兰陵溪小流域不同植被恢复模式生态功能效益的研究

论文摘要

本研究在总结前人研究的基础之上,以库区退耕还林重点示范区域——兰陵溪小流域为研究区域,选择7种植被恢复模式的径流小区（针阔混交林、马尾松林、栎林、板栗林、柑橘林、茶林、竹林）,并以工程区坡耕地径流小区作为对照,对兰陵溪小流域不同植被恢复模式生态功能效益进行了详细的研究,主要研究成果如下:1.草本植物是各模式土壤种子库物种组成和个体组成的主要部分,种子库密度大小顺序是:坡耕地（12042.67粒/m2）＞柑橘林（10160粒/m2）＞针阔混交林（5605.33粒/m2）＞竹林（3653.33粒/m2）＞板栗林（3642.67粒/m2）＞茶林（3626.67粒/m2）＞栎林（2005.33粒/m2）＞马尾松林（1045.33粒/m2）。不同的植被恢复模式种子库相比较,物种丰富度的顺序为板栗林（23）=针阔混交林（23）＞栎林（21）＞马尾松林（20）＞柑橘林（16）=竹林（16）＞茶林（14）＞坡耕地（11）,而多样性指数顺序为:针阔混交林（3.19）＞栎林（3.17）＞马尾松林（3.12）＞竹林（3.05）＞板栗林（3.02）＞柑橘林（2.72）＞茶林（2.42）＞坡耕地（2.21）。8个林分两两间种子库组成成分相似性变化范围为37.50～86.67,但从总体上看并未表现出较大的异质性。其中坡耕地（参照）与其他植被恢复模式的相似性最小,板栗林、栎林、柑橘林的相似性最大。大多数植被恢复模式中,种子库萌发种子组成与地面原有物种有一些相似。各植被恢复模式中,针阔混交林物种多样性恢复最快,而柑橘林、茶林等群落结构相对较为简单。受人为干扰较少的针阔混交林、马尾松林、栎林、板栗林等植被恢复模式土壤种子库中虽然种子数量不多,但其物种丰富度、物种多样性等指标均优于其它退耕还林模式的土壤种子库,并且在草本植物占优势的前提下,前者种子库中乔、灌、草生活型的物种比例均优于其它模式土壤种子库。从三峡库区退耕还林各植被恢复模式的生物多样性维持和保护来讲,马尾松、针阔混交林是该地区较好的生态林恢复方式,竹林和柑橘是较好的经济林模式。2.各植被恢复模式林地,随着土层深度的增加,土壤容重也随之增大,土壤容重均值大小顺序为:板栗林(1.865g·cm-3)＞马尾松林(1.815g·cm-3)＞栎林(1.795g·cm-3)＞柑橘(1.725g·cm-3)＞针阔混交林(1.53g·cm-3)＞茶林(1.51g·cm-3)＞坡耕地(1.46g·cm-3)＞竹林(1.375g·cm-3)。土壤孔隙度均表现为A层高于B层,总孔隙度均值大小顺序为:竹林（44.885%）＞茶林（44.44%）＞针阔混交林（44.345%）＞坡耕地（44.3%）＞栎林（33.7%）＞柑橘林（32.25%）＞马尾松林（30.4%）＞板栗林（29.7%）。各种植被恢复模式有效蓄水量大小依次为竹林(510.34t·hm-2)＞针阔混交林(307.30t·hm-2)＞板栗林(305.80t·hm-2)＞坡耕地(274.95t·hm-2)＞马尾松林(261.80t·hm-2)＞柑橘林(255.75t·hm-2)＞茶林(242.00t·hm-2)＞栎林(178.00t·hm-2)。土壤初渗速率在0.03mm·min-1～4.43 mm·min-1之间,稳透速率为0.03 mm·min-1～2.96 mm·min-1。A层栎林和马尾松林的稳透速率最高,坡耕地最低;B层竹林最高,马尾松林和针阔混交林最低。3.3种有枯落物层的林分枯落物单位面积储量依次为:栎林(16.88t·hm-2)＞马尾松林(13.24t·hm-2)＞针阔混交林(6.88t·hm-2)。枯落物单位质量最大持水量依次为针阔混交林(2863.0g·kg-1)＞栎林(2696.9g·kg-1)＞马尾松林(1796.0g·kg-1)。枯落物的持水量（失水量）随浸泡时间（失水时间）的增加而增加,初期增长幅度较大,后期逐渐平稳。持水量（失水量）与浸泡时间（失水时间）呈对数关系。持水率（失水率）与浸泡时间（失水时间）呈幂函数关系。4.各林地的水土保持效果比还林前的坡耕地有了明显的改善,地表径流量呈明显的减少趋势,其中针阔混交林模式地表径流量最小,为220.7 m3/hm2,比坡耕地减少了86.42%,其次为板栗林、栎林、柑橘林、马尾松林、竹林和茶林,平均较坡耕地减少82.04%。径流系数变化范围在0.0195～0.0253之间,平均为0.0215,与坡耕地径流系数相比减少了83.72%。退耕还林后林地土壤的侵蚀模数均呈现明显减小趋势,减小范围为1608.87～1876.66t/km2·a-1,以竹林模式土壤侵蚀模数最小,为85.8t/km2·a-1,较坡耕地减少95.6%;其次为针阔混交林,较坡耕地减少93.1%;茶林模式土壤侵蚀量最大,352.63 t/km2·a-1。研究区内土壤大多呈酸性,土壤有机质、N、P、K、交换性Ca2+、Mg2+量等营养元素含量与坡耕地对照样地相比较均有较大的提高,其中有机质含量栎林的提高最多,达到189%;水解氮马尾松林提高最多,为192%;全氮是板栗林提高最多,达到354%;速效磷则是马尾松林提高最多,为129%;全磷则是柑橘林提高最多,达到810%;速效钾板栗林提高最多,为176%;交换性阳离子变化幅度并不很大。