对石漠化地区不同水土保持措施的生态服务功能评价

柏勇+杜静+杨婷婷+王正选+邱金亮+李靖

摘要：为了研究不同水土保持措施对石漠化地区的治理效果，进一步探索和完善石漠化地区水土流失治理工作，以云南沾益石漠化地区为研究对象，对水保林、坡耕地+巨菌草、坡改梯耕地、经果林等不同水土保持措施对石漠化径流小区涵养水源和保护与改良土壤等生态服务功能进行分析，得出以下结论：（1）在石漠化地区实施不同水土保持措施后的土壤涵养水源能力不同，其中，经果林、梯地、水保林的土壤涵养水源能力较好。（2）水保林、经果林、梯地能有效减少土壤侵蚀量，增加土壤孔隙度，增加有机质含量等。综合分析表明：水保林、经果林、梯地、坡耕地在涵养水源、保护与改良土壤等生态服务功能方面优于荒山草地。

关键词：石漠化；水土保持；径流量；土壤侵蚀量；土壤结构；土壤肥力

中图分类号：S157 文献标识号：A 文章编号：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

云南省是我国石漠化主要分布区之一，岩溶面积为11.09×104 hm2，占全省国土面积的28.15%[1]。石漠化导致可利用耕地减少，涵养水源能力下降，旱涝灾害频繁，土壤肥力下降，小生境气候恶化，生物多样性被破坏等危害。依照国家《岩溶地区石漠化综合治理规划大纲（2008—2015年）》，在石漠化区域展开了综合治理，试点工作也积极推进。经过多年的治理，石漠化片区生态有了很大起色，随着石漠化地区水土流失综合治理建设的逐步完成，研究岩溶石漠化区水土保持综合治理的效果成为一项迫在眉睫的工作。

在 20 世纪 90 年代，Daily[2]系统地对生态系统服务功能的概念、研究简史、价值评估理论、不同生态系统的服务功能等方面的内容进行了研究。在同一时期，Costanza等[3]发表了一篇轰动世界的文章《The Value of the Worlds Ecosystem Services and Natural Capital》，文章第一次對全球生物圈生态系统服务功能价值开展了估算。

我国一些学者也对生态服务功能的概念进行了研究[4-7]，其中，欧阳志云等[5]对中国陆地生态服务功能进行了开创性研究；李鲁欣等[6]利用层次分析法对鄱阳湖流域进行生态系统服务功能评价；余新晓等[7]通过分析水土保持各项措施对自然环境条件的综合效用，认为水土保持生态服务功能是指在水土保持过程中所采用的各项措施对保护和改良人类及人类社会赖以生存的自然环境条件的综合效用。

本文在前人对生态服务功能研究的理论基础上，以云南省沾益区官麦地小流域的水土保持综合治理为例，对水土保持综合治理的涵养水源和保护与改良土壤等生态服务功能进行初步探讨。endprint

1 材料与方法

1.1 研究区概况

试验小区位于云南省曲靖市沾益区白水镇境内，距县城48 km，位于E 104°01′48″～104°07′12″，N 25°42′10″～25°45′26″，地势西高东低，海拔在2 010～2 228 m之间，其地貌类型属高原山区岩溶地貌（多属峰丛洼地），属典型中度石漠化地区[8]。

试验小区所在小流域总面积31.66 km2，其中耕地占34.60%、林地占51.42%、经果林占0.76%、荒山荒坡占11.25%、水域占0.28%、难以利用地占0.30%、非生产用地占1.39%；共741户，2 929人，其中：农业人口2 901人，农业劳动力1 791人，人口密度93人/km2。年平均气温15℃，多年平均降雨量943.60 mm，降雨主要集中在6—10月。流域内土壤类型有红壤、黄棕壤、紫色土、石灰土和水稻土，其中红壤分布最广。流域内以传统农业生产为主，主要种植玉米、马铃薯、小麦、烤烟、万寿菊等作物[9]。

1.2 研究方法

1.2.1 试验设计 本试验共设坡耕地（巨菌草）、坡改梯耕地（玉米）、经果林（核桃）、水保林（云南松）、荒山草地五种不同土地利用类型小区，坡度为15°，径流小区面积为100 m2，即20 m×5 m[10]，同一土地类型设置3个试验小区。

