全 文 ：澜沧江流域生态系统土壤保持功能及其空间分布*
陈摇 龙1,2 摇 谢高地1**摇 裴摇 厦1,2 摇 张昌顺1 摇 范摇 娜1,2 摇 张彩霞1 摇 李士美3
( 1中国科学院地理科学与资源研究所, 北京 100101; 2中国科学院研究生院, 北京 100049; 3青岛农业大学, 山东青岛
266109)
摘摇 要摇 基于改进的通用土壤流失方程对澜沧江流域生态系统的土壤保持功能及其空间分
布特征进行分析.结果表明:澜沧江流域是我国生态系统土壤保持能力最高的区域之一,其年
均土壤保持量为 2. 36伊101 0 t·a-1,单位面积土壤保持量为 1453. 72 t·hm-2;土壤 N、P、K 元
素保持量分别为 5. 74伊107、3. 07伊107和 3. 75伊108 t·a-1,从上游至下游呈递增趋势.各类生态
系统中,森林生态系统土壤保持能力最高,草地和农田其次,荒漠生态系统最差.不同生态系
统的土壤保持能力均随植被盖度的增加呈线性增长.澜沧江流域生态系统的植被盖度每增加
10% ,其土壤保持能力平均增加 35. 3% .在对该区域生态系统进行保护的基础上,因地制宜地
合理增加植被盖度对防治土壤侵蚀、保持土壤养分可以起到良好效果.
关键词摇 澜沧江流域摇 生态系统服务摇 土壤侵蚀摇 土壤保持
文章编号摇 1001-9332(2012)08-2249-08摇 中图分类号摇 Q149;S714. 7摇 文献标识码摇 A
Ecosystem爷s soil conservation function and its spatial distribution in Lancang River Basin,
Southwest China. CHEN Long1,2, XIE Gao鄄di1, PEI Sha1,2, ZHANG Chang鄄shun1, FAN Na1,2,
ZHANG Cai鄄xia1, LI Shi鄄mei3 ( 1 Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research,
Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101, China; 2Graduate University of Chinese Academy of
Sciences, Beijing 100049, China; 3Qingdao Agricultural University, Qingdao 266109, Shandong,
China) . 鄄Chin. J. Appl. Ecol. ,2012,23(8): 2249-2256.
Abstract: Based on the RUSLE model, this paper analyzed the ecosystem爷s soil conservation func鄄
tion and its spatial distribution in Lancang River Basin. This Basin could be one of the regions hav鄄
ing the highest ecosystem爷s soil conservation capability in China, with an annual ecosystem爷s soil
conservation amount being 2. 36伊101 0 t·a-1 and the soil conservation amount per unit area being
1453. 72 t·a-1 per hectare. The total amounts of the N, P, and K conserved in soils were 5. 74伊
107, 3. 07 伊 107, and 3. 75 伊 108 t·a-1, respectively, and presented an increasing trend from
upstream to downstream. Among the ecosystems in the Basin, forest ecosystem had the highest soil
conservation capability, followed by grassland and farmland, while desert ecosystem had the lowest
one. The soil conservation capability of the ecosystems was linearly increased with the increase of
vegetation coverage. Averagely, a 10% increment in the vegetation coverage could result in a
35郾 3% increment in soil conservation capability. To rationally increase the vegetation coverage by
reliable ecosystem management based on local conditions would make good effect in preventing soil
erosion and maintaining soil nutrients in the Basin.
Key words: Lancang River Basin; ecosystem services; soil erosion; soil conservation.
*国家科技部科技基础性工作专项(2008FY110300)资助.
**通讯作者. E鄄mail: xiegd@ igsnrr. ac. cn
2011鄄10鄄26 收稿,2012鄄05鄄29 接受.
摇 摇 土壤侵蚀是全球范围内面临的主要环境和农业
问题之一[1],不仅会引起土地退化、土壤肥力下降,
还会影响河流的正常泄洪以及水电工程的使用寿
命[2] .中国是世界上水土流失最严重的国家之一,
2000 年,我国水土流失造成的直接经济损失达
642郾 59伊108元,相当于当年全国总 GDP的 0郾 6% [3] .
