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Soil conservation value flow processes of two typical grasslands

典型草地的土壤保持价值流量过程比较



全 文 :
摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 (SHENGTAI XUEBAO)
摇 摇 第 32 卷 第 13 期摇 摇 2012 年 7 月摇 (半月刊)
目摇 摇 次
砂质潮间带自由生活海洋线虫对缺氧的响应———微型受控生态系研究
华摇 尔,李摇 佳,董摇 洁,等 (3975)
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植物种群自疏过程中构件生物量与密度的关系 黎摇 磊,周道玮,盛连喜 (3987)………………………………
基于景观感知敏感度的生态旅游地观光线路自动选址 李继峰,李仁杰 (3998)…………………………………
基于能值的沼气农业生态系统可持续发展水平综合评价———以恭城县为例
杨摇 谨,陈摇 彬,刘耕源 (4007)
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内蒙古荒漠草原植被盖度的空间异质性动态分析 颜摇 亮,周广胜,张摇 峰,等 (4017)…………………………
典型草地的土壤保持价值流量过程比较 裴摇 厦,谢高地,李士美,等 (4025)……………………………………
长沙市区马尾松人工林生态系统碳储量及其空间分布 巫摇 涛,彭重华,田大伦,等 (4034)……………………
厦门市七种药用植物根围 AM真菌的侵染率和多样性 姜摇 攀 ,王明元 (4043)………………………………
Cd、低 Pb / Cd下冬小麦幼苗根系分泌物酚酸、糖类及与根际土壤微生物活性的关系
贾摇 夏,董岁明,周春娟 (4052)
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凉水保护区土壤产类漆酶鄄多铜氧化酶细菌群落结构 赵摇 丹,谷惠琦,崔岱宗,等 (4062)……………………
盐渍化土壤根际微生物群落及土壤因子对 AM真菌的影响 卢鑫萍,杜摇 茜,闫永利,等 (4071)………………
菌丝室接种解磷细菌 Bacillus megaterium C4 对土壤有机磷矿化和植物吸收的影响
张摇 林,丁效东,王摇 菲,等 (4079)
……………………………
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闽江河口不同河段芦苇湿地土壤碳氮磷生态化学计量学特征 王维奇,王摇 纯,曾从盛,等 (4087)……………
高山森林三种细根分解初期微生物生物量动态 武志超,吴福忠,杨万勤,等 (4094)……………………………
模拟降水对古尔班通古特沙漠生物结皮表观土壤碳通量的影响 吴摇 林,苏延桂,张元明 (4103)……………
铁皮石斛组培苗移栽驯化过程中叶片光合特性、超微结构及根系活力的变化
濮晓珍,尹春英,周晓波,等 (4114)
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不同产量水平旱地冬小麦品种干物质累积和转移的差异分析 周摇 玲,王朝辉,李富翠,等 (4123)……………
基于作物模型的低温冷害对我国东北三省玉米产量影响评估 张建平,王春乙,赵艳霞,等 (4132)……………
黄土高原 1961—2009 年参考作物蒸散量的时空变异 李摇 志 (4139)……………………………………………
莫莫格湿地芦苇对水盐变化的生理生态响应 邓春暖,章光新,李红艳,等 (4146)………………………………
不同蚯蚓采样方法对比研究 范如芹,张晓平,梁爱珍,等 (4154)…………………………………………………
亚洲玉米螟成虫寿命与繁殖力的地理差异 涂小云,陈元生,夏勤雯,等 (4160)…………………………………
黑河上游天然草地蝗虫空间异质性与分布格局 赵成章,李丽丽,王大为,等 (4166)……………………………
苦瓜叶乙酸乙酯提取物对斜纹夜蛾实验种群的抑制作用 骆摇 颖,凌摇 冰,谢杰锋,等 (4173)…………………
长江口中国花鲈食性分析 洪巧巧,庄摇 平,杨摇 刚,等 (4181)……………………………………………………
基于线粒体控制区序列的黄河上游厚唇裸重唇鱼种群遗传结构 苏军虎,张艳萍,娄忠玉,等 (4191)…………
镉暴露对黑斑蛙精巢 ROS的诱导及其蛋白质氧化损伤作用机理 曹摇 慧,施蔡雷,贾秀英 (4199)……………
北方草地牛粪中金龟子的多样性 樊三龙,方摇 红,高传部,等 (4207)……………………………………………
合肥秋冬季茶园天敌对假眼小绿叶蝉和茶蚜的空间跟随关系 杨摇 林,郭摇 骅,毕守东,等 (4215)……………
植被、海拔、人为干扰对大中型野生动物分布的影响———以九寨沟自然保护区为例
张摇 跃,雷开明,张语克,等 (4228)
……………………………
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基于社会网络分析法的生态工业园典型案例研究 杨丽花,佟连军 (4236)………………………………………
基于生命周期的户用沼气系统可用能核算———以广西恭城瑶族自治县为例
齐摇 静,陈摇 彬,戴摇 婧,等 (4246)
……………………………………
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专论与综述
水文情势与盐分变化对湿地植被的影响研究综述 章光新 (4254)………………………………………………
松嫩碱化草甸土壤种子库格局、动态研究进展 马红媛,梁正伟,吕丙盛,等 (4261)……………………………
一种新的景观扩张指数的定义与实现 武鹏飞,周德民,宫辉力 (4270)…………………………………………
研究简报
华山新麦草光合特性对干旱胁迫的响应 李摇 倩,王摇 明,王雯雯,等 (4278)……………………………………
美丽海绵提取物防污损作用 曹文浩,严摇 涛,刘永宏,等 (4285)…………………………………………………
期刊基本参数:CN 11鄄2031 / Q*1981*m*16*306*zh*P* ¥ 70郾 00*1510*37*
室室室室室室室室室室室室室室
2012鄄07
封面图说: 涵养水源———在长白山南坡的峭壁上,生长在坡面上的森林所涵养的水源还在汨汨地往下流个不停,深红色的落叶
掉在了苔藓上,这里已经是长白山的深秋了。 虽然雨季已经过去了很久,但是林下厚厚的枯枝落叶层、腐殖质层、苔
藓草本层所涵养的水分还在不间断地流淌,细细的水线在壁下汇成了溪、汇成了河。 涵养水源是森林的主要生态功
能之一。
彩图提供: 陈建伟教授摇 北京林业大学摇 E鄄mail: cites. chenjw@ 163. com
第 32 卷第 13 期
2012 年 7 月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol. 32,No. 13
Jul. ,2012
http: / / www. ecologica. cn
基金项目:国家重点基础研究发展计划(2009CB421106);国家自然科学基金(31070384)
收稿日期:2011鄄06鄄05; 摇 摇 修订日期:2011鄄11鄄15
*通讯作者 Corresponding author. E鄄mail: xiegd@ igsnrr. ac. cn
DOI: 10. 5846 / stxb201106050751
裴厦,谢高地,李士美,陈龙.典型草地的土壤保持价值流量过程比较.生态学报,2012,32(13):4025鄄4033.
