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洞庭湖区主要森林类型土壤持水性能研究

中南林业科技大学学报 2016年第5期36卷 79-84页

作者：王忠诚邓秀秀崔卓卿张展华华中南林业科技大学林学院湖南长沙410004 株洲市林业科学研究所湖南株洲412002

采用野外定位观测与室内实验相结合的方法,对洞庭湖区具有代表性的森林土壤持水性能进行研究。结果表明:(1)土壤容重随着土壤深度的增加而增大,土壤表层容重变化幅度大于土壤深层。不同林地土壤容重变化范围为1.03~1.53 g·cm^(-3),平... 详细信息

采用野外定位观测与室内实验相结合的方法,对洞庭湖区具有代表性的森林土壤持水性能进行研究。结果表明:(1)土壤容重随着土壤深度的增加而增大,土壤表层容重变化幅度大于土壤深层。不同林地土壤容重变化范围为1.03~1.53 g·cm^(-3),平均值大小表现为杉木林(1.18 g·cm^(-3))<杨树林(1.36 g·cm^(-3))。(2)林地土壤孔隙度和非毛管孔隙度随着土壤深度增加而减小,土壤孔隙度平均值大小为杨树林(33.15%)<杉木林(38.53%)。(3)土壤有效蓄水量平均值大小为杨树林(2 206.50 t·hm^(-2))<杉木林(2 235.91 t·hm^(-2))。相对于杨树林而言,杉木林的土壤蓄水能力较强。(4)土壤的持水性能和土壤物理性质指标之间的相关性分析表明,林地土壤的最大蓄水量和有效蓄水量主要取决于土壤的孔隙状况。

关键词：林地土壤物理性质持水性能洞庭湖

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苏南丘陵区坡面经济林土壤侵蚀特征

南京林业大学学报（自然科学版） 2023年第6期47卷 70-76页

作者：杨瑞吴朝明朱骊胡海波南京林业大学林草学院、水土保持学院江苏南京210037 江苏省水文水资源勘测局无锡分局江苏无锡214100

【目的】探索苏南丘陵区不同种植管理措施下经济林地土壤产沙产流特征。【方法】基于2021年无锡宜兴市标准径流小区观测资料,对其坡面产流产沙过程进行分析。【结果】(1)苏南丘陵经济林坡地产流产沙主要发生在5—8月,不同类型径流小区... 详细信息

【目的】探索苏南丘陵区不同种植管理措施下经济林地土壤产沙产流特征。【方法】基于2021年无锡宜兴市标准径流小区观测资料,对其坡面产流产沙过程进行分析。【结果】(1)苏南丘陵经济林坡地产流产沙主要发生在5—8月,不同类型径流小区径流量占比大于72.5%、土壤侵蚀量占比大于68.7%。(2)不同径流小区径流量与土壤侵蚀量的对比均表现为:Ⅰ-桃林(有草)<Ⅱ-桃林(无草),径流小区Ⅰ较Ⅱ年减流156.3%、减沙122.9%;Ⅴ-茶园(横坡)<Ⅳ-茶园(顺坡),Ⅴ较Ⅳ径流小区年减流57.0%、年减沙41.5%;不同类型经济林年径流较Ⅲ-裸坡减少50.6%~380.4%、年侵蚀减少155.3%~513.1%。(3)次降雨下,Ⅰ—Ⅴ径流小区最大径流量、最大侵蚀量分别占全年的15.3%、14.5%、10.8%、12.5%、14.4%和7.9%、6.3%、4.5%、7.1%、8.0%,高强度降雨对坡面土壤侵蚀有重要影响。【结论】不同类型经济林径流小区土壤侵蚀量与降雨量、平均雨强、最大30 min降雨强度(I_(30))以及径流深均呈显著正相关,与雨前土壤含水量等因素相关性较为复杂,其中坡面土壤侵蚀量与径流深关系最为密切(R^(2)=0.553)。

关键词：经济林种植方式土壤侵蚀产流产沙苏南丘陵区

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宁夏回族自治区森林立地类型划分及其生态功能重要性评价

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宁夏回族自治区森林立地类型划分及其生态功能重要性评价

作者：赵吉麟北京林业大学

学位级别：硕士

森林立地学是探究林木生长环境条件及其分异规律的科学。开展立地类型划分并对林地进行多功能性评价,进而推进森林可持续经营,对区域森林未来发展规划具有重要的现实意义。本文以宁夏回族自治区为研究区域,在收集气象、土壤、地形等相... 详细信息

