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研究区域位于研究区位于云南省东北部会泽县城东郊的头塘小流域,属金沙江支流牛拦江水系上游,随着人口的增长,土地缺乏的矛盾愈加尖锐,陡坡开荒现象严重,自然植被遭到严重破坏,土壤严重退化,同金沙江上游以及云南其它山地自然生态系统一样,生态环境遭到严重破坏,对周围和金沙江下游及流域内的生态安全构成了巨大威胁。因此,恢复植被及恢复土壤生态环境,提高森林或人工林生产力,促进森林尽快发挥其经济与生态功能势在必行。为此,本文以自然植被针叶混交林地为参照,同针叶人工纯林地、阔叶人工纯林地、针叶人工混交林地进行比较,探讨不同植被类型土壤理化性状的差异和动态过程,探讨不同植被类型土壤肥力状况,客观揭示土壤理化特性变化与人为干预影响之间的关系,并为该区域和云南相似山地环境乃至整个金沙江流域退化土壤生态系统的修复、退化山地植被恢复和退化天然林近自然林改造技术提供科学依据。显然,这样的研究具有重要的理论意义和现实意义。
本研究通过差异性分析,研究不同植被类型土壤理化指标的空间变化;利用相关性分析,研究不同植被类型土壤养分之间、土壤物理特征之间以及土壤理化性质之间的相关性;通过土壤生态环境退化指数分析,对不同植被类型土壤养分和物理特征进行综合评价,分析不同植被类型对土壤的恢复作用,探讨不同植被类型对该区域植被恢复及退化土壤修复的影响。
研究结果表明:山地生态系统退化、土壤质量下降与人为活动干扰有着直接或间接的关系,受不同人为活动干扰影响的17年生云南松人工纯林、20年生华山松人工纯林、云南松、华山松人工混交林、15年生滇杨人工纯林均有不同程度的退化。综合不同植被类型土壤养分退化指数和物理特性退化指数得出不同植被类型对土壤生态系统的恢复程度为:15年生滇杨人工纯林>云南松、华山松人工混交林>20年生华山松人工纯林>17年生云南松人工纯林。无论是土壤养分状况还是土壤物理状况,17年生云南松人工纯林都是所有植被类型中最差的,其土壤养分退化指数和物理特性退化指数分别为-0.5369和-0.5271;20年生华山松人工纯林土壤养分退化指数和物理特性退化指数高于17年生云南松人工纯林,除不同树种的生物学特性作用外,林龄也是一个影响因素;云南松、华山松人工混交林对土壤理化特性的恢复作用虽然不如15年生滇杨人工纯林,但是优于其他两种针叶纯林,呈现出土壤理化特性正逐步得到恢复的趋势;15年生滇杨人工纯林土壤养分退化指数和物理特性退化指数最小,分别为-0.1439和-0.1566,说明该区域阔叶林对土壤的恢复作用影响最大,且适宜种植阔叶树种。
不同植被类型土壤养分在垂直空间变化上呈现出从上层向下层递减的趋势,其中,云南松、华山松次生演替林的土壤养分垂直空间差异最大,其他4种植被类型的土壤养分垂直空间差异随着人为干扰程度的增加而逐渐减小;土壤物理特性在垂直空间上的变化与土壤养分相反,即各植被类型的林下土壤物理指标值均表现为下层大于上层。其中以云南松、华山松次生演替林林下土壤容重最小,土壤通水透气性和土壤结构最好,对植物及其种群的生长发育也就最有利。不同植被类型土壤下层有机质、全氮、水解氮、全磷、有效磷、速效钾的含量,除17年生云南松人工纯林稍低外,其他4种植被类型之间的差异不大;不同植被类型土壤下层容重、总孔隙度、毛管孔隙度、鲜土水等也无显著差异,充分说明了各种植被类型具有同源母质特性和一致的成土过程。除15年生滇杨人工纯林土壤pH值在6~7之间,其余4种植被类型的土壤pH值均在4~5之间,酸性较强。
不同植被类型土壤养分季节变化规律,基本上呈现出休眠季节的土壤养分含量高于生长季节的趋势,且受多种因素的影响,不同植被类型波动的程度不同。
对不同植被类型土壤理化性质进行综合评价后,不难看出,各种植被类型对林下土壤肥力的恢复和促进作用可表现为:云南松、华山松次生演替林>15年生滇杨人工纯林>云南松、华山松人工混交林>20年生华山松人工纯林>17年生云南松人工纯林,即自然植被针叶混交林地的土壤肥力和白肥能力最好,阔叶林次之,人工针叶混交林也具有较好的土壤肥力状况和自肥能力,而云南松针叶纯林最差。由此可见,阔叶林针叶混交林,大于针叶纯林;两个纯林中林龄大的对土壤肥力的恢复作用也大于林龄小的。因此建议,研究区可将同龄人工纯林逐步过渡为接近天然的复层异龄混交林,使其在组成、结构、功能和生态学过程尽量接近天然的混交林。