Pei S,Xie G D, Li S M,Chen L. Soil conservation value flow processes of two typical grasslands. Acta Ecologica Sinica,2012,32(13):4025鄄4033.
典型草地的土壤保持价值流量过程比较
裴摇 厦1,2,谢高地1,*,李士美3,陈摇 龙1,2
(1. 中国科学院地理科学与资源研究所,北京摇 100101; 2. 中国科学院研究生院,北京摇 100049;
3. 山东省东营市林业局, 东营市摇 257091)
摘要:内蒙古温带草原和海北高寒草甸的土壤侵蚀以风力侵蚀为主。 利用改良的风力侵蚀模型,比较分析了这两类草地生态系
统土壤保持价值日流量过程和累积过程。 结果表明,风力侵蚀条件下,草地生态系统的土壤保持服务是离散的,不连续的,与风
速和植被盖度直接相关。 土壤保持价值构成以保持土壤养分为主。 内蒙古温带草原的年潜在侵蚀量和年现实侵蚀量都高于海
北高寒草甸。 但是,内蒙古温带草原的土壤保持年价值高于海北高寒草甸,是海北高寒草甸年价值的 7 倍。 春季和秋季是内蒙
古温带草原潜在侵蚀量、现实侵蚀量和土壤保持量最高的两大季节。 海北高寒草甸的潜在侵蚀量和现实侵蚀量主要分布在 12
月份到翌年 4 月份,土壤保持量主要分布在春季和夏季。
关键词:土壤保持价值;流量过程;风力侵蚀;草地生态系统
Soil conservation value flow processes of two typical grasslands
PEI Sha1,2,XIE Gaodi1,*, LI Shimei3,CHEN Long1,2
1 Institute of Geographic Sciences and Resources Research, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101,China
2 Graduate School of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
3 Dongying Forestry Bureau of Shandong Province, Dongying 257091, China
Abstract: Grassland is the largest land resources by area in China. It plays an important role in food production, carbon
fixation and sequestration, O2 release, soil and water conservation, water supply, nutrient recycling, entertainment, and
biodiversity sustaining, among which, soil conservation is one of the most essential services delivered by grassland
ecosystem. There have been few studies specially focusing on soil conservation value of grassland ecosystem till now,
although soil conservation has historically been emphasized in the practice of grassland management, resulting in limited
understanding about the mechanism of soil conservation of grassland especially at spot scale. Therefore, the dynamic flow
processes of soil conservation value of grassland at spot scale are urgent to be researched. In the context, the study targeted
at the dynamic processes of soil conservation of two kinds of typical grasslands: Neimenggu Temperate Grassland and Haibei
Alpine Meadow. Due to that soil erosion of both the selected grassland ecosystems was mainly caused by wind, on the basis
of simplicity and scientificity, we chose the Pasak wind erosion model and improved it through the input of factors to assess
wind induced soil erosion. The accuracy of the model was tested by the existing research results of other scientists. Related
data were from Chinese Ecosystem Research Net ( CERN). The soil conserved by grassland was the subtraction of soil
eroded under vegetation coverage the actual soil erosion, from the soil eroded without vegetation the potential soil
erosion. The soil conservation value was calculated using the method of shadow price and opportunity cost. The results
showed that the soil conservation service supplied by grassland ecosystems was discrete, which was highly related to the
wind velocity and vegetation coverage. The annual soil conservation value of Neimenggu Temperate Grassland was at 1. 06伊
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104 ¥ / hm2,while that of Haibei Alpine Meadow was at 1520 ¥ / hm2 . The soil nutrient conservation was dominant in soil
conservation service, contributing as high as 99% to the total soil conservation value. Both the potential and actual soil
erosion of Neimenggu Temperate Grassland was higher than those of Haibei Alpine Meadow in a year. And the annual soil
conservation value of Neimenggu Temperate Grassland was far bigger, 7 times as much as that of Haibei Alpine Meadow.