森林植被对水土流失的控制作用早已为人们所认
识[4],森林生态系统可以通过林冠层、枯落物和根
系等各个层次消减雨水的侵蚀能量,增加土壤抗蚀
性从而减少土壤流失,并保持土壤养分,具有十分重
要的土壤保持功能. 通用土壤流失方程( universal
应 用 生 态 学 报摇 2012 年 8 月摇 第 23 卷摇 第 8 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇
Chinese Journal of Applied Ecology, Aug. 2012,23(8): 2249-2256
soil loss equation,USLE)的创建[5]以及 GIS 技术的
迅猛发展,为区域尺度上生态系统土壤保持功能的
量化提供了可能. 肖寒等[6]基于 USLE 和 GIS 技术
对海南岛生态系统的土壤保持功能及其价值进行了
评估,说明利用 GIS 技术研究大区域土壤侵蚀是一
种可行的方法和技术途径. 李铖等[7]运用 RUSLE、
GIS和 RS 技术对杭州湾地区进行了评价. 黄和平
等[8]和刘琦等[9]分别对皇甫川流域和太原地区进
行土壤保持功能的价值评价. 肖玉等[10]和刘敏超
等[11]对青藏高原和三江源地区土壤保持功能及价
值的研究结果表明,USLE 在高海拔陡坡地区也可
以取得良好的效果.然而,以往的相关研究大多注重
生态系统土壤保持功能的价值,对其空间分布特征
的分析略显不足.
澜沧江流域作为著名的国际河流,地跨西南纵
向岭谷区,局部地区经常因水土流失而发生泥石流
和滑坡等地质灾害,极大地影响当地经济发展和人
民群众的生活;同时,该流域又是我国西南地区重要
的水电能源基地,土壤侵蚀会对河流泥沙含量产生
直接影响,从而淤积水库,影响水电工程的使用效率
和寿命;湄公河下游国家对澜沧江(位于湄公河上
游)的水土流失状况也极为关注[12] .因此,明确该流
域生态系统的土壤保持功能显得愈发重要,有必要
对其进行评估.本文利用改进的通用土壤流失方程
(revised universal soil loss equation,RUSLE)和 GIS
技术对澜沧江流域生态系统的土壤保持功能进行研
究,着重分析其空间分布特征,揭示了不同生态系统
类型以及植被盖度对该功能的影响,以期为该流域
的跨境生态安全评估提供参考.
1摇 研究地区与研究方法
1郾 1摇 研究区概况
澜沧江流域(21毅—34毅 N,94毅—102毅 E)系太平
洋水系,发源于青藏高原中部唐古拉山脉北麓,自北
向南先后流经中国青海、西藏、云南 3 省区(图 1),
从云南省西双版纳州出境后称湄公河,全长
4880 km,流域面积 81伊104 km2,年均径流量 4750伊
108 m3 .中国境内干流长 2160 km,流域面积 16郾 48伊
104 km2,占全流域面积的 20郾 7% ;年出境水量 765伊
108 m3,占全流域的 14郾 5% .澜沧江干流从源头至昌
都为上游,昌都至功果桥为中游,功果桥至南阿河口
为下游.较大的支流多分布在上游和下游[13-14] .
流域由北向南纵跨 13 个纬度,导致区内气候差
异巨大 . 由于独特地理位置以及复杂环境的长期
图 1摇 澜沧江流域位置图
Fig. 1摇 Location of Lancang River Basin郾
作用,该流域几乎涵盖了我国大陆地貌的全部土壤
种类[15] .多样的地貌特征和气候特征使该区域拥有
除沙漠和海洋之外的各类生态系统[16] .
1郾 2摇 研究方法
1郾 2郾 1 土壤保持量摇 生态系统土壤保持功能用土壤
保持量表示.采用广泛应用的 RUSLE来估算流域潜
在土壤侵蚀量和现实土壤侵蚀量,二者之差即为生
态系统土壤保持量.
