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漓江流域红壤侵蚀区植被演替与复合农林试验

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漓江流域红壤侵蚀区植被演替与复合农林试验

生态环境2007,161140148http//www.jeesci.comEcologyandEnvironmentEmaileditorjeesci.com基金项目中国科学院生命科学与生物技术特别支持费课题STZ0010中国科学院西部之光人才培养计划项目科发人教字200411号文作者简介李先琨(1967-),男,研究员,从事恢复生态学、植被生态学、环境生态学等领域的研究。Tel867733550076Emaillixkgxib.cn收稿日期20060629漓江流域红壤侵蚀区植被演替与复合农林试验李先琨1,吕仕洪1,黄玉清1,谢旭2,向悟生1,陆树华11.广西壮族自治区、中国科学院广西植物研究所,桂林5410062.桂林市林业局,桂林541001摘要漓江季节性的干旱和洪涝并存成为地方政府、有关专家和旅游行业密切关注的环境问题,漓江流域的环境建设尤其是上游森林植被恢复,成为生态治理重点内容。漓江上游红壤区植被类型主要包括针叶林、阔叶林、竹林、灌丛和草丛,植被的水分特征差异较大,植被的生态调节、水源涵养功能各异。在漓江上游红壤区开展4种模式的植被恢复和复合农林试验示范,3年的试验表明,乡土常绿阔叶树适应性强、有效保持水土,果林经济效益显著、但生态功能较差,木本药材林具有较好的生态功能和潜在的经济效益。通过调查和试验示范,提出亚热带红壤退化山地农林经营的植物种类和复合模式,对漓江流域水资源调控和水土流失治理提出建议和对策。关键词植被演替红壤侵蚀区生态恢复复合农林模式漓江流域中图分类号Q948.156文献标识码A文章编号16722175(2007)01014009漓江流域位于广西东北部,地处110°05′110°14′E、24°38′25°55′N之间。漓江属珠江流域西江水系桂江上游,发源于广西兴安县境内,全长214km。漓江流域总面积5960km2,漓江上游桂林水文站以上集雨面积2762km2,其中碎屑岩中低山和丘陵区面积达1839.2km2,红壤发育。漓江上游面积占流域的48.5,径流量占总径流量的70以上。漓江流域属亚热带季风气候,雨量充沛,年平均气温19.1℃,年均降水量1872mm,48月降水量占全年的70,年降雨变差系数0.2,全年雨日157d,年蒸发量1485mm,漓江流域多年平均水资源为6.81010m3/a,漓江水资源主要集中在上游1,2。漓江的枯水期由20世纪40年代的4个月延长到现在的6个月,且枯水期流量已由过去的1216m3/s减少到8m3/s以下每年秋冬季节,漓江航道游程由83km缩短为20km,在严重枯水期,通航里程仅为6km,游客剧减,两岸用水困难。与此同时,随着生态环境日益破坏,河流冲淤逐年加剧,据桂林水文局40年来的资料表明,上游主河道1975年开始出现大面积淤积,漓江桂林段从1986年开始河床有逐年提高的趋势,汛期最大含沙量逐年增加,雨季洪峰流量上升率为26.59枯水期需从上游水库补水调蓄,从1989年正式补水以来,平均年补水1.24109m3。漓江面临的枯水期加长、最小流量下降和含沙量增大等生态环境问题日益突出35。漓江上游有猫儿山、青狮潭、海洋山三大水源林区,是漓江流域地表水的主要来源。漓江以青山秀水的自然风光闻名于世,1978年被列为国家重点保护的十三条江河之一,可以说,漓江是孕育桂林名城的源泉、是桂林社会经济发展的生命线。漓江流域上游红壤区的水土流失治理与植被恢复、水源林生态功能恢复成为漓江水资源持续利用、旅游资源开发与持续发展的重要内容。近20年来,漓江补水和航道整治等工程治理取得初步成效,与此同时,如何加快漓江流域的生态建设尤其是漓江上游森林植被的建设,亦成为人们关注的焦点和漓江综合治理重点研究方向36。漓江上游的森林植被变化对流域的水文动态有直接的影响,针对漓江面临的生态问题,在加强对天然林保护的基础上,利用漓江流域丰富的植物资源,采取积极有效的生态恢复措施,对现有低效林分进行改造和抚育,改善林分结构,提高林分质量,建立以常绿阔叶林为主的防护林体系,提高森林水文功能及其他生态功能,对保护漓江旅游资源和地方国民经济可持续发展,有着极为重要的意义。