1.2.2 试验方法 用简易雨量站监测记录降雨量，用储存式自记水位计观测径流量，泥沙手工取样、用置换法测定含沙量[11]。每次降雨后进行监测，各小区配有专人按操作规范管理小区和监测产流产沙情况。取不同深度的土壤（0～20、20～40、40～60 cm），用烘干法测定土壤含水量，用环刀法测定土壤容重、毛管孔隙度和非毛管孔隙度。半微量开氏法（GB7173—87）测土壤全氮，NaOH熔融-钼锑抗比色法（GB9837—88）测土壤全磷，土壤有机质采用重铬酸钾容量法测定。

试验所得数据用Microsoft Excel 2010进行计算和图表制作，用SAS进行统计分析。采用单因素方差分析、Duncans多重比较法检验差异显著性。

2 结果与分析

2.1 不同水土保持措施对土壤涵养水源功能的影响

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土层水保林毛管持水量最高，其后依次是经果林、梯地、坡耕地、荒山草地。20～40 cm土层梯地毛管持水量最高，40～60 cm土层经果林毛管持水量最高。不同土地利用类型毛管持水量均值分布在23.17%～30.57%之间，毛管持水量大小依次为经果林>梯地>水保林>坡耕地>荒山草地，毛管持水量最大的经果林较荒山草地高31.94%。不同土地利用类型最大持水量均值分布在28.70%～36.64%之间，最大持水量大小依次为梯地>水保林>经果林>坡耕地>荒山草地，梯地的最大持水量较荒山草地高27.69%。

2.1.2 不同水土保持措施的产流量 由表2可知，侵蚀性降雨和产流主要集中在6—9月，分别占全年的85.64%和85.93%。总产流量由大到小的顺序为：坡耕地>荒山草地>梯地>经果林>水保林。经果林和水保林的总产流量无显著差异，但与坡耕地、梯地、荒山草地之間差异显著（P<0.05）。坡耕地总产流量最多，经果林、水保林较坡耕地总产流量分别减少了70.55%、74.02%。9月产流量最大，经果林、水保林与坡耕地、梯地、荒山草地之间差异显著（P<0.05），其中，水保林的产流量最少，较经果林、梯地、荒山草地、坡耕地分别减少了13.01%、52.44%、59.47%、69.60%。

2.2 不同水土保持措施对保护和改良土壤功能的影响

2.2.1 不同水土保持措施对土壤侵蚀量的影响 从表3看出，各水土保持措施在6月和7月产生的土壤侵蚀量最大，分别占总侵蚀量的65.00%、50.35%、56.13%、52.43%和46.03%。总土壤流失量为荒山草地>坡耕地>梯地>经果林>水保林，经果林、水保林与坡耕地、梯地和荒山草地之间差异显著（P<0.05），水保林土壤侵蚀量最少，较经果林、梯地、坡耕地和荒山草地分别减少了28.96%、74.30%、81.44%、84.53%。

2.2.2 不同水土保持措施对土壤物理性状的影响 由表4可知，同一水土保持措施土壤0～20 cm土层容重低于20～40 cm土层和40～60 cm土层，随着土层加深，容重逐渐增加；不同水土保持措施的土壤容重均值大小顺序为水保林<梯地<经果林<坡耕地<荒山草地，水保林土壤容重（1.23 g/cm3）较荒山草地（1.40 g/cm3）低12.14%。0～20 cm土层非毛管孔隙度最高的是经果林，其后依次是坡耕地、水保林、梯地、荒山草地；20～40 cm土层非毛管孔隙度最高的是水保林，其后依次是经果林、梯地、荒山草地、坡耕地；40～60 cm土层非毛管孔隙度最高的是经果林，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为经果林>水保林>梯地>荒山草地>坡耕地。0～20 cm土层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、经果林；20～40 cm土层毛管孔隙度最高的是梯地，其后依次是坡耕地、水保林、经果林、荒山草地；40～60 cm土层毛管孔隙度最高的是梯地，其后依次是水保林、经果林、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为梯地>水保林>经果林>荒山草地>坡耕地。不同水土保持措施土壤的总孔隙度大小为梯地>经果林>水保林>荒山草地>坡耕地，总孔隙度最大的梯地较最小的坡耕地高24.81%。

