东芦河流域人工灌丛生态系统土壤侵蚀研究

来源 :江苏师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xiaoge1011
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在干旱半干旱地区,灌丛生态系统在空间结构上表现为稀疏斑块状结构,与草地相比更容易导致坡面水流的汇聚,使得微地貌向有利于侵蚀发展的方向改变,从而可能加强径流冲刷侵蚀。目前相关研究主要关注灌丛向草地的自然入侵导致的草地生态系统退化,或者是灌丛生态系统微地貌在不同地理条件下的形态特征及土壤属性的影响,而少有研究将两者相结合进行综合分析。东芦河流域地处我国农牧交错带,草原为地带性生态系统类型。为修复严重的土地退化、沙化以及水土流失,自上世纪七八十年代该地区经历了三北防护林工程、退耕还林还草工程等大规模的植被重建工程。为加快植被恢复速度,人工灌丛种植成为植被建设的主要措施之一。而该地区地带性植被为草原植被,形成了人工灌丛引入草地的现象,与灌丛自然入侵形成的灌丛生态系统在水土过程上存在一定的差别。探讨人工灌丛植被的土壤侵蚀效应对当地坡面侵蚀的影响,一方面可以在科学认识上促进对人工灌丛生态系统水土过程的认识,另一方面对生态系统的恢复和管理也具有重要意义。鉴于此,本研究以东芦河流域人工灌丛生态系统为研究对象,从灌丛结构、土壤属性和土壤侵蚀三个维度,以坡面为基本研究单元,聚焦它们从坡顶至坡底的空间变异特征。本研究采用灌丛-草地镶嵌的灌丛坡面与纯草地的坡面对照的方法,研究它们土壤属性与土壤侵蚀存在的差异,最终揭示人工灌丛生态系统的土壤侵蚀特征。主要研究结果如下:(1)灌丛-草地镶嵌坡面与纯草地坡面的覆被格局差异显著。单株灌丛高度与枝条数量从坡顶至坡底方向逐渐减小,整体上保持相对稳定,灌丛长轴与短轴呈显著正相关,两者沿坡面协同生长。与草地坡面相比,灌丛坡面的裸地斑块密度较小,斑块面积较大,表征产流产沙“源”(裸地)之间连通度的Flowlength指数较高,表明灌丛坡面的裸地斑块单位面积内数量少且形状大。而草地坡面的裸地斑块单位面积内数量多且形状小,Flowlength指数较低。(2)灌丛下与灌丛间草地的土壤理化性质存在差异。灌丛下土壤紧实度、土壤容重均不同程度低于灌丛间草地,而土壤有机碳则高于灌丛间草地。一方面,灌丛冠幅下的“肥岛效应”使灌丛下拥有更丰富的营养物质,所以具有更高的孔隙度和渗透性,土质与灌丛间草地相比更疏松;另一方面,灌丛在坡面上具有拦截上方径流泥沙资源的能力,更多的泥沙汇聚在灌丛下,所以表层土壤相对疏松。(3)灌丛坡面与草地坡面间的土壤属性存在差异。灌丛坡面灌丛间草地的土壤紧实度、土壤砂粒含量均不同程度高于草地坡面,土壤黏粒和粉粒含量则低于草地坡面,土壤容重和土壤有机碳在对比坡面中表现不同,其中坡面1的灌丛坡面土壤容重高于草地,土壤有机碳小于草地,而坡面2呈相反结果。在灌丛坡面,灌丛与草地的镶嵌结构使灌丛间的水流汇聚,加强冲刷,黏粒和粉粒由于粒径较小,与砂粒相比更容易被风或径流带走。此外,当地的放牧活动加剧了灌丛间草地的侵蚀。羊群在灌丛坡面的行走路线相对草地更集中,使得路线范围内土壤更紧实,孔隙度更小,透水性差。(4)灌丛坡面与草地坡面土壤侵蚀的空间变化差异明显。灌丛下堆积体体积一定程度量化了灌丛在坡面的拦截能力,结果表明堆积体体积从坡顶至坡底呈曲线下降,而面蚀体积则呈曲线上升,且灌丛坡面的面蚀体积高于草地坡面。灌丛的拦截功能一方面增加了灌丛下堆积体的体积,另一方面堆积体的增加加剧了灌丛与灌丛间草地的高度差,使径流更集中地冲刷坡面。草地在整个坡面尺度,其拦截上坡径流泥沙的能力均等,上坡来水对其冲刷强度相对较均匀,所以与灌丛坡面相比面蚀强度相对较小。上述结果表明,人工引入灌丛形成的灌丛-草地镶嵌坡面虽然会整体上提高土壤有机碳的含量,但由于对微地貌的塑造,导致灌丛间形成较大的裸露斑块和较强的侵蚀。此外,灌丛-草地镶嵌的灌丛生态系统使牲畜的移动路径更集中,进一步加强了灌丛坡面的灌丛间的侵蚀。鉴于此,人工引入灌丛开展植被建设需要更加关注灌丛生态系统空间结构的设计,以避免土壤侵蚀的进一步发展。
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