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南方红壤丘陵区是中国土壤侵蚀较为严重的区域之一。目前,该区森林覆盖度为43%,但仍有15%的面积发生土壤侵蚀,主要分布在某些丘陵区,尤其是有马尾松林覆盖但地表缺少灌草的地方。该现象被称为“林下流”。因此,用植被覆盖度(Vegetation Fractional Coverage,VFC)定量该区水土流失不甚合理。叶面积指数(Leaf Area Index,LAI)可以反映垂直层次的植被信息,有望为监测“林下流”提供一种新的途径。但使用单一LAI指标定量表征植被防治水土流失功能的适宜性尚不明确。本研究基于中国南方红壤丘陵区中科院鹰潭红壤生态实验站的8个田间土壤侵蚀观测小区,布设了花生顺坡、花生横坡、马尾松、马尾松和草、野蔷薇、胡枝子、香根草以及宽叶雀稗等8种植被覆盖和管理类型,使用人工模拟降雨研究了40mm h-1和54 mm h-1两种雨强以及干态与湿态两种土壤前期含水量条件下各小区的产流产沙过程与特征,比较了VFC和LAI定量表征植被防治水土流失功能的适宜性。同时,这一适宜性的比较还基于田间观测方法在自然降雨情景做了进一步研究。主要结论如下:
1.LAI适宜定量径流稳定状态的含沙量。模拟降雨情景径流稳定状态的径流速率、含沙量和土壤侵蚀速率可以客观反映不同植被防治水土流失功能的差异。植被防治土壤侵蚀的效果与机理因其类型不同而异,香根草和胡枝子覆盖下土壤侵蚀速率均较低,但胡枝子主要是通过减小径流速率,而香根草主要是通过减少径流中的含沙量。含沙量不能由VFC解释,而LAI与含沙量相关关系显著,可用负指数(R2=0.83,p<0.05)和直线(R2=0.84,p<0.05)两种关系描述。LAI是比VFC更合理的反映植被冠层截留降雨动能的参数。
2.不同植被覆盖和管理措施下驱动含沙量变异的主要因素不同。径流初始阶段,含沙量主要受降雨和管理驱动。随着径流速率的增大,含沙量变异还会受径流驱动,其受径流驱动的程度因不同土壤管理措施而异。径流速率与含沙量之间的最佳相关关系有倒数(横坡耕作),二次项(马尾松以及马尾松和草)和幂函数(顺坡耕作)三种。径流稳定状态,不同土壤管理措施间径流速率差异不大,而含沙量的差异却非常大。土壤管理措施主要影响径流中的含沙量。
3.LAI适宜定量雨季(三月到八月)的含沙量。各小区雨季的径流量和土壤侵蚀量分别占全年总量的90%和95%以上_,这一分布规律与降雨的变化特征吻合,但与VFC和LAI的季节变化规律并不一致。雨季尺度VFC与含沙量之间的相关关系不显著,而LAI与含沙量之间存在显著的负指数关系(R2=0.282,p<0.05)。本结论对基于LAI定量表征植被防治中国南方林下水土流失有借鉴意义。