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論文導(dǎo)讀::紅壤是我國(guó)最大的土地資源之一。嚴(yán)重的水土流失。而生物措施作為水土保持的三大措施之一。深入研究紅壤侵蝕區(qū)的生態(tài)恢復(fù)模式。
關(guān)鍵詞:紅壤,水土流失,生物措施,生態(tài)恢復(fù)
紅壤是我國(guó)最大的土地資源之一,主要分布于長(zhǎng)江以南的低山丘陵區(qū),包括:江西、湖南兩省的大部分,滇南、湖北的東南部,廣東、福建北部及貴州、四川、浙江、安徽、江蘇等的一部分,以及西藏南部等地。在中亞熱帶的生物氣候條件以及地形條件的影響下,紅壤地區(qū)植物種類繁多、植物群落結(jié)構(gòu)復(fù)雜、生物資源相當(dāng)豐富。但隨著人類的經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的增強(qiáng),紅壤地區(qū)植被覆蓋度明顯降低,群落結(jié)構(gòu)顯著退化,物種減少。很多地區(qū)宜林而少林,多雨而缺水,資源多樣而經(jīng)營(yíng)單一,水土流失、洪澇災(zāi)害、干旱缺水等諸多災(zāi)害性已經(jīng)嚴(yán)重破壞了紅壤地區(qū)的生態(tài)環(huán)境[1]。紅壤地區(qū)現(xiàn)已經(jīng)成為我國(guó)水土流失范圍最廣、嚴(yán)重程度僅次于黃土高原的地區(qū),地區(qū)土壤的喪失將導(dǎo)致整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的崩潰瓦解[2]。
嚴(yán)重的水土流失,土壤肥力退化和環(huán)境惡化已嚴(yán)重危及到紅壤地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。深入研究紅壤侵蝕區(qū)的生態(tài)恢復(fù)模式論文參考文獻(xiàn)格式,技術(shù)及方法已成為當(dāng)務(wù)之急。而生物措施作為水土保持的三大措施之一,在紅壤侵蝕區(qū)生態(tài)修復(fù)工作中具有相當(dāng)重要的意義。如何選擇合理的針對(duì)紅壤侵蝕區(qū)生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)的生物措施、合適的生態(tài)修復(fù)植被物種、適當(dāng)?shù)纳镌耘啻胧约爸参锶郝涞闹亟ǖ纫殉蔀榧t壤侵蝕區(qū)水土流失治理的重要研究?jī)?nèi)容[4][5][6]。本文的目的在于系統(tǒng)總結(jié)紅壤侵蝕區(qū)生態(tài)修復(fù)的基本途徑、植被物種的評(píng)價(jià)選擇、栽培措施、侵蝕劣地和退化林的植被恢復(fù)以及構(gòu)建植被群落等方面的研究,為治理紅壤水土流失提供依據(jù)。
1紅壤侵蝕區(qū)生態(tài)修復(fù)的基本途徑
一般來說,受損害生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)和重建可采用兩種模式途徑:一種是當(dāng)生態(tài)系統(tǒng)受到的損害沒有超過系統(tǒng)閾值,并且所受損害是在可逆的情況下,在解除外來的干擾和破壞后,生態(tài)系統(tǒng)可以自然恢復(fù)。另一種是生態(tài)系統(tǒng)受到損害超過系統(tǒng)的承載力,并且發(fā)生了不可逆的變化,在這種情況下,僅靠自然過程不能使系統(tǒng)恢復(fù)到初始狀態(tài),必須加以人工措施才能迅速恢復(fù)。因此,對(duì)于紅壤侵蝕區(qū)生態(tài)恢復(fù)途徑的選擇主要取決于該地區(qū)植被退化的程度、生態(tài)系統(tǒng)自我恢復(fù)的能力及方向等。同時(shí)還須考慮氣候、地質(zhì)地形、土壤肥力狀況以及交通狀況等其它因素[5]。
在紅壤地區(qū)分布最廣的馬尾松(Pinus massoniana)林,土壤的嚴(yán)重侵蝕退化,肥力和水源涵養(yǎng)性能的下降,造成了馬尾松林地生態(tài)環(huán)境惡化,以至于被戲稱為“小老頭樹”林。此外,南方紅壤丘陵區(qū)還有大片的油茶(Camellia oleifera)林和桉樹(Eucalyptus spp.)林,其純林比例大,缺乏喬灌草配套的水土保持植被條件,導(dǎo)致林下土壤環(huán)境惡劣,地表覆蓋度低,甚至地表完全裸露,林下水土流失嚴(yán)重。在退化程度不是很嚴(yán)重的紅壤侵蝕區(qū)馬尾松林地,自然封育是比較理想的恢復(fù)模式。對(duì)植被蓋度大于30% 以上的群落采用自然封育可得到不同程度的恢復(fù),而低于30% 的自然群落僅通過自然封育則難以恢復(fù)[7]。在自然封育的基礎(chǔ)上,適當(dāng)?shù)丶右匀斯ご胧┹o助能夠加速植被恢復(fù)并改變?nèi)郝涞难萏娣较。次生林改造以及稀疏地補(bǔ)植是促進(jìn)退化植被加速定向演替的常用方法。研究表明,自然封育措施對(duì)于不同類型的馬尾松林地(低產(chǎn)殘林、采伐跡地、宜林荒山等)均能起到促進(jìn)天然更新,提高林分郁閉度,增加灌草蓋度的作用,有利于水土保持[8]。
