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摘要：基于福建省长汀县河田镇48个样区（15 m × 15 m）植被垂直分层类型，不同垂直层次的总体植被覆盖度、枯落物厚度、土壤粒径分布及养分含量3类土壤属性数据，分析植被特征与土壤属性间的相互关系，并比较不同侵蚀程度、不同垂直结构类型下植被覆盖度、枯落物厚度与土壤粒径分布及养分含量的差异。结果表明，植被覆盖度、枯落物厚度与侵蚀程度显著负相关，与土壤中有机质含量、全氮含量、全磷含量显著正相关，但与全钾含量差异不显著。当植被覆盖度达到50%、枯落物厚度达到20 mm时、可以有效保持水土，其中枯落物较上层植被的水土保持作用更明显。不同植被垂直结构组合中，选择林灌草、林灌、灌草、纯草均可以较好地促进植被生长、改良土壤结构、保持土壤肥力。
关键词：植被；土壤养分；三维结构；土壤侵蚀
中图分类号：S157.1 文献标志码： A 文章编号：1002-1302（2015）07-0383-05
长期以来，我国南方红壤区由于降水量大，土壤淋溶作用强，加上不合理的土地利用方式，水土流失严重，严重制约了当地经济发展、社会进步，并威胁当地的生态平衡[1-3]。植被是治理水土流失的关键因子，植树造林一度成为治理水土流失的首要措施[4-5]。经过多年治理，我国南方红壤区的森林覆盖率已达50%以上，但由于林下普遍缺少灌木或草本植被覆盖，即林地结构不完整，水土流失问题仍然突出[6]。土壤结构、土壤肥力变化影响植被群落的发生、发育以及演替速度和方向[7-8]。对不同林地结构与土壤粒径分布和养分含量关系进行研究是水土保持理论研究的重要组成部分，也是治理“林下流”，保护生态环境的关键[9-11]。植被覆盖度（vegetation fractional coverage，VFC）主要反映植被水平结构信息。植被覆盖度是主要的减流减蚀因子，植被覆盖度与径流量、土壤流失量呈负相关[12-13]。即使在高植被覆盖地区，由于林下植被、枯落物缺乏，仍会发生中度甚至强度水土流失，即林下流问题十分严重[14-15]。林地植被地上部分一般可分为垂直的3个层次，即林冠层、灌草植被层、枯落物层，这3个作用层在水土调节中各有其重要作用[16-18]。植被覆盖度作为植被结构水平信息的表征值不能反映垂直层次的信息，所以具有明显的局限性。现阶段，能够表征植被垂直分布密度信息的叶面积指数（leaf area index，LAI）已得到了广泛运用，用叶面积指数评价植被对于水土流失作用的科学性已得到证实[19-20]。当植被覆盖度与产沙量无明显关系时，叶面积指数与产沙量也有很高的相关性[21]。但叶面积指数不能完整反映植被水平、垂直层次的结构，即三维结构。反映植被结构三维信息的生物量（biomass）、植被密度（density）、绿量（live vegetation volumn，LVV）已得到应用[22-24]。雷婉宁等比较了无草层次林地、采伐上层林、清除枯落物林地、完整层次林地的水土流失量，确定上林冠层、草被层、枯落物层对减少水土流失的权重因子，并据此权重在植被覆盖度的基礎上提出了结构化植被指数[25-26]。植被可以减少侵蚀、改良土壤结构、提高土壤肥力。范淑英等在江西省红壤坡地发现，植被覆盖能大大减少径流量、土壤侵蚀量，并有效改善土壤物理属性，增加土壤有机质、氮、磷、钾含量[27]。Zhang等研究指出，黄土中K含量与植被间关系不明显[28]。阔叶林土壤综合肥力高于针阔混交林，纯针叶林最差，自然恢复林高于人工植被[29]。纯乔、纯灌、纯草3类植被土壤中，全氮、全磷含量以纯乔最高，全钾含量以纯灌最高[30]。夏江宝等研究结果表明，植被能够改善土壤结构属性，针阔混交林土壤粒径分布结构最好，其次是纯林，纯针叶林好于纯经济林[31]。