岷江上游干旱河谷区不同土地利用/植被恢复类型土壤生态效益评价

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岷江上游干旱河谷核心地带环境恶劣、植被人畜破坏强度大,植被严重退化,成为典型的生态脆弱区。尤其在“5·12”汶川大地震后,生态脆弱进一步加剧。近年来,“天然林保护”、“退耕还林”以及国家重大生态恢复工程的实施,形成了该地区复杂多样的土地利用方式和植被恢复类型,在一定程度上缓解了退化速度,提了区域生态系统服务功能。但不同生态工程实施的效果如何?如何评价不同植被恢复类型土壤生态效益的优劣?以及如何选取生态效益与经济效益相协调的恢复类型以适应区域生态和经济的可持续发展?成为限制区域生态文明建设关键技术问题。为此,本研究选取岷江上游干旱河谷核心地带5种不同土地利用类型次生林、人工恢复林、草地、果园地和苗圃地的21种植被恢复类型,以农耕地为对照,选取40个土壤生态效益指标进行测定,以主成分分析法为基础,借助模糊数学的基本原理和RDA数学分析,建立各评价指标与土壤生态功能间的隶属函数,结合Factor因子分析法,对该地区不同土地利用/植被恢复类型下土壤生态效益进行综合评价,以此确定不同土地利用/植被恢复类型土壤生态效益的优劣。研究的主要结果如下:(1)不同土地利用/植被恢复类型植被覆盖度差异明显。不同类型灌木层、草本层生物多样性指数,凋落物蓄积量、持水性能存在差异,且均表现为次生林分显著最高(P<0.05),农耕地显著最低(P<0.05),其余类型优劣顺序表现为人工恢复造林地>草地>苗圃地>果园地。随着植被恢复年限的增加,林下植被多样性指数,凋落物蓄积和持水性能显著增加(P<0.05)(2)土壤抗冲性指数受土地利用/植被恢复类型的影响显著(P<0.05),以次生青冈林最高,次生八角枫林次之,农耕地最低;不同类型土壤水分-物理性质随土层的垂直分布变化明显,除土壤容重外,其余指标均显著降低(P<0.05)。土地利用/植被恢复显著影响土壤的水分。物理性质,以次生林(灌木林除外)土壤容重最低、孔隙度最高、通气度、蓄排水能力显著最优(P<0.05),农耕地显著最差(P<0.05),其余类型表现为苗圃地>草地>人工恢复造林地>果园地的优劣趋势。随着植被恢复年限的增加,土壤抗冲性指数、水分-物理性呈现显著增加(P<0.05)。(3)土壤化学性质在土层分布上呈现明显的空间差异特征,土壤养分含量随土层深度的增加而降低,显示出土壤养分的“表聚性”特点,土壤pH随土层深度的增加而增加。土壤养分含量受土地利用类型影响显著(P<0.05),不同类型下土壤全量养分均表现出次生青冈林显著最高(P<0.05),苗圃地次之,果园地较低,农耕地显著最低(P<0.05);且随着植被恢复年限的增加而显著增加(P<0.05)。土壤有效养分表现出农耕地高于果园林地和苗圃地,显著高于次生林和草地(P<0.05),人工恢复造林地含量显著最低(P<0.05)(4)土壤生物活性各因子在土层深度上存在分布差异。土壤微生物数量(次生灌木林除外)、微生物量,土壤酶活性各直径级根系生物量随土层增加显著降低(P<0.05);不同类型对土壤微生物数量、土壤微生物量,土壤酶活性和土壤各直径级细根生物量影响显著,均以次生林显著最高(P<0.05),苗圃地、草地和退耕还林地相对较高,农耕地最低,次生灌木林地由于恶劣的土壤生态坏境,显著降低了土壤微生物群落和活性、土壤酶活性(P<0.05)。(5)不同土地利用/植被恢复类型下土壤环境因子、土壤物理性质、土壤化学性质以及土壤生物活性相关指标间相关性达到显著(P<0.05)或极显著(P<0.01)水平,通过冗余分析,大部分“环境因子”对“物种因子”的影响程度较大,能够解释85%以上的“物种因子”变异。(6)选取了包括土壤环境因素集合体、土壤物理性质集合体、土壤化学性质集合体和土壤生物活性集合体4类共40个评价指标。通过建立土壤生态效益单因素隶属函数模型,模拟土壤pH为适中型(或抛物线)函数、土壤容重为极小型(或反“S”)函数,其余指标均为极大型(或“S”)函数。运用主成分分析和因子分析法,求算环境因子生态效益指数(EBI)、土壤物理性质生态效益指数(PBI)、土壤化学性质生态效益指数(CBI)、土壤生物活性生态效益指数(BBI)、土壤综合生态效益指数(IBI)、土壤生态效益指数(SEBI)均表现在次生青冈林最高,农耕地最低(CBI除外),且随着恢复造林时间的增加而显著增加(P<0.05)。通过线型分析,土壤综合效益指数IBI、和土壤生态效益指数SEBI呈极显著正相关(P<0.01)。以农耕地SEBI为对照,实施“天然林保护工程”后的次生林提升幅度均超过300%(灌木林仅为91.34%),而实施“退耕还林”生态工程下的岷江柏人工恢复提升幅度为101.44%-138.57%,辐射松人工恢复林地提升幅度在6298%-125.48%,外来引进的辐射松人工林生态系统病虫危害存在风险。远远低于“天然林保护工程”土壤效益的提升幅度,甚至低于退耕年限较短的苹果-牧草地的153.36%。不同类型土壤环境因子、土壤物理性质、化学性质以及生物活性各指标优劣与土壤生态效益指数一致。进一步分析表明,天然林具有良好的土壤生态效益,应加强保护。在该地区退耕还林过程中,缺少相应的配套管理措施成为限制该地区“退耕还林工程”人工恢复林地土壤生态效益提升的主要因子。在恢复类型上,针叶树种的生态修复优于阔叶树种(华山松人工林、油松林SEBI大于刺槐林),乡土树种优于引进树种(岷江柏林SEBI大于辐射松林),因此,在恢复较为困难的立地条件下,应选取适宜的乡土树种或草种进行生态恢复,同时加强生态管护。林-草复合模式生态修复优于一般退耕林(苹果-牧草林SEBI较高)且具有较高的生态效益,应在“退耕还林”工程中加以推广。从而进一步构建“林-灌-草”复合式林分结构,发展壮大区域农林复合恢复模式,提高土壤生态效益和功能,增加农民收入,推动退化区生态修复,减少水土流域,维护区域水土稳定和安全,恢复对成都平原乃至整个西南地区的“生态屏障”作用。
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