對(duì)于強(qiáng)度侵蝕地區(qū)論文參考文獻(xiàn)格式,應(yīng)快速恢復(fù)植被以控制水土流失,必須利用多層次、多格局、多樹種的植物群落的整體作用,營(yíng)造生境的多樣性,增加固土防沖能力,才能逐漸恢復(fù)業(yè)已退化的生態(tài)系統(tǒng)[9]。優(yōu)化喬灌草復(fù)層結(jié)構(gòu)的配置、建立良好的樹種合理互補(bǔ)關(guān)系,是成功恢復(fù)退化生態(tài)系統(tǒng)的關(guān)鍵。已有研究通過水保功能為尺度,系統(tǒng)地評(píng)價(jià)了喬、灌、草之間組合而成的各種模式優(yōu)劣,并總結(jié)出它們的特點(diǎn)及規(guī)律,并對(duì)不同地區(qū)紅壤退化生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)提出了相應(yīng)的模式,如陳志彪等對(duì)長(zhǎng)汀縣花崗巖馬尾松退化生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)提出了地被物的快速覆蓋、以草促林、低效林改造、喬灌草混交等四種主要恢復(fù)模式。對(duì)于不同地區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù),須因地因時(shí)制宜,選擇相適應(yīng)的恢復(fù)模式以及生態(tài)修復(fù)植被物種[10] [11][12]。
2 生態(tài)修復(fù)植被物種的選擇
植被恢復(fù)是水土流失治理的根本,也是重建生物群落的第一步,為此,選擇適宜的植物物種用于植被恢復(fù)則顯得尤為重要。紅壤區(qū)地形復(fù)雜,各地區(qū)水土流失程度不同,土壤退化侵蝕類型多樣,自然條件差異也很大,同時(shí)不同母質(zhì)發(fā)育的紅壤本身障礙性因素也不同,有針對(duì)性地選擇植物物種進(jìn)行植被恢復(fù)十分必要。同時(shí)自然界中的植物群落并非由單一物種組成,群落內(nèi)物種間存在生態(tài)位的聯(lián)系,共同組成穩(wěn)定的群落。因此,群落構(gòu)建中物種之間的相互作用也顯得尤為重要[5]。多年來,水土保持工作者做了大量關(guān)于生態(tài)修復(fù)植被物種選擇的研究工作,建立了完善的水土保持物種的評(píng)價(jià)體系。
。1) 成活狀況評(píng)價(jià)。植被只有在成活并正常生長(zhǎng)的情況下才能發(fā)揮其防治水土流失、恢復(fù)生態(tài)系統(tǒng)的作用。因此,植被的成活狀況毋庸置疑的成為物種選擇的首要因素。通過對(duì)鄉(xiāng)土種以及外來種的比較研究表明,在沒有實(shí)行人為保護(hù)措施的地方,外來種其生長(zhǎng)難度較大,成活率較低,而鄉(xiāng)土種在成活生長(zhǎng)狀況方面明顯優(yōu)于外來種[13]。
。2) 生長(zhǎng)狀況指標(biāo)評(píng)價(jià)。植被防止水土流失更多地依賴于林下的枯枝落葉層、腐殖質(zhì)層以及低矮的灌草或苔蘚層的立體庇護(hù)[3],因此植物的生長(zhǎng)狀況(如出苗率、地上地下部分的生物量、平均分蘗數(shù)、覆蓋度等)則成為物種選擇應(yīng)考慮的另一個(gè)重點(diǎn)。在水土流失嚴(yán)重地區(qū)論文參考文獻(xiàn)格式,尤其是在不能發(fā)展農(nóng)業(yè)和林業(yè)的侵蝕劣地,水土保持一般先采用地被物快速覆蓋模式,加以以草促林模式[14] [15]。楊潔選擇十八種草本植物分別在江西寧都花崗巖侵蝕區(qū)和德安第四紀(jì)紅壤侵蝕區(qū)進(jìn)行了四年的定位試驗(yàn),通過對(duì)出苗率、成活率、平均分蘗數(shù)、覆蓋度、枯落物的浸水容量、根系鮮重、地上部分生物鮮重、有機(jī)質(zhì)等指標(biāo)進(jìn)行觀測(cè)和評(píng)價(jià),選擇出在花崗巖侵蝕區(qū)生長(zhǎng)良好的百喜草(Palspalum notatum)、糖蜜草(Melinis minutiflora)、柱花草(Stybsanthes guianensis)、寬葉雀稗(Palspalum wettsteini)、棕葉狗尾草(Setaria palmifolia)、雞眼草(Kummerowia striata)、馬唐(Digitaria sanguinalis) 等七種;而在第四紀(jì)紅壤侵蝕區(qū),百喜草(Palspalum notatum)、畫眉草(Eragrostis pilosa)、黑麥草(Lolium perenne)、狗牙根(Cynodon dactylon)、假儉草(Eremochloa ophiuroides)、寬葉雀稗(Palspalum wettsteini)和蘇丹草(Sorghum sudauense)等七種草本植物生長(zhǎng)良好[14]。