潜在土壤侵蚀量指假设无植被覆盖和水土保持
措施时的土壤侵蚀量,计算公式为:
Ap =R伊K伊LS (1)
现实侵蚀量的计算公式为:
Ar =R伊K伊LS伊C伊P (2)
生态系统土壤保持量的计算公式为:
Ac =Ap-Ar (3)
生态系统在防止土壤侵蚀、保持土壤的同时,减
少了土壤中营养元素的流失,本文中土壤养分主要
考虑 N、P、K,且不考虑可溶态流失部分. 在计算得
到生态系统保持土壤量的基础上,结合不同类型土
壤中全 N、全 P、全 K 含量,计算得到生态系统保持
土壤养分量.计算公式为:
WN,P,K =移
n
i = 1
Aci 伊 CNi,Pi,Ki (4)
以上各式中:Ap为潜在土壤侵蚀量( t·hm-2·a-1);
Ar为现实土壤侵蚀量(t·hm-2·a-1);Ac为土壤保持
量(t·hm-2·a-1);WN,P,K分别为土壤中 N、P、K 的
0522 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 23 卷
年保 持 量 ( t · a-1 ); R 为 降 雨 侵 蚀 力 因 子
(MJ·mm·hm-2·h-1·a-1);K为土壤可蚀性因子
(t·hm2·h·hm-2·MJ-1·mm-1);LS 为坡长坡度
因子;C为地表植被覆盖因子;P 为土壤保持措施因
子;CNi,Pi,Ki分别为第 i 土壤类型中全 N、全 P 和全 K
含量(% ).首先根据土壤类型图得到流域所包含的
土壤亚类,然后从中国土壤数据库中选择云南省、西
藏自治区和青海省的同种土壤亚类的土壤剖面数
据,共得到 62 种土壤类型的 218 个剖面数据,取其
平均值作为各土壤亚类的全 N、全 P和全 K含量.在
计算各土壤类型的可蚀性因子时所需的土壤质地组
成和有机碳含量也采用同样方法处理. 输出各因子
的栅格单元均为 100 m伊100 m,利用 ArcGIS 的空间
分析功能计算并分析流域内土壤保持功能及其空间
分布特征.
1郾 2郾 2 降雨侵蚀力因子摇 降雨侵蚀力因子(R)反映
了降雨因素对土壤的潜在侵蚀作用,是导致土壤侵
蚀的主要动力因素. 本文采用 Wischmeier 和
Smith[5]提出的月尺度计算公式:
R = 17郾 02 伊 移
12
i = 1
[1郾 735 伊 10(1郾 5lg
P2i
P -0郾 8188)] (5)
式中:P为年均降雨量 (mm);P i 为第 i 月降雨量
(mm) .
利用 Kriging普通插值方法对流域内站点的月降
雨量进行插值.所生成的月降雨栅格图经过投影转换
后,根据式(5)计算流域内年降雨侵蚀力栅格图.
1郾 2郾 3 土壤可蚀性因子摇 土壤可蚀性因子(K)可用
于反映土壤对侵蚀的敏感性,或土壤被降雨侵蚀力
分离、流水冲刷和搬运的难易程度.目前我国确定大
多数土壤类型的可侵蚀性因子仍需借助于土壤可蚀
性与土壤性质参数建立的关系[17] .本文利用下式计
算土壤可蚀性因子[18]:
K=0郾 1317伊{0郾 2+0郾 3exp[-0郾 0256伊SAN伊
(1-SIL / 100)]}伊( SILCLA+SIL)
0郾 3伊
[1郾 0- 0郾 25CC+exp(3郾 72-2郾 95C)]伊
[1郾 0-
0郾 7SN1
SN1+exp(-5郾 51+22郾 9SN1)
] (6)
式中: SAN、 SIL、 CLA 和 C 分别为土壤中砂粒
(0郾 05 ~ 2 mm)、粉粒 ( 0郾 002 ~ 0郾 05 mm)、粘粒
(<0郾 002 mm)和有机碳含量 (% ); SN1 = 1 - SAN /
100;0郾 1317 为美制单位转换为国际单位的系数.由
于土壤数据库中土壤质地采用的标准为国际制,而
式(6)要求为美国制,因此需进行粒径转换,在 mat鄄
lab中采用 3 次样条插值程序实现.