The soil conservation service of grasslands was distributed differently in each season. The potential and actual soil erosion
and the soil conservation in Neimenggu Temperate Grassland mainly happened in spring and autumn, while in Haibei Alpine
Meadow the potential and actual soil erosion mainly occurred during December to April in the next year and the soil
conservation in spring and summer. It was concluded that the soil conservation value of grassland has a clear changing
pattern during a year with wind velocity and vegetation coverage. The high soil conservation value of grasslands under wind,
especially in the sandy areas, calls upon us to take efforts to save grassland from destruction and keep grassland healthy.
Key Words: soil conservation value; flow process; wind erosion; grassland ecosystem
生态系统服务是一个流量过程[1鄄2],即生态系统服务随着时间呈动态变化。 然而,迄今为止,对生态系统
服务价值的核算多是静态的,关于流量过程的研究工作仍然较薄弱[3鄄6]。 Chan 等指出,正是由于在局地和区
域尺度上对生态系统服务流量过程的认知不足,导致无法形成一套系统方法来规划生态系统服务[3]。 因此,
局地尺度上的生态系统服务流量过程研究意义重大,有利于加强生态系统服务形成机理的认知,同时为生态
系统服务保护工作提供依据。
土壤风蚀是我国干旱、半干旱地区严重的生态环境问题之一。 内蒙古温带草原和海北高寒草甸的土壤侵
蚀以风力侵蚀为主[7鄄8]。 草地植被通过分散近地表风动量、削弱风力对地表物质的作用、截留部分被蚀物质
等形式抑制风蚀、保护地表[9],提供重要的土壤保持服务。 目前,在草地生态系统服务评估中,核算土壤保持
价值的成果很多[10鄄15],但是大多是静态的、基于年尺度和区域尺度上的研究,缺少小尺度上的关于草地生态
系统土壤保持服务的动态机理和过程研究。 同时,已有的研究在评估土壤保持价值时,并未明确区分侵蚀类
型的区别,比如风力侵蚀、水力侵蚀的影响因子和计算方法不同。 本研究基于中国生态系统定位研究网络
(CERN)数据,利用风蚀模型,定量评价了海北高寒草甸和内蒙古温带草原风力侵蚀下土壤保持服务的价值,
对比分析了这两种类型的草地土壤保持服务价值的流量过程和累积过程,刻画了土壤保持服务价值的动态变
化过程,有利于揭示草地生态系统土壤保持服务价值的形成机理。
董治宝等的研究表明空气动力粗糙度同时取决于植物密度和风速,总的变化规律是,随着植物密度的增
大而增大,随着风速的增大而减小[16]。 因此,可以将有无植被覆盖下的土壤侵蚀量之差作为植被覆盖下的土
壤保持量。 目前,由于风蚀的复杂性,国际上并无统一的风力侵蚀预测模型。 国外关于风力侵蚀的模型有年
尺度上的风蚀方程、Bocharov模型、德克萨斯侵蚀分析模型、风蚀评价模型、修正风蚀方程等[17]。 这些模型大
都是基于田块建立的,适用于农田生态系统。 此外,还有事件模型 Pasak 模型等。 国内有王训明建立的随机
模型[18],董治宝建立的小流域风蚀流失量模型[19],臧英等建立的旱地保护性耕作土壤风蚀模型[20]。 本研究
的目标为草地生态系统,而且时间尺度为日,在简便可行的原则基础上,采用 Pasak 风蚀模型,并根据植被覆
盖度和风速对公式中的参数进行了一定的修订。 价值量的计算采用影子价格法和机会成本法。
1摇 研究区概况
1. 1摇 内蒙古温带草原生态系统
内蒙古温带草原生态系统定位研究站位于内蒙古高原锡林河流域,地处 43毅38忆N,116毅42忆E ,海拔 1100
m。 气候属中温带半干旱草原气候,冬季寒冷干燥,夏季温和湿润。 年均气温-0. 4益。 年均降雨量 350 mm
左右,降雨量年际变化较大,变化幅度常在 30%以上。 降雨量月际间差异很大,主要集中于 6—9 月份,约占
全年降水量的 80% 。 羊草群落和大针茅群落是该区分布最广的植物群落,对欧亚大陆温带草原具有广泛的
代表性。 栗钙土是本区的主要土类。
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1. 2摇 海北高寒草甸生态系统
海北高寒草甸生态系统实验站,位于青藏高原的东北隅,地处 37毅29忆—37毅45忆N,101毅12忆—101毅23忆E 之
间。 具有典型的高原大陆性气候,东南季风及西南季风微弱。 高海拔条件制约,气温极低,无明显的四季之
分,植物非生长季(10 月—翌年 4 月)漫长而寒冷,生长季(5—9月)短暂而湿润。 地区年均气温-1. 7益;年降
水量 580 mm左右,主要集中于 5—9月,占年降水量的 80%左右,10 月—翌年 4 月仅为年降水量的 20% 。 高
寒草甸和高寒灌丛是海北站地区的两种主要植被类型。 土壤的主要类型为高山草甸土、高山灌丛草甸土和沼
泽土。
2摇 研究方法
2. 1摇 土壤侵蚀量
帕萨克(Pasak)模型计算公式如下:
E = 22. 02 - 0. 72P - 1. 69V + 2. 64Rr (1)
式中,E为风蚀量(kg / hm2);P为不可蚀颗粒所占百分比;V 为土壤相对湿度;Rr 为风速(km / h) [21]。 利用植
