论文部分内容阅读
在黄土高原区，大规模退耕还林（草）工程的实施在有效控制水土流失和改善生态环境的同时，也产生了一些新的生态问题。其中，由于不合理的植被配置所造成的土壤水环境的恶化便是最受关注的生态问题之一。黄土高原水资源短缺，土壤水分是限制该区域植被生长的最为关键的生态因子，而土壤水环境的恶化必将威胁到恢复生态系统的稳定性和可持续性。因此，在植被恢复中，合理地利用土壤水资源并进行科学的植被配置才能实现生态建设的可持续性。而充分了解植被恢复中的土壤水分变化及其对植被的影响，可为土壤水资源管理和植被建设的优化提供一定的科学依据。 本研究以黄土高原的不同生态水文区为区域背景，选取其中四个—Ⅰ生态水文区（水分均衡补偿区）、Ⅱ生态水文区（水分准均衡补偿区）、Ⅲ生态水文区（水分周期亏缺区）和Ⅳ生态水文区（水分低耗区）作为野外采样的分区依据。设置一条沿东南-西北向的样带，并选取农田和不同恢复年限的撂荒草地、灌丛（沙棘、柠条）及刺槐林作为研究对象，以期采用空间代时间方法，探讨不同植被恢复类型下，土壤水分随恢复年限的变化特征及其在不同区域背景下所表现的差异性;并根据植株密度和物种丰富度与土壤水分变化的一致性及相关性，分析植被恢复中土壤水分与植被变化的相关关系，最终综合分析不同恢复方式的可持续性及生态恢复效益。 本研究主要的研究结果为: (1)在选取的四个生态水文区中，灌丛和刺槐林地的土壤水分皆显著低于相应的农田和撂荒草地，是灌丛和刺槐林过度消耗土壤水分的结果。灌丛和刺槐林对土壤水分的过度消耗不仅导致土壤水分亏缺，而且降低了不同生态水文区间的土壤水分差异，尤其在深层，降低的程度更为明显;相比之下，撂荒草地对该水分差异的维持具有一定积极的意义。另外，就土壤水分沿坡面的变化趋势来看，人工刺槐林地对土壤水分的过度消耗也明显地削弱了土壤水分沿坡面的变化趋势。总的来说，灌丛和刺槐的过度消耗不仅使土壤水分含量降低，而且也会扰乱土壤水分的空间结构。 (2)撂荒草地在保持较高的土壤含水量的同时，对土壤水分的恢复具有一定积极的意义。例如，在较湿润的Ⅰ、Ⅱ生态水文区，土壤水分随恢复年限的增加皆有显著的上升趋势。在较干旱的Ⅳ生态水文区，撂荒草地的土壤水分随恢复年限的增加虽然有下降的趋势，但下降的程度较弱。就土壤水分随恢复年限增加的变化程度来看，总体上皆表现为较湿润的Ⅰ、Ⅱ生态水文区明显强于较干旱的Ⅲ生态水文区(B)和Ⅳ生态水文区。随着恢复年限增加，撂荒草地的密度和丰富度变化趋势与土壤水分整体一致，皆与土壤水分存在正相关关系。但在较湿润的Ⅰ、Ⅱ生态水文区，撂荒草地的植株密度与土壤水分的显著相关关系主要集中于较浅层（0-1m和1-2m）(p＜0.05)，而在较干旱的Ⅲ、Ⅳ生态水文区主要集中于较深层（1-2m和2-3m）(p＜0.05)。就物种丰富度来讲，除了Ⅲ生态水文区外，撂荒草地的物种丰富度与土壤水分的显著相关关系主要集中于较深层(p＜0.05)。 (3)整体上，灌丛（沙棘和柠条）的土壤水分随恢复年限的增加表现出下降的趋势。但灌丛较浅层(0-3m)的土壤水分的下降趋势在不同区域中有一定的随机性，例如0-1m土层的土壤水分仅在较湿润的Ⅰ、Ⅱ生态水文区有显著的下降趋势，而1-2m和2-3m土层仅在Ⅱ和Ⅲ生态水文区有显著的下降趋势，相比之下，3-5m土层土壤水分在四个生态水文区几乎都有显著的下降趋势;而且，下降的程度基本也呈现出较湿润的Ⅰ、Ⅱ生态水文区明显强于较干旱的Ⅲ、Ⅳ生态水文区。随着土壤水分的持续下降，导致灌丛的植株密度和林下物种丰富度也有降低的趋势，这应该是灌丛退化的表现。相关性分析知，灌丛的植株密度和林下物种丰富度与土壤水分的显著正相关关系都主要集中于较深层，尤其是3-5m土层(p＜0.05)。 (4)整体上，刺槐林地的土壤水分随恢复年限的增加也呈现出下降的趋势。而且在四个生态水文区中，刺槐林地的土壤水分的下降趋势比灌丛更为普遍，除Ⅱ生态水文区的0-1m和1-2m土层及Ⅲ生态水文区(A)的2-3m土层的土壤水分随恢复年限的增加没有显著下降趋势外，其余各层的土壤水分在各生态水文区皆有显著下降的趋势。而且土壤水分随年限增加的下降的程度也呈现出较湿润的Ⅰ、Ⅱ生态水文区明显强于较干旱的Ⅲ生态水文区(B)和Ⅳ生态水文区。随着土壤水分的持续下降，导致刺槐林的植株密度和林下物种丰富度也有降低的趋势，这应该是刺槐林地退化的表现。相关性分析知，刺槐林植株密度几乎与各层土壤水分都有显著性相关(p＜0.05)，而林下物种丰富度与土壤水分的显著性相关关系也主要集中于较深层土壤水分(p＜0.05)。 综上所述，撂荒草地不仅可保持较高的土壤含水量，而且随着恢复年限的增加，土壤水分也得到一定程度的恢复，良好的土壤水环境对撂荒草地群落的发展和维持是积极的。相比之下，灌丛和刺槐林对土壤水分的过度消耗，导致严重的土壤水分亏缺;而且随着恢复年限的增加，土壤水分的降低是一个持续的过程，将最终导致乔、灌植被群落的退化，具体表现为:随恢复年限增加，立体密度的下降，以及林下物种组成的简单化趋势，这都是乔、灌生态系统退化的具体体现，因此，无论从土壤水资源的保持和恢复上，还是从恢复生态系统的可持续性上，撂荒草地无疑是更可持续的恢复方式。