1郾 2郾 4 坡度坡长因子摇 坡度坡长因子(LS)也称地形
因子,可反映地形地貌特征对土壤侵蚀的作用.在坡
面尺度上,可通过实测坡度和坡长来计算 LS,但在
小流域和区域尺度上,该因子只能通过数字高程模
型(digital elevation model,DEM)来提取. 本文采用
由 van Remortel等[19]根据 RUSLE模型计算 LS因子
的方法所编写的 AML代码从 DEM中提取 LS因子.
由于美国耕地坡度 RUSLE 大都小于 20% (11郾 3毅),
而澜沧江流域坡度大于 25毅的区域占 1 / 4,因此借鉴
Liu等[20-21]对坡度在 9% ~ 55% 的陡坡土壤侵蚀
的研究对上述代码进行改进.计算公式为:
L=(姿 / 22郾 1) 琢 (7)
S=
10郾 8sin兹+0郾 03摇 兹<5毅
16郾 8sin兹-0郾 05摇 5毅臆兹<14毅
21郾 91sin兹-0郾 96摇 兹逸
ì
î
í
ïï
ïï
ü
þ
ý
ïï
ïï14毅
(8)
琢=茁 / (1+茁) (9)
茁=(sin兹 / 0郾 089) / (3郾 0sin兹0郾 8+0郾 56) (10)
式中:L为坡长因子;S 为坡度因子;兹 为 DEM 提取
的坡度值;琢为坡度坡长指数;茁 为细沟侵蚀与面蚀
的比值.
1郾 2郾 5 植被覆盖和经营管理因子摇 植被覆盖和经营
管理因子(C)指在其他条件相同情况下,某一特定
作物或植被覆盖的土壤流失量与裸地土壤流失量的
比值,反映了植被或作物管理措施对土壤流失量的
影响,其值在 0 ~ 1. 由于 C 值与植被覆盖度之间具
有良好的相关性,因此,本文利用 NDVI 值计算出流
域内覆盖度,然后根据蔡崇法等[22]建立的覆盖度与
C值的关系来计算 C值.计算公式为:
fc=(NDVI-NDVImin) / (NDVImax-NDVImin) (11)
C=
1
0郾 6508-0郾 3436lg( fc)
ì
î
í
ïï
ïï0
摇
0臆fc<0郾 1%
0郾 1%臆fc<78郾 3%
fc逸
ü
þ
ý
ïï
ïï78郾 3%
(12)
式中:fc为覆盖度(% );C为植被覆盖和经营管理因
子;NDVI为归一化植被指数;NDVImax、NDVImin分别
为研究区域 NDVI的最大值和最小值.
1郾 2郾 6 土壤保持措施因子摇 土壤保持措施因子(P)
指采取水土保持措施后,土壤流失量相对于顺坡种
植时土壤流失量的比例. 参考前人研究成果[23-25],
森林、草地、水田、旱地、湿地、裸岩、沙漠、裸地、居民
点、建设用地的 P 值分别为 1、1、0郾 15、0郾 4、0、0、0、
1、0 和 0.
15228 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 陈摇 龙等: 澜沧江流域生态系统土壤保持功能及其空间分布摇 摇 摇 摇 摇
1郾 3摇 数据来源
流域内及其周边 37 个气象站点 1960—2010 年
的月降雨数据来源于中国气象局气象中心;1 颐 100
万中国土壤数据库由中国科学院资源环境科学数据
中心提供;DEM 从美国地球资源观测与科技中心
( Earth Resources Observation and Science Center,
EROS)网站下载( http: / / eros郾 usgs郾 gov / # / Find_Da鄄
ta / Products _ and _ Data _ Available / gtopo30 / hydro );
NDVI 数据由地表反射率反演而得,其数据产品
MOD09Q1 通过网站下载( https: / / lpdaac郾 usgs郾 gov /
lpdaac / products / modis_products_table / surface_reflec鄄
tance / 8_day_l3_global_250m / mod09q1);1 颐 25 万土
地覆盖图由地球系统科学数据共享网提供.