1水土流失与植被退化的驱动力分析1.1土地利用动态变化与主要植被构成1.1.1土地利用/覆被变化遥感数据表明,漓江上游土地利用结构变化较大,尤其是近年来的农业经济开发和城镇化进程的推进,建设用地剧增、林地面积减小(表1)。漓江水源林区的原始林区面积大幅减少,森林破碎化趋势明显,原生性森林植被从1981年的1262km2减到1998年的513.8km2,进一步减到2002年的214.88km2相应的水源涵养林面积原生森林植被、针阔叶混交林和灌木林,从1981年的1584.1李先琨等漓江流域红壤侵蚀区植被演替与复合农林试验141km2减少到2002年的1222.95km2,由1981年的24.68降到1998年的8.86和2002年的4.12。土地利用/覆被变化是漓江源生态环境演变的主要因素7。1.1.2主要植被构成漓江上游地处广西东北部,气候温暖湿润,加之地形起伏较大,植物种类十分丰富,植被类型复杂,具有以常绿阔叶林为代表的地带性植被阔叶林,还分布着面积较大的针叶林、竹林、灌丛和草丛等8。针叶林包括天然林和人工林,主要分布在海拔700m以下的低山、丘陵台地的山坡和山脊上,在猫儿山1400~2000m之间的山地也有分布。天然林位于海拔1400m以上的中山地带人工林以马尾松Pinusmassonniana、杉木Cunninghamialanceolata为优势树种,多以纯林的形式分布在海拔较低的低山、丘陵和台地上。阔叶林主要分布在海拔1700m以下的山地上,猫儿山和海洋山的中山地带有较为完整的天然林,而在低山和丘陵则以次生林为主。阔叶林包括常绿阔叶林和常绿落叶阔叶混交林,常绿阔叶林是漓江上游的地带性植被,为物种最丰富和结构最复杂的森林类型,分布在海拔400~1300m之间,以壳斗科、樟科、山茶科、杜英科等高大乔木为优势种常绿落叶阔叶混交林则分布在海拔1300~1700m之间。经济林面积逐年增大,漓江上游是广西重要的竹子产区之一,尤其是毛竹Phyllostachyspubescens林的面积较大约3.47万hm2,主要分布在海拔700m以下,最高可达1000m。毛竹林以人工林为主,常为单层水平郁闭,林相整齐,结构单一,高度一般为1020m。灌木林包括次生灌丛和原生灌丛,次生灌丛是森林植被不断遭受破坏后形成的次生植被,多见于低山和丘陵,以阳生灌木为主原生灌丛是由于环境条件恶劣而形成的天然植被,仅分布在海拔较高的山顶和山脊上。漓江流域的植被类型还包括草丛,在山地较为集中而丘陵较为零星,以多年生的亚热带中生性高草和中草占绝对优势。1.2植被生态功能衰弱,区域水文调节能力下降森林具有多种生态服务功能,其中以保持水土、涵养水源、削洪平枯、净化水质等水文功能为主的生态效益是其最大价值量体现。森林水文功能既决定于森林性质,也与其群落结构紧密相关,还与植被演替具有相似的规律,即森林植被的水文调节功能随着植物群落的复杂而增强。漓江上游猫儿山、青狮潭、海洋山3处源头水源林的破坏是造成流域水量减少、含沙量增大的主要原因。据最近一次森林资源清查资料表明,面积已由1959年的10.4万hm2减少到7.28万hm2、林表1桂林市及漓江上游地区森林资源情况变化Table1TheforestresourceofLijiangRiverwatershedhm2调查年份森林种类桂林市(含12县)灵川县兴安县1979年森林总面积1242186129654.7129754针叶林725988.963879.283317阔叶林221335.939171.918232.9针阔叶林173734.32357.461.8竹林59368.715445.813700.1经济林61758.21037.52016.6灌木林132156.97762.912424.81993年森林总面积1060022.5117706.5104434.7针叶林552410.973007.556836.6阔叶林507611.64469947598.1针阔叶林---竹林64665.217159.317629.8经济林90953.85324.28384.2灌木林2096331580428409.62000年森林总面积1576208135232.3142679.6针叶林677830.563282.261039.2阔叶林578020.448600.953566.5针阔叶林60238--竹林94726.116631.218114.5经济林16539367189959.4灌木林26425513407.629621.2资料来源桂林市森林资源二类调查报告142生态环境第16卷第1期(2007年1月)分郁闭度由1959年的0.8降至0.5,森林蓄积量由1959年451万m3降至303万m3,中幼林、小径林比重大(占74.65)、成熟林和大中径林少(占25.35)。