湖南会同退耕还林生态环境效益研究

【摘要】：退耕还林是中国根治水土流失,改善生态环境的根本措施,也是土地利用调整的一种具体措施。本研究从林分生物量、土壤环境效应、养分积累和碳贮量及其空间分布特征、生态效益方面研究湖南会同退耕还林的生态环境效益,可为有关部门进一步完善退耕还林政策提供理论依据和技术支持,对巩固和发展退耕还林工程建设成果,持续开展退耕还林工程建设具有重要意义。主要研究结果如下： 主要造林树种的单株生物量存在一定的差异,但均以地上部分占绝对的优势,占全株生物量的66%以上,各器官生物量的大小排序大致为：树干树根树叶树枝树皮。杜英×樟树混交林分的生物量最高,为3.916 t·hm-2,樟树纯林的最低,为1.213t·hm-2。4种模式幼林各组分生物量相对分配百分率均表现为：树干(带皮)最大,为32.64%以上,树枝最小,仅为12.65%-17.98%之间。杜英×樟树混交林的平均净生产力最高,为0.4680 t·hm-2·a-1,樟树纯林为其次,杜英×乐昌含笑混交林最低,仅为0.0754t·hm-2·a-1,最高与最低相差0.3926t·hm-2·a-1。 与对照地相比,0-60cm土层中,樟树林地、乐昌含笑×红花木莲混交林地、杜英×樟树混交林地、杜英×乐昌含笑混交林地平均容重下降,平均总孔隙度和平均自然含水率提高,而马尾松林地平均容重提高了14.64%,平均总孔隙度和平均自然含水率分别下降了13.21%、3.48%；马尾松林地、樟树林地、杜英×樟树混交林地、杜英×乐昌含笑混交林地、乐昌含笑×红花木莲混交林地的0.01mm粘粒百分率分别提高了1.81%、14.99%、13.85%、31.26%、32.38%,1-0.05mm砂粒百分率分别下降了1.48%、13.88%、17.30%、39.78%、22.33%。退耕还林3a后,林地土壤物理性状得到了不同程度的改善,其中乐昌含笑×红花木莲混交林、杜英×乐昌含笑混交林呈现出最明显的改善作用,其次是樟树林和杜英×樟树混交林,马尾松林最弱。 与对照地相比,0-60 cm土层中,pH值除马尾松林地不变外,杜英×乐昌含笑混交林地、乐昌含笑×红花木莲混交林地、樟树林地、杜英×樟树混交林地分别提高了4.30%、3.44%、1.51%、1.29%；乐昌含笑×红花木莲混交林地、杜英×乐昌含笑混交林地、杜英×樟树混交林地、樟树林地有机质平均含量分别提高了53.60%、39.24%、38.63%、24.83%,马尾松林地下降了18.66%；乐昌含笑×红花木莲混交林地、杜英×乐昌含笑混交林地全N平均含量分别提高了61.18%、37.28%,而杜英×樟树混交林地、樟树林地、马尾松林地分别下降了10.38%、14.76%、47.66%；5种模式林地全P平均含量均表现为提高,其中杜英×乐昌含笑混交林地提高幅度最高,为81.75%,马尾松林地提高的幅度最小,为7.94%,全Mg平均含量提高了33.10%以上,全K平均含量均显著下降,下降幅度为43.44%-61.93%之间,全Ca平均含量下降了63.04%以上；杜英×乐昌含笑混交林地、乐昌含笑×红花木莲混交林地平均速效N含量分别提高了21.14%、7.53%,而樟树林地、杜英×樟树混交林地、马尾松林地分别下降了4.41%、9.39%、11.39%,5种模式林地的速效P、速效K平均含量显著提高,提高幅度分别为26.61%-86.85%和120.67%-219.51%之间。5种模式林地土壤微量元素含量变异系数在0.40%-16.40%之间,Zn、Pb、Ni、Cu、Cd的平均含量均未超过中国土壤环境质量标准(GB15618-1995)的Ⅲ级标准值。