(guān)系方程決定系數(shù)在0．896（乳源木蓮）到0．925（百喜草）之間，彼此相差不大。而各植被小區(qū)土壤侵蝕量與降雨量的關(guān)系方程決定系數(shù)相對(duì)較低，除對(duì)照（0．802）和寬葉雀稗（0．742）小區(qū)決定系數(shù)較高外，其他均在0．357（葛藤）到0．581（百喜草）之間。由上述分析可知，降雨對(duì)徑流深度較對(duì)土壤侵蝕量的影響更為明顯，并且植被保土效應(yīng)較差，該植被小區(qū)土壤侵蝕量與降雨的關(guān)系越密切。

在研究水土流失與降雨量關(guān)系過(guò)程中，本文也采用了水土保持效應(yīng)值（RE／SE）代替水土流失量絕對(duì)值（RD／SL）建立方程，但方程擬合效果很差（R2＜0．2，p＞0．1）?？梢?jiàn)，水土保持效應(yīng)值不適于水土流失與降雨量關(guān)系的分析，而這正是因?yàn)樗帘３中?yīng)值消除了包括降雨在內(nèi)的背景因素，突出了植被對(duì)水土流失的影響。

表2 降雨量與不同植被小區(qū)水土流失量（RD／SL）的關(guān)系

3 結(jié) 論

基于福建省長(zhǎng)汀縣河田鎮(zhèn)2003—2010年間葛藤、乳源木蓮、胡枝子、百喜草、寬葉雀稗和對(duì)照6個(gè)試驗(yàn)小區(qū)的徑流深度、土壤侵蝕量及對(duì)應(yīng)的降雨數(shù)據(jù)，分析了不同植被類(lèi)型小區(qū)的水土保持效應(yīng)以及降雨對(duì)水土流失的影響。結(jié)果表明，植被的保水和保土效應(yīng)均以葛藤和乳源木蓮小區(qū)優(yōu)于胡枝子和百喜草，而寬葉雀稗最差，并且各植被之間的保水效應(yīng)差異較保土效應(yīng)明顯。徑流深度主要受降雨的影響，不同植被小區(qū)徑流深度與降雨量的線性關(guān)系方程決定系數(shù)（R2）均在0．9以上且彼此接近。而土壤侵蝕量與降雨量的線性關(guān)系方程決定系數(shù)（R2＝0．3～0．8）則因各小區(qū)植被的不同存在較大差異，并且植被保土效應(yīng)越差，該植被小區(qū)土壤侵蝕量與降雨的關(guān)系越密切。以上研究結(jié)果可為南方紅壤水蝕區(qū)植被恢復(fù)重建的理論研究和管理決策提供參考依據(jù)。

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