。3) 養(yǎng)分利用率評(píng)價(jià)。養(yǎng)分利用效率,是指植物吸收單位營(yíng)養(yǎng)所能產(chǎn)生的生物量。高養(yǎng)分利用率也是植物適應(yīng)養(yǎng)分貧瘠環(huán)境的一種重要特征。彭紹云提出在營(yíng)造水土保持林時(shí)應(yīng)考慮物種的養(yǎng)分利用率,其研究表明氮(N)利用率最高的草本為芒萁(Dicranopteris dichotoma),針葉樹種為馬尾松(Pinus massoniana),常綠闊葉樹種為木荷(Schima superba),落葉樹種為楓香(Liquidambar formosana),灌木為胡枝子(Lespedeza bicolor)。木荷(Schima superba)、楊梅(Myrica rubra)、馬尾松(Pinus massoniana)、楓香(Liquidambar formosana)、胡枝子(Lespedeza bicolor)、芒萁(Dicranoptcris dichotoma) 的磷(P)利用率很高[16]。因此,在生態(tài)條件惡劣的水土流失地,馬尾松(Pinus massoniana)、木荷(Schima superba)、楓香(Liquidambar formosana)、楊梅(Myrica rubra)、胡枝子(Lespedeza bicolor)、芒萁(Dicranoptcris dichotoma)是較為適生的物種。
(4) 水土保持效益評(píng)價(jià)。物種的水土保持效益作為對(duì)物種治理水土流失的能力的評(píng)價(jià)是物種選擇中一項(xiàng)重要的衡量標(biāo)準(zhǔn)。通過一系列水土保持效益指標(biāo)(如產(chǎn)泥沙量、土壤抗沖性指數(shù)、抗蝕性指數(shù)等)的變化可對(duì)所選物種所產(chǎn)生的這些作用效能進(jìn)行評(píng)價(jià)[17]。馬琦等利用小型觀測(cè)場(chǎng),以葦狀羊茅(Festuca arundiacea),葛藤(Pueraria lobato),百脈根(Lotus corniculaus)等三種草被為材料,對(duì)比了降水、徑流量、土壤侵蝕量和土壤的物理性質(zhì),與裸地相比,草被植物可以增加土壤的覆蓋度,減少降水的徑流系數(shù),減少土壤侵蝕量,其中百脈根(Lotus corniculatus)的效應(yīng)最為明顯[18]。另外,福建長(zhǎng)汀縣引種Ⅱ系狼尾草(Pennisetum alopecuroides)在侵蝕荒坡地也能表現(xiàn)良好的水土流失治理效果,此草根系密集、擴(kuò)展范圍廣,須根發(fā)達(dá),是較好的水土保持草種,且粗蛋白質(zhì)含量較高,可調(diào)制為青貯飼料,有可觀的經(jīng)濟(jì)效益[19][20]。而盧升鑾以及陳凱等在江西紅壤上推廣的香根草(Vetiveria zizanioides)也表現(xiàn)出較強(qiáng)的耐酸、瘠、板、粘的能力,其適應(yīng)能力強(qiáng)論文參考文獻(xiàn)格式,生長(zhǎng)成籬的速度快、生物量大且具有顯著的水土保持、穩(wěn)定水熱狀況、改善生態(tài)環(huán)境、培肥改土的效果[21][22][23]。
。5) 經(jīng)濟(jì)效益評(píng)價(jià)。短期迅速的經(jīng)濟(jì)效益也是選擇水土保持生物鐘的一個(gè)重要衡量指標(biāo),并且是順利進(jìn)行水土保持生物防護(hù)的有力保障。但往往適宜生長(zhǎng)的鄉(xiāng)土種沒有良好的經(jīng)濟(jì)效益,而通過人為選擇、引進(jìn)的外來種卻具備比較好的經(jīng)濟(jì)效益,這也是在水土保持生物措施研究中引進(jìn)外來種最主要的考慮方面[24]。紅壤地區(qū),在中、輕度水土流失的坡地上可以種植綠竹(Dendrocalamopsis oldhami)、麻竹(Dendrocalamus latiflorus)和毛竹(Phyllostachys heterocyclacv. Pubescens)等經(jīng)濟(jì)植物;而低緩坡可以嘗試龍眼(Euphoria longan)、荔枝(Lichi chinensis)、橄欖(Canavium album)、蜜柚(Citrus spp.)、柑橘(Citrus reticulata)、楊梅(Myrica rubra)、雙華李(Prunus spp.)、余柑(Citrus spp.)等果樹;而草被類植物百喜草(Palspalum notatum)、寬葉雀稗(Palspalum wettsteini)、香根草(Vetiveria zizanioiaes)等可作為果園的覆蓋植被予以推廣[25]。許多優(yōu)良的水土保持物種同時(shí)也是優(yōu)良的牧草飼料,藥用植物,其他經(jīng)濟(jì)產(chǎn)品的原料等,在水土保持物種的選擇時(shí)應(yīng)重點(diǎn)考慮[26] [27] [28][29][30]。
3 栽培措施
采用植被恢復(fù)是治理水土流失最有效的辦法,也是根本的措施。但對(duì)于不同侵蝕類型、侵蝕坡位、地力特征、水濕條件和植被物種,所選擇的相應(yīng)栽培措施也不盡相同,水土保持的效果也有很大差異。常用的植被恢復(fù)造林方法有播種造林、植苗造林和分殖造林等三種,近年來國(guó)內(nèi)外在造林困難的地區(qū)嘗試采用了營(yíng)養(yǎng)缽造林的方法。該方法的優(yōu)點(diǎn)在于苗木生長(zhǎng)在較肥沃的土壤上,生長(zhǎng)健壯,在造林后能很快適應(yīng)林地條件,根系很快可突破容器扎入沙土中,苗木成活率高,是目前新興常用的植被恢復(fù)幼苗栽培方式[31]。
