苗 武，史正濤，陳 駿，韋海波

（云南師范大學(xué) 旅游與地理科學(xué)學(xué)院，昆明650500）

水庫水源地是云南高原盆地的主要飲用水供給源，是城市社會經(jīng)濟發(fā)展的命脈。隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展及全球氣候變化，水資源變得異常緊缺，頻頻出現(xiàn)河流斷流，水庫缺水的情況，水資源供需矛盾較突出，保護城市水源地的重要性已提上了議案。松華壩水源區(qū)主要以大氣降水補充水源，現(xiàn)主要有次生林、人工林、園地和耕地四種植被，區(qū)內(nèi)下墊面變化對水資源的影響很大。森林是一個多功能的生態(tài)系統(tǒng)，在涵養(yǎng)水源方面作用巨大。目前，國內(nèi)外學(xué)者對次生林不同林種，人工林不同林種，同種林中不同坡位、不同坡度森林水源涵養(yǎng)功能的差異，天然次生林和混交林水源涵養(yǎng)功能的對比等方面都進行了詳細系統(tǒng)的研究［1－4］。李紅等［5］、王志強［6］對不同 植被土 壤 的 貯水性能也進行了研究。但對低緯度高海拔區(qū)域水源地相關(guān)方面的研究還不多見。本文從高原盆地城市水源地次生林地、人工林地、園地、耕地四種植被土壤特性著手，研究各因素變化對水源涵養(yǎng)能力的影響和不同植被土壤的水源涵養(yǎng)功能的差異，分析森林植被轉(zhuǎn)變?yōu)楦?、園地和人工林的過程中，土壤特性的改變及水源涵養(yǎng)能力的變化。以期為高原盆地城市水源地脆弱性診斷研究提供科學(xué)的數(shù)據(jù)和理論依據(jù)，為水源地水源涵養(yǎng)功能修復(fù)提供策略。

1 研究區(qū)概況

松華壩水源區(qū)是昆明市最重要的飲用水源地，位于昆明市主城區(qū)東北部13 k m處，地處東經(jīng)102°45′—102°59′，北緯25°08′—25°27′。流域面積為 629.8 k m2，主要河流有牧羊河和冷水河，多年平均徑流量為8 900萬k m3。全區(qū)以淺切割的中山山地為主體，分布有面積不大的河谷階地、斷陷盆地、溶蝕洼地。整個地勢由東北向西南逐漸傾斜，境內(nèi)海拔2 840～1 917 m，相對高差923 m［7］。氣候?qū)僦衼啛釒Ъ撅L(fēng)氣候，年均溫15℃，多年平均降雨量900 mm。土壤以紅壤為主，分布有少部分的黃棕壤、棕壤和水稻土。流域內(nèi)總林地達378.16 k m2，約占土地總面積的60.2%，亞熱帶針葉林是區(qū)內(nèi)的主要森林植被，以云南松林為主，此外還有以滇石櫟為主的常綠闊葉林、以栓皮櫟、旱冬瓜為主的落葉闊葉林，灌木林和華山松林也有少量分布。人工林主要有華山松林、云南松林、旱冬瓜以及圣誕樹林等。園地面積68.86 k m2，約占10.9%；耕地面積50.43 k m2，約占8%［8］。庫區(qū)內(nèi)有白邑、阿子營、大哨、雙哨、小河、龍泉等7個鎮(zhèn)267個自然村小組，共18 326戶、75 145人。

2 研究方法

2.1 樣本采集

選擇次生林地、人工林地、耕地、園地四種植被類型，設(shè)置9組樣地，每組樣地中對每種植被類型各挖取土壤剖面一個，共對36個土壤剖面進行采樣研究，每個采樣點的各標準地立地條件（包括坡度、微地形、土壤類型等）相對一致。各剖面以相同的方法分別進行采樣。每個土壤剖面挖成1.5 m×1 m×0.8 m的長方形土壤剖面，用環(huán)刀法［9］分別按0—20，20—40，40—60 c m共3個土壤層次采取自然狀態(tài)土樣，每層重復(fù)3次，用于測定土壤容重、孔隙度等。同時每層采取鋁盒樣品和散樣樣品，用于測定土壤含水量、有機質(zhì)和其他土壤特性及臨時備用。