森林立地学是探究林木生长环境条件及其分异规律的科学。开展立地类型划分并对林地进行多功能性评价,进而推进森林可持续经营,对区域森林未来发展规划具有重要的现实意义。本文以宁夏回族自治区为研究区域,在收集气象、土壤、地形等相关资料的基础上,结合专家咨询的方法,确立了立地分类的主导因子,运用ArcGIS将各个主导因子进行叠加分析,完成宁夏地区立地类型划分,根据研究区生态功能现状,进行林地多种生态功能重要性评价,明确不同立地类型应发挥多种功能。研究结果如下:(1)选取地形、海拔、植被类型、土地利用类型、植被覆盖度、土壤含盐量、土壤类型为宁夏地区立地划分的主导因子。(2)将宁夏回族自治区分为5个立地区,分别为贺兰山山地立地区、宁夏平原立地区、中部丘陵风沙区立地区、南部黄土丘陵立地区、六盘山土石山立地区,18个立地组,45个立地类型。(3)根据宁夏生态环境现状,进行水源涵养功能重要性评价、水土保持功能重要性评价、生物多样性保护重要性评价、防风固沙功能重要性评价。将每种生态功能重要性等级分为4级:一般重要、比较重要、中等重要、极重要。水源涵养重要性评价结果中极重要和中等重要性所占比例较小,主要分布的区域在六盘山山地和贺兰山山地等江河源头。一般重要地区所占面积36900 km2,占比71.3%;比较重要地区面积14100 km2,占比27.3%;中等重要面积736 km2,占比1.42%;极重要地区面积只有64 km。水土保持重要性评价是在土壤侵蚀敏感性评价的基础上进行的,中等重要区所占面积最大25100km2,占比48.47%;极重要区面积最小只有1900km2,占比3.55%。一般重要区面积9100km2,占比17.59%;比较重要区面积15700km2,占比30.39%。生物多样性保护重要性评价结果中中等重要区面积24200 km2,在四种重要性等级中所占的比例最大,其次是一般重要区面积24000 km2,比较重要区和极重要区所占面积较小。防风固沙功能重要性评价结果中极重要地区面积22800km2,所占面积比例最大,其次是一般重要区面积12116km2,中等重要区和比较重要区面积分别为8925km2和7957 km2。(4)分区域统计出每种立地类型中林地应发挥的主导功能及其他辅助功能,并提出相适宜森林发展策略。在水源涵养功能中等以上重要的地区如六盘山中高山森林暗灰褐土立地类型应以营造水源涵养林为主;在水土保持功能中等以上重要的区域如台地落叶阔叶林立地类型应加强水土保持林的营造;在植被资源比较好的立地类型区如高海拔平原温带落叶灌丛立地类型应以生物多样性保护为主导功能,加强森林资源的保护;在防风固沙功能中等及以上重要的立地类型如沙地荒漠风沙土立地类型等要以营造防风固沙林为主的森林发展策略。

关键词：宁夏回族自治区立地类型多功能性 ArcGIS

基于连通性和水热耦合作用的黑土坡面径流侵蚀阻控机制

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基于连通性和水热耦合作用的黑土坡面径流侵蚀阻控机制

作者：陈祖明北京林业大学

学位级别：硕士

东北黑土区是我国重要的商品粮基地,在多种外营力作用及长期高强度开垦的影响下,土壤侵蚀现象日益严重,对国家生态安全和粮食安全造成严重威胁。叠加冻融作用的坡面径流侵蚀过程,会导致黑土漫岗丘陵区长缓坡坡耕地水土流失程度明显加剧... 详细信息