森林生态系统结构失调、功能下降,水源林的固土保水、调节径流的能力降低,河水暴涨暴落加剧,水土流失加重。据桂林水文站观测,在50年代到90年代的40年间,洪峰流量上升率为26.59从80年代开始每年枯水期均须从上游水库补水,年均补水量达1.24109m3、因而缺失自然条件下的最小流量,但可以肯定最小流量以下降到8m3/S以下。在自然状态下,处于成熟的、具有多层结构的森林,通过林冠层、枯落物层和土壤层等层次的调节而具有较高的水文生态功能。由于树种组成以及群落特性的差异,各林型的水文生态功能差别较大表2。从表中看出,林下土壤是森林调节水文功能的中心部位,而土壤通透性又是决定其功能大小的关键9。水源林区受到破坏,使河流含沙量及土壤侵蚀指数发生变化,桂林站上游自1959年以来含沙量和年输沙量均有急剧增加的趋势。桂林站、大溶江站泥沙观测资料从1958年起都有较完整的记载,以桂林站的年输沙量统计数字分析,1960年的年输沙量为4.7万t/a,1970年上升到69.3万t/a,10年间增长了14.7倍1980年年输沙量为72.4万t/a,2003年年输沙量已高达81万t/a,43年间年输沙量增长了17.2倍大溶江站年输沙量的统计数字表明,19581960年输沙量2.78万t/a,19611980年万输沙量增长至38.3万t/a,19812003年输沙量高达41.5万t/a,43年间增长了14.9倍10。1.3植被退化驱动力简析植被退化最主要的驱动因素是经济开发,农业集约化程度提高,漓江水源林区和宜林山地过度开发,漓江上游部分集水区内建立高山反季节蔬菜产业带、进行大规模集约开发,原生性的草坡植被遭到破坏,木材加工厂大量收购杂木,导致水源林生态系统功能严重受损,加剧了地表径流的波动和含沙量增加11。漓江上游三大森林保护区,森林覆盖率虽达56,但经多年砍伐,林种变异、结构欠合理,阔叶林减少,中幼龄人工林、经济林杉木林、毛竹林、果林比重迅速增加,天然植被的复层结构遭到破坏,群落的生态功能受损,涵养水源的功能降低。根据上游水文站枯水期径流过程线衰减方程估算,猫儿山林区储水能力比下降20以上。2植被恢复的演替过程2.1植被恢复的主要阶段漓江流域红壤区的地带性植被为常绿阔叶林,其植被演替一般经过草丛、灌丛、针叶林、针阔混交林、常绿落叶阔叶混交林和常绿阔叶林等几个阶段。2.1.1草丛草丛是森林遭受砍伐后连年不断烧山情况下形成的。草丛盖度较大,达80%以上,以草本植物占据绝对优势,灌木分布很少,其盖度在10%以下。草丛主要包括禾草草丛和蕨类草丛,前者以禾本草类占优势,后者主要由蕨类植物组成。2.1.2灌丛灌丛包括原生灌丛和次生灌丛,其中次生灌丛是森林破坏后没有烧山的情况下或灌木不断侵入草丛中发展起来的,是植被恢复演替过程中的一个重要阶段。灌丛高度一般为1.0~1.5m,盖度在80%以上。植物种类以灌木为主,其覆盖度往往占到整个群落的80%以上,主要建群种有波缘冬青Ilexcrenata、羊角杜鹃Rhododendroncavaleriei、圆锥绣球Hydrangeapaniculata、盐肤木Rhuschinensis和映山红Rhododendronsimsii等。草本植物盖度在20%以下,常见种类有五节芒Miscanthusfloridulus、十字苔草Carexcruciata、沿阶草Ophiopogonjaponicus等。此外,灌丛还混生一些乔木幼树,如银荷木Schimaargentea、光皮桦Betulaluminifera、青蛤蟆Acerdavidii、枫香Liquidambartaiwaniana等。2.1.3针叶林针叶林是由于长期以来人为砍伐常绿阔叶林后形成的次生林,主要类型有马尾松林和杉木林。