2.2 土壤各項指標測定

利用烘干法測定土壤含水量；采用環(huán)刀法測定土壤容重、孔隙度和飽和含水量；采用高溫外熱重鉻酸鉀氧化—容量法測定土壤有機質(zhì)含量；采用土壤非毛管孔隙度、總孔隙度和土壤層厚度計算土壤蓄水量。

即：土壤的非毛管孔隙貯水量

式中：V非——土壤的非毛管孔隙貯水量（t／h m2）；P非——非毛管孔隙度（%）；D——土層深度（m）。

土壤的最大貯水量

式中：V——土壤的最大貯水量（t／h m2）；P——土壤的總毛管孔隙度（%）；D——土層深度（m），本文按0.6 m 計算［10］。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同植被類型下的土壤物理性質(zhì)

土壤的物理性質(zhì)直接影響著土壤的水源涵養(yǎng)功能，尤其是土壤容重和孔隙度。土壤容重的大小與土壤緊實致密情況密切相關(guān)，在一定程度上能夠反映土壤的孔隙狀況和貯水能力。土壤容重較低，意味著土壤越疏松、孔隙較多，水源涵養(yǎng)和水土保持能力較高；反之亦然。而土壤孔隙度的大小決定著土壤的通氣狀況和積水能力，對生物的生長有著重要作用。一般把總孔隙度中的非毛管貯水稱為有效貯水量，非毛管孔隙度大，涵養(yǎng)水源的效益高，反之則低［11－12］。

從樣品各指標測定的數(shù)據(jù)來看（表1—2），次生林地、人工林地、園地和耕地四種植被下土壤的自然含水量均表現(xiàn)為隨著土層深度的增加而逐漸增高，0—60 c m的平均含水量從大到小的順序為：次生林＞耕地＞園地＞人工林，次生林高達38.16%，人工林僅為11.81%。土壤的飽和含水量大體表現(xiàn)為0—20 c m最大，0—40 c m最小，0—60 c m的平均值從大到小的順序為：耕地＞次生林＞園地＞人工林。土壤的容重均表現(xiàn)為隨著土層深度的增加而逐漸增大，0—60 c m的平均值從大到小的順序為：人工林＞園地＞耕地＞次生林，分別為1.69，1.41，1.23，1.14 g／c m3。土壤的總孔隙度則與容重相反，次生林最大，人工林最小，分別為57.06%，53.46%，48.25%和36.40%。土壤的非毛管孔隙度也表現(xiàn)為隨土層深度的增加而逐漸降低，0—60 c m的平均值從大到小的順序為：次生林地＞耕地＞園地＞人工林，分別為16.02%，13.40%，9.06%和8.41%。

綜上分析可知，次生林植被下有利于土壤涵養(yǎng)水源的相關(guān)物理特性最好，耕地次之，人工林地最差。

3.2 不同植被類型下的土壤有機質(zhì)含量

土壤有機質(zhì)是土壤中最重要的組成成分之一，其含量的高低在一定程度上反映了地上植被的發(fā)育狀況。其可改善土壤結(jié)構(gòu)、降低土壤容重、增加土壤孔隙度，對土壤的水源涵養(yǎng)功能產(chǎn)生作用。

由表1—2可見，四種植被下土壤的有機質(zhì)含量均表現(xiàn)為隨著土層深度的增加而遞減，其中0—20 c m土層中遞減的幅度較小，40—60 c m土層遞減的幅度很大。在0—20 c m土層中次生林的有機質(zhì)含量明顯高于其他三種，比次高的人工林高34.9%，比最低的耕地高74.4%。在0—60 c m的整個土層中有機質(zhì)的平均值從大到小的順序為：次生林＞耕地＞園地＞人工林，分別為0.90%，0.86%，0.83和0.59%。綜上分析可知，次生林植被下土壤的有機質(zhì)含量最高，耕地和園地的相對較少，人工林地最差。