与对照地相比,在0-60cm土层中,5种模式林地Fe含量均显著下降(P0.05),Cd平均含量均有相同的下降程度,Cu、Zn、Ni的平均含量却有不同程度的提高；除马尾松林地外,其他4种模式林地Mn的平均含量均显著提高(P0.05),Pb、Co平均含量也均有所提高。退耕还林3a后,林地土壤pH值、有机质和部分养分元素含量提高,其中乐昌含笑×红花木莲混交林、杜英×乐昌含笑混交林最明显,其次是樟树林和杜英×樟树混交林,马尾松林最弱。 土壤0.01mm粘粒百分率与土壤自然含水率、pH值、全N、全P、全Mg之间显著正相关,土壤容重与土壤有机质、全P、全N、速效N、速效P、速效K之间显著负相关。退耕还林3a后,林地0.01mmm粘粒百分率的增加,土壤容重下降,提高土壤涵养水分的能力、土壤pH值和贮存与吸收更多养分。土壤各化学因子之间的关系较为复杂,有的表现为相互促进,有的表现为相互抑制。 以对照地为基准地,马尾松林地、樟树林地、杜英×樟树林混交林地、杜英×乐昌含笑混交林地、乐昌含笑×红花木莲混交林地的综合退化指数分别为-9.33%、18.45%、18.86%、29.33%、21.86%。樟树林、杜英×樟树林混交林、杜英×乐昌含笑混交林、乐昌含笑×红花木莲混交林模式明显地改善林地土壤理化性质,其中杜英×乐昌含笑混交林为最优的配置模式。 种内各器官的灰分平均含量由高至低的排序为：乐昌含笑红花木莲樟树杜英马尾松,变异系数在38.36%-55.00%之间。树种间同一器官灰分平均含量以树皮的最高,树根为其次,树干最低,变异系数在37.49%-72.31%之间。5种树种各器官N含量最高,K、Ca的含量为其次,P的含量最低。同种营养元素在同一树种不同器官中的含量从高至低的排序大致为：叶枝皮根干；种间同器官同种营养元素的平均含量基本上也是以叶的含量最高,树枝次之,干的含量最小,变异系数在24.73%-69.16%之间,表明树叶含量最高和树干含量最低是主要造林树种一个基本特征。种内各器官同种营养元素的平均含量不同,马尾松体内各种营养元素含量普遍较低,变异系数在31.35%-110.92%之间。灌木、草本均以N含量最高,K含量次之,灌木P含量普遍最低,草本Mg含量普遍最低。不同生活型植物种间同种营养元素平均含量的排列顺序大致为：草本灌木乔木。同一林分下活地被物层的不同营养元素含量从高到低的排序为：NKCaMgP,死地被物层为：NCaKMgP。 马尾松林、樟树林、杜英×樟树混交林、杜英×乐昌含笑混交林、乐昌含笑×红花木莲混交林木中N、P、K、Ca、Mg,总积累量分别为38.090、22.265、37.045、5.974和3.888 kg·hm-2,N、P、K、Ca、Mg积累量的大小排序除马尾松林为NCaKMgP外,其它模式为NKCaMgP;叶中积累量占林木积累量的比例远远超过其生物量占林木生物量的比例。0-60 cm土层中,杜英×乐昌含笑混交林地N、P、K、Ca、Mg总积累量最高,乐昌含笑×红花木莲混交林地和樟树林地次之,马尾松林地最低；与对照地相比,5种模式林地土壤N、P、K、Ca、Mg的总积累量均表现为下降,P、Mg积累量均表现为提高,K、Ca积累量均表现为下降,N积累量因林地不同而异。5种模式幼林生态系统中,土壤层(0～60cm)营养元素贮量最大,占生态系统营养元素总贮量的99%以上,植被层为其次,占0.30%以下,死地被物层为最小 5种树种各器官Fe、Mn含量较高,其次是Cu,而Zn含量较低,种间同器官同种微量元素平均含量的大小排序因元素不同而异,变异系数在11.57%-67.37%之间,种内同种微量元素不同器官平均含量也不同,变异系数在35.63%-89.09%之间,表明不同树种同种器官对同种微量元素的吸收存在较大的差异,即使同一树种不同器官对同种微量元素的吸收也存在明显的差异。