马尾松林郁闭度较低,立木组成较为单纯,林木层仅一层,多为马尾松、间或混生少量的阔叶树种。林下灌木层植物生长茂密,覆盖度70%~80%,种类组成亦比较复杂,常见的灌木种类有华山矾Symplocosgroffii、乌饭树Vacciniumbracteatum、羊角杜鹃Rhododendroncavaleriei、小叶石楠Photiniaparvifolia、柃木Euryasp.和白栎Quercusfabric等,草本植物有铁芒萁Gleichenialineris、纤毛鸭嘴草Isachneciliare、白茅Imperatacylindricalvar.major和野古草Arundinellahirta等。表2主要森林生态系统的水文生态功能数量特征Table2Thehydrologicalcharacteristicsofsubtropicalmainforesttypes林型林冠截留率/枯落物最大需水率/土壤非毛管孔隙贮水量/mm常绿阔叶林202.0431.9471.9毛竹林252.5314.4367.9针叶林250.3308.4360.0李先琨等漓江流域红壤侵蚀区植被演替与复合农林试验1432.1.4针阔混交林针阔混交林是针叶林向阔叶林演替过程中的一个重要过渡阶段,其基本特征是针叶树种和阔叶树种共同占据群落的主林层,物种组成和群落结构比针叶林更为复杂。针阔混交林的建群种常因海拔高度的变化而有所差别,海拔较高的针阔混交林的针叶树种主要有Tsugachinensisvar.tchekiangensis、长苞铁杉Tsugalongibracteata、广东松Pinuskwangtungensis和南方红豆杉Taxusmairei等,阔叶树种主要有红岩杜鹃Rhododendronhaofu、银荷木、黔椆Cyclobalanopsisstewardiana、光叶柯Lithocarpushancei、虎皮楠Daphniphyllumglaucescens和广西木莲Manglietiatenuipes等,海拔较低的针阔混交林内针叶树种主要有马尾松和杉木,阔叶树种主要有枫香、檫树Pseudosassafrastzumu、罗浮栲Castanopsisfabric和枫荷桂Dendropanaxchevalieri等。针阔混交林的林下灌木层物种亦十分复杂,除乔木幼树外,灌木种类主要有乌饭树、映山红、檵木Loropetalumchinense、柃木Euryasp.和箭竹Sinarundinarianitida等,草本植物有十字苔草、沿阶草等。2.1.5常绿落叶阔叶混交林常绿落叶阔叶混交林的基本特点是主林层中落叶树种占有一定的比例,和常绿成分形成明显的混交状态,因而有较为明显的季相变化。常绿落叶阔叶混交林的郁闭度较大,物种组成比较复杂,落叶阔叶树种主要占据乔木层的上层位置,常见的种类有南桦Betulaaustrosinensis、水青冈Faguslongipetiolata、裂叶白辛树Pterostyraxleveillei、钟萼木Bretschneiderasinensis、枫香Liquidanbarfornosana和槭树Acersp.等,常绿阔叶树种则主要占据乔木层的中下层,常见的种类有铁锥栲Castanopsislamontii、虎皮楠Daphniphyllumglaucescens、青冈Cyclobalanopsisglauca、交让木Daphniphyllummacropodum、包果石栎Lithocarpuscleistocarpa、多脉青冈Cyclobalanopsismultinervis和广西木莲等。灌木层的种类主要有箬竹Indocalamuslongiauritus、尾叶山茶Camelliacaudate、摆竹Indosasashibataeoides、尖叶柃Euryaacuminatissima、山矾Symplocossumuntia和榕叶冬青Ilexficoidea等,草本植物主要有十字苔草、短叶赤车Pellioniabrevifolia和狗脊Woodwardiajaponica等。2.1.6常绿阔叶林常绿阔叶林是漓江流域自然植被演替的顶极阶段,为该地区物种组成最复杂、林分结构最完整的一种森林植被。常绿阔叶林的乔木层常常包含2~3个亚林层,第一亚林层高度为20m左右,第二亚林层高度为8~15m,第三亚林层高度为4~7m。