2摇 结果与分析
2郾 1摇 澜沧江流域土壤保持量及其空间分布
澜沧江流域潜在土壤侵蚀总量为 2郾 47 伊
1010 t·a-1,潜在土壤侵蚀模数为 4224郾 65 t·hm-2,
由上游至下游递增. 流域年现实土壤侵蚀总量为
1郾 13 伊 109 t·a-1, 平均土壤侵蚀模数为 68郾 63
t·hm-2,中上游侵蚀严重. 流域年均土壤保持量为
2郾 36伊1010 t·a-1,单位面积土壤保持量为 1453郾 72
t·hm-2,且从上游到下游土壤保持功能呈递增趋势
(图 2). 其中,下游年均土壤保持量为 1郾 65 伊1010
t·a-1,占全流域总土壤保持量的 70郾 1% ,远高于中
上游(表 1).
摇 摇 由图 3可以看出,流域内主要支流中,位于下游
的威远江土壤保持量最高,为 2郾 42伊109 t·a-1(占总
量的 10郾 2%),其次为补远江和黑惠江,分别为 2郾 21伊
109 t·a-1(9郾 4%)和2郾 13伊109 t·a-1(9郾 9% ),登曲
最小,仅为 7郾 77伊107 t·a-1(0郾 3%);单位面积土壤保
持量以黑河最高,为 2925郾 60 t·hm-2,其次为补远江
和威远江,分别为 2841郾 45 和 2806郾 06 t·hm-2,上游
的扎曲最低,仅为 433郾 63 t·hm-2 .
2郾 2摇 各类型生态系统土壤保持功能
澜沧江流域森林和草地生态系统的土壤保持量
表 1摇 流域上、中、下游土壤保持量
Table 1 摇 Soil conservation capacity of upstream, middle
stream and downstream
位置
Location
面积
Area
(hm2)
面积百分比
Percentage
of area
单位面积
土壤保持量
SCC per
unit area
(t·hm-2)
土壤
保持总量
Total SCC
(伊108 t
·a-1)
土壤保持
量百分比
Percentage
of SCC
上游 Upstream 5303300 32郾 6 475郾 17 25郾 20 10郾 7
中游 Middlestream 3677940 22郾 6 1238郾 19 45郾 54 19郾 3
下游 Downstream 7270180 44郾 7 2276郾 56 165郾 51 70郾 1
SCC: 土壤保持量 Soil conservation capacity郾 下同 The same below郾
图 2摇 澜沧江流域土壤保持功能的空间分布
Fig. 2摇 Spatial distribution of soil conservation function in Lan鄄
cang River Basin郾
SCC: 土壤保持量 Soil conservation capacity郾 下同 The same below郾
图 3摇 澜沧江流域内主要支流土壤保持量
Fig. 3摇 Soil conservation by main tributary of Lancang River Basin郾
2522 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 23 卷
图 4摇 澜沧江流域二级生态系统类型土壤保持功能
Fig. 4摇 Soil conservation function by the second level of Lancang River Basin ecosystems郾
共占 89郾 9% (表 2). 在二级生态系统类型中,灌丛
生态系统土壤保持量最高,为 4郾 89伊109 t·a-1,占总
量的 20郾 5% ,这与其有较大面积有关,其次为常绿
阔叶林和典型草地,分别为 4郾 69 伊 109 t·a-1 (占
19郾 7% )和 3郾 38伊109 t·a-1(占 14郾 2% ). 单位面积
土壤保持量以常绿阔 叶 林 最 高, 为 2614郾 05
t·hm-2,其次为针阔混交林和灌丛草地,分别为
2358郾 10 和 2145郾 24 t·hm-2(图 4).整体来看,同一
级生态系统内部土壤保持能力相差较大,如同为森
林生态系统,阔叶林的平均土壤保持能力比针叶林
高 2 倍,针叶林土壤保持能力甚至低于一些草地和
灌丛生态系统,这可能与生态系统内部结构组成相
关.农田也具有一定土壤保持能力,其中,旱地为
1930郾 73 t·hm-2,甚至高于针叶林和草地,这可能与
其所处区域潜在土壤侵蚀量较高有关.
