红壤严重侵蚀退化马尾松林地不同治理模式的水土保持效应研究

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马尾松是南方红壤侵蚀区植被恢复和水土流失治理的先锋树种,由于受自然因素和人为活动干扰的影响,形成林分结构单一的马尾松纯林,生物多样性降低,蓄水保土能力减弱,生态环境恶化。合理的林下植被恢复是减轻水土流失、提高土壤质量以及改善生态环境的重要举措之一。因此,本文以福建省长汀县河田镇花岗岩发育的典型红壤区为研究区域,以等高草灌带(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)和严重侵蚀未治理对照样地(CK)为研究对象,通过野外调查、监测和室内实验分析相结合的方法,分析不同治理模式下植被生长的群落特征、土壤理化性质、土壤渗透性、枯落物持水性能以及径流小区坡面产流产沙特征;从植被调控效应、土壤调控效应以及蓄水保土效应三个方面对不同治理模式进行综合评价,揭示不同治理模式的水土保持调控效应,为水土流失和退化生态系统的恢复以及典型治理模式的适宜性提供科学参考和指导实践。主要结论如下:(1)不同治理模式均可以有效改善植被生长状况。治理后各样地的植被覆盖度均达80%以上,相对于严重侵蚀未治理对照样地,不同治理模式乔木和灌木的树高、冠幅、胸径大小等植被生长特征均明显改善;植物物种多样性、丰富度和均匀度指数均表现为条沟播草+补植阔叶树>鱼鳞坑>乔灌草混交>小穴播草>等高草灌带>严重侵蚀未治理对照样地,而优势度在退化程度较高的样地呈现较高值,与稳定性呈负相关,严重侵蚀未治理对照样地优势度最高,表现为严重侵蚀未治理对照样地>小穴播草>等高草灌带>乔灌草混交>条沟播草+补植阔叶树>鱼鳞坑。(2)不同治理模式显著改善土壤物理性质。相对于严重侵蚀未治理对照样地,治理后的土壤容重、土壤硬度和崩解系数有明显的降低现象,均随土层加深呈递增的变化规律,且均以0~10 cm改善程度较好。不同样地的土壤容重和崩解系数均差异显著,而土壤硬度差异较小。等高草灌带、小穴播草、条沟播草+补植阔叶树、乔灌草混交和鱼鳞坑样地的土壤含水量、土壤孔隙度、抗剪切强度以及根系生物量较对照样地均显著提高,除毛管孔隙度外,均随土层深度的增加呈递减的趋势,且存在显著性差异。(3)不同治理模式的土壤化学性质明显改善。不同治理模式的土壤有机质、全氮、全磷、速效磷以及速效钾含量均存在明显的“表聚现象”,除小穴播草和鱼鳞坑样地外,其他样地全钾含量的这种变化趋势不明显。相对于对照样地,小穴播草样地的全磷含量提升效果不明显,改善效果不明显;治理后的土壤酸性未得到改善,小穴播草与条沟播草+补植阔叶树样地显著高于其他治理模式样地,土壤p H值随土层无明显的变化规律,等高草灌带、小穴播草和条沟播草+补植阔叶树样地在各土层之间无显著性差异。(4)不同治理模式可有效改善蓄水保土效应。治理后的枯落物蓄积量及其持水量增大,可以吸持自身干重1.76-2.60倍的水分重量;吸水速率在前0.25 h最大,各样地在浸水2 h后的枯落物持水量均占饱和持水量的80%以上;不同治理模式的枯落物拦蓄能力存在差异且均远高于对照样地;治理后土壤渗透性显著高于对照样地,以鱼鳞坑和条沟播草+补植阔叶树样地入渗效果最佳,随着土层的加深,土壤渗透能力减弱,且各样地表现为初始入渗率>平均入渗率>稳定入渗率;土壤入渗率在初始阶段呈现最高值,土壤入渗率在初始阶段呈现最高值,0~3 min降幅最大,3 min之后下降的趋势减缓并最终趋于一个稳定的入渗速率。不同治理模式降雨量与径流量和泥沙量呈极显著的正相关关系,径流量和产沙量远低于对照样地;减流效益和减沙效益均以鱼鳞坑样地最佳,分别达为75.87%和85.17%,各样地的减沙效益大于减流效益。(5)水土保持效应评价:基于主成分分析方法综合评价不同治理模式的水土保持效应,结果表明,在不同治理模式下样地的水土保持效应综合得分表现为条沟播草+补植阔叶树>鱼鳞坑>乔灌草混交>等高草灌带>小穴播草>严重侵蚀未治理对照样地,条沟播草+补植阔叶树和鱼鳞坑样地综合得分较高,水土保持效果较好。说明采取以生物措施为主、工程措施为辅的植被重建与修复措施可以对水土流失治理起到更佳的效果。
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