东北黑土区是我国重要的商品粮基地,在多种外营力作用及长期高强度开垦的影响下,土壤侵蚀现象日益严重,对国家生态安全和粮食安全造成严重威胁。叠加冻融作用的坡面径流侵蚀过程,会导致黑土漫岗丘陵区长缓坡坡耕地水土流失程度明显加剧。为加深对冻融作用与土壤侵蚀过程之间关系的认识,并为科学阻控坡面侵蚀提供理论依据,本研究选取东北黑土区坡耕地为研究对象,采用野外调查与定位观测、室内试验与模型模拟相结合的研究方法,分析土壤水分空间分布与连通性的关系,明晰单向冻结过程中土壤水热迁移过程与土壤力学性质的响应,最后基于连通性与径流路径对比分析典型水土保持措施的侵蚀阻控能力。主要研究结果如下:1)连通性指数与剖面土壤含水率均呈现由浅沟向两侧递减的趋势,连通性指数与土壤含水率呈现正相关关系。2)前期含水率是影响冻结曲线的重要因素。各冷端边界均表现出:随前期含水率增大慢速降温阶段时长变长,冰水相变过程导致的热量释放是影响冻结系统中慢速降温阶段的主要原因;水分迁移过程是一个受含水率、温度梯度影响的复杂耦合过程。冷端温度为-5和-10℃时,含水率为20%、25%、30%的单向冻结体系最大水分迁移率分别为10.16%、12.07%、12.42%和12.25%、16.71%、32.98%,在冷端温度为-15℃条件下,不同初始含水率试验对应的最大水分迁移率分别为26.57%、15.85%、19.27%。在一定温度梯度与含水率条件下,充足的前期土壤含水率为土壤水分迁移与富集提供了必要条件,而温度梯度是水分迁移的驱动力。但是当温度梯度较大(-15℃),随着前期含水率增高,由于土壤孔隙内的水分快速冻结成冰,体积膨胀填充了孔隙,会导致水分迁移通道堵塞,水分迁移过程受阻。3)单向冻结引起土壤剖面的水分重分布是弱化土壤抗剪强度变化的一个重要原因。土壤含水率为20%、25%、30%、35%时,土壤黏聚力与内摩擦角随着含水率增大而减小;冰水相变使得冻土-融土界面处的土壤抗剪强度变化更加复杂。在冻土-融土界面处,随含水率增加,土壤黏聚力增加79.06%～129.74%,内摩擦角变化率为4.93%～-12.40%。冻融界面处,固态冰的存在会增大土壤内部的胶结力,且随含水率的增大,固态冰对土壤内部胶结力的增强作用越明显,黏聚力增幅越大;而含水率增高时,相变破坏了土壤孔隙结构,导致土颗粒间的咬合作用减弱;冰-土,冰-冰之间的的润滑作用降低了土颗粒浑圆度、形状、粒径等对土壤力学性质的影响,导致冻土-融土界面处内摩擦角的减小。4)初步探讨了单向冻结模式下水热耦合模拟的适用性问题,研究表明在对单向冻结问题描述进行简化时需依据实际情况考虑对流传热对温度场的影响,并注意建模假设与变量的选取。在假设单向冻结过程中土壤容重(孔隙比)恒定时,由于实际水热迁移过程会导致土壤孔隙体积增大,与建模假设冲突,是导致模拟无法正常运行以及计算失真重要原因。5)分析了不同典型水土保持措施对黑土坡面径流的阻控能力。梯田措施能够有效降低坡面水文连通性并阻控径流路径;不同田坎形态下,水文连通性与径流路径的响应存在明显差异,径流路径的变化将改变坡面侵蚀-沉积空间分布特征,并导致局部侵蚀加剧;植物缓冲带与等高耕作等措施对坡面径流路径的阻控作用有限,植物缓冲带措施的水土保持效益更多体现在对泥沙输移的调控上。保护性耕作措施通过增大地表粗糙度,降低坡面水文连通性,从而改善坡面滞蓄径流的能力。

关键词：土壤侵蚀连通性水热耦合复合侵蚀东北黑土区

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苏南丘陵区毛竹林冠截留降雨分布格局

生态学报 2011年第12期31卷 3537-3542页

作者：贾永正胡海波张家洋南京林业大学森林资源与环境学院南京210037 新乡学院新乡453000

林冠截留是一个复杂的水文过程,受降水特征及林分特性的影响较大。以北亚热带苏南丘陵地区人工毛竹林(Phyllostachys edulis)为研究对象,利用2007年度各场次降雨观测数据,分析了降雨量和降雨强度与林冠截留降雨的关系,研究了林冠截留过... 详细信息

