喀斯特石漠化皆伐跡地不同微地形和小生境下的土壤侵蝕差異

殷清慧， 謝世友， 蔡先立

(1.西南大學(xué) 地理科學(xué)學(xué)院， 重慶 400715; 2.安順學(xué)院 資源與環(huán)境工程學(xué)院， 貴州 安順 561000; 3.西南大學(xué)三峽庫區(qū)生態(tài)環(huán)境教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 重慶 400715; 4.貴州省普定喀斯特生態(tài)系統(tǒng)觀測研究站, 貴州 普定 562100)

土壤侵蝕可導(dǎo)致土壤肥力下降,造成土壤貧瘠化、生態(tài)惡化，嚴(yán)重時(shí)山地區(qū)域易誘發(fā)滑坡、泥石流等災(zāi)害[1-2]。我國西南巖溶區(qū)，土地生態(tài)極其脆弱，土層薄，成土慢，林帶砍伐易加速土壤侵蝕而促使石漠化的形成，新中國成立以來，我國西南巖溶區(qū)因砍伐林地而形成的土地石漠化面積達(dá)1.30×106hm2[3]。西南巖溶區(qū)石漠化的發(fā)展尤以貴州省最為嚴(yán)重[4]。據(jù)中華人民共和國水利部2013年5月發(fā)布的第一次全國水利普查水土保持情況公報(bào)，貴州省土壤侵蝕主要為水力侵蝕且嚴(yán)重程度居全國第十。因此，巖溶區(qū)山地皆伐后土壤侵蝕狀況必須得到足夠的重視。森林采伐后,由于地表裸露增加了降雨對土壤侵蝕的機(jī)會(huì),坡度是影響采伐跡地土壤侵蝕的重要因素,山地坡度為20°～26°的土壤流失較重,年流失深度為0.7 cm,而坡度小于10°的山地土壤流失較小[5]。在同等條件下,皆伐跡地的水土流失量是有林地的10倍[6]。采伐強(qiáng)度與跡地地表徑流量成正比,皆伐跡地的地表徑流總量遠(yuǎn)高于保留林和疏伐林的地表徑流總量[7]。石漠化皆伐跡地在皆伐后的4.5 a恢復(fù)過程中，測釬法結(jié)果顯示總體侵蝕趨勢，自然恢復(fù)1 a內(nèi)土壤侵蝕量波動(dòng)較大，在1 a之后則波動(dòng)減小，3.5 a后趨于穩(wěn)定[8]。目前土壤侵蝕野外監(jiān)測方法眾多，常用的有137Cs同位素示宗法[9]、標(biāo)準(zhǔn)徑流場觀察法[10-11]、測釬法[12-14]、遙感監(jiān)測[15-16]、自動(dòng)觀測[17]等。巖溶石漠化山地由于土壤與巖石的交替分布以及地上地下二元三維結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致通常情況下降雨無法在坡面上產(chǎn)生連續(xù)的地表徑流,土壤主要以蠕滑等形式進(jìn)行短距離漸進(jìn)式遷移，測釬法能有效進(jìn)行原位監(jiān)測土壤蠕滑及地下漏失的監(jiān)測[8]。針對巖溶石漠化山地皆伐跡地不同微地形、小生境下土壤侵蝕的監(jiān)測及研究還較欠缺，同時(shí)介于前人研究認(rèn)為坡形、坡度等均可能會(huì)對侵蝕產(chǎn)生影響，但是沒有原位監(jiān)測結(jié)果支持，所以本文采用測釬法進(jìn)行原位監(jiān)測，探究巖溶石漠化山地皆伐跡地自然恢復(fù)過程中不同土微地形、小生境下土壤侵蝕的差異，以期為巖溶石漠化山地皆伐后的生態(tài)修復(fù)提供理論參考。

1 研究區(qū)概況

本文以貴州省安順市普定縣城關(guān)鎮(zhèn)趙家田村為研究區(qū)域，地理坐標(biāo)105°47′14″E，26°16′4″N，平均海拔1 440 m。氣候?qū)儆趤啛釒Ъ撅L(fēng)濕潤氣候，季風(fēng)交替明顯，全年天氣溫和，冬無寒冷，夏無炎暑，春干秋涼，無霜期長，雨量充沛，日照少，輻射能量低,年均氣溫14.2 ℃，7月最熱，平均氣溫22.6 ℃，年平均日照時(shí)數(shù)1 164.9 h，無霜期301 d，多年平均降水量1 378.2 mm，主要集中在5—9月，屬貴州省三大降雨心地區(qū)之一。植被茂盛以亞熱帶種類為主，主要有杉，香樟、枇杷、青岡、楸、椿、白楊等?；鶐r為泥灰?guī)r,土壤為石灰土,由于部分區(qū)域巖石裸露,山體土層呈現(xiàn)厚度不一且不連續(xù)分布,土層平均厚度30 cm，部分區(qū)域土層較薄不足10 cm,土層缺失僅有A層。土層較厚區(qū)域可達(dá)42 cm,有A，B兩層。為研究巖溶石漠化山地林地皆伐后植被群落自然恢復(fù)及水土流失情況，2012年6月對樣地進(jìn)行皆伐，砍伐面積為1 000 m2(順坡向40 m×橫坡向25 m)。因旨在觀察林地皆伐后植被群落自然恢復(fù)能力和土壤侵蝕情況，皆伐后僅對地上植被采用人工伐除，并將植被及其土壤表層枯枝落葉全部清除移出樣地，露出樣地土面。