表1 不同植被土壤各指標

表2 0－60 c m土壤各指標的平均值

3.3 不同植被類型下的土壤貯水能力

土壤的貯水量是土壤水源涵養(yǎng)功能的直接數(shù)據(jù)表現(xiàn)。土壤的有效貯水量是土壤中非毛管孔隙或大孔隙中在下大雨時貯存的水分，能夠減少地表徑流，向深層下滲，補充地下水，參與徑流循環(huán)系統(tǒng)。最大貯水量則包含有效貯水量和毛管持水量，后者主要供給植物根系吸收，葉面蒸騰和蒸發(fā)，是植物正常生長和生態(tài)功能的保證。土壤有效貯水量和最大貯水量是評價土壤水源涵養(yǎng)功能的最終指標。

從表3、圖1—2可知，不同植被土壤的有效貯水量和最大貯水量均表現(xiàn)出隨著土層深度的增加而逐漸遞減的趨勢，但遞減的幅度各不相同，同種植被下在不同的土層中遞減的幅度也有差異。不同植被在0—60 c m土層內(nèi)的有效貯水量和最大貯水量從大到小的順序均表現(xiàn)為：次生林＞耕地＞園地＞人工林，有效貯水量分別為961.00，803.80，543.60 t／h m2和504.60 t／h m2，最 大 貯 水 量 分 別 為 3 423.80，3 207.60，2 895.20 t／h m2和2 216.40 t／h m2。次生林地土壤的有效貯水量要比人工林地高出90.56%，最大貯水量高出54.48%；耕地土壤的有效貯水量要比人工林地高出59.29%，最大貯水量高出44.72%；園地土壤的有效貯水量要比人工林地高出7.73%，最大貯水量高出30.63%；次生林地土壤的有效貯水量要比耕地高出19.56%，最大貯水量高出6.74%；次生林地土壤的有效貯水量要比園地高出76.78%，最大貯水量高出20.54%；耕地土壤的有效貯水量要比園地高出47.87%，最大貯水量高出10.79%。

表3 土壤貯水量（0－60 c m）

圖1 不同植被0－60 c m土層內(nèi)土壤有效貯水量

圖2 不同植被0－60 c m土層內(nèi)土壤最大貯水量

上述結(jié)果表明：（1）4種植被下有效貯水量和最大貯水量從大到小的順序均表現(xiàn)為：次生林＞耕地＞園地＞人工林。（2）從次生林、耕地轉(zhuǎn)變?yōu)槿斯ち值倪^程中土壤的有效貯水量和最大貯水量變化幅度都很大，次生林轉(zhuǎn)變?yōu)閳@地的過程中變化次之，次生林轉(zhuǎn)變?yōu)楦睾蛨@地轉(zhuǎn)變?yōu)槿斯ち值氐倪^程中變化較小。

4 討論

不同的植被，上層林冠、地表的枯落物以及土壤根系發(fā)達程度有所差異，土壤的物理性質(zhì)和有機質(zhì)含量各不相同，從而導(dǎo)致土壤的水源涵養(yǎng)效益有很大差距［13－14］。梁超等［15］認為，植被群落也會影響到土壤水分含量的變化，并對這方面進行了詳細的研究。鄒俊亮等［16］則研究了不同植被和土壤類型下土壤水分剖面的分異，發(fā)現(xiàn)同一土壤類型下植被類型的不同主要對深層土壤水分的垂直分布產(chǎn)生影響，得出農(nóng)地和草地下的土壤水分狀況好于灌木和喬木。

結(jié)合前人的研究，本文分析得知，次生林的土壤物理特性、有機質(zhì)含量、有效貯水量和最大貯水量均表現(xiàn)為最好，耕地次之，人工林地表現(xiàn)最差，這與梁超等［15］的研究結(jié)果相吻合，但與鄒俊亮等［16］研究的結(jié)果有所差異。對以上規(guī)律進行綜合分析：次生林植被良好，高大的樹冠可涵養(yǎng)、調(diào)節(jié)水源和減少下墊面蒸發(fā)，豐富的枯落物和發(fā)達的根系使得土壤的有機質(zhì)多，土質(zhì)疏松，容重小，孔隙度大，有效貯水量和最大貯水量也最高。耕地和園地的各指標優(yōu)于人工林的原因完全是人為因素的干擾。農(nóng)業(yè)中的“中耕保墑”很好地解釋了這兩種植被土壤各指標良好。人為的耕種、松土、施糞等都在很大程度上影響著這兩種植被的水源涵養(yǎng)能力。人工林各項指標較差的原因是因為樹苗較小，覆蓋度低，不僅發(fā)揮不了森林系統(tǒng)的功能，還強有力地吸取土壤的養(yǎng)分和水分供其快速生長，是典型的強有力的植物抽水機。加之林下有機質(zhì)少，土質(zhì)密實，容重大，孔隙度小，有效貯水量和最大貯水量都很低。