建群种主要有罗浮栲、栲树Castanopsisfargesii、钩栗Castanopsistibetana、银荷木和华东润楠Machilusleptopylla等,其他树种主要有木荷Schimasuperba、杜英Elaeocarpusdecipiens、大叶栎Castanopsisfissa、香叶树Linderacommunis、虎皮楠和罗浮柿Diospyrosmorrisiana等。林下灌木层的高度在2m以下,盖度较低,其中乔木幼树占大多数,灌木种类主要有杜茎山Maesajaponica、粗叶木Lasianthuschinensis、十大功劳Mahoniafordii、华山矾和尾叶山茶等,草本种类主要有楼梯草Elatostemasp.、麦冬Liriopespicata、淡竹叶、狗脊、光里白Hicriopterislaevissimum和十字苔草等。2.2植被恢复不同阶段的群落特征常绿阔叶林是漓江流域地带性植被,主要分布在海拔1300m以下的地区,漓江流域水源林中天然阔叶林减少主要就是常绿阔叶林面积减少。常绿阔叶林逆向演替变成草丛后,如不再受到干扰,会经草丛→灌丛→针叶林(包括针阔叶混交林)或落叶阔叶林(包括常绿落叶阔叶混交林)等阶段,再恢复成常绿阔叶林。马尾松林是中亚热带自然植被演替过程中常见的一个主要类型,同时也是漓江流域面积最大的森林植被类型之一,分布范围较广,整个流域现存有处于从马尾松林到常绿阔叶林等不同演替阶段的群落类型。按照空间代替时间的原理,可以从马尾松系列群落的结构特点研究该地区植被恢复不同阶段的群落的变化特征(表3、4)。表4各演替阶段多样性变化Table4Thechangeofdiversityofdifferentsuccessionstage群落多样性指数草丛灌丛针叶林针阔混交林常绿阔叶林物种数184112096154Simpson指数0.830.920.940.940.96ShannonWiener指数2.062.953.563.513.94均匀度指数Hs-w0.710.790.740.770.79均匀度指数Hs0.880.940.950.950.97表3各演替阶段各层物种丰富度的比较Table3Thecompareofspeciesrichnessofdifferentsuccessionstage演替类型草本层物种数灌木层物种数乔木层物种数总物种数草丛18--18灌丛2714-41针叶林217527120针阔混交林25472696常绿阔叶林179047154144生态环境第16卷第1期(2007年1月)2.3植被恢复试验与模式比较2.3.1试验地自然条件概况采伐迹地是漓江流域水土流失主要发生地,因而选择采伐迹地作为植被恢复试验区,试验地位于广西桂林兴安县严关镇清水村,地处110°34′E,25°39′N,属低山丘陵地形,海拔360~460m,坡度15°~40°,土壤为砂岩发育的红壤,土层厚度>60cm,石砾含量较多。依据典型性和代表性的原则12,小气候观测以及土壤肥力测定除了在植被恢复试验地进行外,还在广西灵川县境内选择了处于不同演替阶段的四个植物群落作为观测区。该观测区地处110°25′E、25°32′N,海拔200m~400m,土壤为红壤,观测对象包括草丛、灌丛、针阔混交林和常绿阔叶林等4个在漓江流域分布面积广且有代表性的群落,同时也代表该地区植被自然演替过程中重要的演替阶段。2.3.2试验设计与监测方法植被恢复试验结合漓江流域自然植被和农林业生产的特点,将整个小流域划分为四个试验小区,各小区依据小地形进行合理的布置,同时根据试验要求采取了不同的植被恢复配置模式。各小区主要栽种植物及配置方式如下果树林区Ⅰ分别种植枇杷Eriobotryajaponica和杨梅Myricarubra,株行距3m4m。定植前先进行带状平地,带宽2.5m,带间距1.5m,然后在定植点穴状整地。经济林区Ⅱ主要栽种杜仲Eucommiaulmoides、凹叶厚朴Magnoliaofficinalis、黄柏Phellodendronchinensevar.glabriusculum和南方红豆杉Taxusmairei等木本药材树种,各树种之间采用株间和带状混交方式,其中南方红豆杉与其他三个树种是采用株间混交,而杜仲、凹叶厚朴和黄柏三者之间则采用带状混交,每带3行,即杜仲、凹叶厚朴、黄柏和南方红豆杉的定植之比1113。