广西龙脊梯田植被及土壤水分对降雨的响应研究

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广西龙脊梯田是中国南方稻作梯田的典型代表,因梯田结构的特殊性而具有独特的生态景观,降雨作为该区土壤水分的唯一来源,是制约植物生长和分布的关键因子。近年来随旅游业的快速发展,人类活动增强,部分区域植被退化、土壤塌方日益严重,生态系统的安全和稳定受到了威胁,其生态屏障作用的减弱严重限制了区域农业的可持续发展。量化植被及土壤水分对降雨的响应特征,对揭示区域植被恢复及气候变化背景下的森林生态系统水文过程与服务功能变化机制具有重要意义。本文结合遥感影像数据及土壤水分监测数据,研究了广西龙脊梯田植被及土壤水分变化,并分析两者对降雨的响应特征。主要有以下结论:1.基于Landsat数据对龙脊梯田1993、2006、2019年植被覆盖度变化及其空间分布特征进行分析。结果表明:(1)1993~2019年,龙脊梯田以林地、耕地为主要土地利用类型,植被覆盖度整体呈增加趋势,多年平均植被覆盖度高达0.78。(2)植被覆盖度在各坡向上无明显差异,但随高程的升高而增大,随坡度的增大呈先增加后减小的趋势,在高程300m~900m和坡度0°~8°区域植被覆盖度最小,在高程>1500m和坡度>25°区域植被覆盖度最大。2.基于MODIS数据对龙脊梯田2001~2020年植被NDVI变化及其与降雨、径流的关系进行了分析。结果表明:(1)降雨量、NDVI、径流量年内波动变化较大,且最大值分别出现在6月、8月、7月,最小值分别出现在12月、2月、12月。(2)2001~2020年,NDVI与降雨量均呈先减后增的变化趋势,植被改善的区域均大于植被退化的区域。(3)植被覆盖对降雨的响应具有较强的滞后效应;植被变化相对稳定,对径流量几乎没有影响,而降雨能显著影响径流量的变化。3.基于土壤水分原位监测数据对龙脊梯田竹林(自然坡地)、混交林(自然坡地)、杉木林(人工梯地)、梯田旱地(人工梯地)土壤水分变化及其对降雨的响应特征进行了分析。结果表明:(1)土层稳定程度对不同植被类型土壤储水量有影响,土壤水分变异系数越大,土层相对活跃,则贮存于土壤中的水分相对较少。(2)土壤水分对降雨响应具有滞后性,表现为杉木林>梯田>竹林>混交林;对于0~20cm土壤,竹林和梯田有效补给量、补给速率高于杉木林和混交林,而40~60cm土壤则相反;当降雨量达到一定范围后,有效补给效率会下降,各植被有效补给效率表现为大雨>中雨>暴雨>大暴雨>小雨;在雨季混交林土壤保水性能高,对降雨响应较为敏感,有效补给量和补给速率较高,土壤储水量丰富。
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