2 數(shù)據(jù)與方法

2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)及監(jiān)測方法

研究區(qū)域地處巖溶區(qū)，坡面土地淺薄，部分基巖裸露，土壤破碎且分布不連續(xù)，土壤侵蝕主要以水力侵蝕為主。土壤與巖石的交替分布，土壤主要以蠕滑形式，為減少人與大型動(dòng)物的擾動(dòng)，采用鐵欄將樣地圍成封閉區(qū)域，以1 m×1 m進(jìn)行格網(wǎng)式布設(shè)測釬(外徑18 mm的PVC管)在坡面上垂直于坡面均線打入測釬直至穩(wěn)固為止，如插入點(diǎn)分布在石面上則跳過，插入后對每一顆測釬編號(hào)入冊，記錄各測釬點(diǎn)坡度、微地形和小生境，并用鋼卷尺測定測釬頂部到土壤表面的距離作為本底值，下次監(jiān)測時(shí)測定各測釬頂部到地面的距離，兩次測量值相減獲取土壤侵蝕的，正值為向下侵蝕，負(fù)值則發(fā)生沉積。

建筑工程測量在建筑施工中發(fā)揮著重要的作用，為了提高學(xué)生對工程測量知識(shí)和技能的掌握，在中職建筑工程測量教學(xué)中采用“五環(huán)四步”教學(xué)模式是很有必要的，在教學(xué)過程中，教師要重視以學(xué)生為主體，讓中職學(xué)生從過去被動(dòng)的“讓我學(xué)”，轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)的“我要學(xué)”，成為優(yōu)秀的工程技術(shù)人員。

2.2 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)選取時(shí)間為2013年8月至2014年8月，此期間總降雨量為1 296.10 mm，最大次降雨量為92.71 mm,在樣地收集數(shù)據(jù)整理后，有效測釬共計(jì)410顆釬。樣地內(nèi)按坡形將微地形分為凹形、凸形、平直形；因本文考慮石頭可能起到集雨的作用，從而影響到周圍土壤的侵蝕，因此在樣地區(qū)增加了石側(cè)小生境，并將石側(cè)定義為測釬的左、右、上三個(gè)面的任何一個(gè)面有面積大于0.09 cm2(即0.3 cm×0.3 cm)的石頭分布的小生境，因此樣地區(qū)小生環(huán)境類型分為土面、石土面、石側(cè)、石溝、石縫5類。據(jù)測釬布設(shè)位置，整個(gè)1 000 m2的樣地內(nèi)微地形以平直形和凹形為主，凸形區(qū)域大多為巖石裸露且突出地表，少部分區(qū)域有土層覆蓋，因此測釬統(tǒng)計(jì)平直形170顆、凹形178顆、凸形62顆；區(qū)域內(nèi)小生境主要以土面居多，石溝、石縫、石土面有零星分布，測釬統(tǒng)計(jì)中土面309顆、石側(cè)50顆、石溝26顆、石縫14顆、石土面11顆。運(yùn)用SPSS軟件對收集數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析，比較分析樣地區(qū)不同微地形、小生境下土壤侵蝕差異。

3 結(jié)果與分析

3.1 坡度與土壤侵蝕

在將自主開發(fā)的針對《C語言程序設(shè)計(jì)》的游戲助學(xué)軟件提供給本院的17級新生使用后，學(xué)生的對C語言的學(xué)習(xí)興趣得到了很大的提高，課程的學(xué)習(xí)效果也增強(qiáng)了不少。如果通過對課程最終的試卷考核結(jié)果進(jìn)行分析的話，這屆新生班級的C語言卷面平均成績普遍要高于前幾屆，尤其卷面上的客觀題(選擇題、填空題、程序閱讀題)的平均得分均超過了往屆平均分6分以上。這也表明了在這個(gè)學(xué)期引入游戲助學(xué)軟件，取得了比較好的教學(xué)效果。