被覆盖度,通过引入起沙风速概念,对公式中的风速 Rr 进行了修订。 根据相关文献[22],将粒径大于 1. 00mm
的土壤颗粒作为不可蚀颗粒,然后根据土壤的机械组成,计算不可蚀颗粒所占百分比。 风速采用时风速计算。
实际风速只有达到起沙风速时,土壤侵蚀才会发生。 利用青海共和盆地半干旱典型草原地区的临界风速
与地表覆盖率之间的关系[23],计算海北高寒草甸的临界起沙风速:
U0 = 5. 56158 + 1. 63299e(VC / 38. 6747) 摇 摇 摇 r2 = 0. 974 (2)
式中,U0 为起沙的临界风速(m / s),VC为植被覆盖度(% )。
研究报道,内蒙古的起沙风速为 6m / s[24],内蒙古后山地区草地覆盖率为 22%的风蚀临界风速为 12m / s,
覆盖率为 60%的临界风速为 14m / s,覆盖率为 86%时没有明显的临界风蚀速度[25],根据此计算内蒙古温带草
原的临界起沙风速。
比较现实风速和起沙风速,在现实风速大于起沙风速的情况下,根据公式(1)计算风力侵蚀量。
2. 2摇 价值量计算方法
风力侵蚀下,土壤保持量的价值主要体现在保持土壤养分、减少土地废弃、减少沙尘天气三部分。 由于目
前在减少沙尘天气方面尚没有好的评价方法,因此本文主要考虑土壤养分的保持和废弃土地的减少两部分
价值。
保持土壤养分的经济价值主要指生态系统保持土壤中 N、P、K 营养元素的经济价值,根据土壤养分的平
均含量,计算生态系统保持土壤营养物质的经济价值:
Va = Ac(CNPNTN + CPPPTP + CKPKTK) (3)
式中,Va 为保持土壤养分价值(元 / hm2),CN、CP、CK 分别为土壤中全氮、全磷、全钾含量(% );PN、PP、PK 分别
为 N、P、K肥市场价格(元 / t)。 TN、TP、TK 分别为全氮、全磷和全钾折算成碳酸氢铵、过磷酸钙和氯化钾的系
数,分别为 5. 882、3. 373 和 1. 667。
根据土壤保持量和土壤厚度来推算因土壤保持而减少的废弃土地面积,再用机会成本法计算得到减少土
地废弃的经济价值[26鄄27]:
Vb = AcB / (籽·h·10000) (4)
式中,Vb 为减少土地废弃的经济价值(元 / hm2);籽为土壤容重( t / m3);h 为土壤厚度(m);B 为土地年均收益
(元 / hm2)。 海北高寒草甸的土壤容重为 1. 03 t / m3,土壤厚度为 0. 5 m;内蒙古温带草原的土壤容重为 1. 27
t / m3,土壤厚度为 0. 5 m。
土壤保持总价值为两部分之和:
V = Va + Vb (5)
7204摇 13 期 摇 摇 摇 裴厦摇 等:典型草地的土壤保持价值流量过程比较 摇
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2. 3摇 数据来源
植被盖度、风速和土壤相对湿度选用 2005 年数据,其中植被盖度和风速来源于海北高寒草甸生态系统和
内蒙古温带草原生态系统定位研究站的监测数据,土壤相对湿度来源于国家气候中心网站。 不可蚀颗粒所占
比重和土壤营养物质含量来源于文献数据[22,28鄄29]
3摇 结果与分析
3. 1摇 现实侵蚀量
海北高寒草甸和内蒙古温带草原的现实年土壤侵蚀量分别为 11. 15 t / hm2 和 63. 95 t / hm2,根据土壤侵蚀
标准[30],2005 年海北高寒草甸风力侵蚀强度为轻度,内蒙古温带草原为强度风力侵蚀。 海北高寒草甸的风
力侵蚀主要发生在 12 月份—翌年 4 月份;5—11 月份的土壤侵蚀量为零,其中 5—9月份是海北高寒草甸植被
生长最好的时候。 内蒙古温带草原的风力侵蚀主要发生在春季(3—5月份),占全年风力侵蚀量的 73% ,这
与内蒙古温带草原春季多大风有关。 夏季、秋季和冬季的风力侵蚀量接近(图 1)。
3. 2摇 潜在侵蚀量
海北高寒草甸和内蒙古温带草原的潜在年土壤侵蚀量分别为 30. 74 t / hm2 和 187. 16 t / hm2,其中内蒙古
的研究结果与欧阳志云等的研究所采用的侵蚀模数的低限 192 t / hm2 接近[31]。 海北高寒草甸的潜在风力侵
蚀也主要发生在 12 月份—翌年 4 月份,这 4 个月的潜在侵蚀量占全年总潜在侵蚀量的 71% 。 内蒙古温带草
原的潜在侵蚀量出现一大一小两个峰值,分别是春季(3—5月)和秋季(9—11 月)。 其中,春季的侵蚀量占全
年总侵蚀量的 49% ,秋季的占 28% (图 2)。
图 1摇 草地生态系统现实土壤侵蚀量
Fig. 1摇 Actual eroded soil of grasslands
图 2摇 草地生态系统潜在土壤侵蚀量
Fig. 2摇 Potential eroded soil of grasslands
3. 3摇 土壤保持服务流量过程
3. 3. 1摇 日流量过程
草地生态系统土壤保持服务的提供是非连续的,离散的(图 3,图 4)。 只有在风速大于起沙风速时,草地
生态系统阻止风力侵蚀土壤的功能才发挥。 日土壤保持量的大小取决于当日风速、植被覆盖和潜在土壤侵蚀
量的大小。
2005 年,海北高寒草甸提供防止土壤风蚀服务的天数为 26d,日均土壤保持量和土壤保持价值分别为 54
kg·hm-2·d-1,4 元·hm-2·d-1;内蒙古温带草原提供防止土壤风蚀服务的天数为 112d,日均土壤保持量和土壤保
持价值分别为 338 kg·hm-2·d-1,29 元·hm-2·d-1。 可见,海北高寒草甸防止土壤风蚀服务的天数和日均土壤保
持总量和价值都远小于内蒙古温带草原。
3. 3. 2摇 月流量过程
海北高寒草甸的月均土壤保持量和土壤保持价值都低于内蒙古温带草原,分别为 1632 kg·hm-2·月-1,127
元·hm-2·月-1和 10 267 kg·hm-2·月-1,882 元·hm-2·月-1。 2005 年,海北高寒草甸和内蒙古温带草原分别有 10 个
月和 11 个月在防止土壤风蚀发生(图 5 和图 6)。 其中,海北高寒草甸土壤月保持量和价值最大月份为 6 月,
