喀斯特石漠化皆伐迹地不同微地形和小生境下的土壤侵蚀差异

殷清慧， 谢世友， 蔡先立

(1.西南大学 地理科学学院， 重庆 400715; 2.安顺学院 资源与环境工程学院， 贵州 安顺 561000; 3.西南大学三峡库区生态环境教育部重点实验室， 重庆 400715; 4.贵州省普定喀斯特生态系统观测研究站, 贵州 普定 562100)

土壤侵蚀可导致土壤肥力下降,造成土壤贫瘠化、生态恶化，严重时山地区域易诱发滑坡、泥石流等灾害[1-2]。我国西南岩溶区，土地生态极其脆弱，土层薄，成土慢，林带砍伐易加速土壤侵蚀而促使石漠化的形成，新中国成立以来，我国西南岩溶区因砍伐林地而形成的土地石漠化面积达1.30×106hm2[3]。西南岩溶区石漠化的发展尤以贵州省最为严重[4]。据中华人民共和国水利部2013年5月发布的第一次全国水利普查水土保持情况公报，贵州省土壤侵蚀主要为水力侵蚀且严重程度居全国第十。因此，岩溶区山地皆伐后土壤侵蚀状况必须得到足够的重视。森林采伐后,由于地表裸露增加了降雨对土壤侵蚀的机会,坡度是影响采伐迹地土壤侵蚀的重要因素,山地坡度为20°～26°的土壤流失较重,年流失深度为0.7 cm,而坡度小于10°的山地土壤流失较小[5]。在同等条件下,皆伐迹地的水土流失量是有林地的10倍[6]。采伐强度与迹地地表径流量成正比,皆伐迹地的地表径流总量远高于保留林和疏伐林的地表径流总量[7]。石漠化皆伐迹地在皆伐后的4.5 a恢复过程中，测钎法结果显示总体侵蚀趋势，自然恢复1 a内土壤侵蚀量波动较大，在1 a之后则波动减小，3.5 a后趋于稳定[8]。目前土壤侵蚀野外监测方法众多，常用的有137Cs同位素示宗法[9]、标准径流场观察法[10-11]、测钎法[12-14]、遥感监测[15-16]、自动观测[17]等。岩溶石漠化山地由于土壤与岩石的交替分布以及地上地下二元三维结构，导致通常情况下降雨无法在坡面上产生连续的地表径流,土壤主要以蠕滑等形式进行短距离渐进式迁移，测钎法能有效进行原位监测土壤蠕滑及地下漏失的监测[8]。针对岩溶石漠化山地皆伐迹地不同微地形、小生境下土壤侵蚀的监测及研究还较欠缺，同时介于前人研究认为坡形、坡度等均可能会对侵蚀产生影响，但是没有原位监测结果支持，所以本文采用测钎法进行原位监测，探究岩溶石漠化山地皆伐迹地自然恢复过程中不同土微地形、小生境下土壤侵蚀的差异，以期为岩溶石漠化山地皆伐后的生态修复提供理论参考。

1 研究区概况

本文以贵州省安顺市普定县城关镇赵家田村为研究区域，地理坐标105°47′14″E，26°16′4″N，平均海拔1 440 m。气候属于亚热带季风湿润气候，季风交替明显，全年天气温和，冬无寒冷，夏无炎暑，春干秋凉，无霜期长，雨量充沛，日照少，辐射能量低,年均气温14.2 ℃，7月最热，平均气温22.6 ℃，年平均日照时数1 164.9 h，无霜期301 d，多年平均降水量1 378.2 mm，主要集中在5—9月，属贵州省三大降雨心地区之一。植被茂盛以亚热带种类为主，主要有杉，香樟、枇杷、青冈、楸、椿、白杨等。基岩为泥灰岩,土壤为石灰土,由于部分区域岩石裸露,山体土层呈现厚度不一且不连续分布,土层平均厚度30 cm，部分区域土层较薄不足10 cm,土层缺失仅有A层。土层较厚区域可达42 cm,有A，B两层。为研究岩溶石漠化山地林地皆伐后植被群落自然恢复及水土流失情况，2012年6月对样地进行皆伐，砍伐面积为1 000 m2(顺坡向40 m×横坡向25 m)。因旨在观察林地皆伐后植被群落自然恢复能力和土壤侵蚀情况，皆伐后仅对地上植被采用人工伐除，并将植被及其土壤表层枯枝落叶全部清除移出样地，露出样地土面。

