趙珩鈧， 曹斌挺， 焦菊英，3?

(1.西北農(nóng)林科技大學(xué) 水土保持研究所，712100，陜西楊凌；2.水利部淮河委員會(huì)， 233001，安徽蚌埠；3.中國(guó)科學(xué)院水利部 水土保持研究所，712100，陜西楊凌)

黃土丘陵溝壑區(qū)退耕坡地不同植物群落的土壤侵蝕特征

趙珩鈧1， 曹斌挺2， 焦菊英1，3?

(1.西北農(nóng)林科技大學(xué) 水土保持研究所，712100，陜西楊凌；2.水利部淮河委員會(huì)， 233001，安徽蚌埠；3.中國(guó)科學(xué)院水利部 水土保持研究所，712100，陜西楊凌)

黃土高原地區(qū)水土流失造成嚴(yán)重的農(nóng)業(yè)和生態(tài)環(huán)境問題，而植被能從根本上控制黃土高原的水土流失。以安塞縣典型退耕坡地不同植物群落為研究對(duì)象，采用侵蝕針法，結(jié)合2012—2015年降雨數(shù)據(jù)及不同植物群落特征的分析，研究不同植被恢復(fù)坡地的土壤侵蝕特征。結(jié)果表明：研究期間，不同年份植被群落土壤侵蝕強(qiáng)度為豐水年>平水年>枯水年。不同植被類型群落防治土壤侵蝕的能力不同，具體為自然恢復(fù)灌木群落>自然恢復(fù)草本群落>人工灌木群落>人工喬木群落?；疑P(guān)聯(lián)度顯示，降雨量與坡度是影響植被群落土壤侵蝕最重要的因素，喬灌木群落坡度>降雨量，草本群落降雨量>坡度。自然恢復(fù)植被群落枯落物蓋度>植被蓋度，人工植被群落植被蓋度>枯落物蓋度；因此，在當(dāng)前植被條件下，未受到擾動(dòng)的群落可有效減少降雨對(duì)土壤侵蝕的影響；在進(jìn)行植被恢復(fù)時(shí)，應(yīng)優(yōu)先進(jìn)行植被自然修復(fù)，適時(shí)適地引入喬灌木進(jìn)行植被恢復(fù)人工調(diào)控，盡早促進(jìn)喬木群落的林下植被發(fā)育，保護(hù)其林下灌草層和枯落物層，同時(shí)減少人為干擾。

土壤侵蝕； 植被群落； 侵蝕針法； 灰色關(guān)聯(lián)分析； 黃土丘陵溝壑區(qū)

黃土高原地區(qū)由于其受特殊的地理位置、氣候條件、地形地貌、土壤以及人類活動(dòng)對(duì)植被的破壞等多種因素的影響，是中國(guó)水土流失最為嚴(yán)重的地區(qū)。嚴(yán)重的水土流失導(dǎo)致土地生產(chǎn)力降低；侵蝕泥沙使黃河下游河床不斷抬高，淤塞水庫(kù)河道，引起洪澇災(zāi)害，造成嚴(yán)重的農(nóng)業(yè)和生態(tài)環(huán)境問題。研究[1]顯示，植被能從根本上控制黃土高原的水土流失，有顯著的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)。自20世紀(jì)50年代以來(lái)，國(guó)家對(duì)黃土高原實(shí)施了一系列的水土流失治理措施——隨著退耕還林(草)的持續(xù)進(jìn)行，黃土高原植被蓋度增加，土壤養(yǎng)分與物理性質(zhì)得到改善[2-3]，這對(duì)土壤水文特性和土壤侵蝕產(chǎn)生顯著的影響[4]。有關(guān)黃土高原退耕地的植被恢復(fù)的研究，主要集中在植被特征與恢復(fù)演替過(guò)程[5-7]，土壤理化特性[8-10]、土壤微生物[11-12]、土壤種子庫(kù)[13]等方面。雖然現(xiàn)有研究在植被的防蝕機(jī)理與功效方面已取得了豐富的成果[14-16]；但主要基于徑流小區(qū)觀測(cè)不同植被類型的產(chǎn)流產(chǎn)沙特征，且每種植被類型只涉及1到2種植物群落，樣本較少[17-19]，很少涉及退耕坡地不同植被恢復(fù)條件下形成的多種不同植物群落的土壤侵蝕特征，所以，尚不能滿意回答退耕還林(草)工程的減蝕效應(yīng)。

因此，筆者通過(guò)在黃土丘陵溝壑區(qū)延河流域典型小流域不同退耕年限、不同退耕方式的典型坡地布設(shè)侵蝕針小區(qū)，監(jiān)測(cè)土壤侵蝕量，分析現(xiàn)階段退耕坡地不同植被恢復(fù)條件下多種不同植物群落的土壤侵蝕特征，以期為目前黃土高原退耕還林(草)工程水土保持效益評(píng)價(jià)和優(yōu)化配置提供理論參考。