針對(duì)侵蝕坡地的肥力條件低下、保持水分能力差等特點(diǎn),在植被恢復(fù)過程中應(yīng)以坡面的保水保肥為出發(fā)點(diǎn),重點(diǎn)解決地表快速覆蓋和有效控制坡面侵蝕[32] [33]。在強(qiáng)度侵蝕坡面,應(yīng)采取工程措施與植被恢復(fù)措施相結(jié)合、“草- 灌- 喬”組合的方式,即在工程攔沙蓄水改善植物立地條件的基礎(chǔ)上再行植被恢復(fù)[31]。應(yīng)采用截短坡面坡長(zhǎng)等工程措施來控制坡面的水土流失并快速建植草本植物,在溝內(nèi)移栽香根草(Vetiveria zizanioides),溝面上種植百喜草(Palspalum notatum)等優(yōu)良適應(yīng)的草本植物,回填園土,保持原坡面,保證基肥和后續(xù)追肥[33];蛘呓⒉莨嗄緩(fù)合群落,建議先沿等高線挖小水平溝,植苗播種前下好基肥,一般用生物有機(jī)肥900 kg/hm2,均勻撒施于溝底,然后從溝上方挖表土復(fù)至溝深2/3論文參考文獻(xiàn)格式,將土和肥料充分拌勻。溝內(nèi)種植水土保持林草,灌喬苗木截桿高20~30 cm后定植,栽植深度比原圃地根頸略深3~5 cm,踩實(shí),按喬、灌一定比例混交,灌、喬苗木定植后,在溝埂上開淺溝深5 cm以上,用寬葉雀稗(Palspalum wettsteini)種籽105 kg/hm2 (或百喜草Palspalum notatum 45 kg/hm2),拌生物有機(jī)肥、稻田土均勻撒在埂上淺溝內(nèi),植苗、播草后注意苗、草的撫育[19]。在某些侵蝕坡地,研究人員選擇栽培喬木混交林,成活率比較重要,建議選擇采用穴植方法,用容器苗造林,注重后續(xù)的肥力保證,能有效的提高苗木的成活率和植物的生長(zhǎng)速率,最終有效地削減坡面徑流泥沙,控制水土流失,促進(jìn)植被快速生長(zhǎng)覆蓋地表,從而使退化生態(tài)系統(tǒng)得到很好的恢復(fù)[34]。
在中、輕度水土流失的坡地上,為了提高當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)效益,一般可種植竹類等經(jīng)濟(jì)植物,而低緩坡則可以發(fā)展果樹為主。這種情況下一般采取修建梯田、臺(tái)地或小平臺(tái),挖大穴種植,施基肥的方法;草類主要種植在梯田面和斜坡面,起到護(hù)坎保土的作用[25]。某些非經(jīng)濟(jì)類植物如馬尾松(Pinus massoniana)等則可通過飛播或人工撒播,并輔以封禁等手段,實(shí)現(xiàn)自然修復(fù);并通過人工補(bǔ)植并輔以飛播闊葉樹和豆科灌木等鄉(xiāng)土植物,實(shí)現(xiàn)多層植被覆蓋。
在貴州喀斯特山區(qū)農(nóng)耕地、公路邊坡治理、苗圃建設(shè)等方面的栽培時(shí),王文華等建議應(yīng)用新型抗旱保水劑和高效緩釋肥料,提高所選草種的種植成活率和坡面覆蓋率[21] [35] [36]。而某些根系發(fā)達(dá)的草種如Ⅱ系狼尾草(Pennisetum alopecuroides)則建議采取等高整畦法論文參考文獻(xiàn)格式,一般在種植前一年冬季墾地凍垡,松墾深30 cm,確保土壤疏松,次年三月份碎土整地,依山形沿等高線做畦,便于耕作及排水。由于紅壤侵蝕荒坡地普遍土壤貧瘠,種植前需施入農(nóng)家肥15 t/hm2 或750 kg/hm2 復(fù)合肥,同時(shí)施用過磷酸鈣15~20 kg,翻入土中作基肥,并注意在快速生長(zhǎng)期追加氮肥。
為了使種植的植被保持較高的成活率,水保研究工作者對(duì)植被的建造技術(shù)作了系統(tǒng)地研究,也提出了系統(tǒng)的建議:
(1) 時(shí)間的選定。為了取得比較好的播種栽植效果,播種栽植必須限制在某個(gè)特定的季節(jié)。無論栽植還是播種,要注意時(shí)間的選擇,最好在當(dāng)?shù)赜昙厩昂,不能太前也不能太后。因(yàn)橹脖环N子的萌發(fā)以及所栽幼苗的扎根生長(zhǎng),都需要水分,而這時(shí)水分是生長(zhǎng)的主要限制因子,很容易出現(xiàn)水分虧缺,從而導(dǎo)致不萌發(fā)或者死亡。
(2) 種子和幼苗的技術(shù)性處理。在播種中可推廣應(yīng)用保水劑、微量元素,增加種子的抗逆性。還可以應(yīng)用激素,促進(jìn)種子的發(fā)芽率。有些時(shí)候,為了防止種子被暴雨沖走,還可以運(yùn)用丸子種子,用長(zhǎng)效肥、保水劑、填充劑、微量元素、激素以及優(yōu)選搭配好的灌木草本種子,滾成雞蛋大小(重約50 g) 的種子丸。然后,挖淺溝,播種下種子丸,從而防止徑流沖走。
(3) 與工程措施相結(jié)合。工程措施促進(jìn)了植被措施的實(shí)施, 比如地形比較陡峭的地方,由于水土流失嚴(yán)重論文參考文獻(xiàn)格式,而致使植被難于生長(zhǎng),采用工程措施修筑水平階、水平溝以及魚鱗坑攔蓄徑流、土壤,而在上面種植植被,發(fā)展集流植被。
(4) 新興植被建造技術(shù)。比如水力噴草技術(shù)、人工防蝕草膜等,這些綜合技術(shù)綜合了多方面的知識(shí),包括生物、機(jī)械、水力以及化學(xué)等等。這些技術(shù)是專門針對(duì)那些土質(zhì)復(fù)雜、松軟以及地形陡峭的、不容易實(shí)施生物措施和工程措施的特殊區(qū)域[24] [37] [38]。