圖1 坡度與土壤侵蝕深度

3.2 微地形與土壤侵蝕

社區(qū)大學(xué)教師專業(yè)發(fā)展是推動(dòng)許多社區(qū)成人學(xué)習(xí)課程的動(dòng)力，讓成人學(xué)習(xí)者可以在介于大學(xué)與社區(qū)的學(xué)習(xí)空間中得到繼續(xù)教育的機(jī)會(huì)，使學(xué)術(shù)理論知識(shí)與社區(qū)實(shí)踐接軌。同樣，社區(qū)實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)也因而提升到學(xué)術(shù)的系統(tǒng)理論層次，成為知識(shí)系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)。

坡度是地形中影響土壤侵蝕的關(guān)鍵因子，坡度與土壤侵蝕密切相關(guān)，在一定坡度范圍內(nèi)坡度與土壤侵蝕成正比，當(dāng)邊坡坡度達(dá)到土壤侵蝕的一個(gè)穩(wěn)定值的臨界值，繼續(xù)增加坡面土壤侵蝕減少[18-19]。將皆伐跡地樣地410顆測釬所在不同坡度的土壤侵蝕深度求平均值后作相關(guān)性分析(圖1)，得出該樣地區(qū)內(nèi)坡度與土壤侵蝕呈正比，隨坡度的升高土壤侵蝕深度越深，但因巖溶石漠化山地影響土地侵蝕深度的因素十分復(fù)雜，如坡面微地形、小生境、及土壤質(zhì)地、土層厚度、降雨量等諸多因素，所以樣地區(qū)并未出現(xiàn)土壤侵蝕的臨界值，從形成的散點(diǎn)軌跡上看雖有一定的上下波動(dòng)，但仍呈現(xiàn)直線上升的趨勢。通過坡度與土壤侵蝕做單因素方差分析，顯著性為0.002 26，說明兩者這間顯著相關(guān)，由此可見坡度是影響皆伐跡地樣地內(nèi)土壤侵蝕深度的重要因素之一。

(1) 土壤侵蝕平均深度與山體坡度呈正相關(guān)。另由于貴州喀斯特巖溶石漠化山地微地形、小生境較復(fù)雜，同時(shí)石漠化區(qū)山地阻隔作用，土壤侵蝕平均深度雖有一定的上下波動(dòng)，但仍呈現(xiàn)直線上升的趨勢。

圖2 微地形與土壤侵蝕深度

3.3 小生境與土壤侵蝕

喀斯特地貌小生境類型多樣,研究喀斯特皆伐跡地小生境下土壤侵蝕的差異，對水土流失治理中水土保持措施配置、生態(tài)植被重建都具有重要意義。土壤侵蝕是復(fù)雜的人文和自然地理過程，受諸多因素的影響，由于侵蝕過程及其復(fù)雜，因而土壤侵蝕環(huán)境也是十分繁雜[21]。本文通過對小生境與土壤侵蝕深度繪制箱圖(圖3)，得到不同小生境下土壤侵蝕深度為：石溝>石土面>石側(cè)>土面>石縫。小生境中除石縫外，其它小生境均出現(xiàn)沉積現(xiàn)象。石溝土壤侵蝕平均深度為20.25±16.49 mm，最大值為56 mm；石土面土壤侵蝕平均深度為14.54±19.43 mm，最小值為-17.60 mm，最大值為58.00 mm。石側(cè)的土壤侵蝕平均深度為13.57±15.38 mm，最小值為-24.90 mm，最大值為59.70 mm；土面土壤侵蝕平均深度為13.23±14.83 mm，最小值為-45.80 mm，最大值為65.6 mm。石縫土壤侵蝕平均深度為11.84±9.48 mm，最小值為2.60 mm，最大值為33.50 mm。其它最大值和最小值以外的值大概是小動(dòng)物外出覓食時(shí)產(chǎn)生的值。通過單因素方差顯著性分析，小生境組間顯著性為0.237，大于0.05，表明小生境組間無顯著相關(guān)。而多重比較組間顯著相關(guān)分析發(fā)現(xiàn)，土面和石溝小生境間呈顯著相關(guān)，顯著性為0.022。

微地形是指小尺度范圍的地形形態(tài)，日本學(xué)者[20]將丘陵地區(qū)微地形分為頂坡、上邊坡、谷頭凹地、下邊坡、麓坡、泛濫性階地和谷床7類，本樣地區(qū)域按坡地地形特點(diǎn)將微地形分為平直形、凹形和凸形。通過對微地形與土壤侵蝕作箱圖分析(圖2)，得出不同微地形下土壤侵蝕平均深度為凸形>凹形>平直形，而主要發(fā)生沉積的微地形為凹形和平直形，凸形只有個(gè)別區(qū)域發(fā)生了沉積。通過微地形與土壤侵蝕做單因素方差分析，組間顯著性=0.049，小于0.05，說明微地形與土壤侵蝕間呈現(xiàn)顯著相關(guān)，微地形是土壤侵蝕呈現(xiàn)差異性的因素之一。