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图 3摇 草地生态系统土壤保持日流量过程
Fig. 3摇 Daily flow processes of soil conserved by grasslands
图 4摇 草地生态系统土壤保持价值日流量过程
Fig. 4摇 Daily flow processes of soil conservation value of grasslands
内蒙古温带草原为 10 月。 此外,在内蒙古温带草原,4 月份的土壤保持量和土壤保持价值与 10 月份的相比
相差不大,在 4 月和 10 月各呈现一个峰值。
比较两种草原生态系统土壤保持服务分布发现,海北高寒草甸主要在春季和夏季防止土壤风蚀发生,土
壤保持量和价值在春夏季所占的比例分别为 34. 85%和 31. 51% ;内蒙古温带草原则主要在春季和秋季防止
土壤风蚀发生,土壤保持量和价值在春秋两季所占的比例分别为 37. 79%和 36. 79% (表 1)。
3. 3. 3摇 价值累积过程
一年中,尽管草地生态系统在风蚀条件下保持土壤功能的发挥是离散的,但是土壤保持价值是逐渐累积
的。 内蒙古温带草原和海北高寒草甸土壤保持价值累积过程呈现上升趋势,内蒙古温带草原土壤保持累积价
值始终处于海北高寒草甸之上(图 7)。 海北高寒草甸的年土壤保持量和价值分别为 19. 59 t / hm2,1520 元 /
hm2;内蒙古温带草原的年土壤保持量和价值分别为 123. 32 t / hm2,1. 06伊104元 / hm2。 其中,内蒙古温带草原
的土壤保持年价值量介于石益丹的研究成果中中牧和重牧两种情景下土壤保持价值量之间(1. 30 伊104—
0郾 73伊104元 / hm2) [32]。 土壤保持价值构成中,保持土壤养分的价值所占比例高达 99% ,减少废弃地的价值所
占比例还不足 1% ,这与草地的经济价值低有关。
9204摇 13 期 摇 摇 摇 裴厦摇 等:典型草地的土壤保持价值流量过程比较 摇
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图 5摇 草地生态系统月土壤保持量
Fig. 5摇 Monthly soil conserved by grasslands
图 6摇 草地生态系统土壤保持月价值
Fig. 6摇 Monthly value of soil conserved by grasslands
表 1摇 草地生态系统保持土壤服务价值季节比例 / %
Table 1摇 Percent of seasonal soil conserved by grasslands under wind
季节
Season
海北高寒草甸
Haibei alpine
meadow
内蒙古温带草原
Neimenggu temperate
grassland
春季 Spring 34. 85 37. 79
夏季 Summer 31. 51 16. 32
秋季 Autumn 15. 35 36. 79
冬季 Winter 18. 29 9. 10
4摇 讨论
目前,专门进行生态系统土壤保持服务的研究并
不多,大部分都包含在生态系统服务综合价值评价
中。 而且,所涉及到的土壤保持价值研究主要是运用
土壤侵蚀模数进行的静态计算,很少考虑土壤侵蚀类
型的区别和土壤侵蚀机理,这难以真正反映生态系统
状态和服务之间的关系。 因此,需要从土壤侵蚀机理
出发,在微观尺度上对生态系统保持土壤的服务进行
动态研究。 李士美等在研究森林生态系统服务流量
过程中利用 USLE 模型分析了江西省千烟洲人工
林[3],以及西双版纳 3 种森林和长白山两种森林在水力侵蚀下土壤保持服务的价值[4],揭示了不同类型森林
0304 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 32 卷摇
http: / / www. ecologica. cn
图 7摇 草地生态系统土壤服务价值累积过程
摇 Fig. 7摇 Cumulative processes of soil conservation value of
grasslands摇
生态系统防止水力侵蚀服务的动态变化机理和差异。
本研究运用风蚀模型,结合影子价格法和机会成本法计
算了海北高寒草甸和内蒙古温带草原在风力侵蚀条件
下保持土壤的价值,刻画了两种草地生态系统类型防止
风力侵蚀土壤服务的年内动态变化过程,在一定程度上
可以揭示草地生态系统类型、状态和土壤保持服务间的
关系。
本研究选用 Pasak 模型,并对其进行了一定的修
订,来计算风力侵蚀的大小。 选用该模型,一方面是因
为其他大部分风力侵蚀模型是基于农田实验基础
上[17],另一方面本研究的时间尺度为日,而其他大部分
研究的时间尺度为年。 虽然,Pasak 模型为单一事件模
型,但在本研究中的风速采时风速,这弥补了单一事件
模型的不足。 此外,本研究引入了起沙风速的概念,使得模型的计算更加科学合理。 本研究计算出的内蒙古
温带草原潜在侵蚀量与欧阳志云等的研究接近[32],年土壤保持价值也与石益丹的研究成果接近[33],这说明
该方法是可行的,具有一定的准确性。
不可蚀颗粒所占比重与土壤类型和气候条件有关,本文所采用的 1mm 粒径是内蒙古地区的研究成果。
由于海北高寒草甸相关研究资料少,因此,本研究亦采用 1mm 作为该地区的可蚀颗粒的临界值,给土壤保持
价值服务计算结果带来一定的偏差。 这在下一步的研究中需要进一步完善。
同一地点的潜在风力侵蚀量的大小主要与风力有关,风速越大,侵蚀量越大。 现实侵蚀量的大小受风力、
植被的综合影响。 海北高寒草甸在 3 月份、6 月份和 12 月份的潜在侵蚀量接近,但是,6 月份的现实侵蚀量为
零。 这主要是 6 月的植被生长条件比 3 月和 12 月好得多的原因。
内蒙古温带草原风蚀土壤保持年价值为海北高寒草甸年价值的 7 倍,这主要是因为内蒙古地区的累积起
沙风速高于海北地区,植被覆盖条件下,内蒙古地区的年累积起沙风速是海北地区的 9 倍。 但是,这并不意味