通常在以往很多水土流失治理實(shí)踐中,采取的工程與植物措施是相互分離的,即為攔蓄徑流而布設(shè)坡面工程,為增加地表覆蓋而植樹種草,導(dǎo)致有林無溝、有溝無林的弊端。根據(jù)坡面徑流調(diào)控理論,將二者有機(jī)結(jié)合起來既能節(jié)省工時(shí)又能強(qiáng)化治理效果。在強(qiáng)度侵蝕區(qū)由于植被稀少而地表裸露,坡面徑流沖刷強(qiáng)烈,通過布設(shè)坡面工程如等高水平溝可以截短坡長(zhǎng),削減徑流沖刷力,同時(shí)能有效攔截坡面徑流泥沙,促進(jìn)水分入滲及有機(jī)質(zhì)等養(yǎng)分沉積,改善溝內(nèi)土壤水分及養(yǎng)分狀況,為植物生長(zhǎng)創(chuàng)造有利條件。而溝內(nèi)植物的生長(zhǎng)反過來能更好地保護(hù)坡面工程,促進(jìn)徑流泥沙的攔蓄沉積,因而結(jié)合坡面工程營(yíng)造水土保持林可以取得良好的植被恢復(fù)與蓄水保土效果,是強(qiáng)度侵蝕區(qū)水土流失治理的一個(gè)不錯(cuò)的方法[19]。不論是水保工程措施還是水保生物措施都應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況配套進(jìn)行,才可以收到良好的效益,達(dá)到預(yù)期的效果。
4 侵蝕劣地和退化林植被恢復(fù)
在紅壤侵蝕劣地上,生態(tài)系統(tǒng)植物多樣性一般極低,生態(tài)環(huán)境極為惡劣,土壤物理性質(zhì)極端惡劣,土壤保水供水能力極差,降雨時(shí)土壤水分很快即達(dá)飽和,易發(fā)生嚴(yán)重水土流失。由于貯水能力相當(dāng)?shù),干旱時(shí)土壤供水能力差,植被生長(zhǎng)所需的最低水分無法得到滿足論文參考文獻(xiàn)格式,植被更加難以生長(zhǎng)[39]。
馬尾松(Pinus massoniana)本是我國(guó)南方的主要用材樹種,具有適應(yīng)性強(qiáng)、主根明顯、用途廣、速生豐產(chǎn)等特點(diǎn)。然而,隨著馬尾松(Pinus massoniana)造林面積的迅速擴(kuò)大,單一針葉純林的弱點(diǎn)逐漸暴露出來。地力衰退日益明顯,松毛蟲危害嚴(yán)重,火災(zāi)頻率增加,林分產(chǎn)量低[40]。紅壤地區(qū)的馬尾松(Pinus massoniana)林地目前已是典型侵蝕劣地,其水土流失嚴(yán)重,植被覆蓋率低,馬尾松(Pinus massoniana)生長(zhǎng)緩慢,加之馬尾松(Pinus massoniana)分布區(qū)人工群落樹種單一,林種、樹種結(jié)構(gòu)不合理,人為破壞等因素,這種大面積“小老頭樹”針葉林地土壤侵蝕與土壤退化形勢(shì)在短時(shí)間內(nèi)難以逆轉(zhuǎn),恢復(fù)的難度極大。
對(duì)于馬尾松(Pinus massoniana)林的治理,研究人員也開展了很多嘗試,林開旺通過對(duì)福建省寧化禾口嚴(yán)重侵蝕紫色土采取粗放治理、強(qiáng)化治理、封禁治理等三種不同治理措施及對(duì)照群落的生物量和能量進(jìn)行研究[41]。粗放治理,即帶狀整地后,簡(jiǎn)單的挖穴施肥栽種灌木;強(qiáng)化治理,即臺(tái)狀整地與侵蝕溝結(jié)合,草灌木結(jié)合,強(qiáng)化人工管理。研究表明,采取強(qiáng)化治理后,馬尾松(Pinus massoniana)的生長(zhǎng)得到促進(jìn),群落的干物質(zhì)和能量積累能力得到提高,從而有利于增加植被蓋度,迅速覆蓋地表,控制水土流失;并且增強(qiáng)了群落植物對(duì)光能的截獲,減少了日光對(duì)地表的直射,從而降低地表溫度,縮小夏季晝夜溫差論文參考文獻(xiàn)格式,避免旱季土壤水分的過度損失,改善了治理地的水熱條件,反過來有利于植物的生長(zhǎng)。然而,強(qiáng)化治理的群落生物量和能量現(xiàn)存量仍低于20 世紀(jì)60 年代中期在原馬尾松(Pinus massoniana)疏林地采取的封禁治理,表明處于嚴(yán)重退化階段的紫色土生態(tài)恢復(fù)和重建具有長(zhǎng)期性的特點(diǎn);同時(shí)說明侵蝕退化紫色土的治理應(yīng)根據(jù)其所處的不同退化階段而采取相應(yīng)的治理措施,才能收到最佳的治理效果。另外王巧珍和劉春華在30年生馬尾松(Pinus massoniana)林下進(jìn)行分別套種拉氏栲(Castanopsis lamontii)、青栲(Cyclobalanopsismyrsinaefolia)、格氏栲(Castanopsis kawakamii)和苦櫧(Castanopsis sclerophylla),形成針闊混交異齡林模式,在林下套種合適的闊葉樹種就能充分利用地上與地下的能量和空間,增加生物量,增加森林生態(tài)系統(tǒng)中生物類群的多樣性、多層性,有利于提高林下物種豐富度,維持地力、改善土壤、預(yù)防病蟲害,從而推動(dòng)林業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[41] [42]。
