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《西南大学》 2009年
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岷江干旱河谷整地造林植被恢复的长期效果评价

朱林海  
【摘要】: 干旱河谷是青藏高原一类特殊的山地生态系统,主要分布于金沙江、怒江、澜沧江和雅砻江中下游,大渡河和元江中游,岷江和白水江上游等河谷区。特殊的地质地貌、气候和植被等特征导致了干早河谷本身具有高度的脆弱性,在高强度人为干扰体的叠加作用下退化严重。目前干旱河谷的突出问题是植被覆盖率低,水土流失严重,生态恶化形势严峻。因此,恢复重建植被,提高植被覆盖率,防治水土流失,保护脆弱的山地生态环境是干旱河谷地区生态建设的一项紧迫任务,是国家和区域生态建设的重大需求之一。因此,过去在干旱河谷内开展了大量的以植被恢复、遏制生态退化为目标的科学研究。长期以来通过整地造林恢复重建植被的方法已在干旱河谷广为采用。保留带与造林带沿等高线交替配置、水平沟整地后在造林带内进行植树造林的恢复措施(以下简称“等高线水平沟整地造林”)在元江中游、金沙江中下游和岷江上游等干旱河谷地区一直被广泛应用于生态恢复,也在国家生态工程建设中得到一定的应用和推广。然而整地造林的长期成效还缺乏必要的监测和评价,整地造林的植被恢复实践是否能有效促进植被发育,提高植被覆盖率,并改善土壤水源涵养能力并不清楚。干旱河谷植被恢复重建过程中,传统造林实践长期效果的评价是认识干旱河谷可恢复性以及恢复能力的重要途径,可为恢复重建干旱河谷植被、科学有效保护干旱河谷提供理论支撑和实践基础。 由于提高植被覆盖率是干旱河谷植被恢复重建最重要的目标之一,而植被盖度与群落生物多样性、土壤水源涵养能力等密切相关。同时,干旱河谷内土壤水分是限制土壤潜在性肥力向有效性肥力转化、影响植被生长与分布的主导因子。因此,本研究除采用岷江柏等树种的存活与生长状况作为评价指标外,植被盖度和土壤水分.物理性质也作为评价指标。 选择岷江干旱河谷等高线水平沟整地(过去认为是干旱河谷内改善土壤水分状况最优的整地方式)的典型造林地段,调查研究了该区域内抗旱性强、栽植面积大的代表性目的造林树种岷江柏(Cupressus chengiana S.Y.Hu)多年(7-24a)后的保存、生长与结实状况,造林地内保留带、造林带的植被盖度和土壤物理性质,目的是评价干旱河谷乡土树种造林成效与整地造林的长期生态效果,并探讨了时空格局(海拔、坡向、坡度和造林时间)对植被恢复的影响。 通过样方调查发现,岷江干旱河谷内,岷江柏后期死亡较为严重,造林树种总保存率呈现为下降趋势。至造林后16a时,造林树种总保存率仅为38%。 采用树干解析结合年轮测量(WinDENDRO~(TM)2002b年轮分析系统)的方法对岷江柏年轮生长过程的研究发现,82%的样地岷江柏年轮生长表现为先增加后降低的趋势,不同样地岷江柏的衰退年龄出现在岷江柏生长4~14年之后。采用非线性趋势模型法拟合年轮生长的长期趋势,发现95%的样地岷江柏年轮生长过程可以采用不带常数的Quadratic模型y=b_1x+b_2x~2拟合(p<0.001),其中b_1=0.0494~1.1323,b_2=-0.0019~-0.1049,y为年轮宽度(mm),x为生长时间(a)。 在SPSS 12.0中利用One-WayANOVA过程对岷江柏不同龄级高生长量的比较发现,68%的样地岷江柏的高生长表现为先增加后降低的趋势,不同样地岷江柏的衰退年龄出现在岷江柏生长4~18年之后。14%的样地表现为逐渐降低的趋势。 