林冠截留是一个复杂的水文过程,受降水特征及林分特性的影响较大。以北亚热带苏南丘陵地区人工毛竹林(Phyllostachys edulis)为研究对象,利用2007年度各场次降雨观测数据,分析了降雨量和降雨强度与林冠截留降雨的关系,研究了林冠截留过程的特点。结果表明:(1)研究期间共观测到102次降水事件,降水总量为1110.8mm,单次最大降雨量为110.0mm,最小为0.55mm,事件平均降水量为10.89mm,且绝大部分降雨为低雨强、中雨量级的降雨事件。(2)研究期间林冠截留总量为171.72mm,占同期降雨总量的15.46%。单次林冠截留量变幅为0.21—4.55mm,截留率变幅为1.3%—100%,且随林外降雨量的递增,林冠截留率呈现递减的变化趋势,二者的关系用幂函数(I0=117.34P-0.9106)拟合效果较好。(3)在林外次降雨量小于5mm的条件下,事件降雨量占年降雨总量的5.0%,相应的降雨事件频率为9.8%,此时林冠截留量随降雨量的增大而增加,其变幅为0.55—1.9mm,截留量与降雨量的关系用对数函数(I=0.4931 ln(P)+0.9493)进行拟合效果较好;在单场降雨量大于5mm时,林冠截留量随各场次降雨量的增加,其变动幅度和频率均大大增强,变化范围在0.21—4.55mm之间,二者相关性较差。(4)降雨在7—10mm雨量级范围内时,林外降雨量和林冠截留量分别为245.14mm和47.9mm,占其全年总量的比例均为最大,分别为22.07%和27.9%;各雨量级林冠平均截留量与平均降雨量的关系表现为对数函数关系(R2=0.7287),而截留率与平均降雨量的关系表现为极显著的幂函数关系(R2=0.9817),且林冠对降雨的截留作用在雨量级较小时,表现十分显著。(5)全年单场降雨强度小于0.06mm/m in时,降雨事件频数为73.53%,降雨量占其总量的57.93%,林冠截留量占其总量的89.34%,降雨事件平均截留率(23.84%)远高于雨强大于0.06mm/m in时的降雨事件平均截留率(3.92%)。研究结果为长江中下游丘陵山区水土保持林和水源涵养林体系建设提供了理论依据。

关键词：毛竹林冠截留降水分配

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油茶林对第四纪网纹红壤的水土保持效益研究

油茶林对第四纪网纹红壤的水土保持效益研究

作者：谭自中南林业科技大学

学位级别：硕士

油茶(Camellia oleifera Abel)是我国独有的木本油料经济树种,广泛栽植于我国南方低山丘陵地区。在我国南方热带及亚热带地区广泛发育形成的第四纪网纹红壤的分布范围与红壤的分布范围基本相一致。由于油茶性喜酸性红壤,非常适宜在南方... 详细信息

油茶(Camellia oleifera Abel)是我国独有的木本油料经济树种,广泛栽植于我国南方低山丘陵地区。在我国南方热带及亚热带地区广泛发育形成的第四纪网纹红壤的分布范围与红壤的分布范围基本相一致。由于油茶性喜酸性红壤,非常适宜在南方红壤区种植,更由于国家及地方对油茶生产的大力扶持,所以常在南方低山丘陵区大面积种植油茶,更有甚者,将山区原有的天然林砍伐破坏后改造成人工油茶林。这无疑对自然环境的破坏是及其巨大的。