如果在侵蝕嚴(yán)重的花崗巖和紅黏土劣地上直接植樹種草,成活率極低,而且生長(zhǎng)速度緩慢。需要首先種植先鋒植物才能收到好的治理效果。南方紅壤區(qū)對(duì)侵蝕劣地的快速綠化模式有以下兩類:(1)“客土”治理模式,將堆漚腐熟的桐籽枯餅肥與田土按1∶10拌勻后,種植濕地松(Pinus elliottii)、木荷(Schima superba)、楓香(Liquidambar formosana)、胡枝子(Lespedeza bicolor)、百喜草(Palspalum notatum)等,提高肥力且節(jié)約成本。(2)“類蘆(Neyraudia reynaudiana)”治理模式。類蘆(Neyraudia reynaudiana)在南方紅壤區(qū)廣泛分布,其適應(yīng)性強(qiáng)、生長(zhǎng)快、生物產(chǎn)量高,具有多種效能和綜合利用價(jià)值,而且由于類蘆在長(zhǎng)期進(jìn)化中的自然選擇分布,僅限于較惡劣生境條件的地方,所以,在侵蝕劣地選擇類蘆為主栽草種不但不會(huì)造成“生態(tài)污染”和“生物入侵”,反而能促進(jìn)其他植物生長(zhǎng)和增加植物群落的生物多樣性,是優(yōu)良的多年生鄉(xiāng)土水保綠化植物,具有良好的生態(tài)效應(yīng),在南方一些地區(qū)的侵蝕劣地治理中已收到顯著成效[43] [44][45][46]。林夏馨在福建長(zhǎng)汀逕流小區(qū)以類蘆為主栽草種進(jìn)行快速綠化,測(cè)定其水土流失治理的效果。研究顯示栽植類蘆后,植被覆蓋率迅速提高,地表枯枝落葉增多加厚,增加了保水保濕能力,明顯地改變了侵蝕劣地的土地條件論文參考文獻(xiàn)格式,為其他鄉(xiāng)土植物的生長(zhǎng)和侵入創(chuàng)造了優(yōu)越的條件[43]。種植后兩年,林地內(nèi)一些指示性的植被和物種已在山坡下部和水濕條件較好的地段出現(xiàn),如灌木類的細(xì)齒葉柃(Eurya nitida)、梅葉冬青(Ilex spp.),草本類的石松(Lycopodium japonicum)和蕨類的狗脊(Woodwardia japonica),烏毛蕨(Blechnum orientale),芒萁(Dicranoptcris dichotoma)。種群的多樣性已達(dá)到和超過當(dāng)?shù)胤馍接诌_(dá)15年以上的馬尾松(Pinus massoniana)林內(nèi)植被的狀況,實(shí)驗(yàn)區(qū)的植被覆蓋率高達(dá)80%-100%。
除了種植先鋒植物,適應(yīng)惡劣生境外,想要解決紅壤侵蝕劣地的水土流失問題,還需要形成穩(wěn)定的植物群落。但這些地區(qū)往往因生境惡劣,物種單一,治理效果往往不盡如人意。郭曉敏等對(duì)江西省不同類型紅壤侵蝕劣地采用不同治理技術(shù),在恢復(fù)植被的基礎(chǔ)上,進(jìn)行綜合治理和立體經(jīng)營(yíng),施行的喬、灌、草立體結(jié)構(gòu)和用材林、薪炭林、防護(hù)林、經(jīng)濟(jì)林一林多用的樹種組合[47]。松類樹種及楓香(Liquidambar formosana)、木荷(Schima superba)既是優(yōu)良的用材林種,又是保持水土、瘠薄山地造林的先鋒樹種。而杜仲(Eucommia ulmoides)、青錢柳(Cyclocarya paliurus)、棶木(Cornus spp.)、黑荊樹(Acacia mearnsii)、赤按(Eucalyptuscamaldulensis)、黃桅子(Gardenia sootepensis)等闊葉樹種除了其枝、葉、果有較高的藥用、食用和工業(yè)用價(jià)值外,還可起改良土壤的作用。另外,胡枝子(Lespedeza bicolor)、榿木(Alnus cremastogyne)、紫穗槐(Amorpha fruticosa)、黑荊樹(Acacia mearnsii)等豆科樹種的固氮作用也對(duì)改良土壤、恢復(fù)植被有良好的促進(jìn)作用。正是通過把它們合理的組配,形成多層、多種人工植物群落的整體結(jié)構(gòu),利用林冠多層截留和地面下墊面的改變,減緩了雨滴濺蝕力和地表徑流量。同時(shí)喬、灌、草組合的植物群落根系錯(cuò)落交叉,形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),增加了固土防沖能力,為植物的快速穩(wěn)定生長(zhǎng)創(chuàng)造了局部生境的多樣性[47][48]。
紅壤丘陵區(qū)是南方重要的農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)基地,為了提高當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)林收入,水土流失治理又不能忽略當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)林建設(shè),但在侵蝕坡地上開墾的果園,盡管采取了挖大穴、施重肥的技術(shù)措施栽培果樹,但因在管理上只注重防治水土流失,缺乏培肥地力的有效措施,使侵蝕劣地地力沒有得到根本的改善。要保證已開發(fā)的侵蝕坡地的持續(xù)利用和發(fā)展論文參考文獻(xiàn)格式,僅僅搞好水土保持工作是不夠的,還須采取有效措施改善土壤的理化性狀。因此,要充分意識(shí)到培育侵蝕劣地肥力的重要性,考慮在果園里套種爬地蘭(Inaigoferaendecaphyllajacg)、無刺含羞草(Mimosa invisa var. inermis)、寬葉雀稗(Palspalum wettsteini)和百喜草(Palspalum notatum)等草本植物,對(duì)培肥土壤,活化土壤養(yǎng)分,增加土壤中速效養(yǎng)分的含量,進(jìn)而對(duì)恢復(fù)侵蝕劣地生產(chǎn)力有良好的效果[49]。