常绿阔叶林区Ⅲ(阔叶林区)主要栽种观光木(Tsoongiodendronodorum)、木荷、杜英、饭甑锥、石笔木(Tutcheriachampioni)和大头茶(Polysporaaxillaris)等树种,各树种之间采用行间混交。杉木毛竹区Ⅳ(杉竹区)杉木和毛竹均为是3年生幼树,其中杉木是由萌生芽发育而成,毛竹为实生苗,两者之间采用行间混交,株行距3m3m。杉木毛竹区采用传统抚育管理措施,并以此与上述三个试验小区进行对照。除杉木毛竹区外,果树林区、经济林区和常绿阔叶林区还根据植被恢复的基本原理,在各主要种植树种的定植行(带)之间,既保留现存的天然植被,同时还在植被稀疏、植株低矮的地段,播种柱花草Stylosanthesguiannaensisi、百喜草Paspalumnotatum、猪屎豆Crotalariamucronata、银合欢Leucaenaglauca和木豆Cajanusflavus等灌木和草本植物。在四个试验区分别设置径流观测小区,利用拦水坝拦截径流雨水,通过导流沟将雨水引入分水池,分水池蓄满后则进入下一级集水池。每次降雨过后测量各个水池中水位,据分水池和贮水池雨量计算出径流量、径流深以及径流系数。每年分若干次清理池内的泥沙晾干称重,依据径流控制面积计算土壤侵蚀模数。Ⅰ到IV四个径流观测小区的集雨面积(水平投影面积)依次为1068.36m2、809.24m2、1921.66m2、871.84m2。当日降雨量取自兴安表5植被恢复试验主要树种净生长量Table5TheGrowthrateofthetreesofdifferentassemblagesintheinitial3yearsestablishmentcm试验区号树种1a2a3a地径株高地径株高地径株高平均值最大值平均值最大值平均值最大值平均值最大值平均值最大值平均值最大值Ⅰ枇杷0.731.1741.273.01.701.9259.882.01.231.7740.452.0杨梅0.651.2134.370.01.682.6183.3125.02.122.9467.0108.0Ⅱ杜仲0.250.6031.883.00.370.7240.140.60.320.7231.145.0南方红豆杉0.230.578.222.00.350.6625.950.00471.5345.4107.0厚朴0.991.4535.769.01.041.3377.495.00.981.3775.595.0黄柏0.661.4533.169.00.891.2057.979.00.861.5749.078.0Ⅲ大头茶0.380.6529.843.00.861.2764.3108.00.821.1842.361.0饭甑锥0.150.2913.231.00.571.1755.7110.00.510.8148.988.0杜英0.831.2344.695.02.413.9794.4150.01.051.8240.690.0观光木0.481.4821.083.00.651.7329.753.00.250.5726.470.0荷木0.210.3615.037.01.172.0287.3139.01.222.9154.778.0石笔木----0.260.4851.487.00.661.2653.174.0Ⅳ杉木0.901.1385.0105.01.041.1870.0102.01.061.1775.0100.0注杉木为胸径测值李先琨等漓江流域红壤侵蚀区植被演替与复合农林试验145县气象局观测资料(观测站距离试验地约10km)。2.3.3试验区植被恢复大多数树种的地径和株高均保持较快的生长速度表5,3年试验区乔木层的盖度分别达到14.9(果树区)、7.1%(经济林区)、7.5%(常绿阔叶林区)和42.5%(杉竹区)。试验区枇杷第3年底时地径、株高和冠幅的最大值分别已达5.06cm、195cm和181cm196cm,并有少量植株挂果,到第4年挂果树占种植总数的45%,最大果重达71.3g,平均株产1.93kg,体现出其早产优质的特性与其他阔叶树种相比,杜英恢复期短,生长迅速,是阔叶林区生长最快的树种,其地径的年平均生长量分别为0.83cm、2.41cm和1.05cm,最大值分别达到1.23cm、3.97cm和1.82cm株高的年平均生长量分别为44.6cm、94.4cm和40.6cm,最大值分别达到95.0cm、150.0cm和90.0cm,至第3年底,其地径、株高和冠幅的最大值分别已达6.53cm、307.0cm和212cm162cm,各植株之间已基本郁闭。