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太行山南段石灰岩低山区植被构建主要技术研究

李良厚  
【摘要】: 本论文从解决植被构建的主要技术问题出发,以地处太行山南段石灰岩低山区的鹤壁郊区为研究对象,采用主导立地因子分级组合法划分出了立地类型的种类,并且对每一种立地类型的土壤肥力进行了综合评价。在此基础上,按照从宏观到微观的层次开展了土地利用结构优化、植被类型布局优化和造林树种选择研究。土地利用结构优化研究是以2010年作为土地利用规划的时间点,根据现有的土地资源和利用状况,应用多目标线性规划方法,选取了28个变量,建立经济收入最大和水土流失量最小两个目标函数,考虑各种资源条件及生态条件的约束,确定出2010年时研究区域的土地利用优化结构。植被类型布局优化研究是以不同立地类型上草本、灌木、乔木和经济林等各种植被类型单位面积年植物产量、产值、投资和侵蚀模数等为目标,运用多目标局势决策方法,并且按照与土地利用结构优化的一致性,定量化地确定研究区域内各种立地类型上植被类型布局的优化方案。选用研究区域的主要乡土树种臭椿(Ailanthus altissima)、栓皮栎(Quercus variabilis)、黄连木(Pistacia chinensis)、花椒(Zanthoxylum bumgeanum)、金银花(Flos loniceras)、连翘(Forsythia suspensea)、荆条(Vitex chinensis)和新引进的优质用材树种黑樱桃(Prunus serotina)等8个树种的盆栽苗,利用P-V技术测定水分参数,对他们保持膨压能力做出了综合评价;开展了在不同水肥耦合条件下苗木净光合速率、气孔导度和蒸腾速率变化的研究,并且以其为依据,对8个树种的抗旱耐贫瘠综合能力进行了定量评价;测定了8个树种叶片的稳定碳同位素比率,并且对其做出了数量评价。然后综合采用各种立地类型土壤肥力的综合评价值,以及各个树种苗木保持膨压能力、抗旱耐贫瘠综合能力和叶片稳定碳同位素比率等3个方面生态生理指标的评价值,运用多目标局势决策方法进行造林树种选择定量化决策,并且按照与植被类型布局优化方案的一致性,确定了研究区域的适地适树方案。本文的主要结论如下: (1)鹤壁郊区立地类型划分为阳坡平缓坡薄土(Ⅰ)、阳坡平缓坡中厚土(Ⅱ)、阳坡斜陡坡薄土(Ⅲ)、阳坡斜陡坡中厚土(Ⅳ)、阴坡平缓坡薄土(Ⅴ)、阴坡平缓坡中厚土(Ⅵ)、阴坡斜陡坡薄土(Ⅶ)和阴坡斜陡坡中厚土(Ⅷ)等8种立地类型。这8种立地类型土壤肥力水平由高到低的顺序为:Ⅵ>Ⅱ>Ⅷ>Ⅴ>Ⅳ>Ⅰ>Ⅶ>Ⅲ。 (2)到2010年,鹤壁郊区农林牧三业用地优化比例为3.81:6.19:0。林业用地结构中各林种用地优化比例,防护林为9.18%,经济林为19.86%,薪炭林为70.96%,用材林为零。不同林种在各立地类型上的面积分布是:立地类型Ⅲ的5.21%和Ⅶ的7.04%发展水源涵养林,Ⅴ、Ⅷ的全部和Ⅶ的92.96%发展薪炭林,Ⅱ、Ⅳ、Ⅵ的全部面积都发展为经济林,Ⅰ的全部和Ⅲ的94.79%暂时不利用,以后根据新的需要再进行利用。 (3)在服从于土地利用优化结构的前提下,鹤壁郊区各种立地类型的植被类型优化布局是:立地类型Ⅰ优先发展草本植被或灌木林,Ⅱ优先发展经济林,Ⅲ优先发展灌木林,Ⅳ优先发展经济林,Ⅴ优先发展乔木林,Ⅵ优先发展经济林,Ⅶ优先发展灌木林或乔木林,Ⅷ优先发展乔木林。 (4) 8个供试树种保持膨压能力由强到弱的顺序为:黄连木>黑樱桃>栓皮栎>金银花>荆条>花椒>臭椿>连翘。采用系统聚类方法将供试树种保持膨压能力分为强(黄连木一种)、较强(包括黑樱桃、栓皮栎、金银花、荆条、花椒等5种)、较弱(臭椿一种)、弱(连翘一种)等4类。 (5)在中等肥力的草炭土、肥力差的潮土、肥力极差的沙土3种土壤中的任何一种土壤上,不同树种在水分供应充足、水分中度胁迫、水分重度胁迫等3种水分条件下,净光合速率的日变化过程不一致,气孔导度、蒸腾速率的日变化过程也都不一致,净光合速率、气孔导度、蒸腾速率的日平均值都存在显著或极显著差异;同一树种净光合速率、气孔导度、蒸腾速率等3种不同指标的日变化过程不同。在不同土壤上,同一树种在水分供应充足、水分中度胁迫、水分重度胁迫等3种水分条件的任何一种水分条件下,净光合速率、气孔导度、蒸腾速率的日变化过程都不一致,他们的日平均值存在显著或极显著差异。 (6) 8个供试树种抗旱耐贫瘠综合能力由强到弱的顺序为:连翘>花椒>臭椿>荆条>金银花>黄连木>黑樱桃>栓皮栎。按照抗旱耐贫瘠综合能力,供试树种分为强(连翘一种)、较强(包括花椒和臭椿两个树种)、较弱(包括荆条和金银花两个树种)、弱(包括黄连木、黑樱桃和栓皮栎等3种)等4类。并且这4个类别树种之间抗旱耐贫瘠综合能力存在极显著差异。 (7) 8个供试树种叶片稳定碳同位素比率δ~(13)C值从大到小的排序是:黄连木>黑樱桃>栓皮栎>花椒>臭椿>荆条>连翘>金银花,并且不同树种的δ~(13)C值存在极显著差异。按照叶片δ~(13)C值,供试树种分为4类。最高(包括黄连木、黑樱桃和栓皮栎等3种)、较高(花椒一种)、较低(包括臭椿和荆条两个树种)、最低(包括连翘和金银花两个树种)等4个类群。 (8)按照保持膨压能力、抗旱耐贫瘠综合能力和稳定碳同位素比率等3种生态生理指标对8个供试树种进行类别划分的结果,同一树种所属的类别是不同的。在服从于植被类型优化布局的前提下,综合采用这3种指标得出的各种立地类型树种选择方案是:立地类型Ⅰ优先发展金银花,Ⅱ优先发展花椒,Ⅲ优先发展连翘,Ⅳ优先发展黄连木,Ⅴ优先发展黑樱桃,Ⅵ优先发展连翘,Ⅶ优先发展连翘或栓皮栎,Ⅷ优先发展黑樱桃。 主要创新点:①运用多目标局势决策的方法,以不同立地类型上草本、灌木、乔木和经济林等各种植被类型单位面积年植物产量、产值、投资和侵蚀模数等为目标,定量化地确定了研究区域各种立地类型上植被类型布局的优化方案;②开展了不同水肥耦合条件苗木净光合速率、气孔导度、蒸腾速率变化的研究,并且以其为依据,对8个树种的抗旱耐贫瘠综合能力进行了定量评价;③提出了将各种立地类型土壤肥力与树种保持膨压能力、抗旱耐贫瘠综合能力和稳定碳同位素比率等3种生态生理指标相结合,采用多目标局势决策方法,定量化地确定适地适树方案的方法,使基础性的苗木生态生理指标与应用上的适地适树实现了有机结合。


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