2 数据与方法

2.1 试验设计及监测方法

研究区域地处岩溶区，坡面土地浅薄，部分基岩裸露，土壤破碎且分布不连续，土壤侵蚀主要以水力侵蚀为主。土壤与岩石的交替分布，土壤主要以蠕滑形式，为减少人与大型动物的扰动，采用铁栏将样地围成封闭区域，以1 m×1 m进行格网式布设测钎(外径18 mm的PVC管)在坡面上垂直于坡面均线打入测钎直至稳固为止，如插入点分布在石面上则跳过，插入后对每一颗测钎编号入册，记录各测钎点坡度、微地形和小生境，并用钢卷尺测定测钎顶部到土壤表面的距离作为本底值，下次监测时测定各测钎顶部到地面的距离，两次测量值相减获取土壤侵蚀的，正值为向下侵蚀，负值则发生沉积。

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2.2 数据处理

数据选取时间为2013年8月至2014年8月，此期间总降雨量为1 296.10 mm，最大次降雨量为92.71 mm,在样地收集数据整理后，有效测钎共计410颗钎。样地内按坡形将微地形分为凹形、凸形、平直形；因本文考虑石头可能起到集雨的作用，从而影响到周围土壤的侵蚀，因此在样地区增加了石侧小生境，并将石侧定义为测钎的左、右、上三个面的任何一个面有面积大于0.09 cm2(即0.3 cm×0.3 cm)的石头分布的小生境，因此样地区小生环境类型分为土面、石土面、石侧、石沟、石缝5类。据测钎布设位置，整个1 000 m2的样地内微地形以平直形和凹形为主，凸形区域大多为岩石裸露且突出地表，少部分区域有土层覆盖，因此测钎统计平直形170颗、凹形178颗、凸形62颗；区域内小生境主要以土面居多，石沟、石缝、石土面有零星分布，测钎统计中土面309颗、石侧50颗、石沟26颗、石缝14颗、石土面11颗。运用SPSS软件对收集数据进行单因素方差分析，比较分析样地区不同微地形、小生境下土壤侵蚀差异。

3 结果与分析

3.1 坡度与土壤侵蚀

在将自主开发的针对《C语言程序设计》的游戏助学软件提供给本院的17级新生使用后，学生的对C语言的学习兴趣得到了很大的提高，课程的学习效果也增强了不少。如果通过对课程最终的试卷考核结果进行分析的话，这届新生班级的C语言卷面平均成绩普遍要高于前几届，尤其卷面上的客观题(选择题、填空题、程序阅读题)的平均得分均超过了往届平均分6分以上。这也表明了在这个学期引入游戏助学软件，取得了比较好的教学效果。

图1 坡度与土壤侵蚀深度

3.2 微地形与土壤侵蚀

社区大学教师专业发展是推动许多社区成人学习课程的动力，让成人学习者可以在介于大学与社区的学习空间中得到继续教育的机会，使学术理论知识与社区实践接轨。同样，社区实践的经验也因而提升到学术的系统理论层次，成为知识系统的重要基础。

坡度是地形中影响土壤侵蚀的关键因子，坡度与土壤侵蚀密切相关，在一定坡度范围内坡度与土壤侵蚀成正比，当边坡坡度达到土壤侵蚀的一个稳定值的临界值，继续增加坡面土壤侵蚀减少[18-19]。将皆伐迹地样地410颗测钎所在不同坡度的土壤侵蚀深度求平均值后作相关性分析(图1)，得出该样地区内坡度与土壤侵蚀呈正比，随坡度的升高土壤侵蚀深度越深，但因岩溶石漠化山地影响土地侵蚀深度的因素十分复杂，如坡面微地形、小生境、及土壤质地、土层厚度、降雨量等诸多因素，所以样地区并未出现土壤侵蚀的临界值，从形成的散点轨迹上看虽有一定的上下波动，但仍呈现直线上升的趋势。通过坡度与土壤侵蚀做单因素方差分析，显著性为0.002 26，说明两者这间显著相关，由此可见坡度是影响皆伐迹地样地内土壤侵蚀深度的重要因素之一。

(1) 土壤侵蚀平均深度与山体坡度呈正相关。另由于贵州喀斯特岩溶石漠化山地微地形、小生境较复杂，同时石漠化区山地阻隔作用，土壤侵蚀平均深度虽有一定的上下波动，但仍呈现直线上升的趋势。

图2 微地形与土壤侵蚀深度

3.3 小生境与土壤侵蚀

喀斯特地貌小生境类型多样,研究喀斯特皆伐迹地小生境下土壤侵蚀的差异，对水土流失治理中水土保持措施配置、生态植被重建都具有重要意义。土壤侵蚀是复杂的人文和自然地理过程，受诸多因素的影响，由于侵蚀过程及其复杂，因而土壤侵蚀环境也是十分繁杂[21]。本文通过对小生境与土壤侵蚀深度绘制箱图(图3)，得到不同小生境下土壤侵蚀深度为：石沟>石土面>石侧>土面>石缝。小生境中除石缝外，其它小生境均出现沉积现象。石沟土壤侵蚀平均深度为20.25±16.49 mm，最大值为56 mm；石土面土壤侵蚀平均深度为14.54±19.43 mm，最小值为-17.60 mm，最大值为58.00 mm。石侧的土壤侵蚀平均深度为13.57±15.38 mm，最小值为-24.90 mm，最大值为59.70 mm；土面土壤侵蚀平均深度为13.23±14.83 mm，最小值为-45.80 mm，最大值为65.6 mm。石缝土壤侵蚀平均深度为11.84±9.48 mm，最小值为2.60 mm，最大值为33.50 mm。其它最大值和最小值以外的值大概是小动物外出觅食时产生的值。通过单因素方差显著性分析，小生境组间显著性为0.237，大于0.05，表明小生境组间无显著相关。而多重比较组间显著相关分析发现，土面和石沟小生境间呈显著相关，显著性为0.022。

