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重庆南川石漠化区不同生态恢复治理模式的效益研究

周晨霓  
【摘要】: 本研究应用生态学、统计学等学科专业知识,对重庆南川石漠化治理示范区8种恢复治理模式下植被进行实时的调查和实地监测,并对所取数据进行统计分析;分析表现石漠化生态综合治理措施实施后的生态环境变化,了解和掌握生态修复工程及其措施改良土壤、控制土壤侵蚀的程度和效果,并对其生态效益进行评价,再结合其产生的经济效益,筛选出最适合当地的植被恢复模式,指导该区内石漠化生态修复工程。主要的研究内容包括以下几个方面:(1)根据示范区内进行生态恢复所采用的不同措施,选定8个典型恢复治理模式,对每个样地进行定时定点的微观生态监测,主要监测内容包括:植被状况、土壤性状、土壤保水性能、径流量和侵蚀量、区域小气候。(2)不同治理模式下垫面植被生态系统结构和功能的对比研究。(3)根据当地实际情况和喀斯特地区的复杂性,在深入分析治理项目的各种恢复模式的基础上制定生态效益评价的指标和标准,利用灰色关联度分析对示范区内8种恢复模式生态经济效益进行评价,为当地生态环境治理效益评估提供一套切实可行的评价模式。 结果表明:当地重要的立地条件-土壤厚度的差异,造成了模式中4种从2002年开始退耕种植的人工纯林在群落高度、平均地径、平均冠幅和植被覆盖度均表现出一定的差异。樟树林的植被覆盖度表现为最大,在时间格局上,除了传统农耕地由于耕作方式守旧不变,其植被覆盖度保持恒定外,其余几种模式的覆盖率均表现为逐渐提高的趋势。其中以金银花种植模式的植被覆盖度递增率最高。研究区内具有相同生态配置模式的恢复治理模式具有相近的物种多样性、物种均匀度和优势度指数。分别来看,自然撂荒地具有最高的物种多样性,而仅次于撂荒地的是经果林种植模式(桃树、花椒),分别为1.4622和1.1457,而人工种植的水保林(樟树和柏木)则由于为人工纯林,林下植被稀少而导致这两种模式的物种多样性降低。而对于优势度而言,除了自然撂荒地偏低(0.2346)外,其余其中人工恢复模式均具有较高的优势度指数。均匀度指数在各种模式间的变化规律类似于优势度。 不同模式下垫面土壤水分含量差异明显,自然恢复的撂荒地具有相对较高的土壤含水量,高于大部分人工恢复模式。各恢复模式标准样地中,上层(0-15cm)土壤容重明显低于下层(15-30cm),其中农田的上下层差异最大。经过方差分析得出,对于上层土壤容重,经过退耕还林还草恢复模式显著高于传统农田,土壤容重从小到大顺序为传统农耕桃树撂荒地花椒樟树柏木紫花苜蓿金银花;而对于下层土壤容重而言,经过退耕还林还草,各种恢复模式的土壤容重都显著低于传统农耕地。其中柏木、樟树、撂荒地、花椒和桃树的土壤容重与农田的差异达到极显著水平;在同一恢复模式下,从表层土壤到下层土壤,由于土壤容重增大,非毛管持水量和土壤饱和蓄水量等持水性能指标呈降低趋势,而从不同恢复模式来看,各种模式的土壤持水性能的改善程度是有区别的。土壤饱和持水量,非毛管孔隙度均从大到小的顺序为樟树柏木桃树花椒紫花苜蓿金银花自然撂荒传统农耕;在同一种恢复模式下,雨季和旱季所测的数据有一些区别,表现为土壤容重:雨季旱季;土壤孔隙度:雨季旱季;土壤饱和持水量:雨季旱季。 不同恢复模式下光合有效辐射(PAR)的日变化均呈不规则曲线,在日间各时段差异显著(P0.01),除了对照自然撂荒地以外,其他的几个观测点的最大值均出现在下午14点左右,较对照自然撂荒地出现最大值(中午12时)滞后1-2h。樟树相比对照而言接受的光合有效辐射最小;而从日变幅来看,也是樟树的林内日间光辐射强度变化最平缓,而从垂直梯度来看光辐射强度变化及日变幅,同一种模式下不同高层次间日均辐射强度差异不显著,单在日变幅上仍有差异。各观测点和对照变化几乎一致,均是150cm处>100cm处50cm处。从各层次的日变幅来看,对照各层次的日变幅最大。在50cm、100cm和150cm高度上,气温的变化都是不对称单峰变化曲线,峰值出现在14点左右,且各层次间不同时段气温差异显著(P0.01),与光辐射强度对应。各种恢复模式下的人工植被和对照(撂荒地)土壤温度在0cm,0-15cm,15-30cm处从早到晚依次变现出急速上升-缓慢下降的趋势,且15-30cm层土壤温度变化不大。其他各种恢复模式植被地面(0cm)和地下各层的土壤日均温和日较差都比对照都低,随着土层深度的增加,恢复区和对照的土壤温度均呈现逐渐下降的趋势,而且恢复区与对照的温度差值也逐渐减小。不同高度上各观测点下垫面空气相对湿度日间变化规律相似,都呈现出近“V”字型,早上6点左右出现一个最高值,随着时间的推移,空气湿度显著下降,在气温最高,太阳辐射最强烈的下午14点到16点,空气相对湿度最低,而后又上升,与空气温度变化和太阳辐射强度的变化规律相反。 各恢复模式的土壤初渗速率、稳渗速率与渗透系数由大到小的排列顺序为花椒传统农耕樟树桃树柏木金银花撂荒地紫花苜蓿。研究区经过各种恢复模式的实施后,地表径流量呈现明显的减少趋势,平均减少量为36.37%~69.09%,其中樟树林德地表径流量为最小,桃树次之,对照传统农耕地的径流量最大。各恢复模式的径流系数变化范围在0.17~0.55之间,平均为0.299,与传统农耕地径流系数相比减少了81%。与传统农耕地相比,实施各恢复措施后土壤的侵蚀模数均呈现减小的趋势,减小范围为1593.09~1732.72 t.km-2.a-1,以自然撂荒地对土壤侵蚀的改善效果最好,土壤侵蚀模数最小,为85.8 t.km-2.a-1,其次为桃树和花椒,平均较传统农耕地减少91.12%;金银花和紫花苜蓿的土壤侵蚀模数较大,分别比对照减少85.11%和84.76%。 经过灰色关联度分析,对研究区内各恢复模式的生态经济综合效益进行评价,结果表明,就生态经济综合效益而言,最好的是紫花苜蓿种植、退耕还林樟树等恢复模式,最差的是传统农用耕作;注重经济效益而兼顾其他效益的情况下,中草药种植(金银花)的综合评价得分有所提高。可见,传统的农耕模式已经不能满足生态服务的要求,石漠化地区必须对种植结构进行调整,以增强农业生态系统的生态保护功能。


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