摇 摇 由图 5 可以看出,植被盖度对生态系统的土壤
保持能力具有非常显著的影响,植被盖度在 90%以
下时,生态系统的土壤保持能力随盖度的增加呈线
性上升;植被盖度在90%以上时,土壤保持能力反
表 2摇 澜沧江流域一级生态系统类型土壤保持功能
Table 2 摇 Soil conservation function by the first level of
Lancang River Basin ecosystems
生态系统类型
Ecosystem type
面积
Area
(hm2)
面积百分比
Percentage
of area
单位面积
土壤保持量
SCC per
unit area
(t·hm-2)
土壤保持
总量
Total SCC
(108 t·a-1)
土壤保持
量百分比
Percentage
of SCC
森林 Forest 6896920 42郾 0 2163郾 01 149郾 18 62郾 7
草地 Grassland 7053975 43郾 0 919郾 47 64郾 86 27郾 3
农田 Farmland 1378082 8郾 4 1711郾 83 23郾 59 9郾 9
人居 Settlement 16424 0郾 1 295郾 87 0郾 05 0郾 03
湿地 Wetland 126672 0郾 8 0 0 0
荒漠 Desert 941558 5郾 7 26郾 56 0郾 25 0郾 1
而有所下降,原因可能是由于数据精度不一,导致计
算时产生误差,以及 NDVI 在植被高覆盖区容易饱
和,产生植被指数被压缩的现象[26],另外也可能受
其他因素如降雨、土壤性质和坡度等影响所致.总体
来说,生态系统保持土壤的能力随盖度增加呈线性
增长,植被盖度每增加 10% ,土壤保持能力平均增
加 35郾 3% . 因此,合理增加植被盖度是防治土壤流
失的重要措施.
2郾 3摇 澜沧江流域土壤养分保持量
澜沧江流域土壤 N、P、K 的年保持量分别为
5郾 74伊107、3郾 07伊107 和 3郾 75伊108 t·a-1 .由图 6 可以
看出,研究区各营养元素保持量与土壤保持量几乎
呈一致分布,整体上从上游到下游呈递增趋势. 其
中,N元素保持量的高值区出现在中游的横断山区,
而 P和 K元素则出现在下游,除与土壤保持量有关
以外,还与不同地区土壤类型的营养元素组成有关.
摇 摇 N元素保持量以灌丛最高,为 1郾 06伊107 t·a-1,
占总量的 18郾 5%,其次为常绿阔叶林和高寒草甸,分
别为9郾 27 伊106 t·a-1(16郾 2% )和8郾 53 伊106 t·a-1
图 5摇 不同盖度生态系统土壤保持能力
Fig. 5 摇 Ecosystem capability for soil conservation by different
vegetation covers郾
35228 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 陈摇 龙等: 澜沧江流域生态系统土壤保持功能及其空间分布摇 摇 摇 摇 摇
表 3摇 澜沧江流域主要生态系统土壤养分保持量
Table 3摇 Soil nutrients conserved by main Lancang River Basin ecosystems
生态系统类型
Ecosystem type
N
土壤保持
总量
Total SCC
(伊104 t·a-1)
百分比
Percentage
单位面积
保持量
SCC per
unit area
( t·hm-2)
P
土壤保持
总量
Total SCC
(伊104 t·a-1)
百分比
Percentage
单位面积
保持量
SCC per
unit area
( t·hm-2)
K
土壤保持
总量
Total SCC
(伊104 t·a-1)
百分比
Percentage
单位面积
保持量
SCC per
unit area
( t·hm-2)
常绿 针 叶 林 Ever鄄
green coniferous forest
377郾 43 6郾 58 6郾 22 165郾 01 5郾 38 2郾 72 1564郾 99 4郾 17 25郾 78
常绿阔叶林 Evergreen
broad鄄leaved forest