2.2.3 不同水土保持措施的土壤全氮、全磷含量 由图1可知，除坡耕地外，其他土地利用类型0～20 cm土层土壤全氮含量都比20～40 cm土层高。五种土地利用类型20～40 cm土层土壤全氮含量均高于40～60 cm土层。土壤全氮含量均值依次为：坡耕地>经果林>水保林>梯地>荒山草地，且前四种类型分别比荒山草地高90.63%、74.48%、26.56%和22.40%，0～20 cm土层经果林土壤全氮含量最高，20～40 cm 和40～60 cm土层坡耕地土壤全氮含量最高，荒山草地0～40 cm 土层全氮含量都比其他土地利用类型低。endprint

由图2可知，对相同水土保持措施不同土层的土壤全磷含量进行比较，除梯地20～40 cm土层土壤全磷含量低于40～60 cm土层外，其他土地利用类型均是0～20 cm土层>20～40 cm土层>40～60 cm土层。0～20 cm土层坡耕地和经果林土壤全磷含量较高，20～40 cm土层坡耕地、经果林和水保林土壤全磷含量较高。不同水土保持措施土壤全磷含量表现为坡耕地>经果林>水保林>梯地>荒山草地，前四种类型分别较荒山草地高123.64%、96.36%、67.27%和16.64%。

2.2.4 不同水土保持措施的土壤有机质含量 由图3可以看出，经果林土壤有机质含量最高，其后依次是梯地、坡耕地和水保林，荒山草地土壤有机质含量最低。 经果林、梯地、水保林和坡耕地土壤有机质含量分别较荒山草地高150.35%、84.14%、51.03%和44.83%。按照土壤全量养分等级划分标准，梯地和经果林的有机质为高量水平，其他地类有机质含量为中等水平。

3 讨论与结论

（1）在石漠化地区实施不同水土保持措施后的土壤涵养水源能力不同，经果林、梯地、水保林的土壤持水能力最好，且产流量相对较少，涵养水源能力较好。经果林和水保林主要表现在植被具有截留降水、增强土壤下渗、抑制蒸发、缓和地表径流、增加降水等功能[12]。在时间上，这些功能可以延长径流时间，增加下渗时间，使径流被土壤充分吸收，从而增加土壤含水量；在空间上，林草将降雨产生的地表径流转变为土壤径流和地下径流，或者通过蒸腾蒸发的方式将水分返回大气中，进行大范围的水分循环，对大气降水进行再分配[13]。同时，枯枝落叶层和地下根系也对水源涵养生态服务功能的发挥起着举足轻重的作用。枯枝落叶层对涵养水源具有特别重要的意义，枯枝落叶层的最大持水量一般为其自身干重的2～4倍，根系能够增加土壤的非毛管孔隙度，从而增强土壤下渗，提高土壤含水量，减少地表径流[4]。梯地主要是通过改变土壤理化性质，从而影响土壤蓄水、持水、理水等方面的能力[14]。

（2）水保林、经果林、梯地能有效减少土壤侵蚀量，增加毛管孔隙度和非毛管孔隙度，提高有机质含量等，保护和改良土壤。当雨滴以较高速度运动下降时最先受到植被地上部分枝叶的拦挡和截持，使雨滴下降时产生的部分动能分解和消除，从而减缓雨滴对地表的冲击力，一定程度上减少了土壤溅蚀；其次，地表的枯枝落叶层，会进一步降低雨滴对地表的溅蚀作用和径流对地表的冲刷；最后，土壤团粒结构较好和具有很好渗透性的土层，使大量水分下渗，从而减少了地表径流对土壤的冲刷作用，同时植被的根系、凋落物、死根及其生物残体、代谢产物等，在地表或土层进行积累、分解和转化，促进土壤及植物——土壤体系的能量传递和物质交换，增加土壤肥力[4]。魏义长等[15]研究也表明人工种草、水保林、经果林等水保措施可以降低土壤容重，增大土壤孔隙度，改善土壤结构，提高土壤的通透性和机械稳定性。林兴生等[16]研究种植巨菌草对土壤微生物群落功能多样性及土壤肥力的影响结果也表明种植巨菌草可提高土壤肥力。本试验结果表明坡耕地种植巨菌草能提高土壤全氮、全磷含量。不同土地利用类型中，坡耕地的土壤全氮、全磷含量最高，其次是经果林和水保林，荒山草地最低。

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