小生境土壤侵蝕平均深度總體上呈現(xiàn)石溝和石土面最深，石測的土壤侵蝕次之，最淺的是石縫。石溝主要是因?yàn)樵诮涤赀^程中，當(dāng)降雨達(dá)到一定強(qiáng)度時(shí)，兩側(cè)的石面形成集水面，雨水匯集后沿石溝向下流動(dòng)，導(dǎo)致石溝地表土壤侵蝕嚴(yán)重；石土面的土壤底層為石面，雨水下滲受阻，在連續(xù)降雨后，土體處于過渡飽和狀態(tài)，導(dǎo)致侵蝕深度較深；石側(cè)主要是因?yàn)樵谑两唤缣幮纬梢粋€(gè)雨水下滲帶，所以土壤侵蝕深度淺；石縫小生境是喀斯特巖溶石漠化山地土壤良好的聚集地，因地下巖溶管道的存在，區(qū)域內(nèi)多發(fā)生土壤隨巖溶石縫向下緩慢移動(dòng)的現(xiàn)象，未出現(xiàn)沉積現(xiàn)象。地表則呈現(xiàn)周邊為裸露巖石，石縫處有少許土出露地表，而地下則有1 m至數(shù)米深度的土層，由于石縫處地表土壤較少，相對于其他小生境的侵蝕深度較淺。

圖3 小生境與土壤侵蝕深度

4 結(jié) 論

凸形土壤侵蝕平均深度為17.02±13.06 mm，最小值為-29.20 mm，最大值為50.00 mm。凸形62顆，其中57顆發(fā)生了侵蝕，僅5顆發(fā)生了沉積。樣地區(qū)凸形多有巖石裸露于地表,有土層覆蓋的區(qū)域較少，由于失去了高大喬木的樹冠截流作用，土壤層受降雨的侵蝕極易發(fā)生遷移，土壤侵蝕平均深度明顯大于凹形和平直形。平直形土壤侵蝕平均深度為14.04±14.61 mm，最小值為-39.10 mm，最大值為59.70 mm。平直形170顆，其中149顆發(fā)生了侵蝕，21顆發(fā)生了沉積。平直形是樣地區(qū)域僅次于凹形的主要土壤覆蓋的區(qū)域，土層較凹形平均土壤層薄，由于坡度較緩，土壤平均侵蝕深度小于凸形。凹形土壤侵蝕平均深度為11.84±14.93 mm，最小值為-45.80 mm，最大值為65.60 mm；凹形178顆，其中154顆發(fā)生了侵蝕，24顆發(fā)生了沉積。凹形區(qū)域是石漠化山地主要的土壤堆積區(qū)域，土壤層相對平直形和凸形較厚，坡面草本植物恢復(fù)生長最為茂盛，也是皆伐后植被恢復(fù)最快的區(qū)域，因此受土壤侵蝕的危害較凸形和平直形小。

(2) 不同微地形土壤侵蝕深度具有顯著差異，土壤侵蝕平均深度總體呈現(xiàn)為：凸形>平直形>凹形。

（一）最急性型 病死豬剖檢可見氣管和支氣管內(nèi)充滿泡沫狀帶血的分泌物。肺充血、出血和血管內(nèi)有纖維素性血栓形成。肺泡與間質(zhì)水腫。肺的前下部有炎癥出現(xiàn)。

(3) 不同小生境類型間土壤侵蝕呈現(xiàn)明顯差異，就土壤侵蝕平均深度而言，總體上呈現(xiàn)石溝和石土面最深，侵蝕最嚴(yán)重，石測次之，最淺的是石縫。因此小生境中石溝和石土面是水土保持防治的關(guān)鍵。

(4) 貴州省喀斯特皆伐跡地地區(qū)易受土壤侵蝕的影響造成土壤流失，應(yīng)及時(shí)做好皆伐跡地的生態(tài)修復(fù)工作，因坡度、微地形及小生境的存在，使皆伐跡地的土壤侵蝕呈現(xiàn)復(fù)雜性，因此應(yīng)據(jù)坡度、微地形及小生境與土壤侵蝕的關(guān)系，作好不同坡度、不同微地形、不同小生境的差異化生態(tài)保護(hù)工作，凸形微地形和石溝、石土面小生境是防治的關(guān)鍵。