微地形是指小尺度范围的地形形态，日本学者[20]将丘陵地区微地形分为顶坡、上边坡、谷头凹地、下边坡、麓坡、泛滥性阶地和谷床7类，本样地区域按坡地地形特点将微地形分为平直形、凹形和凸形。通过对微地形与土壤侵蚀作箱图分析(图2)，得出不同微地形下土壤侵蚀平均深度为凸形>凹形>平直形，而主要发生沉积的微地形为凹形和平直形，凸形只有个别区域发生了沉积。通过微地形与土壤侵蚀做单因素方差分析，组间显著性=0.049，小于0.05，说明微地形与土壤侵蚀间呈现显著相关，微地形是土壤侵蚀呈现差异性的因素之一。

小生境土壤侵蚀平均深度总体上呈现石沟和石土面最深，石测的土壤侵蚀次之，最浅的是石缝。石沟主要是因为在降雨过程中，当降雨达到一定强度时，两侧的石面形成集水面，雨水汇集后沿石沟向下流动，导致石沟地表土壤侵蚀严重；石土面的土壤底层为石面，雨水下渗受阻，在连续降雨后，土体处于过渡饱和状态，导致侵蚀深度较深；石侧主要是因为在石土交界处形成一个雨水下渗带，所以土壤侵蚀深度浅；石缝小生境是喀斯特岩溶石漠化山地土壤良好的聚集地，因地下岩溶管道的存在，区域内多发生土壤随岩溶石缝向下缓慢移动的现象，未出现沉积现象。地表则呈现周边为裸露岩石，石缝处有少许土出露地表，而地下则有1 m至数米深度的土层，由于石缝处地表土壤较少，相对于其他小生境的侵蚀深度较浅。

图3 小生境与土壤侵蚀深度

4 结 论

凸形土壤侵蚀平均深度为17.02±13.06 mm，最小值为-29.20 mm，最大值为50.00 mm。凸形62颗，其中57颗发生了侵蚀，仅5颗发生了沉积。样地区凸形多有岩石裸露于地表,有土层覆盖的区域较少，由于失去了高大乔木的树冠截流作用，土壤层受降雨的侵蚀极易发生迁移，土壤侵蚀平均深度明显大于凹形和平直形。平直形土壤侵蚀平均深度为14.04±14.61 mm，最小值为-39.10 mm，最大值为59.70 mm。平直形170颗，其中149颗发生了侵蚀，21颗发生了沉积。平直形是样地区域仅次于凹形的主要土壤覆盖的区域，土层较凹形平均土壤层薄，由于坡度较缓，土壤平均侵蚀深度小于凸形。凹形土壤侵蚀平均深度为11.84±14.93 mm，最小值为-45.80 mm，最大值为65.60 mm；凹形178颗，其中154颗发生了侵蚀，24颗发生了沉积。凹形区域是石漠化山地主要的土壤堆积区域，土壤层相对平直形和凸形较厚，坡面草本植物恢复生长最为茂盛，也是皆伐后植被恢复最快的区域，因此受土壤侵蚀的危害较凸形和平直形小。

(2) 不同微地形土壤侵蚀深度具有显著差异，土壤侵蚀平均深度总体呈现为：凸形>平直形>凹形。

（一）最急性型 病死猪剖检可见气管和支气管内充满泡沫状带血的分泌物。肺充血、出血和血管内有纤维素性血栓形成。肺泡与间质水肿。肺的前下部有炎症出现。

(3) 不同小生境类型间土壤侵蚀呈现明显差异，就土壤侵蚀平均深度而言，总体上呈现石沟和石土面最深，侵蚀最严重，石测次之，最浅的是石缝。因此小生境中石沟和石土面是水土保持防治的关键。

(4) 贵州省喀斯特皆伐迹地地区易受土壤侵蚀的影响造成土壤流失，应及时做好皆伐迹地的生态修复工作，因坡度、微地形及小生境的存在，使皆伐迹地的土壤侵蚀呈现复杂性，因此应据坡度、微地形及小生境与土壤侵蚀的关系，作好不同坡度、不同微地形、不同小生境的差异化生态保护工作，凸形微地形和石沟、石土面小生境是防治的关键。