不同植被恢復模式對黃土高原生態水文特征的影響

關鍵詞：植被恢復模式；生態水文特征；配對流域；黃土高原

中圖分類號：X143 文獻標識碼：A 文章編號:1008-9500(2025)06-0210-03

DOI: 10.3969/j.issn.1008-9500.2025.06.062

Impacts of Different Vegetation Restoration Patterns on the EcoHydrological Characteristics on the Loess Plateau

XIALu，MAYunxiu，LIYunxiao，YANMeiting (College of Resources and Environment，Shanxi Agricultural University，Jinzhong O3o8O1，China)

Abstract:Inrecentyears，large-scaleecologicalrestorationontheLoess Plateau has changed theregional ecological hydrologicalcharacteristics，butthereisrelativelylitleresearchontheimpactofdiferentvegetationrestorationmodels onecologicalhydrologicalcharacteristics.Therefore，takingthreediferentvegetationrestorationsmallwatersheds (closed， artificialforest，andsemiagriculturalandsemi pastoralwatershed)intheCaijiachuan watershedofJicounty，Linfen city，Shanxiprovinceastheresearchobject，thisstudy explorestheimpactofdiferentvegetationrestorationmodelson landcover，soil physical properties，and waterandsedimentcharacteristics.Theresultsshowed thatthelandtypes in the restrictedwatershedwere mainlyforestlandandhighcoveragegrassand，whilethoseinthearificialforestwatershedwere mainly forestlandandlowcoveragegrassland，andthoseinthesemiagriculturalandsemi pastoral watershed weremainly lowcoveragegraslanddclivaedand;thesoilpaciyofcodaryorstlandtiicalforstlandndd significantlylowerthanthatofgriculturalland，whilethesoilporosityshows theoppositepatern;theclosureofecondary forestsandartificialforests inwatershedshasagoodeffectonreducing waterandsediment，aswellasregulatingdryruoff. Keywords: vegetation restoration paterns ;eco-hydrological characteristics ;paired watersheds;loess plateau

黃土高原土壤侵蝕嚴重，生態系統脆弱。為控制嚴重土壤侵蝕造成的原位效應和異位效應，國家和地方各級政府陸續實施了小流域綜合管理、退耕還林還草以及生態保護和高質量發展等一系列重大水土保持措施。大規模的水土流失治理使得生態環境得以改善，據統計，黃土高原植被覆蓋度已由1999年的 32% 增加到2018年的 63%^[1] ，多年平均輸沙量由1919—1959年的16億t減少至2000—2018年的2.44億t2]。

黃土高原水土保持措施主要包括植被恢復、梯田、淤地壩、水庫等。其中，植被恢復是改善當地生態環境重要的因子且具有長效性。目前，黃土高原植被恢復主要有人工恢復、自然恢復等模式，不同植被恢復模式對產流產沙、植被多樣性、地表覆蓋和土壤理化性質等方面的影響存在差異[3-4]，但有關不同植被恢復模式對生態水文過程的影響研究還相對不足[5。因此，以省臨汾市吉縣蔡家川流域中的不同植被恢復模式小流域為研究對象，明確不同植被恢復模式的生態水文效應，研究結果可為新時期研究區生態恢復和可持續發展模式提供決策參考。

1 研究區概況

蔡家川流域位于省臨汾市吉縣境內，流域總面積為 34.23km² ，海拔為 895～1580m ，屬于典型的黃土高原丘陵溝壑區。研究區屬暖溫帶大陸性氣候區，多年平均降水量為 575.9mm 。本研究選取其中的封禁、人工林和半農半牧3個不同植被恢復小流域進行分析。這3個小流域的面積分別為1.86、1.49、2.64km² ，其他地形地貌條件十分相似。

2數據來源與處理

土地利用數據：基于2020年的Landsat遙感影像資料，通過目視判讀解譯，將流域土地利用類型劃分為耕地、林地、高覆蓋度草地以及低覆蓋度草地4類。

植被覆蓋度數據：基于2020年的Landsat遙感影像資料，先計算歸一化植被指數（NormalizedDifferenceVegetationIndex，NDVI），然后根據植被覆蓋度與NDVI間的經驗關系計算得到流域植被覆蓋度（Fractional Vegetation Cover，FVC）。

土壤物理性質數據：在封禁次生林流域選取了遼東櫟次生林樣地，在人工林小流域選取了油松人工林樣地，在半農半牧小流域選取了農地和荒草地樣地；在4個不同樣地分別采集 0～10 、 10～20 ）20～40cm 和 40～60cm 的土壤樣品，測定其土壤容重、土壤總孔隙度及毛管孔隙度。