灌木、草本中Fe、Mn含量均高于Cu、Zn含量,不同生活型植物种间同种微量元素平均含量的大小排序大致为：草本灌木乔木。同一林分下地被物层中不同微量元素含量高低排序均为：FeMnCuZn。 马尾松林、樟树林、杜英×樟树混交林、杜英×乐昌含笑混交林、乐昌含笑×红花木莲混交林木中微量元素积累量分别为1490.679、679.277、1088.789、202.772和332.781g·hm-2,Cu、Zn、Fe、Mn积累量的大小排序除马尾松林为MnFeZnCu外,其它模式为MnFeCuZn,各器官微量元素积累量占林木总积累量的比例基本上随其生物量占总生物量的比例增大而增大。0-60 cm土层中,Cu、Fe、Zn、Mn总积累量马尾松林地最高,樟树林地次之,杜英×樟树混交林地最低,与对照地相比,5种林地Cu、Fe、Zn、Mn总积累量均为下降,各微量元素的积累量从大至小排列均为：FeMnZnCu, Cu、Zn积累量均为提高,而Fe积累量均下降,Mn除马尾松林地下降外,其它4种模式均为提高。5种模式幼林生态系统中,土层(0-60cm)微量元素贮量最大,占整个生态系统微量元素总积累的99%以上,植被层为其次,约占0.002%,死地被物层为最小。 马尾松、樟树、杜英、乐昌含笑、红花木莲不同器官的平均碳密度分别为：0.5296、0.5188、0.5178、0.5376、0.5355 gC·g-1,种间同器官的平均碳密度排序为：树干树根树叶树枝树皮；活地被物层、死地被物层碳密度分别介于0.4380-0.5380gC·g-1、0.5060-0.5200gC·g-1之间,土壤层(0-60 cm)平均有机碳密度介于0.00786-0.01485gC·g-1之间；退耕还林3a后,乐昌含笑×红花木莲混交林、杜英×乐昌含笑混交林、杜英×樟树混交林、樟树林土壤层有机碳密度比对照地分别提高了53.57%、39.19%、38.57%、24.82%,而马尾松林地下降了18.72%。林木各器官碳贮量基本上与各器官的生物量成正比例。5种模式幼林生态系统中,土壤层(0-60 cm)碳贮量最大,为74.518-119.312 tC.hm-2,占96.180%以上,植被层为其次,在0.633-2.960tC.hm-2之间,仅占0.642%-3.820%,死地被物层为最小。退耕后,樟树林、杜英×樟树混交林、乐昌含笑×红花木莲混交林、杜英×乐昌含笑混交林生态系统碳贮量分别增加了19.477、27.722、41.643、26.821 tC.hm-2,马尾松林下降了1.675 tC.hm-2。 在保护水资源效益方面,樟树林最高,杜英×樟树混交林地最低；在固C释放02的效益方面,乐昌含笑×红花木莲混交林最高,马尾松林最低,且还呈现为负值。从总的生态效益看来,乐昌含笑×红花木莲混交林最高,达90794.32元.hm-2.a-1,杜英×乐昌含笑混交林为其次,为71471.14元·hm-2·a-1,而马尾松林最低,为9791.88元.hm-2·a-1。表明不同退耕还林模式具有不同的特点和优势,混交林模式优于纯林模式,且以落叶与常绿混交为最优。

【关键词】：湖南省会同县 退耕还林 生物量 土壤环境效应 养分元素 碳贮量 生态环境效益
【学位授予单位】：中南林业科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：S718.5
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