1 研究區(qū)概況

延河屬于黃河的一級(jí)支流，全長(zhǎng)286.9 km，流域面積7 725 km2，地處E 108°41′01″～108°27′48″，N 36°27′00″～37°58′39″之間，位于黃土高原中部，屬黃土高原丘陵溝壑區(qū)，是黃河泥沙的主要來(lái)源之一。延河流域?qū)儆诎敫珊荡箨懶詺夂?，地跨暖溫性森林、暖溫性森林草原和暖溫性典型草?個(gè)地帶，年均氣溫9 ℃，年降雨量約520 mm，且多集中在6—8月，其降水量占全年的70%，且多暴雨。土壤類型有黃綿土、沖積土、黏土、黑壚土等，分布最廣的是黃綿土。植被類型從南向北分為南部刺槐、油松、嶗山遼東櫟、闊葉—針葉混交林帶，中部延安—安塞間為檸條、白羊草草原過(guò)渡帶，安塞以北為百里香、長(zhǎng)芒草草原帶。

2 材料與方法

2.1 樣地選擇與調(diào)查

綜合分析本課題組多年在黃土丘陵溝壑區(qū)的對(duì)植被演替的調(diào)查與研究，以及其他學(xué)者的研究成果發(fā)現(xiàn)：該區(qū)植被演替均經(jīng)歷了大體相近的一年生草本群落階段到多年生蒿禾類草本群落階段[20]，分布最為廣泛的群落主要以豬毛蒿(Artemisiascoparia)、長(zhǎng)芒草(Stipabungeana)、鐵桿蒿(Artemisiagmelinii)、白羊草(Bothriochloaischaemun)、茭蒿(Artemisiagiraldii)、狼牙刺(Sophoraviciifolia)為優(yōu)勢(shì)種的群落[21]，沙棘(Hippophaerhamnoides)、檸條(Caraganaintermedia)、刺槐(Robiniapsendoacacia)和楊樹(Populussimonii)是黃土高原人工植被恢復(fù)中的主要樹種[22]；因此，本研究在陜北黃土高原丘陵溝壑區(qū)延河流域森林草原帶，依據(jù)代表性、相似性和完整性的原則選擇陳家坬流域、張家河流域、三王溝流域和坊塌流域4個(gè)小流域，結(jié)合4個(gè)小流域植物群落分布的實(shí)際情況，選擇以上群落，每種群落選擇3～6個(gè)樣地，樣地共45個(gè)，基本信息如表1所示。每個(gè)樣地設(shè)3個(gè)樣方重復(fù)，樣方大小為喬木10 m×10 m，灌木5 m×5 m，草本2 m×2 m，調(diào)查記錄樣方內(nèi)出現(xiàn)的物種及其數(shù)量、高度、冠幅、蓋度和植被總蓋度。由于2012年為預(yù)實(shí)驗(yàn)，故未在豬毛蒿、長(zhǎng)芒草、白羊草群落設(shè)置樣地。

表1 樣地基本信息Tab.1 Basic information of studied plots

注：*代表林下草本層生物量。Note: * represents the biomass of undergrowth herbage.

2.2 侵蝕針布設(shè)及侵蝕量計(jì)算

根據(jù)樣地的大小布設(shè)3～9個(gè)規(guī)格2 m×2 m的侵蝕針觀測(cè)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)均勻布設(shè)9根侵蝕針，在盡量不破壞小區(qū)內(nèi)的表層土壤狀況下，記錄每個(gè)小區(qū)的植被類型、坡度、坡向、海拔等信息。雨季結(jié)束后，對(duì)侵蝕針進(jìn)行量測(cè)。采用環(huán)刀法測(cè)定侵蝕針小區(qū)的土壤密度，每個(gè)小區(qū)取3個(gè)重復(fù)。土壤侵蝕量計(jì)算采用黃炎和等[23]的方法，計(jì)算不同小區(qū)的土壤侵蝕強(qiáng)度。監(jiān)測(cè)時(shí)間為2012—2015年，因自然或人為等不可控因素對(duì)侵蝕針小區(qū)的破壞，使得小區(qū)數(shù)量減少，各年份未破壞的小區(qū)數(shù)量見表1。