由于杉木为两年生萌芽林,试验初期即进入快速生长期,其地径和株高均保持较快的生长速度且波动范围较小,其中地径年平均生长量分别为0.90cm、1.04cm和1.06cm,株高年生长量分别为85.0cm、70.0cm和100.0cm。2.3.4试验区土壤改良红壤区采伐迹地表层土壤侵蚀严重,生态系统趋向恶化,以不同模式在杉木砍伐迹地进行植被恢复,3年间土壤肥力质量性状的演变表现出不同的特点以自然恢复为主的毛竹杉木区Ⅳ,由于地被物破坏严重,且未进行地表植草,侵蚀度大,反映在土壤肥力上为表层土壤有机质、全氮含量、土壤CEC降低,表明其地力的下降。以种植阔叶树为主的阔叶树区Ⅲ,以种植药材为主的药材区Ⅱ和以种植果树为主的果树区Ⅰ,在进行地表植草及上层植被的恢复情况下,表层土壤有机质、全氮含量、土壤CEC均呈增高趋势,三者呈正相关关系。四个植被恢复模式表层土壤含钾量都呈下降趋势,这是由于土壤钾素主要由土壤矿物风化及凋落物分解产生。植被恢复初期,植物需钾量大,从土壤中吸收较多钾素,在得不到相应补充的情况下,钾素含量降低。同时,南方红壤区土壤含钾量普遍较低,在植被恢复过程中,适当施用钾肥提高土壤中有效钾含量,满足植物生长的需钾,以促进植物生长,加快恢复过程。研究区土壤的含磷量较低,是植被恢复中严重的限制因子之一,适当施用磷肥应是促进植被恢复较好的途径。试验结果表明,在采伐迹地红壤侵蚀区进行人表6不同恢复模式试验区土壤肥力对比Table6Comparisonofsoilfertilityunderdifferentrestorationmodel年份试验区土层/cmpH有机质/gkg1全氮/gkg1全磷/gkg1有效氮/mgkg1速效钾/mgkg1阳离子代换量/cmolkg1盐基饱和度/1aⅠ0204.6744.41.130.2821248012.719.9720404.7011.90.630.23050237.119.68Ⅱ0204.5845.31.430.3021436112.715.5720404.6210.60.770.25846168.114.83Ⅲ0204.7336.21.340.246119628.418.0820404.7114.30.820.24364336.520.65Ⅳ0204.6146.31.600.3571534812.612.0220404.6319.41.110.34976309.313.982aⅠ0204.6547.01.060.24090409.315.6620404.6824.30.880.27165309.018.74Ⅱ0204.6441.21.540.2261327014.08.7320404.6018.00.670.19063369.519.38Ⅲ0204.7145.21.670.3401405513.419.4920404.7530.21.030.3181024311.022.67Ⅳ0204.6742.91.820.3491558414.218.6420404.6930.21.260.3041073211.321.683aⅠ0204.7449.91.460.3061225113.716.5420404.7535.31.220.325902911.917.00Ⅱ0204.6237.91.610.2931334713.015.8520404.5518.30.820.273552110.916.17Ⅲ0204.7648.51.580.3211414213.615.5020404.6332.81.190.294993110.615.21Ⅳ0204.5644.42.130.2891323115.313.9920404.5931.71.310.3131112610.714.03146生态环境第16卷第1期(2007年1月)0cm26.027.028.029.030.031.032.033.034.035.036.09001200140017005cm25.026.027.028.029.030.0900120014001700℃工植被恢复,采用复合农林经营模式比传统恢复的杉竹模式能够更有效增加土壤中有机质、氮素、CEC等肥力因子的含量。