927郾 11 16郾 16 5郾 16 633郾 54 20郾 66 3郾 53 6438郾 24 17郾 16 35郾 87
落叶针叶林 Decidu鄄
ous needle鄄leaf forest
82郾 99 1郾 45 4郾 51 34郾 13 1郾 11 1郾 86 409郾 68 1郾 09 22郾 28
落叶阔叶林 Decidu鄄
ous broad鄄leaved forest
777郾 38 13郾 55 5郾 09 425郾 64 13郾 88 2郾 78 5324郾 03 14郾 19 34郾 83
针阔混 交 林 Mixed
conifer and broad鄄
leaved forest
286郾 57 4郾 99 6郾 60 150郾 78 4郾 92 3郾 47 1655郾 57 4郾 41 38郾 12
灌丛 Shrub 1059郾 57 18郾 47 4郾 51 611郾 45 19郾 94 2郾 60 7120郾 12 18郾 98 30郾 33
草 甸 草 地 Meadow
grassland
150郾 25 2郾 62 3郾 54 57郾 52 1郾 88 1郾 35 703郾 38 1郾 87 16郾 56
典 型 草 地 Typical
grassland
720郾 49 12郾 56 4郾 51 431郾 53 14郾 07 2郾 70 5096郾 87 13郾 59 31郾 93
高 寒 草 甸 Alpine
meadow
853郾 44 14郾 87 1郾 83 258郾 10 8郾 41 0郾 55 5048郾 42 13郾 46 10郾 84
高 寒 草 原 Alpine
grassland
22郾 82 0郾 40 0郾 72 12郾 07 0郾 39 0郾 38 203郾 94 0郾 54 6郾 43
灌 丛 草 地 Shrub
grassland
28郾 09 0郾 49 4郾 99 14郾 08 0郾 46 2郾 50 213郾 64 0郾 57 37郾 92
水田 Paddy field 26郾 79 0郾 47 1郾 15 18郾 05 0郾 59 0郾 78 220郾 74 0郾 59 9郾 48
水浇地 Irrigated land 0郾 81 0郾 01 1郾 80 0郾 29 0郾 01 0郾 65 4郾 54 0郾 01 10郾 01
旱地 Dry land 414郾 30 7郾 22 3郾 63 251郾 35 8郾 19 2郾 20 3445郾 72 9郾 19 30郾 21
城镇 Town 0郾 44 0郾 01 0郾 56 0郾 29 0郾 01 0郾 36 3郾 86 0郾 01 4郾 90
农村 Rural area 0郾 40 0郾 01 0郾 47 0郾 25 0郾 01 0郾 29 3郾 22 0郾 01 3郾 76
裸地 Bare land 1郾 26 0郾 02 0郾 99 0郾 41 0郾 01 0郾 32 9郾 33 0郾 02 7郾 32
(14郾 9%);单位面积 N 元素保持量以针阔混交林最
高,为 6郾 60 t·hm-2,其次为常绿针叶林和常绿阔叶
林,分别为 6郾 22 和 5郾 16 t·hm-2 . P 元素保持量以常
绿阔叶林最高,为 6郾 33伊106 t·a-1,占总量的 20郾 7%,
其次为灌丛和典型草地,分别为6郾 11 伊106 t·a-1
图 6摇 澜沧江流域土壤养分保持的空间分布
Fig. 6摇 Spatial distribution of soil nutrient conservation in Lan鄄
cang River Basin郾
(19郾 9% )和 4郾 31伊106 t·a-1(14郾 1% );单位面积 P
元素保持量以常绿阔叶林最高,为 3郾 53 t·hm-2,其
次为针阔混交林和落叶阔叶林,分别为 3郾 47 和
2郾 78 t·hm-2 . K 元素保持量以灌丛最高,为 7郾 12伊
107 t·a-1,占总量的 19郾 0% ,其次为常绿阔叶林和
落叶阔叶林,分别为 6郾 44 伊107 t·a-1 (17郾 2% )和
5郾 32伊107 t·a-1(14郾 2% );单位面积 K 元素保持量
以针阔混交林最高,为 38郾 12 t·hm-2,其次为灌丛
草地和常绿阔叶林,分别为 37郾 92 和 35郾 87 t·hm-2
(表 3).