着海北高寒草甸在防风固沙作用弱,恰恰相反,由于海北高寒地区的土层比较薄,易遭到风蚀侵害,因此,海北
高寒草甸防止土壤风蚀的作用非常重要。
5摇 结论
本研究利用改良的风力侵蚀模型,研究了这两个草地生态系统土壤保持价值日流量过程和累积过程,一
定程度上揭示了草地生态系统状态和服务之间的关系。 结果表明:
(1)一年中,草地生态系统防止土壤发生风蚀的服务是离散的,不连续的,一定的植被覆盖度下,只有在
风速大于临界起沙风速时才提供保持土壤服务的功能。 土壤保持价值的大小主要与植被覆盖度、风速、潜在
侵蚀量以及影子价格和机会成本的大小相关。 内蒙古温带草原的年潜在侵蚀量和现实侵蚀量都高于海北高
寒草甸,但是,土壤保持年价值却是海北高寒草甸的 7 倍。
(2)两种生态系统发挥土壤保持功能的季节不同,内蒙古温带草原土壤保持服务主要集中在春季和秋
季,海北高寒草甸主要集中在春季和夏季。
(3)草地生态系统在防止风蚀方面的服务价值很高,尤其是在风沙大的地区,研究表明内蒙古温带草原
土壤保持年价值达 1. 06伊104元 / hm2,海北高寒草甸的为 1520 元 / hm2,因此,要采取措施,保障草地生态系统
的可持续利用和发展。
致谢:计算数据主要由中国生态系统研究网络 CERN提供,特此致谢。
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3304摇 13 期 摇 摇 摇 裴厦摇 等:典型草地的土壤保持价值流量过程比较 摇
ACTA ECOLOGICA SINICA Vol. 32,No. 13 July,2012(Semimonthly)
CONTENTS
Responses of sandy beach nematodes to oxygen deficiency: microcosm experiments HUA Er, LI Jia, DONG Jie, et al (3975)………
Allometric relationship between mean component biomass and density during the course of self鄄thinning for Fagopyrum esculentum
populations LI Lei, ZHOU Daowei, SHENG Lianxi (3987)………………………………………………………………………
Automatic site selection of sight鄄seeing route in ecotourism destinations based on landscape perception sensitivity
LI Jifeng, LI Renjie (3998)
……………………
…………………………………………………………………………………………………………
Emergy evaluation for sustainability of Biogas鄄linked agriculture ecosystem: a case study of Gongcheng county
YANG Jin, CHEN Bin, LIU Gengyuan (4007)
………………………
……………………………………………………………………………………
Spatial heterogeneity of vegetation coverage and its temporal dynamics in desert steppe, Inner Mongolia
YAN Liang, ZHOU Guangsheng,ZHANG Feng,et al (4017)
………………………………
………………………………………………………………………
Soil conservation value flow processes of two typical grasslands PEI Sha,XIE Gaodi, LI Shimei,et al (4025)…………………………
Spatial distribution of carbon storage in a 13鄄year鄄old Pinus massoniana forest ecosystem in Changsha City, China
WU Tao, PENG Chonghua, TIAN Dalun, et al (4034)
…………………
……………………………………………………………………………
Colonization rate and diversity of AM fungi in the rhizosphere of seven medicinal plants in Xiamen
JIANG Pan, WANG Mingyuan (4043)
……………………………………
………………………………………………………………………………………………
Effects of Cd,Low Concentration Pb / Cd on the contents of phenolic acid and simple glucides exudating from winter wheat seedlings
root and the relationship between them and rhizosphere soil microbial activity
JIA Xia, DONG Suiming, ZHOU Chunjuan (4052)
……………………………………………………
…………………………………………………………………………………
The community structure of laccase鄄like multicopper oxidase鄄producing bacteria in soil of Liangshui Nature Reserve
ZHAO Dan, GU Huiqi, CUI Daizong,et al (4062)
…………………
…………………………………………………………………………………