5.利用主成分分析法,选取有机质、水解氮、全氮、速效磷、全磷、速效钾、交换性钙量、交换性镁量、pH值、容重、非毛管孔隙度共11个因子作为主成分分析法的评价指标,对不同植被恢复模式土壤质量进行评价。7种模式的土壤质量指数分别为:马尾松林（1.6170）＞板栗林（1.0239）＞栎林（0.7764）＞针阔混交林（0.2902）＞柑橘林（-0.3007）＞竹林（-0.7028）＞茶林（-1.1719）＞坡耕地（-1.5320）。不同的退耕还林模式相比,人为干扰较少的马尾松林等模式土壤质量明显优于茶林、竹林等受人类耕作影响较大的模式。在库区应该大力推荐的生态林植被恢复模式为马尾松林和板栗林,经济林为柑橘和竹林。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 前言
• 2 退耕还林不同植被恢复模式生态功能效益研究进展
• 2.1 森林生态功能的内涵
• 2.1.1 提供各种生物产品
• 2.1.2 防风固沙、调节气候
• 2.1.3 生物多样性产生与维持
• 2.1.4 调节径流、涵养水源、保持水土
• 2.1.5 促进营养物质循环
• 2.1.6 固碳释氧、净化环境
• 2.1.7 文化功能
• 2.2 国内外森林生态功能效益研究动态
• 2.2.1 国外森林生态功能效益研究现状
• 2.2.2 国内森林生态功能效益评价研究现状
• 2.2.2.1 我国退耕还林概况
• 2.2.2.2 我国森林生态效益评价研究
• 2.2.2.3 我国退耕还林生态效益评价研究
• 2.2.3 森林生态功能效益评价研究方法相关研究
• 2.2.3.1 以生态学为基础的生态效益评价方法
• 2.2.3.2 以经济学为基础的效益评价方法
• 2.2.4 现有研究存在的问题及展望
• 3 研究区域概况
• 3.1 自然环境概况
• 3.1.1 地理位置
• 3.1.2 地形地貌
• 3.1.3 地质、土壤
• 3.1.4 气候
• 3.1.5 植被
• 3.2 社会经济状况
• 3.2.1 社会、经济概况
• 3.2.2 旅游资源
• 3.3 研究区退耕还林工程实施情况
• 3.4 研究区存在的问题
• 3.4.1 水土流失严重
• 3.4.2 土地退化现象普遍
• 3.4.3 土地利用方式不合理
• 3.4.4 自然灾害频繁
• 4 研究方案和技术路线
• 4.1 研究目的
• 4.2 研究内容
• 4.2.1 不同植被恢复模式生物多样性维持功能研究
• 4.2.2 不同植被恢复模式水土保持功能研究
• 4.2.3 不同植被恢复模式营养物质保持功能研究
• 4.2.4 不同植被恢复模式土壤质量评价
• 4.3 研究思路与技术路线
• 4.4 研究方法
• 4.4.1 研究对象选择
• 4.4.2 标准样地调查方法
• 4.4.3 土壤种子库研究方法
• 4.4.3.1 土壤种子库样品的采集
• 4.4.3.2 土壤种子库样品的处理
• 4.4.3.3 土壤种子库实验
• 4.4.4 枯落物储量及持水（失水）量研究方法
• 4.4.5 径流和土壤侵蚀量观测方法
• 4.4.6 土壤样品的采集与分析方法
• 4.4.6.1 土壤样品采集方法
• 4.4.6.2 土壤样品的分析
• 4.4.7 土壤质量指数
• 5 不同植被恢复模式土壤种子库持研究
• 5.1 不同植被恢复模式的群落结构
• 5.2 不同植被恢复模式对土壤种子库的影响
• 5.2.1 不同植被恢复模式土壤种子库的密度
• 5.2.2 不同植被恢复模式土壤种子库组成
• 5.2.3 种子库物种多样性分析
• 5.2.4 种子库相似性分析
• 5.2.5 种子库与地面植被的关系
• 6 不同植被恢复模式水土保持功能研究
• 6.1 不同植被恢复模式对土壤持水性能的影响
• 6.1.1 不同植被恢复模式对土壤物理性质的影响
• 6.1.2 不同植被恢复模式对土壤蓄水性能的影响
• 6.1.3 不同植被恢复模式对土壤入渗性能的影响
• 6.2 不同植被恢复模式对枯落物层持水性能的影响
• 6.2.1 不同植被恢复模式枯落物层储量
• 6.2.2 不同植被恢复模式枯落物持水性能
• 6.2.3 不同植被恢复模式枯落物失水性能
• 6.3 不同植被恢复模式土壤保持功能研究
• 6.3.1 作用机理
• 6.3.2 不同植被恢复模式林地地表径流量
• 6.3.3 不同植被恢复模式的土壤侵蚀量
• 6.4 不同植被恢复模式对土壤营养物质含量的影响
• 6.4.1 土壤pH值
• 6.4.2 土壤有机质含量
• 6.4.3 土壤全氮、全磷含量
• 6.4.4 土壤水解氮、速效磷和速效钾的含量
• 2+、Mg²⁺量'>6.4.5 土壤交换性Ca²⁺、Mg²⁺量
• 7 土壤质量指数
• 7.1 土壤质量指数指标的选择
• 7.2 主成分统计计算及评价
• 8. 结论与讨论
• 8.1 主要结论
• 8.1.1 生物多样性维持研究
• 8.1.2 水土保持功能研究
• 8.1.3 土壤营养物质保持功能研究
• 8.1.4 土壤质量指数
• 8.2 讨论
• 参考文献
• 附录
• 附图
• 致谢