3摇 讨摇 摇 论
生态系统保持土壤的能力与其结构密切相关,
同时受区域气候条件、地形地貌、土壤类型、植被覆
盖以及人为干扰等众多因素的影响.基于 RUSLE 模
型,考虑以上大部分影响因素,计算得出澜沧江流域
生态系统年均土壤保持量为 2郾 36伊1010 t·a-1,平均
4522 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 23 卷
单位面积土壤保持量为 1453郾 72 t·hm-2,远高于海
南岛和青藏高原等其他研究区域的生态系
统[8-11,27] .其主要原因在于:1)澜沧江流域在中上
游,尤其是横断山地区多呈深 V 型峡谷,而在下游
地区则年降水量相当丰富,这些都造成流域潜在土
壤侵蚀量普遍较高;2)澜沧江流域地处我国西南,
是全国天然林保存最好的区域之一,尤其西双版纳
热带雨林生态系统层次丰富,结构复杂,具有极高的
土壤保持能力.以上两点造成该区域具有极其显著的
土壤保持能力,也愈发凸显了保护该区域生态系统的
重要性和必要性.除此之外,很多研究在应用 USLE
模型时存在单位的换算问题,国际单位与美制单位混
用也是造成相互比较时差距较大的原因之一.
从流域内部的空间分布来看,从上游到下游土
壤保持能力呈递增趋势,其中,下游土壤保持量占流
域土壤保持总量的 70郾 1% ,远高于中上游,原因在
于:一方面,由于下游相对中上游年降雨量丰富,降
雨侵蚀量因子远高于中上游,潜在土壤侵蚀量较高;
另一方面,下游植被覆盖度较好,以常绿阔叶林等为
主的森林生态系统具有相当强的土壤保持能力.
不同生态系统类型保持土壤的能力依次为森林>
草地>农田>人居>荒漠,但同一类生态系统内部的土
壤保持能力相差较大,这可能与生态系统内部结构
组成相关.澜沧江流域土壤保持能力随盖度的增加
呈线性增长.因此,在土壤侵蚀严重的区域,因地制
宜地合理增加植被盖度对防治土壤侵蚀可以起到良
好效果.
本文基于 RUSLE 模型和 GIS 技术研究了澜沧
江流域生态系统的土壤保持功能,并着重分析了其
空间分布特征.在研究过程中尚存在一些缺陷和不
足,以下对研究过程中可能产生的误差进行分析:
1)各因子在计算过程中产生的误差,如计算降雨侵
蚀力因子的可用站点少,插值计算精度有限;坡长坡
度因子的计算采用 Liu 等[20-21]的方法,然而该方法
是基于坡面试验得出,虽然应用广泛,但在区域尺度
上的应用尚待检验;植被覆盖和经营管理因子采用
了蔡崇法等[22]的成果,但该成果应用于澜沧江流域
也不可避免地会产生误差. 2)各因子计算所需数据
精度不一,基于栅格运算时可能会产生误差. 3)目
前,RUSLE 模型应用于陡坡时的精度仍然存在争
议,因此,在流域内的陡坡区域,如横断山脉的高山
峡谷地区,本文计算结果可能存在一些误差.尽管存
在以上问题,但在研究区域尺度的土壤保持功能时,
RUSLE仍然可以取得较好效果,不失为一种可靠的
技术手段.
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作者简介摇 陈摇 龙,男,1984 年生,博士研究生.主要从事生
态系统服务以及资源生态研究. E鄄mail: bryum@ 163. com
责任编辑摇 杨摇 弘
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