2.3 降雨資料收集

實(shí)驗(yàn)期間，安塞縣年日降雨數(shù)據(jù)來(lái)源于陜西省水利廳網(wǎng)站和中國(guó)科學(xué)院安塞水土保持試驗(yàn)站的山地和川地氣象監(jiān)測(cè)點(diǎn)。依據(jù)國(guó)家氣象局頒布的GB/T 28592—2012《降水量等級(jí)》，劃分雨量標(biāo)準(zhǔn)。降雨侵蝕力采用章文波等[24]通過(guò)日雨量(日雨量>12 mm)計(jì)算降雨侵蝕力的模型。降水年型劃分采用陶林威等[25]的標(biāo)準(zhǔn)。統(tǒng)計(jì)和分析安塞縣在本研究期間(2012—2015)5—10月的降雨特征和安塞縣多年(1971—2015)5—10月的降雨特征。

2.4 數(shù)據(jù)分析方法

采用Excel 2013與SPSS 22.0分析數(shù)據(jù)：劃分水文年，計(jì)算降雨侵蝕力；運(yùn)用單因素方差分析比較不同年份、不同植物群落之間年土壤侵蝕強(qiáng)度的差異；采用灰色關(guān)聯(lián)法[26]計(jì)算不同水文年不同因素對(duì)土壤侵蝕模數(shù)的關(guān)聯(lián)度。

3 結(jié)果與討論

3.1 降雨變化特征

研究期間，安塞縣降雨主要集中在6—9月(圖1)，占總降雨量的57.09%。降雨量變異系數(shù)為42.0%，2013年降雨量最大，達(dá)到880.2 mm。依據(jù)降水年型劃分標(biāo)準(zhǔn)，2013和2014年為豐水年，其中2013年是安塞縣歷史上降雨最多的年份；2012年為平水年；2015年為枯水年。安塞縣年降雨時(shí)間的年際變化較大，變異系數(shù)為23.7%，2014年降雨時(shí)間最長(zhǎng)(114 d)， 2012年最短(63 d)。2014年降雨時(shí)間是安塞縣歷史上降雨時(shí)間最長(zhǎng)的年份，安塞縣豐水年的降雨侵蝕力高于平水年，遠(yuǎn)高于枯水年，侵蝕性降雨主要發(fā)生于7—9月。豐水年侵蝕性降雨占總降雨量70%以上，最多達(dá)77.91%；枯水年為27.66%(表2)。各年降雨侵蝕力的巨大差距造成不同年份土壤侵蝕量的差異，植物群落的土壤侵蝕強(qiáng)度表現(xiàn)為豐水年>平水年>枯水年(表3)。

圖1 安塞縣年降雨量與降雨時(shí)間(*代表多年平均值)Fig.1 Annual rainfall and days of precipitation in Ansai County (* means the average of multiple years)

表2 2012—2015年月降雨侵蝕力、降雨量與降雨時(shí)間Tab.2 Monthly rainfall erosivity, rainfall and days of precipitation during 2012-2015

3.2 不同植物群落土壤侵蝕變化特征

研究期間，不同植物群落的年均土壤侵蝕模數(shù)為878.15～5 099.71 t·(km2·a)-1，具體為自然恢復(fù)灌木群落<自然恢復(fù)草本群落<人工灌木群落<人工喬木群落(表3)；刺槐群落由于受到干擾，為中度侵蝕，在平水年與豐水年土壤侵蝕強(qiáng)度顯著大于其他植物群落，其他植物群落中土壤侵蝕強(qiáng)度之間差異不顯著。在枯水年，不同植物群落的土壤侵蝕強(qiáng)度之間差異不顯著，刺槐群落的土壤侵蝕強(qiáng)度最大，為中度侵蝕。

同一種植物群落在不同年份表現(xiàn)為：6種自然恢復(fù)植物群落的2012—2015年均土壤侵蝕強(qiáng)度為1 187.11～2 866.87 t/km2(表3)。除鐵桿蒿群落外，其余群落不同降雨年份的年土壤侵蝕強(qiáng)度間的差異均不顯著。4種人工喬灌群落的2012—2015年均土壤侵蝕強(qiáng)度在1 228.13～3 875.02 t/km2之間，為輕度或中度侵蝕(表3)。除楊樹群落外，其余群落的土壤侵蝕模數(shù)變化顯著。

因此，不同植被類型群落防治土壤侵蝕的能力不同。相比人工喬灌木群落，自然恢復(fù)植物群落更能有效控制坡地土壤侵蝕，其中自然恢復(fù)灌木群落優(yōu)于草本群落?？赡芤?yàn)槿斯棠救郝湎拇罅克?，形成土壤干層[27]，導(dǎo)致植被生長(zhǎng)發(fā)育不良，林下的灌木草本稀疏，覆蓋度差，不能有效攔截降雨；另一方面調(diào)查中的刺槐離居民居住區(qū)近，是村民的主要用柴林，植被調(diào)查中發(fā)現(xiàn)刺槐林下植被蓋度較低(21.5%)，不僅低于楊樹群落林下植被(28.2%)，也低于灌木群落(28.8%)與草本群落(33.7%)；其林下植被生物量也小于其他群落(表1)。村民對(duì)刺槐林喬木和林下植被的擾動(dòng)，也破壞表層土壤完整的土壤結(jié)構(gòu)，加劇土壤侵蝕的發(fā)生；因此保護(hù)人工喬木林的完整性，減少人為對(duì)土壤的擾動(dòng)，是減少土壤侵蝕的有效途徑。