目前,针对油茶林水土保持效益方面的研究很少,大部分对油茶的研究集中在油茶林相关生长特性及林下土壤肥力质量研究,对第四纪网纹红壤的成因及土壤理化性质研究较多,但对生长在第四纪网纹红壤上的油茶林的水土保持效益研究非常匮乏。因此,通过本文研究,可以提供第四纪网纹红壤上油茶林的水土保持功能与效益的定量化数据,为进一步改善油茶林水土保持功能,恢复与重建退化的林地生态系统提供方法和途径方面的理论参考。本文以湖南丘陵第四纪网纹红壤地区——长沙市天际岭人工油茶林试验地为研究对象,定位观测试验区不同林龄油茶林植被恢复模式(7-8a生油茶林和4-5a生油茶林)的林冠截留、穿透雨、径流、泥沙及土壤因子。以撂荒地为对照样地,比较分析不同林龄的油茶植被恢复模式下的冠层截留、地表径流特征、泥沙流失情况以及土壤物理化学性质,研究不同林龄的油茶林对土壤理化性质的改良,对降雨量的截留,对地表径流量及泥沙量的拦截,以期能评价油茶林对第四纪网纹红壤的水土保持效益。研究结果表明：(1)油茶林对改善第四纪网纹红壤的土壤物理性质作用明显,经过油茶林长期种植后的土壤质量在不断提高。(2)油茶林对第四纪网纹红壤的pH值有一定的改善作用,在油茶林的生长过程中,随着林龄的增加,各个土层的有机质含量及氮素含量增加较明显。(3)由于油茶林植株的生长需要,土壤中的速效K、P、Ca、Mg、Cu、Fe、Zn、 Mn含量均有不同程度的变化,油茶林对第四纪网纹红壤地区上壤养分含量具有一定的改良富集功能。又由于环境因素影响,温暖多雨,淋溶现象严重,南方第四纪网纹红壤区普遍有P供应不足的现象,所以在汕茶林的生长过程中对上壤补充P势在必行。(4)油茶林的冠层截留吸附及植物体吸收,使得主要通过大气降雨循环的重金属元素Cd在土壤中的含量大大减少,油茶林通过林冠层吸附大气降雨中的部分Pb,表现为林分郁闭度越大,吸附的Pb含量越多,从而土壤中的Pb含量越少。(5)通过相关性分析结果表明,试验区土壤各理化性质之间存在着一定的相关性。其中,其中全P与Cd含量、Ca与Cu含量以及Fe与Cd含量之间均存在极显著相关,有机质与全N、Ca、Pb含量、全P与Fe含量、Ca与Cd含量、Cu与Cd含量、Fe与Mn含量和容重与总孔隙度含量之间均存在显著相关。(6)油茶林不同林龄不同郁闭度下,穿透雨量与林外降雨量均呈现明显的正相关,但当降雨量增加到一定程度时,穿透雨率趋于稳定,不再增加。随着降雨量的增大,树干径流量也在增大。从单次降雨来看,7-8a生油茶林的树干径流略低于4-5a生油茶林,这可能是由于油茶树形矮壮,分枝多且散,主枝粗壮,树干径流在汇聚的过程中由于蒸腾作用或树形的原因,导致了树干径流量的流失。(7)油茶林龄的增加,其林冠层对降雨量的截留作用越显著。这是由于7-8a生的油茶叶面积较大,其郁闭度、冠层厚度也较4-5a生油茶林要高,从而能对降雨起到较好的吸附和截留的作用,在一定程度上减少了进入林内的穿透雨量以及落到地面雨滴的动能,从水土保持效益、防止水土流失情况的角度来看,7-8a生油茶林的效果要优于4-5a生油茶林。(8)影响水土流失量的关键因素是降雨量,降雨量越大,水土流失量越大,降雨量与水土流失量之间呈正相关。不同植被结构对于降雨量大小的反应不同,撂荒地的土壤流失量随着地表径流的增加而大量增加,7～8a生的油茶林的水土保持效果好。