水文數據：采用3個小流域內2004—2018年徑流、輸沙資料。

3不同植被恢復模式的生態效應

統計3個小流域的土地利用類型面積，結果如下：封禁次生林小流域耕地、林地、高覆蓋度草地以及低覆蓋度草地的面積占比分別為 0.00% 、 64.00% /30.65% 以及 5.36% ，流域內現狀無耕地，以林地為主，同時存在較高比例的高覆蓋度草地和少量的低覆蓋度草地，流域植被覆蓋度很高，為 98.93% ；人工林小流域耕地、林地、高覆蓋度草地以及低覆蓋度草地的面積占比分別為 4.32% 、 48.27% 、 0.00% 以及 47.41% ，地類以林地和低覆蓋度的草地為主，同時有少量的耕地，流域植被覆蓋度為 87.50% ；半農半牧小流域耕地、林地、高覆蓋度草地以及低覆蓋度草地的面積占比分別為 27.85% 、 13.50% 、 0.00% 以及 58.66% ，地類以低覆蓋度的草地為主，另外有較高比例的耕地和少量的林地，流域整體植被覆蓋度為 68.78% 。

不同樣地各土壤深度土壤物理性質如表1所示。不同樣地 0～60cm 土層的平均土壤容重大小排序為農地（ 1.24g/cm³ ） > 荒草地（ 1.22g/cm³ ） > 人工林地（ 1.18g/cm³ ） > 次生林地（ 1.14g/cm³ ），平均土壤總孔隙度大小排序為次生林地（ 56.37% ） > 人工林地55.10% ） > 荒草地（ 54.10% ） > 農地（ 53.90% ），平均土壤毛管孔隙度大小排序為次生林地！ (42.82%)> 荒草地（ 42.23% ） > 人工林地（ 41.82% ） > 農地（ 40.27% ）。總體來看，次生林地、人工林地和荒草地的土壤容重要低于農地，而不同地類的土壤孔隙度大小呈現出相反的規律，說明林地、荒草地能改善這些土壤物理性質。次生林和人工林由于較強的根系活動，再加上較厚的枯落物層和腐殖質層，微生物活動也較活躍，因此增加了土壤孔隙度，降低了土壤容重；荒草地植被條件相對林地較低，因此改善土壤物理性質的效應弱于林地；農地受耕作活動的影響，表層 0～20cm 土壤容重較小，土壤孔隙度較大，但是20cm 以下因為犁底層的存在，土壤容重明顯增加，土壤孔隙度明顯減小。

總體來看，在不同植被恢復模式的長期治理下，各小流域土地利用、植被覆蓋以及土壤物理性質均存在一定的差異，這勢必會對流域水文特征產生一定的影響。

4不同植被恢復模式的水文效應

封禁小流域、人工林小流域、半農半牧小流域的多年平均徑流深分別為6.33、10.33、 12.60mm 多年平均雨季徑流深分別為4.32、7.98、 10.29mm 半農半牧小流域徑流深和雨季徑流深均最大，人工林小流域次之，而封禁小流域徑流深和雨季徑流深均最小。其原因是封禁小流域和人工林小流域的植被覆蓋度較高，植被蒸騰耗水能力較強，而半農半牧小流域受人類耕作和放牧影響較大，牲畜的踩踏和啃噬使土壤板結和植被退化，導致土壤入滲能力較弱，更易形成地表徑流，最終導致半農半牧小流域產流量要高于封禁小流域和人工林小流域。但是，封禁小流域、人工林小流域和半農半牧小流域枯水期徑流占比分別為31.89% 、 22.71% 和 18.31% ，封禁小流域枯水期徑流占比明顯高于其他兩個小流域，表明封禁小流域維持枯水徑流的效應較優。此外，3個對比小流域輸沙模數大小排序為半農半牧小流域 > 人工林小流域 Φ> 封禁小流域，封禁小流域的減沙效應最優，人工林小流域次之，而半農半牧小流域攔蓄泥沙的效應最差。其原因是封禁小流域和人工林小流域的植被和土壤條件較好，具有較強的抗雨水濺蝕和徑流沖刷的能力。

5結論

本研究以省臨汾市吉縣蔡家川流域中的3個小流域為研究對象，分析不同植被恢復模式的生態水文效應，得到以下結論：不同植被恢復模式小流域土地利用和植被覆蓋條件差異明顯；次生林地、人工林地和荒草的土壤容重低于農地，而不同地類的土壤孔隙度大小呈現出相反的規律，這說明退耕還林還草措施能夠改善土壤物理性質；封禁次生林和人工林小流域的減水減沙效應較優，能顯著降低流域侵蝕產沙，但是對下游的徑流資源利用可能會造成一定的負面影響。

參考文獻

1寧珍，高光耀，傅伯杰.黃土高原流域水沙變化研究進展[J].生態學報，2020（1）：2-9.

2 胡春宏，張曉明，趙陽.黃河泥沙百年演變特征與近期波動變化成因解析[J].水科學進展，2020（5）:725-733.

3李中愷，李小雁，周沙，等.土壤-植被-水文耦合過程與機制研究進展[J].中國科學：地球科學，2022（11）：2105-2138.

4周國逸，夏軍，周平，等.不恰當的植被恢復導致水資源減少[J].中國科學：地球科學，2021（2）:175-182.

5孫閣，張櫓，王彥輝.準確理解和量化森林水源涵養功能[J].生態學報，2023（1）：9-25.