表3 2012—1015年不同植物群落土壤侵蝕模數(shù)Tab.3 Soil erosion intensity of different plant communities in 2012-2015 t/km2

注：表中大寫字母表示同一年份不同植物群落間的差異性(α=0.05)，小寫字母表示同一植物群落不同年份間的差異性(α=0.05)。Note: Uppercase in table represents the difference between different plant communities in the same year (α=0.05), while lowercase represents the difference of the same plant community between different years (α=0.05).

3.3 不同因素對(duì)土壤侵蝕的影響

根據(jù)灰色關(guān)聯(lián)度大小(表4)，自然恢復(fù)草本群落，2013—2015年各因素對(duì)土壤侵蝕的影響為降雨量>坡度>枯落物蓋度>降雨侵蝕力>草本蓋度。坡度的影響隨著降水的減少而小于降水，其余因素順序不變。

自然恢復(fù)灌木群落，2013—2015年各因素的影響為坡度>降雨量>枯落物蓋度>草本蓋度>灌木蓋度>降雨侵蝕力。灌木蓋度的影響隨降水減少而小于草本蓋度，其余因素順序不變。

人工灌木群落，2013—2015年各因素的影響為坡度>降雨量>降雨侵蝕力>草本蓋度>灌木蓋度>枯落物蓋度。2013—2014年草本蓋度的影響隨降水減少而小于枯落物蓋度，其余因素順序不變(2015年枯落物蓋度>降雨量>草本蓋度)。

人工喬木群落，2013—2015年各因素的影響為坡度>降雨量>喬木蓋度>枯落物蓋度>草本蓋度>降雨侵蝕力。

在枯水年，自然恢復(fù)草本群落中結(jié)皮蓋度的影響大于枯落物蓋度與植被蓋度，其余群落中結(jié)皮是最不重要的影響因素。

綜上，降雨量與坡度一同改變徑流特性[28-30]，是影響不同植被群落類型土壤侵蝕最重要的因素。由于草本植被只有一層草冠攔截雨滴，其根系對(duì)土壤侵蝕影響較大[31-32]；而生長(zhǎng)茂密的喬灌木植被的林冠層及林下植被更能減弱雨滴擊濺與徑流對(duì)土壤的影響[33]，使喬灌木群落中坡度>降雨量，草本群落反之。在自然恢復(fù)植被群落中，枯落物的影響較植被蓋度更大，因自然恢復(fù)植被群落表層土壤結(jié)構(gòu)良好，茂密的林下植被產(chǎn)生較多枯落物，減少?gòu)搅鱗34]；而人工喬灌木由于受到擾動(dòng)，林下植被與枯落物被破壞，減弱其對(duì)土壤侵蝕的控制：因此，林下植被及地表覆蓋較單純的林冠覆蓋更重要。結(jié)皮方面，只有自然恢復(fù)草本群落中結(jié)皮有較大影響，可能因?yàn)椴荼局参锕趯酉鄬?duì)較小，結(jié)皮覆蓋的地表起到有效的補(bǔ)充作用；而喬灌木除最上層林冠外，林下植被可進(jìn)一步攔截雨滴，且枯落物相對(duì)較多，相對(duì)減弱了結(jié)皮的作用。

表4 2013—2015年不同植被群落土壤侵蝕模數(shù)影響因素的灰色關(guān)聯(lián)度Tab.4 Gray correlations of different factors that influence the soil erosion intensity of different vegetation communities 2013-2015

4 結(jié)論

1)研究期間，安塞縣降雨量年內(nèi)分配不均，不同水文年降雨量、年降雨日數(shù)差異巨大，是造成不同水文年植被群落土壤侵蝕強(qiáng)度差異的動(dòng)力因素。

2)不同植被類型群落防治土壤侵蝕的能力不同，具體為自然恢復(fù)灌木群落>自然恢復(fù)草本群落>人工灌木群落>人工喬木群落。刺槐群落的喬木和林下植被由于受到人為干擾，土壤侵蝕強(qiáng)度最大，為中度侵蝕。在當(dāng)前植被條件下，若沒有受到人為干擾，自然恢復(fù)植被群落可有效減少降雨對(duì)土壤侵蝕的影響。