关键词：油茶林第四纪网纹红壤土壤理化性质林冠截留径流

不同治理模式对花岗岩红壤林下水土流失调控效益研究

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不同治理模式对花岗岩红壤林下水土流失调控效益研究

作者：姚冲福建师范大学

学位级别：硕士

为揭示花岗岩红壤水土流失区不同治理模式对土壤理化性质的改善状况以及坡面径流、产沙对降雨的响应特征,并对土壤综合质量、坡面减流减沙效益进行评价。从而为研究南方红壤区林下水土流失机理提供科学参考,为南方红壤区林下水土流失治... 详细信息

为揭示花岗岩红壤水土流失区不同治理模式对土壤理化性质的改善状况以及坡面径流、产沙对降雨的响应特征,并对土壤综合质量、坡面减流减沙效益进行评价。从而为研究南方红壤区林下水土流失机理提供科学参考,为南方红壤区林下水土流失治理提供技术支撑。本研究以典型红壤水土流失区长汀县河田镇为基地,布设12个坡度为15°、面积20×5 m标准径流小区,共布局5种治理模式和对照样地:等高草灌带(M1)、小穴播草(M2)、条沟播草+补植阔叶树(M3)、乔灌草混交(M4)、鱼鳞坑(M5)、马尾松纯林对照(CK),分别设置2个重复。通过径流小区进行定位观测,并于2017年6月、2017年12月、2018年6月采集土壤样品,测定土壤理化指标,分析不同治理模式径流小区产流产沙状况、减流减沙效益,并对不同治理模式样地土壤综合质量进行评价。主要研究结果如下:(1)不同治理模式均可有效改善土壤物理特性,其中M1、M2、M3、M4、M5治理模式较CK样地均可以显著提高0-20 cm土层土壤含水率;M3、M4、M5样地土壤容重较CK样地均有显著降低;M3、M4、M5样地土壤孔隙度较CK样地均有显著提高;M1、M2、M3、M4、M5样地>2 mm团聚体含量占比高于CK样地,随着土层深度的增加>2 mm团聚体含量占比下降;M1、M2、M3、M4、M5治理模式较CK样地均可以显著降低土壤崩解系数、可蚀性K值。(2)不同治理模式土壤化学特性均明显改善:M1、M2、M3、M4、M5样地土壤有机质、全氮、全磷、速效磷、速效钾含量较CK样地均有明显的提升,并表现出明显的表层集聚效应。各模式样地的全钾含量无明显变化规律,并且随土层深度的变化无明显规律;各模式样地pH值随土壤深度变化无明显规律,较CK样地无明显改善。(3)降水与产流产沙特征:2017年降雨总量为1 368.84 mm,降雨多集中在3-6月份;不同治理模式逐月径流量与逐月降雨量极显著正向关,M3、M4、M5、CK样地逐月产沙量与逐月降雨量显著正相关。次降雨条件下,不同治理模式径流量与降雨量成极显著正相关;M3、M4、M5、CK样地产沙量与降雨量显著正相关,M1、M2样地产沙量与降雨量不相关;除M2样地外,其它治理模式径流量与产沙量显著正相关,降雨对径流的影响大于对产沙的影响。(4)土壤质量综合评价:不同治理模式样地土壤综合质量均优于对照样地,土壤综合质量等级表现为:M3、M5最好,M4较好,M1、M2次之,CK较差,不同治理模式样地土壤综合质量随着土层深度的增加表现出下降的趋势。(5)减流减沙效益:不同治理模式年径流深量介于233.8676.37 mm之间,CK样地径流深为376.33 mm,不同治理模式较CK样地减流效益表现为M3>M4>M5>M1>M2;不同治理模式减沙效益表现为M3>M2>M5>M4>M1,不同治理模式减沙率均大于75%。综合评价,M3样地减流减沙效益最优。综合评价,以条沟播草+补植阔叶树(M3)治理模式效益最佳,其中条沟播草工程措施可以拦蓄径流、促进凋落物的积累,改变土壤孔性;补植阔叶树可以有效降低降雨动能,增加入渗,减少土壤养分流失,进而达到蓄水保土、提高土壤质量的功效。

关键词：花岗岩红壤林下水土流失土壤质量评价减流减沙效益

福建省长汀县植被覆盖度变化趋势及其影响因素研究

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福建省长汀县植被覆盖度变化趋势及其影响因素研究

作者：杨婷婷福建农林大学

学位级别：硕士

我国南方红壤区人多地少,山高坡陡,加上降雨量强度较大,容易产生水土流失。福建省长汀县是我国南方亚热带丘陵区土壤侵蚀治理的典型区,由于历史与自然原因,长汀曾是我国南方水土流失最严重的区域之一,长汀的水土流失治理经历了一个漫长... 详细信息