Effects of soil rhizosphere microbial community and soil factors on arbuscular mycorrhizal fungi in different salinized soils
LU Xinping, DU Qian,YAN Yongli, et al (4071)
……………
…………………………………………………………………………………
The effects of inoculation with phosphate solubilizing bacteria Bacillus megaterium C4 in the AM fungal hyphosphere on soil organic
phosphorus mineralization and plant uptake ZHANG Lin, DING Xiaodong, WANG Fei, et al (4079)…………………………
Soil carbon, nitrogen and phosphorus ecological stoichiometry of Phragmites australis wetlands in different reaches in Minjiang
River estuary WANG Weiqi, WANG Chun, ZENG Congsheng, et al (4087)……………………………………………………
Dynamics of soil microbial biomass during early fine roots decomposition of three species in alpine region
WU Zhichao, WU Fuzhong, YANG Wanqin, et al (4094)
……………………………
…………………………………………………………………………
Effects of simulated precipitation on apparent carbon flux of biologically crusted soils in the Gurbantunggut Desert in Xinjiang,
Northwestern China WU Lin, SU Yangui, ZHANG Yuanming (4103)……………………………………………………………
Changes in photosynthetic properties, ultrastructure and root vigor of Dendrobium candidum tissue culture seedlings during
transplantation PU Xiaozhen, YIN Chunying, ZHOU Xiaobo, et al (4114)………………………………………………………
Analysis of dry matter accumulation and translocation for winter wheat cultivars with different yields on dryland
ZHOU Ling, WANG Zhaohui,LI Fucui, et al (4123)
………………………
………………………………………………………………………………
Impact evaluation of low temperature to yields of maize in Northeast China based on crop growth model
ZHANG Jianping, WANG Chunyi, ZHAO Yanxia,et al (4132)
………………………………
……………………………………………………………………
Spatiotemporal variations in the reference crop evapotranspiration on the Loess Plateau during 1961—2009 LI Zhi (4139)…………
Eco鄄physiological responses of Phragmites australis to different water鄄salt conditions in Momoge Wetland
DENG Chunnuan, ZHANG Guangxin, LI Hongyan, et al (4146)
……………………………
…………………………………………………………………
Comparative study of different earthworm sampling methods FAN Ruqin, ZHANG Xiaoping, LIANG Aizhen, et al (4154)…………
Geographic variation in longevity and fecundity of the Asian corn borer, Ostrinia furnacalis Guen佴e (Lepidoptera: Crambidae)
TU Xiaoyun,CHEN Yuansheng, XIA Qinwen, et al (4160)
………
………………………………………………………………………
Analysis on grasshopper spatial heterogeneity and pattern of natural grass in upper reaches of Heihe
ZHAO Chengzhang, LI Lili, WANG Dawei, et al (4166)
…………………………………
…………………………………………………………………………
Inhibition effects of ethyl acetate extracts of Momordica charantia leaves on the experimental population of Spodoptera litura