流域內(nèi)林地約占土地總面積的60.2%，加之從次生林轉(zhuǎn)變?yōu)槿斯ち值倪^程中土壤的貯水量變化幅度大，次生林轉(zhuǎn)變?yōu)閳@地的過程中變化次之的特點可以得知，這兩種植被的轉(zhuǎn)變是流域內(nèi)水源涵養(yǎng)功能變化的主因。園地轉(zhuǎn)變?yōu)槿斯ち值氐倪^程中土壤貯水量變化較小，它在一定程度上也影響著水源涵養(yǎng)能力。耕地約占8%，所占的比例相對較小，加之耕地變率較小及在與其他植被的轉(zhuǎn)變過程中變化幅度不大，總體來說對整個區(qū)域內(nèi)水源涵養(yǎng)功能的影響不大。

上述結(jié)果表明，次生林地的土壤水源涵養(yǎng)功能最好，人工林地的最差；次生林轉(zhuǎn)變?yōu)槿斯ち?、園地的植被變化過程是水源地水源涵養(yǎng)功能變化的主因。證實了把人工林和園地恢復(fù)成次生林是改善水源地水源涵養(yǎng)功能的有效途徑和正確抉擇，全面地肯定了相關(guān)單位在水源區(qū)所做的恢復(fù)林地的有關(guān)工作。

5 結(jié)論

（1）4種植被土壤的容重均表現(xiàn)為隨著土層深度的增加而逐漸增大，0—60 c m的平均值從大到小的順序為人工林＞園地＞耕地＞次生林，分別為1.69，1.41，1.23，1.14 g／c m3。土壤的非毛管孔隙度和總孔隙度則與容重相反，表現(xiàn)為隨土層深度的增加而逐漸降 低，0—60 c m 的 平 均 值 分 別 為16.02%，13.40%，9.06%，8.41% 和 57.06%，53.46%，48.25%，36.40%。土壤的有機質(zhì)含量均表現(xiàn)為隨著土層深度的增加而遞減，40—60 c m土層遞減的幅度很大，0—20 c m土層中次生林的土壤有機質(zhì)含量明顯高于其他3種，0—60 c m的平均值從大到小的順序為次生林＞耕地＞園地＞人工林，分別0.90%，0.86%，0.83%和0.59%。

總體而言，次生林植被下有利于土壤涵養(yǎng)水源的相關(guān)物理特性最好，耕地次之，人工林地最差。次生林植被土壤的有機質(zhì)含量最高，耕地和園地的相對較低，人工林地最低。

（2）4種植被的有效貯水量和最大貯水量從大到小的依次均表現(xiàn)為：次生林＞耕地＞園地＞人工林。從次生林、耕地轉(zhuǎn)變?yōu)槿斯ち值倪^程中土壤的有效貯水量和最大貯水量變化幅度都很大，次生林轉(zhuǎn)變?yōu)閳@地的過程中變化次之，次生林轉(zhuǎn)變?yōu)楦睾蛨@地轉(zhuǎn)變?yōu)槿斯ち值氐倪^程中變化較小。

（3）次生林地的水源涵養(yǎng)功能最好，人工林地最差；次生林轉(zhuǎn)變?yōu)槿斯ち?、園地的植被變化過程是水源地水源涵養(yǎng)功能變化的主因；目前把人工林和園地恢復(fù)成次生林是改善水源地水源涵養(yǎng)功能的有效途徑和正確抉擇。

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