我国南方红壤区人多地少,山高坡陡,加上降雨量强度较大,容易产生水土流失。福建省长汀县是我国南方亚热带丘陵区土壤侵蚀治理的典型区,由于历史与自然原因,长汀曾是我国南方水土流失最严重的区域之一,长汀的水土流失治理经历了一个漫长的过程,尤其2000年以后,政府投入大量资金和技术开始对长汀水土流失进行综合治理。科学评价长汀地区植被恢复情况并揭示植被覆盖度动态变化的主要影响因素是水土保持、林业管理部门和科研人员共同关注的问题。植被覆盖度(Fractional Vegetation Cover,FVC)是指植被在地面的垂直投影面积占统计区总面积的百分比。植被覆盖度的变化会对土壤侵蚀、农业发展、生态环境等造成一系统的影响,也必然影响并制约本区乃至全国的经济发展。分析当地植被覆盖度的变化趋势是评价区域水土流失治理及生态环境恢复的重要指标。目前国内外很多学者开展了植被覆盖度时空变化及影响因素的研究。然而,研究多集中在气象因素和地形地貌因素,对人为社会经济因素的分析还不够深入。此外,目前国内外关于植被覆盖度影响因素研究主要采用相关分析和多元线性回归方法,这种方法假设影响因子与植被覆盖度之间为线性关系,因此无法揭示植被覆盖度和影响因子之间复杂的非线性关系。随机森林(Random Forest,RF)是一种非参数的分类模型,其不受线性回归模型的假设条件限制,近年来被广泛应用在生物学各领域,然而在植被覆盖度的响应因子判别上还鲜有报道。鉴于此,本研究选择福建省长汀县为研究区域,采用空间分辨率为30m的Landsat TM(Thematic Mapper,TM)数据和环境一号卫星(HJ-1)遥感数据,利用地理信息系统(Geographic Information System,GIS)技术提取并计算长汀县2000-2014年的隔年归一化植被指数(Normalized Difference Vegetation Index,NDVI),采用像元二分模型和差值法来分析该区域植被覆盖度和植被恢复等级的时空变化。在此基础上,本研究应用随机森林回归(Random Forest Regression,RFR)算法对水土流失治理典型区域—长汀县近1 1年来的植被覆盖度时空变化情况及主要影响因子进行分析,综合考虑了气象、地形和社会经济等因素,揭示了影响长汀地区植被盖度变化的关键因素,此外,通过曼-肯德尔(Mann-Kendall)趋势检验法对长汀地区植被恢复与小气候变化之间相关性进行分析,探明植被恢复对小气候的影响。研究可为长汀地区植被、生态恢复评价及未来水土保持工作提供参考和决策依据。主要结论如下:(1)长汀县从2000-2014年15年间NDVI值呈现上升趋势。其中,中低、中高植被覆盖逐步转变为高植被覆盖,促使高植被覆盖度呈明显增加趋势。高植被覆盖主要分布在该区域的西部和北部,中高植被覆盖和中低植被覆盖则主要分布在中部和东南部,尤其是沿汀江两岸地区。长汀县的植被变化以恢复和完全恢复为主,植被严重退化区主要分布于汀江两岸。(2)采用RFR法进行分析,得出2000-2010年长汀县因变量和自变量的方差解释率较高,FVC值的观测值与预测值的相关性较高,其均方残差都小于0.01,并呈极显著相关(P长汀县植被覆盖度有不同程度的影响。(3)长汀县地区气温、降水量、相对湿度、风速和地表温度的变化总体上与对照地区屏南县的变化趋势相近,但气温、相对湿度和地表温度存在突变点滞后的现象,而降水量与风速突变发生时间相同。人为开发因素对植被覆盖造成了一定的破坏,进而影响了当地区域气象因子的变化。(4)综上所述,经过多年的治理,长汀县植被覆盖度明显增加,整体植被恢复效果明显,尤其是西北部为高植被覆盖区;也有局部区域发生退化主要分布于汀江两岸,由于人类活动对其造成较大影响。整体上,气候因子、社会经济因子和人类活动均会对植被覆盖度产生较大的影响,当地财政支出、农民人均纯收入的增加均会对植被覆盖度有促进作用,而GDP、人口密度和基础设施的增长会在一定程度上抑制植被覆盖度的增长。在气候因子对植被覆盖度产生影响的同时,区域植被覆盖度也会对气候产生一定的反馈作用。要正视人为因素的主导作用,进一步做好水土保持工作,加强水土保持宣传力度,并采取尽可能完善的水土保持措施,以充分发挥人为主观能动性促进生态环境的发展。将水土流失治理、生态环境建设、区域经济发展和人民生活提高相结合,坚持走水土保持与经济建设协调发展的可持续发展道路。

关键词：长汀县植被覆盖度归一化植被指数影响因子气候因子人类活动

林下套种对红壤侵蚀区马尾松林生态系统的影响研究

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林下套种对红壤侵蚀区马尾松林生态系统的影响研究

作者：刘青福建农林大学

学位级别：硕士

长汀是我国南方红壤丘陵区水土流失最为严重的区域之一。在对长汀水土流失治理的过程中,形成了大面积的以马尾松纯林为主的初步治理区。虽然这些马尾松林地水土流失得到一定程度的遏制,但仍存林分结构单一、物种多样性低、土壤养分贫瘠... 详细信息