LOU Ying, LING Bing, XIE Jiefeng, et al (4173)
…………
…………………………………………………………………………………
Feeding habits of Lateolabrax maculatus in Yangtze River estuary HONG Qiaoqiao, ZHUANG Ping, YANG Gang, et al (4181)……
Genetic structure of Gymnodiptychus pachycheilus from the upper reaches of the Yellow River as inferred from mtDNA control
region SU Junhu, ZHANG Yanping,LOU Zhongyu, et al (4191)…………………………………………………………………
Toxicity mechanism of Cadmium鄄induced reactive oxygen species and protein oxidation in testes of the frog Rana nigromaculata
CAO Hui, SHI Cailei, JIA Xiuying (4199)
……
…………………………………………………………………………………………
The diversity of scarab beetles in grassland cattle dung from North China
FAN Sanlong, FANG Hong, GAO Chuanbu, et al (4207)
………………………………………………………………
…………………………………………………………………………
Spatial relationships among Empoasca vitis (Gothe) and Toxoptera aurantii (Boyer) and natural enemies in tea gardens of autumn鄄
winter season in Hefei suburban YANG Lin, GUO Hua, BI Shoudong, et al (4215)……………………………………………
Effects of vegetation, elevation and human disturbance on the distribution of large鄄 and medium鄄sized wildlife: a case study in
Jiuzhaigou Nature Reserve ZHANG Yue, LEI Kaiming, ZHANG Yuke, et al (4228)……………………………………………
Research of typical EIPs based on the social network analysis YANG Lihua, TONG Lianjun (4236)…………………………………
Exergy鄄based life cycle accounting of household biogas system: a case study of Gongcheng, Guangxi
QI Jing, CHEN Bin, DAI Jing, et al (4246)
…………………………………
………………………………………………………………………………………
Review and Monograph
The effects of changes in hydrological regimes and salinity on wetland vegetation: a review ZHANG Guangxin (4254)………………
Advances in research on the seed bank of a saline鄄alkali meadow in the Songnen Plain
MA Hongyuan, LIANG Zhengwei, L譈 Bingsheng, et al (4261)
………………………………………………
……………………………………………………………………
A new landscape expansion index: definition and quantification WU Pengfei, ZHOU Demin, GONG Huili (4270)…………………
Scientific Note
Response of photosynthetic characteristics of Psathyrostachys huashanica Keng to drought stress
LI Qian, WANG Ming, WANG Wenwen, et alg (4278)
………………………………………
……………………………………………………………………………
The antifouling activities of Callyspongia sponge extracts CAO Wenhao, YAN Tao, LIU Yonghong,et al (4285)……………………
《生态学报》2012 年征订启事
《生态学报》是中国生态学学会主办的自然科学高级学术期刊,创刊于 1981 年。 主要报道生态学研究原
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法、新技术介绍;新书评介和学术、科研动态及开放实验室介绍等。
《生态学报》为半月刊,大 16 开本,280 页,国内定价 70 元 /册,全年定价 1680 元。
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第 32 卷摇 第 13 期摇 (2012 年 7 月)
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