红壤坡地植被演变和不同利用方式下的水土保持效应研究

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以红壤坡地长期定位试验区(1995~2013年)为研究对象,研究了恢复区和退化区近20年里生态恢复过程中植被演变,生物生产力及碳平衡的变化情况,旨在为红壤坡地生态环境建设、可持续利用生态系统的构建与管理提供理论依据和实践基础。研究采用森林资源清查方法调查植被相关指标,结果表明:(1)恢复区物种数由1995年32种增加至2003年的43种,在2006年增长到83种,从2006年到2013年,乔木种由7种增加至17种,而草本和灌木均减少10种,物种总数下降了10种,总的来看恢复区在1995年至2013年经历了缓慢恢复阶段、快速恢复阶段和物种数逐渐减少三个阶段;退化区在近二十年来物种数目总体是呈现下降趋势,其中草本植被数目以约32株·m-2·a-1的减幅线性减少,灌木则是呈减幅不断变小的对数函数减少,物种数目则经历了先减少、后增加、再急剧减少三个阶段;(2)恢复区植被Shannon-Winener指数变化均为先增大再减小,草本的Simpson指数连年减少,灌木草本无明显规律,草本和灌木的物种均度J呈降低态势,表明草本和灌木的多样性指数总体不断下降,乔木多样性指数变化规律不明显;退化区草本各项多样性指标变化无明显趋势,灌木的三项多样性指数均在稳步提高,结合生物量和物种丰富度变化可知,退化区仍处于不断竞争的不稳定状态;(3)恢复区形成了更多层次、稳定的斑块结构。生物量和含碳量稳步提高,自2003年起的10年里,植被含碳量提高到原来的1.48倍;退化区物种逐渐趋向单一,生物量和含碳量与丰富度变化基本一致,从2003年至2013年,植被含碳量从387g·m-2降低到356.9g·m-2。  以红壤坡地长期定位试验区(1995~2013年)为研究对象,研究了7种不同利用方式下(恢复区,退化区,农作区,茶园,油茶区,柑桔区,湿地松)水土流失近20年的地表径流、泥沙流失量与植物残体等数据,剖析水土流失的原因现状和特点。结果表明:(1)在降雨量相同的条件下,7种不同处理类型的坡地地表径流量大小顺序依次为:农作区>茶园>油茶区>柑桔区>湿地松>退化区>恢复区,年均产流量对应是:234.27,106.49,90.26,70.22,58.09,46.38和17.40m3·hm-2,降雨量整体呈下降趋势,导致地表径流产量也总体呈下降趋势。恢复区和退化区总体变化幅度小,农作区变化幅度最大,其中最大值比最小值高15.1倍,表明恢复区和退化区对降雨后形成地表径流的缓冲能力强,而农作区的最弱。(2)在不同处理条件下的7种红壤坡地里,泥沙量流失大小顺序是:农作区>茶园区>油茶区>湿地松>柑桔区>退化区>恢复区,这和地表径流量大小排序大致相同,仅湿地松区和柑桔区调换了位置。年均泥沙流失量对应为:334.01,12.23,6.30,6.22,6.15,3.99和2.88kg·hm-2,其规律和地表径流量表现一致,恢复区和退化区泥沙流失量小,农作区最大。(3)侵蚀量在这7种利用方式下从大到小依次为:恢复区>湿地松>油茶区>退化区>茶园>柑桔区>农作区,年均侵蚀量对应排序为:36.00,10.11,7.90,5.84,5.46,4.51和3.50kg·hm-2,侵蚀量和地表径流量、泥沙流失量呈现相反趋势,具体表现为恢复区侵蚀量值最大,是侵蚀量最小农作区的10.3倍。  以红壤坡地长期定位试验区(1995~2013年)为研究对象,选用了5种不同处理下长期方式下(恢复区,退化区,农作区,油茶区和湿地松)的红壤坡地,基于为期1年天然降雨径流及氮素组分的连续监测,对比不同土地利用方式下氮素流失特征。结果表明:(1)红壤区不同利用方式对径流氮素影响不同,坡地径流氮素流失大小顺序为:农作区>油茶>湿地松>退化区>恢复区。主要形态是无机态氮(DIN),无机态氮(DIN)中又以NO3--N为主,再次是颗粒态氮(PN)。(2)坡地径流水中氮素以无机态氮(DIN)为主要存在形式,约占49.1%~66.0%,其中NO3--N含量是铵态氮含量的1.8~5.8倍,DON和PN含量较低,各占径流量总氮(TN)的10.1%~17.1%和13.2%~21.1%。(3)总体看来,长期不同利用方式坡面产流较少。降雨几乎全部被下垫面截留,因而经坡面径流氮素流失总量较小。
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