长汀是我国南方红壤丘陵区水土流失最为严重的区域之一。在对长汀水土流失治理的过程中,形成了大面积的以马尾松纯林为主的初步治理区。虽然这些马尾松林地水土流失得到一定程度的遏制,但仍存林分结构单一、物种多样性低、土壤养分贫瘠、林分抗逆性差、极易发生火灾等系列生态问题,极大地影响了长汀红壤区水土流失治理成果的巩固。因此,如何改造提升长汀水土流失初步治理区马尾松林的生态功能成为当前长汀新一轮水土流失治理工作中亟需解决的重大课题。利用林下套种阔叶树种进行针叶林的改造是亚热带地区经常采用的林分改造方法,但目前国内有关南方红壤侵蚀初步治理区马尾松改造方面的研究较少,极大地限制了红壤侵蚀初步治理区马尾松林的改造提升。鉴于此,本文以目前福建长汀大量分布的红壤侵蚀初步治理区马尾松林为研究对象,选择适合长汀生长的乐昌含笑、山杜英、深山含笑和马褂木等4种阔叶树种,开展马尾松林不同郁闭度、不同间伐强度的套种阔叶树种试验,建立不同试验处理的标准径流小区。研究筛选既能防治林地水土流失,又能提升马尾松林生态功能的阔叶树种套种模式,供生产上推广应用。本文在导师课题组前期研究基础上,利用径流观测法,进行林下套种不同阔叶树种对马尾松林分生长、水土流失、土壤肥力、林下植被发育影响3年的定位研究,比较不同套种模式对马尾松林生态系统的影响差异,分析马尾松不同套种阔叶树模式水土流失与降雨因子之间的相互关系,采用主成分方法评价不同套种模式的生态改良效果,进而筛选出适宜长汀红壤侵蚀初步治理区马尾松林改造模式,为福建长汀红壤侵蚀区马尾松林的改造和生态功能提升提供科学依据。主要研究结果如下.:(1)不同郁闭度条件下套种阔叶树种处理之间的林地水土流失存在差异,套种乐昌含笑和山杜英处理的防治水土流失效果较好。在郁闭度0.2和0.4的马尾松林下套种乐昌含笑林地的径流量、土壤侵蚀量和养分流失量均最小,套种山杜英的处理其次,而没有套种的马尾松纯林处理水土流失量最大;而在郁闭度0.6和0.8马尾松林中,套种山杜英处理的水土流失防治效果优于套种乐昌含笑处理。随着林分郁闭度的增加,不同套种阔叶树林地的径流量、土壤侵蚀量和养分流失量均降低趋势。(2)不同间伐强度下套种阔叶树种对马尾松林地水土流失有较好防治效果,不同间伐强度处理之间的水土流失存在差异。不间伐和20%间伐强度下套种不同树种处理的径流量、土壤侵蚀量和养分流失量均为不套种>套种马褂木>套种深山含笑,套种深山含笑处理对林地水土流失的防治效果较好;在间伐强度40%和60%马尾松林地的径流量、土壤侵蚀量和养分流失量则表现为不套种>套种深山含笑>套种马褂木,套种马褂木处理对林地水土流失的防治效果较好。随着间伐强度的增加,不同套种阔叶树林地的径流量、土壤侵蚀量和养分流失量均呈逐渐增加趋势。(3)不同郁闭度套种阔叶树处理的径流量与降雨量、降雨历时、降雨动能、降雨量与降雨历时乘积显著相关,土壤侵蚀量与最大30min雨强、降雨量与最大30min雨强乘积、降雨动能与最大30min雨强乘积显著相关,养分流失量与最大30min雨强、降雨动能、降雨量与最大30min雨强乘积、降雨动能与最大30min雨强乘积显著相关。不同间伐强度套种阔叶树处理的径流量与降雨量、降雨历时、降雨动能、降雨量与降雨历时乘积显著相关,土壤侵蚀量与最大30min雨强、降雨动能、降雨量与最大30min雨强乘积、降雨动能与最大30min雨强乘积显著相关,养分流失量与最大30min雨强、降雨动能、降雨量与最大30min雨强乘积、降雨动能与最大30min雨强乘积显著相关。(4)不同郁闭度和不同间伐强度马尾松林套种阔叶树后林地的土壤肥力得到一定程度的改善。套种改造后表层土壤容重、含水量、非毛管孔隙度和毛管孔隙度等土壤物理性质得到改善,同时土壤有机质、全氮、水解氮、全磷、有效磷、全钾、速效钾等养分增加。(5)套种阔叶树种对马尾松林的生长有一定的促进作用。不同郁闭度和间伐强度套种阔叶树种林分的物种丰富度和物种多样性差异不显著。(6)不同郁闭度马尾松林下套种阔叶树种的主成分分析综合评价结果表明:在郁闭度较小处理条件下(郁闭度0.2和0.4)以套种乐昌含笑对马尾松林生态系统的改造提升效果较好,而在郁闭度较大的处理条件下(郁闭度0.6和0.8)则以套种山杜英对马尾松林生态系统的改造提升效果较好。(7)不同间伐强度马尾松林下套种阔叶树种的主成分分析综合评价结果表明:不间伐、间伐强度20%和间伐强度60%林地处理条件下以套种深山含笑对马尾松林生态系统的改造提升效果较好,间伐强度40%林地处理条件下则是套种马褂木效果较好。

关键词：马尾松林红壤侵蚀区水土流失套种阔叶树