3)降雨量與坡度是影響植被群落土壤侵蝕最重要的因素，其中喬灌木群落坡度>降雨量>蓋度，草本群落降雨量>坡度>蓋度。蓋度方面，在自然恢復(fù)植被群落中，枯落物蓋度>植被蓋度，人工植被群落中植被蓋度>枯落物蓋度。因此，在黃土丘陵溝壑區(qū)繼續(xù)推行退耕還林(草)是有效控制土壤侵蝕的主要途徑，應(yīng)優(yōu)先進(jìn)行植被自然修復(fù)，適時(shí)適地引入喬灌木進(jìn)行植被恢復(fù)人工調(diào)控，盡早促喬木林郁閉及林下植被的發(fā)育，保護(hù)林下灌草層和枯落物層，并加大對(duì)已退耕還林(草)地的保護(hù)力度，減少人為侵蝕。

[1] 陳浩,蔡強(qiáng)國(guó). 坡面植被恢復(fù)對(duì)溝道侵蝕產(chǎn)沙的影響[J]. 中國(guó)科學(xué) D輯:地球科學(xué), 2006， 36(1):69. CHEN Hao, CAI Qiangguo. 坡面植被恢復(fù)對(duì)溝道侵蝕產(chǎn)沙的影響[J]. Science in China Series D: Earth Sciences, 2006, 36(1):69.

[2] QIU L P, ZHANG X C, CHENG JM, et al. Effects of 22 years of revegetation on soil quality in the semi-arid area of the Loess Plateau [J]. African Journal of Biotechnology, 2009, 8(24): 6896.

[3] ZHANG L, DAWES W R, WALKER G R. Response of mean annual evapotranspiration to vegetation changes at catchment scale [J]. Water Resource Research, 2001, 37(3): 701.

[4] LIU Y, FU B, LYU Y, WANG Z, et al. Hydrological responses and soil erosion potential of abandoned cropland in the Loess Plateau, China [J]. Geomorphology, 2012, 138(1):404.

[5] 王晶, 朱清科, 秦偉, 等. 陜北黃土區(qū)封禁流域坡面微地形植被特征分異[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 2012, 23(3): 694. WANG Jin, ZHU Qingke, QIN Wei, et al. Differentiation of vegetation characteristics on slope micro-topography of fenced watershed in loess area of North Shaanxi Province, Northwest China[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2012, 23(3): 694.

[6] 王世雄, 王孝安, 郭華. 黃土高原植物群落演替過(guò)程中的β多樣性變化[J]. 生態(tài)學(xué)雜志, 2013，32(5): 1135. WANG Shixiong, WANG Xiaoan, GUO Hua. Change patterns of β-diversity in the succession process of plant communities on the Loess Plateau of Northwest China[J]. Chinese Journal of Ecology, 2013, 32(5): 1135.

[7] 焦菊英,張振國(guó),賈燕鋒,等.陜北丘陵溝壑區(qū)撂荒地自然恢復(fù)植被的組成結(jié)構(gòu)與數(shù)量分類[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào),2008,28(7):2981. JIAO Juying, ZHANG Zhenguo, JIA Yanfeng, et al. Species composition and classification of natural vegetation in the abandoned lands of the hilly-gullied region of North Shaanxi Province[J]. Acta Ecologica Sinica, 2008, 28(7):2981.

[8] 趙冬, 許明祥, 劉國(guó)彬, 等. 用顯微CT研究不同植被恢復(fù)模式的土壤團(tuán)聚體微結(jié)構(gòu)特征[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2016, 32(9): 123. ZHAO Dong, XU Mingxiang, LIU Guobin, et al. Characterization of soil aggregate microstructure under different re-vegetation types using micro-computed topography[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2016, 32(9): 123.

[9] 馮天驕，衛(wèi)偉，陳利頂，等．隴中黃土區(qū)坡面整地和植被類型對(duì)土壤化學(xué)性狀的影響[J]．生態(tài)學(xué)報(bào)，2016，36(11): 3216. FENG Tianjiao，WEI Wei，CHENG Liding，et al. Effects of land preparations and vegetation types on soil chemical features in a loess hilly region[J]．Acta Ecologica Sinica, 2016, 36(11): 3216.

[10] 劉文祥, 李勇, 于寒青. 草灌植被恢復(fù)提高坡地土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體和碳、氮含量的有效性:退耕年限的影響[J]. 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2016，22( 1): 164. LIU Wenxiang, LI Yong, YU Hanqing. Soil water stable aggregates and carbon and nitrogen storage enhanced by conversion of farmland to shrub and grass in China Loess Plateau: the influence of conversion cultivation time[J]. Journal of Plant Nutrition and Fertilizer, 2016，22(1): 164.