侵蝕劣地和退化林的植被恢復(fù)是個(gè)長(zhǎng)期的過程,水土流失治理應(yīng)根據(jù)其所處的不同退化階段而采取相應(yīng)的治理措施,選取合適的植被物種和相應(yīng)的種植模式,才能收到最佳的治理效果。
5 紅壤植被群落構(gòu)建
植物群落是不同植物有機(jī)體的結(jié)合,是構(gòu)成生態(tài)系統(tǒng)的基礎(chǔ),植物群落的特征及物種多樣性直接影響著所構(gòu)成的生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力、穩(wěn)定性等功能的發(fā)揮[50]。植被群落構(gòu)建是希望根據(jù)經(jīng)營(yíng)目的和生態(tài)學(xué)要求,在主導(dǎo)環(huán)境因子識(shí)別和掌握的基礎(chǔ)上,用人工選擇的植物組成、結(jié)構(gòu)取代現(xiàn)有的退化植物群落,使群落盡快恢復(fù)到一定的群落結(jié)構(gòu)和功能水平,使群落沿著人們預(yù)定的方向演替,以發(fā)揮植物群落的生態(tài)與景觀功能[51]。
以往的治理過程主要可列為兩類目標(biāo):一類是以水源涵養(yǎng)、水土保持林等生態(tài)效益發(fā)揮為主要目標(biāo),突出恢復(fù)和重建生態(tài)型植被;另一類是以短期經(jīng)濟(jì)效益的獲取為目標(biāo)的經(jīng)濟(jì)型植被的重建,可能致使環(huán)境進(jìn)一步退化。因此,二者都沒有可持續(xù)性。植被恢復(fù)和重建必須同時(shí)考慮生態(tài)學(xué)和經(jīng)濟(jì)學(xué)原則,必須同時(shí)考慮人類的經(jīng)濟(jì)發(fā)展的愿望和環(huán)境治理的現(xiàn)實(shí),兼顧生態(tài)和經(jīng)濟(jì)效益[52]。在治理水土流失的同時(shí), 需要積極發(fā)展果業(yè)、藥材、經(jīng)濟(jì)作物、經(jīng)濟(jì)林木、實(shí)行立體種植和生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)要素的優(yōu)化組合、物質(zhì)能量良性循環(huán)的生態(tài)經(jīng)濟(jì)型水土保持模式,以經(jīng)濟(jì)發(fā)展促流域治理。近些年來在贛南紅壤丘陵水土流失區(qū)實(shí)施的豬一沼一果工程等以及在閩北山區(qū)的“林果草牧沼菌”模式,利用果-草-牧、果-綠肥-土壤、果-豆科作物等模式,提高人工植物群落對(duì)資源的利用效能,提高群落及其系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抗災(zāi)能力,以草保土養(yǎng)地,以草帶動(dòng)地方產(chǎn)業(yè)發(fā)展,促進(jìn)生態(tài)與經(jīng)濟(jì)的共同發(fā)展[53][54]。
針對(duì)某些地區(qū)水土流失區(qū)樹種結(jié)構(gòu)單一、水土保持能力差的林分,有研究人員提出“復(fù)合型”植被重建的概念論文參考文獻(xiàn)格式,“復(fù)合型”植被重建是指以水土保持生態(tài)環(huán)境建設(shè)為主體,改單一品種,營(yíng)造“復(fù)合型”植被。紅壤侵蝕區(qū)即存在林種結(jié)構(gòu)單一、林地侵蝕嚴(yán)重、林地生態(tài)質(zhì)量差等問題。只有重建“復(fù)合型”植被才能改變馬尾松(Pinusmassoniana)林地生態(tài)系統(tǒng)功能脆弱問題,營(yíng)造樹種結(jié)構(gòu)復(fù)雜、多層次、水土保持能力強(qiáng)的林分[16]。從時(shí)間上而言,短期草本覆蓋,發(fā)展到中期草、灌、喬“復(fù)合型”植被,最終達(dá)到頂級(jí)植被群落;從空間上而言,地表有地被物層、低有草本層、中有灌木層、高有喬木層;從植物品種上而言,有草、灌、喬;從水土保持而言,有保水、保土、保肥效益。重建“復(fù)合型”植被,在植被品種的配置上需強(qiáng)調(diào)深根與淺根的搭配,針葉與闊葉的搭配、常綠與落葉闊葉林的搭配以及喜陽與喜蔭樹種的搭配,在強(qiáng)度侵蝕區(qū)需采取以草促林、喬灌混交的措施,從而不同程度地增加物種數(shù)量,實(shí)現(xiàn)林分結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化,使植物群落不斷向頂級(jí)群落順向演替。