另有研究指出，提高土壤有机质含量是改善土壤结构状况的关键，通过增加土壤的植被枯落物或施加肥料也能达到增加土壤肥力、改良土壤结构的效果[7]。综上所述，有关植被结构、植被对土壤粒径分布和养分含量作用研究已取得诸多成果，但关于三维植被结构，即综合植被水平、垂直分层结构与粒径分布和养分含量之间关系的研究较少。笔者在野外选取48个不同侵蚀程度样方，调查各样方的植被垂直层次，计算不同垂直层次的总体植被覆盖度、地面枯落物厚度作为三维植被结构指标，研究三维植被结构与土壤属性间的关系及变化特征，并找出保持水土的最佳植被垂直层次组合，以期为“林下流”治理提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 研究区介绍
研究区位于福建省长汀县河田镇（25°38′17.9″N，116°27′35.7″E）（图1），是福建省水土流失最严重的地区之一，地貌以丘陵为主，土壤为黑云母花岗岩风化形成的山地红壤，绝大部分山地土壤露出心土层（B层），有的甚至露出母质层（C层）、母岩层（D层），属中亚热带季风气候，年平均气温 18.3 ℃，年均降水量1 500～1 700 mm。该区地带性植被为中亚热带常绿阔叶林，由于历史上严重的毁林开荒，阔叶林已破坏殆尽，现有重建植被主要是马尾松（Pinus massoniana Lamb）林，林下灌草植被较少，在水土流失严重地段几近裸地，灌草覆盖度极低，“林下流”现象严重。
1.2 样本区选取与分类
2010年12月17—18日，在河田镇罗地草山、大路口风水林、张坑、露湖四处相邻山地（海拔200 m左右）选取48个样本区。样本区土壤皆为发育于花岗岩母质的山地红壤，坡面平整，坡度为10°～15°，西南坡，投影大小均为15 m×15 m。按坡地植被垂直层次样，本区可分为裸地、纯林区、纯草区、林灌区、林草区、灌草区、林灌草区。乔木以马尾松为主，另有少量木荷（Schima superba Gardn. et Champ.）、栗树（Castanea Mill.），灌木以油茶（Camellia oleifera Abel.）、甘松（ Nardostachys chinensis Batal.）、小叶赤楠（Syzygium buxifolium Hook.
关键词：植被；土壤养分；三维结构；土壤侵蚀
中图分类号：S157.1 文献标志码： A 文章编号：1002-1302（2015）07-0383-05
长期以来，我国南方红壤区由于降水量大，土壤淋溶作用强，加上不合理的土地利用方式，水土流失严重，严重制约了当地经济发展、社会进步，并威胁当地的生态平衡[1-3]。植被是治理水土流失的关键因子，植树造林一度成为治理水土流失的首要措施[4-5]。经过多年治理，我国南方红壤区的森林覆盖率已达50%以上，但由于林下普遍缺少灌木或草本植被覆盖，即林地结构不完整，水土流失问题仍然突出[6]。土壤结构、土壤肥力变化影响植被群落的发生、发育以及演替速度和方向[7-8]。对不同林地结构与土壤粒径分布和养分含量关系进行研究是水土保持理论研究的重要组成部分，也是治理“林下流”，保护生态环境的关键[9-11]。植被覆盖度（vegetation fractional coverage，VFC）主要反映植被水平结构信息。植被覆盖度是主要的减流减蚀因子，植被覆盖度与径流量、土壤流失量呈负相关[12-13]。即使在高植被覆盖地区，由于林下植被、枯落物缺乏，仍会发生中度甚至强度水土流失，即林下流问题十分严重[14-15]。林地植被地上部分一般可分为垂直的3个层次，即林冠层、灌草植被层、枯落物层，这3个作用层在水土调节中各有其重要作用[16-18]。