[11] 劉洋, 黃懿梅, 曾全超 . 黃土高原不同植被類型下土壤細(xì)菌群落特征研究[J/OL]. 環(huán)境科學(xué), 2016(10)：11[2016-12-02]. http:∥www.cnki.net/kcms/detail/11.1895.X.20160929.1347.035.html. LIU Yang, HUANG Yimei, ZENG Quanchao. Soil bacterial communities undet different vegetation types in the Loess Plateau[J/OL]. Environmental Science, 2016, (10)：11[2016-12-02]. http:∥www.cnki.net/kcms/detail/11.1895.X.20160929.1347.035.html.

[12] 邢肖毅，黃懿梅，安韶山，等．黃土丘陵區(qū)不同植被土壤氮素轉(zhuǎn)化微生物生理群特征及差異[J]．生態(tài)學(xué)報(bào)，2013，33(18): 5608. XING Xiaoyi，HUANG Yimei，AN Shaoshan, et al．Characteristics of physiological groups of soil nitrogen-transforming microbes in different vegetation types in the Loess Gully region，China[J]．Acta Ecologica Sinica, 2013, 33(18): 5608.

[13] 胡安，陳皓，陳先江，等．黃土高原農(nóng)田與草原土壤種子庫(kù)[J].草業(yè)科學(xué)，2015，32(7)：1035. HU An, CHEN Hao, CHEN Xianjiang, et al．Soil seed banks of cropland and rangeland on the Loess Plateau[J]. Pratacultural Science, 2015, 32(7): 1035.

[14] 朱智勇,解建倉(cāng),李占斌,等.坡面徑流侵蝕產(chǎn)沙機(jī)理試驗(yàn)研究[J]. 水土保持學(xué)報(bào), 2011. 25(5):1. ZHU Zhiyong, XIE Jiancang, LI Zhanbin, et al. Experimental study on mechanism of slope runoff-erosion sediment yield[J]. Journal of Soil Water Conservation, 2011, 25(5):1.

[15] 呂錫芝, 康玲玲, 左仲國(guó), 等. 黃土高原呂二溝流域不同植被下的坡面徑流特征[J]. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào), 2015, 24(7): 1113. LYU Xizhi, KANG Lingling, ZUO Zhongguo, et al. Characteristics of slope runoff under different vegetation conditions in Lüergou Watershed of the Loess Plateau[J]. Ecology and Environmental Sciences, 2015, 24(7): 1113.

[16] 易婷, 張光輝, 王兵, 等. 退耕草地近地表層特征對(duì)坡面流流速的影響[J]. 山地學(xué)報(bào), 2015, 33(4): 434. YI Ting, ZHANG Guanghui, WANG Bing, et al. Effects of near soil surface characteristics on velocity of overland flow in a natural succession grassland[J]. Mountain Research, 2015, 33(4): 434.

[17] 劉棟,劉普靈,鄧瑞芬,等. 不同下墊面徑流小區(qū)次降雨侵蝕特征相關(guān)分析[J]. 水土保持通報(bào), 2011, 31(2):99. LIU Dong, LIU Puling, DENG Ruifen, et al. Erosion characteristics of plots with various underlying surfaces in single rainfall[J]. Bulletin of Soil and Water Conservation, 2011, 31(2):99.

[18] 楊春霞,肖培青,甄斌,等.野外不同被覆坡面產(chǎn)流產(chǎn)沙特征[J]. 水土保持學(xué)報(bào), 2012, 26(4):28. YANG Chunxia, XIAO Peiqing, ZHEN Bin, et al. Characteristics on runoff and sediment yield in field prototype and different coverage slope[J]. Journal of Soil and Water Conservation, 2012, 26(4):28.

[19] 徐佳,劉普靈,鄧瑞芬, 等.黃土坡面不同植被恢復(fù)階段的減流減沙效益研究[J]. 地理科學(xué), 2012, (11):1391. XU Jia, LIU Puling, DENG Ruifen, et al. Runoff and sediment reductions in the different stages of vegetation restoration on a loess slope[J]. Scientia Geographica Sinica, 2012, (11):1391.

[20] 秦偉，朱清科，張宇清，趙磊磊. 陜北黃土區(qū)生態(tài)修復(fù)過(guò)程中植物群落物種多樣性變化[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2009, 20(2)：403. QIN Wei, ZHU Qingke, ZHANG Yuqing, et al. Dynamics of plant community species diversity in the process of ecological rehabilitation in North Shaanxi loess area[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2009, 20(2):403.

[21] 焦菊英,張振國(guó),賈燕鋒,等. 陜北丘陵溝壑區(qū)撂荒地自然恢復(fù)植被的組成結(jié)構(gòu)與數(shù)量分類[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào),2008,28(7):2981. JIAO Juying, ZHANG Zhenguo, JIA Yanfeng, et al. Species composition and classification of natural vegetation in the abandoned lands of the hilly-gullied region of North Shaanxi Province[J]. Acta Ecologica Sinica. 2008, 28(7):2981.