“復(fù)合型”植被重建選擇的品種應(yīng)該是適應(yīng)當(dāng)?shù)厣L(zhǎng)的品種,并注重造林品種的鄉(xiāng)土化,合理配置,建立多層、復(fù)雜的群落結(jié)構(gòu)。因此,重建可選擇地帶內(nèi)的山茶科木荷(Schima superba)、金縷梅科楓香(Liquidambar formosana)、楊梅科楊梅(Myrica rubra)、殼斗科閩粵栲(Castanopsis fissarehd)、青岡(Cyclobalanopsis glauce)、樟科香樟(Cinnamomum camphora)、木蘭科含笑(Michelia figo)和杜英科山杜英(Elaeocarpussylvestris)為主的闊葉樹種;灌木選擇蝶形花科的胡枝子(Lespedeza bicolor)等鄉(xiāng)土品種。在營(yíng)造水保林品種選擇上確定馬尾松(Pinus massoniana)、木荷(Schima superba)、楓香(Liquidambar formosana)、楊梅(Myrica rubra)、胡枝子(Lespedeza bicolor)等為典型優(yōu)勢(shì)造林樹種,是建立地帶性頂極穩(wěn)定群落的需要。
生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)決定其功能,且結(jié)構(gòu)具有可操作性,從結(jié)構(gòu)入手進(jìn)行人工植物群落設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)群落在物種組成、群落片層、垂直結(jié)構(gòu)和時(shí)空結(jié)構(gòu)上的合理配置,達(dá)到群落結(jié)構(gòu)合理、功能優(yōu)化的目的。從生態(tài)學(xué)理論上來說,一定的地理區(qū)域,在進(jìn)行群落植被重建時(shí)應(yīng)該適當(dāng)借鑒植被群落的演替規(guī)律,天然的頂級(jí)植被結(jié)構(gòu)就是完全適應(yīng)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境的植被結(jié)構(gòu)類型[24]。牛德奎等在前人水土流失治理基礎(chǔ)上提出了植被群落重建與恢復(fù)應(yīng)遵循的原則[53]:
。1)群落演替原則,植物群落的演替方向和速度取決于內(nèi)部動(dòng)力和外部干擾力程度和對(duì)比狀況。許多研究者已經(jīng)注意并著手研究植被退化規(guī)律及逆境群落中種群生態(tài)位特征,其目的均在于深入了解生物生態(tài)學(xué)恢復(fù)機(jī)制的基礎(chǔ)上更好地運(yùn)用優(yōu)良的植物組合促進(jìn)植被的迅速恢復(fù)。
。2)群落結(jié)構(gòu)原則,表現(xiàn)為植被在垂直空間上的組合和空間上的配置, 前者著重于建群種與其它從屬種的合理結(jié)合, 要求注重植物種之間的陰陽性、深淺根、疏密生、養(yǎng)分元素吸收等生態(tài)學(xué)特征上具有生態(tài)位的互補(bǔ)性論文參考文獻(xiàn)格式,以減少競(jìng)爭(zhēng)造成的不穩(wěn)定性。
。3)植物地帶性原則,在長(zhǎng)期適應(yīng)自然條件的結(jié)果下,使植物形成了一定的分布區(qū),需要根據(jù)這一原則選擇構(gòu)建群落的物種。
(4)生物多樣性原則,重視鄉(xiāng)土種,避免入侵種,所選品種與當(dāng)?shù)刈匀粭l件必須具備長(zhǎng)期適應(yīng)性,充分挖掘和發(fā)揮生物多樣性潛力和優(yōu)勢(shì),為群落的穩(wěn)定和發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。
。5)長(zhǎng)期效益和短期效益相結(jié)合原則,重建和恢復(fù)植被,是環(huán)境退化地區(qū)的經(jīng)濟(jì)步入可持續(xù)發(fā)展良性循環(huán)的基礎(chǔ),因而對(duì)植被重建與恢復(fù)這樣需要長(zhǎng)時(shí)間的過程來說就顯得尤為重要。
。6)群落穩(wěn)定性原則,雖然草被植物對(duì)侵蝕劣地等環(huán)境的適應(yīng)能力優(yōu)于喬灌木,但自然界的植物群落很少由單一的種類構(gòu)成,因此在植被群落重建與恢復(fù)過程中, 需要模擬群落的這些特征施加人工的促進(jìn)措施,增加群落的穩(wěn)定性[53]。
因此今后在植被群落重建和恢復(fù)的研究與實(shí)踐中,要求深入了解主要土壤類型不同程度的侵蝕區(qū)以土壤水分、養(yǎng)分為主要特征的土壤退化規(guī)律,認(rèn)識(shí)相對(duì)應(yīng)階段群落優(yōu)勢(shì)種的生物學(xué)特性和對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性及生態(tài)位關(guān)系,確立穩(wěn)定植物群落的優(yōu)化結(jié)構(gòu);揭示植物群落發(fā)生發(fā)展過程中的脅迫因素及控制方法,探求適應(yīng)于不同土壤類型、侵蝕程度地區(qū)植被恢復(fù)和重建的方法;充分挖掘生物多樣性資源優(yōu)勢(shì),篩選優(yōu)良的鄉(xiāng)土草灌木和林木,建立適合地方自然條件和經(jīng)濟(jì)發(fā)展特點(diǎn)的植被群落恢復(fù)和重建模式。
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