采用收获法对岷江柏生物量的研究发现,岷江柏的地下生物量/地上生物量在0.12~0.29之间。岷江柏养分吸收功能较强的细根(<0.5cm)和进行光合作用的叶占总生物量的比例较小;主干生物量占总生物量的比例最高,在30%以上;其次为叶和枝。各部分根中,根颈根桩所占的比例最高,但其占总生物量的比例远小于地上各部分所占的比例。同时,不同年份栽植的岷江柏生物量的年平均积累量在0.011~1.335kg之间。 研究区域内造林后10年生岷江柏(造林后8年)就已结实。因此,研究区域内岷江柏已出现提前结实现象。 从造林后的长期保存率、年轮(直径)生长过程、高生长过程、生物量积累与分配、结实情况等综合分析都清楚的表明,在岷江干旱河谷内,岷江柏即使存活,植株仍然处于胁迫状态,进一步生长的可能性小,很快便发展成为“小老头树”。与天然岷江柏相比,人工栽植岷江柏较早的进入了生长衰退期。因此,岷江柏并不是岷江干旱河谷植被恢复与造林的理想树种。 在SPSS 12.0中利用One-Way ANOVA过程分析了河谷内不同造林时间样地造林带植被盖度的差异,发现,随时间的推移,造林带内树木盖度和凋落物盖度显著增加,灌木盖度和草本盖度显著减少,植被总盖度和地衣苔藓盖度变化不明显。利用Independent-Samples T Test过程对同一样地内造林带和保留带植被盖度的比较发现,造林带内乡土植被总盖度、灌木盖度、草本盖度、地衣苔藓盖度均低于保留带。 在SPSS 12.0中利用Independent-Samples T Test过程对河谷内保留带和造林带土壤物理性质的比较发现,造林带土壤水分-物理性质不如保留带。造林带土壤自然含水量、饱和含水量、毛管含水量、总孔隙度均小于保留带,而造林带土壤容重和毛管孔隙度要大于保留带。 在R 2.9.0 for Windows中利用典范相关分析研究了时空格局对造林树种保存状况、岷江柏生长状况、保留带和造林带植被发育、植被盖度相对降低率、保留带和造林带土壤质量的影响。发现,随着造林时间的延长,造林树种总保存率、岷江柏直径年生长量下降,保留带和造林带植被的发育和土壤质量呈退化趋势。高海拔、较阴的坡向和低坡度有利于植被的发育。高海拔地段和较为向阳的坡向土壤质量较高。 综合分析表明,选择乡土树种岷江柏等高线水平沟整地后造林未能取得理想的植被恢复效果,长期(7-24年)而言岷江柏未能适应干旱河谷现有的土壤、气候条件,不仅保存状况较差,保存率低且呈下降趋势,无论高生长还是年轮(直径)生长都表现出下降趋势,也出现提前结实现象,成为“小老头树”;而同时,等高线水平沟整地的造林恢复措施没有促进植被发育,改善土壤水源涵养能力,相反却降低了造林带植被覆盖率,恶化了造林带土壤质量。因此,等高线水平沟整地造林措施在岷江干旱河谷特殊的气候、环境条件下,并不是最有效的植被恢复措施。 水资源状况是干旱河谷植被恢复必须首先考虑的问题,高强度的整地措施和栽植蒸腾作用较强的林木会加剧土壤的干化,也不利于植被的发育和林木的生长。同时,考虑到植物间的竞争和干旱河谷土壤水分含量较低,干旱河谷植被恢复中,人工干预的使用应特别谨慎,并应加强对土壤水分的研究。今后,河谷内的植被恢复应该在明确其影响因子和机理的基础上,尽量减少高强度整地的人为干扰,考虑筛选灌草等乡土植物作为目的植物。通过促进自然植被的更新和发育,提高植被盖度,改善土壤质量,最终实现植被和土壤的良性发展。
【学位授予单位】:西南大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:S728

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