[22] 仝小林,李衛(wèi)忠.延安市退耕還林工程林種、樹種組成分析研究[J]. 陜西林業(yè)科技, 2007. 2:18. TONG Xiaolin, LI Weizhong. Research on forest category and species composition in the conversion of cropland to forest project in Yan′an Prefecture[J]. Shaanxi Forest Science and Technology, 2007, 2:18.

[23] 黃炎和,陳明華,黃鑫全. 土壤侵蝕量的標(biāo)簽定位測(cè)定法初探[J]. 福建水土保持, 1998(2):51. HUANG Yanhe, CHEN Minghua, HUANG Xinquan. 土壤侵蝕量的標(biāo)簽定位測(cè)定法初探[J]. Fujian Soil and Water Conservation, 1998(2):51.

[24] 章文波, 付金生. 不同類型雨量資料估算降雨侵蝕力[J]. 資源科學(xué), 2003, 25(1): 35. ZHANG Wenbo, FU Jinsheng. Rainfall erosivity estimation under different rainfall amount[J]. Resources Science, 2003, 25(1): 35.

[25] 陶林威,馬洪,葛芬莉. 陜西省降水特性分析[J]. 陜西氣象, 2000(5):6. TAO Winwei, MA Hong, GE Fenli. 陜西省降水特性分析[J]. Journal of Shaanxi Meteorology, 2000(5):6.

[26] 鄧聚龍. 灰色系統(tǒng)基本方法[M]. 武漢: 華中理工大學(xué)出版社, 1987：33. DENG Julong. The primary methods of grey system theory[M]. Wuhan: Huazhong University of Science & Technology Press, 1987：33.

[27] 白文娟, 焦菊英, 馬祥華, 等. 黃土丘陵溝壑區(qū)退耕地人工林的土壤環(huán)境效應(yīng)[J]. 干旱區(qū)資源與環(huán)境, 2005, 19(7): 135. BAI Wenjuan, JIAO Juying, MA Xianghua, et al. Soil environmental effects of artificial woods in abandoned croplands in the loess hilly-gullied region[J]. Journal of Arid Land Resources and Environment, 2005, 19(7): 135.

[28] 李桂芳, 鄭粉莉, 盧嘉, 等. 降雨和地形因子對(duì)黑土坡面土壤侵蝕過(guò)程的影響[J]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào), 2015,46(4): 147. LI Guifang, ZHENG Fenli, LU Jia, et al. Effects of rainfall and topography on soil erosion processes of black soil hillslope[J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2015, 46(4): 147.

[29] 潘成忠, 上官周平.降雨和坡度對(duì)坡面流水動(dòng)力學(xué)參數(shù)的影響[J]. 應(yīng)用基礎(chǔ)與工程科學(xué)學(xué)報(bào), 2009, 17(6): 843. PAN Chengzhong, SHANGGUAN Zhouping Experimental study on influence of rainfall land slope gradient on overland shallow flow hydraulics[J]. Journal of Basic Science and Engineering, 2009, 17(6): 843.

[30] 沈海鷗, 鄭粉莉, 溫磊磊, 等. 降雨強(qiáng)度和坡度對(duì)細(xì)溝形態(tài)特征的綜合影響[J]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào), 2015,46(7): 162. SHEN Haiou, ZHENG Fenli, WEN Leilei, et al. Effects of rainfall intensity and slope gradient on rill morphological characteristics[J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2015, 46(7): 162.

[31] 楊帆，程金花，張洪江，等. 坡面草本植物對(duì)土壤分離及侵蝕動(dòng)力的影響研究[J]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào), 2016, 47(5): 129. YANG Fan, CHENG Jinhua, ZHENG Hongjiang, et al. Effect of herb plants on soil detachment and erosion dynamics[J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2016, 47(5): 129.

[32] 李鵬, 李占斌, 魯克新. 黃土區(qū)草本植被根系與土壤垂直侵蝕產(chǎn)沙關(guān)系研究[J]. 植物生態(tài)學(xué)報(bào), 2006, 30(2): 302. LI Peng, LI Zhanbin, LU Kexin. Relationship between herbaceous root system and vertical soil sediment yield in loess area[J]. Journal of Plant Ecology, 2006, 30(2): 302.

[33] 吳光艷, 成婧, 祝振華, 等. 黃土高原南部人工林林冠對(duì)降雨特征的影響分析[J]. 水土保持研究，2011,18(4): 32. WU Guangyan, CHENG Jing, ZHU Zhenhua, et al. Rainfall characteristics under canopy of plantation forest in the southern Loess Plateau[J]. Research of Soil and Water Conservation， 2011, 18(4): 32.