植被覆盖度作为植被结构水平信息的表征值不能反映垂直层次的信息，所以具有明显的局限性。现阶段，能够表征植被垂直分布密度信息的叶面积指数（leaf area index，LAI）已得到了广泛运用，用叶面积指数评价植被对于水土流失作用的科学性已得到证实[19-20]。当植被覆盖度与产沙量无明显关系时，叶面积指数与产沙量也有很高的相关性[21]。但叶面积指数不能完整反映植被水平、垂直层次的结构，即三维结构。反映植被结构三维信息的生物量（biomass）、植被密度（density）、绿量（live vegetation volumn，LVV）已得到应用[22-24]。雷婉宁等比较了无草层次林地、采伐上层林、清除枯落物林地、完整层次林地的水土流失量，确定上林冠层、草被层、枯落物层对减少水土流失的权重因子，并据此权重在植被覆盖度的基礎上提出了结构化植被指数[25-26]。植被可以减少侵蚀、改良土壤结构、提高土壤肥力。范淑英等在江西省红壤坡地发现，植被覆盖能大大减少径流量、土壤侵蚀量，并有效改善土壤物理属性，增加土壤有机质、氮、磷、钾含量[27]。Zhang等研究指出，黄土中K含量与植被间关系不明显[28]。阔叶林土壤综合肥力高于针阔混交林，纯针叶林最差，自然恢复林高于人工植被[29]。纯乔、纯灌、纯草3类植被土壤中，全氮、全磷含量以纯乔最高，全钾含量以纯灌最高[30]。夏江宝等研究结果表明，植被能够改善土壤结构属性，针阔混交林土壤粒径分布结构最好，其次是纯林，纯针叶林好于纯经济林[31]。另有研究指出，提高土壤有机质含量是改善土壤结构状况的关键，通过增加土壤的植被枯落物或施加肥料也能达到增加土壤肥力、改良土壤结构的效果[7]。综上所述，有关植被结构、植被对土壤粒径分布和养分含量作用研究已取得诸多成果，但关于三维植被结构，即综合植被水平、垂直分层结构与粒径分布和养分含量之间关系的研究较少。笔者在野外选取48个不同侵蚀程度样方，调查各样方的植被垂直层次，计算不同垂直层次的总体植被覆盖度、地面枯落物厚度作为三维植被结构指标，研究三维植被结构与土壤属性间的关系及变化特征，并找出保持水土的最佳植被垂直层次组合，以期为“林下流”治理提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 研究区介绍
研究区位于福建省长汀县河田镇（25°38′17.9″N，116°27′35.7″E）（图1），是福建省水土流失最严重的地区之一，地貌以丘陵为主，土壤为黑云母花岗岩风化形成的山地红壤，绝大部分山地土壤露出心土层（B层），有的甚至露出母质层（C层）、母岩层（D层），属中亚热带季风气候，年平均气温 18.3 ℃，年均降水量1 500～1 700 mm。该区地带性植被为中亚热带常绿阔叶林，由于历史上严重的毁林开荒，阔叶林已破坏殆尽，现有重建植被主要是马尾松（Pinus massoniana Lamb）林，林下灌草植被较少，在水土流失严重地段几近裸地，灌草覆盖度极低，“林下流”现象严重。
1.2 样本区选取与分类
2010年12月17—18日，在河田镇罗地草山、大路口风水林、张坑、露湖四处相邻山地（海拔200 m左右）选取48个样本区。样本区土壤皆为发育于花岗岩母质的山地红壤，坡面平整，坡度为10°～15°，西南坡，投影大小均为15 m×15 m。按坡地植被垂直层次样，本区可分为裸地、纯林区、纯草区、林灌区、林草区、灌草区、林灌草区。乔木以马尾松为主，另有少量木荷（Schima superba Gardn. et Champ.）、栗树（Castanea Mill.），灌木以油茶（Camellia oleifera Abel.）、甘松（ Nardostachys chinensis Batal.）、小叶赤楠（Syzygium buxifolium Hook.