[34] 王冬, 楊政, 郝紅敏,等. 黃土區(qū)退耕草地凋落物-土壤界面水分過(guò)程特征研究析[J]. 水土保持研究，2015, 22(1): 80. WANG Dong, YANG Zheng, HAO Hongmin, et al. Hydrological processes of litter-soil interfacial systems in restoration grasslands of the loess region[J]. China. Research of Soil and Water Conservation，2015, 22(1): 80.

Characteristics of soil erosion of different plant communities convertedfrom slope cropland in the hilly-gully region of the Loess Plateau

ZHAO Hengkang1, CAO Binting2, JIAO Juying1, 3

(1.Institute of Soil and Water Conservation, Northwest A&F University, 712100, Yangling, Shaanxi, China;2.The Huaihe River Commission of the Ministry of Water Resources P.R.C.,233001, Bengbu, Anhui, China;3.Institute of Soil and Water Conservation, Chinese Academy of Sciences, 712100, Yangling, Shaanxi, China)

[Background] The severe condition of soil and water loss in the Loess Plateau has resulted in critical agricultural and environmental problems. Vegetation restoration plays an essential role in controlling the soil erosion in the Loess Plateau. Yet there were few researches on analyzing the characteristics of soil erosion of different plant communities converted from slope cropland in the region. [Methods] The research was conducted between 2012 and 2015. Based on the succession of local plants, 10 plant communities on abandoned slope croplands in 4 watersheds of Ansai County were selected and were classified in 4 groups: naturally restored herbage community (Artemisiascoparia,Stipabungeana,Bothriochloaischaemun,Artemisiagmelinii, andArtemisiagiraldii), naturally restored shrub community (Sophoraviciifolia), artificially established shrub community (CaraganaintermediaandHippophaerhamnoides) and artificially established arbor community (RobiniapsendoacaciaandPopulussimonii). Totally 45 plots were selected and in each of these communities 3-6 plots were selected, in each plot 3 quadrats were placed as repetition. Annual soil erosion intensity was monitored by erosion pins placed in these plots. Characteristics of soil erosion of different plant communities were analyzed with ANOVA, combined with the hydrologic years divided by the characteristics of rainfall. Gray theory was used to determine the influence of potential indices caused soil erosion. [Results] Rainfall in research area was distributed unevenly, and rainfall erosivity was the driver factor causing the differences of soil erosion intensity of plant communities in different years. The ability of controlling soil erosion depended on the species of plant community: naturally restored shrub community (1 285.36 t/km2) > naturally restored herbage community (2 152.65 t/km2)>artificially established shrub community(2 320.50 t/km2)>artificially established arbor community(2 661.14 t/km2). The soil erosion intensity ofRobiniapsendoacaciawas the largest (3 875.02 t/km2) among these plant communities. Gray correlation analysis revealed that the rainfall and slope gradient had more impact on soil erosion than coverage in all communities. In shrub and arbor communities, the effect of slope gradient>rainfall, but in herbage communities, rainfall > slope gradient. When mentioned coverage, in natural restored community, cover of litters > vegetation cover; and in artificially established community, vegetation cover > cover of litters. [Conclusions] Under current status of vegetation, effects of precipitation on soil erosion reduced effectively in undisturbed plant communities. Natural vegetation should be restored initially with trees and shrubs introduced by human at proper time and place. Meanwhile, the undergrowth vegetation and litters in forest communities should be promoted earlier and protected, meanwhile human disturbances should be reduced as more as possible.

soil erosion; plant communities; erosion pin; grey correlation analysis; hilly-gully loess region

2016-12-08

2017-04-06

項(xiàng)目名稱： 國(guó)家自然科學(xué)基金“黃丘區(qū)坡面退耕與淤地壩對(duì)坡溝系統(tǒng)侵蝕產(chǎn)沙的阻控機(jī)理(41371280)”；水利部公益性行業(yè)科研專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)項(xiàng)目“西北黃土高原區(qū)水土保持生態(tài)效應(yīng)監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)技術(shù)研究”(201501045)

趙珩鈧(1992—)，男，碩士研究生。主要研究方向：土壤侵蝕。E-mail:zhkang1024@hotmail.com

?通信作者簡(jiǎn)介： 焦菊英(1965—)，女，研究員，博士生導(dǎo)師。主要研究方向：土壤侵蝕與植被關(guān)系及水土保持效益評(píng)價(jià)。E-mail:jyjiao@ms.iswc.ac.cn

S157

A

2096-2673(2017)03-0105-09

10.16843/j.sswc.2017.03.014