2.3.5不同恢复阶段小气候因子动态不同植被恢复阶段群落土壤温度的变化如图1。不同恢复阶段植被群落土壤的表层温度存在一定的时间波动性,波动幅度一般在3℃左右,灌丛群落的波动幅度较大,可达8℃左右,最高温度一般出现在1400~1500土壤内部温度(5cm深)的时间变幅均比较小,在1℃左右,常绿阔叶林类型群落的变幅最小,在0.5℃以下。不同植被恢复阶段群落地表温度均大于土壤的内部温度,从900至1500,两者的差值逐渐增大,一般在1500左右的差值最大,可达5℃左右,灌丛群落的可达到8℃左右。在相同时间和相同深度,不同植被恢复阶段群落土壤温度总体的变化趋势为灌丛群落>草丛群落>针阔混交林类型群落、常绿阔叶林类型群落,针阔混交林类型群落和常绿阔叶林类型群落的土壤温度相差不大。气地温差值可以说明土壤表面空气这一界面的热交换情况。对50cm高度的气温与土壤表面温度之间的气地温差进行初步分析表明,草丛和灌丛群落的气地温差很大,最大可达到3℃,气地温的时间变幅也很大,说明草丛和灌丛群落土壤表面空气这一界面存在比较明显的热交换针阔混交林类型群落、常绿阔叶林类型群落的气地温差很小,有的时段为零值,而且气地温差随时间的变化幅度不大表7。2.3.6不同植被恢复模式的水土流失动态经过3年的植被恢复,试验区植被盖度大幅度提高,形成了乔灌草结合的生态农林立体模式,雨水地表径流逐渐减少,土壤侵蚀模数也大大的减少,水土流失得到了一定程度的控制,生态环境得到了一定的改善。表8(下页)是从试验观测数据中抽取的典型雨日,用以说明植被恢复过程中水土流失逐步得到控制,生态环境逐步恢复的过程。由于各区植被恢复模式采用了比较合理的植物配置方式,各试验小区的土壤侵蚀模数发生了较为明显的变化,特别是阔叶林区和果树区土壤侵蚀模数迅速下降,植被迅速恢复。试验区植被水土保持作用逐渐趋于稳定,各个小区的水土流失量逐步减少,生态环境得到改善。随着植被的进一步恢复,四个小区的水土保持生态效益会继续增强,表现出更强大的生态效益。各个小区存在一定的差异恢复初期径流系数大小表现为Ⅳ<Ⅲ<Ⅱ<Ⅰ杉木毛竹区自然植被扰动较少、径流较小,而随着植被的恢复却表现为Ⅲ<Ⅱ<Ⅳ<Ⅰ,相对人工配置的常绿阔叶林区和药材经济林区的水土保持能力较强些。此外,相同降雨量影响径流的因素还与降雨强度、连续几日降雨情况、土壤性状等有关,各试验小区之间的径流系数和土壤侵蚀模数差别较大,除植物配置存在差别外,地形因素、管理措施亦起到了一定的影响作用,乔灌草、林药果草复合农林立体模式在较短的时间内取得了良好的生态效益、经济效益,为漓江时间OClock图1不同植被类型群落土壤温度的差异(■草丛▲灌丛□针阔混交林*常绿阔叶林)Fig.1Differencesofsoiltemperaturebetweenthefourcommunities表7不同植被类型的气地温差Table7Thedifferencesinairsoiltemperatureofthefourcommunities时间气地温差/℃草丛灌丛针阔混交林常绿阔叶林9003.00.40.10.011002.91.30.20.412002.81.50.20.313001.92.30.30.214001.70.90.30.215001.11.10.10.117001.61.10.00.1李先琨等漓江流域红壤侵蚀区植被演替与复合农林试验147流域红壤区植被恢复与复合农林模式建立进行了有益的探索。3结论与讨论漓江流域生态环境问题的主要根源之一是森林群落结构的简单化而引起生态调节功能下降,因而恢复和提高漓江流域森林生态调节功能是解决这一问题的根本措施。漓江流域的植被类型多样,各植被类型具有不同的森林水文特征和功能特点,以常绿阔叶林水文生态功能最佳,而灌草丛水文生态功能较低甚至完全丧失。因此,在加强对天然林保护的基础上,采取积极有效的植被恢复措施,建立以常绿阔叶林为主的防护林体系,提高森林水文功能及其他生态功能13,利用漓江流域丰富的植物资源进行植被恢复,对维护漓江流域的生态平衡具有非常重要的意义。漓江流域地处中亚热带,其主要植被类型包括草丛、灌丛、针叶林、针阔混交林、常绿落叶阔叶混交林和常绿阔叶林等,各个植被类型的物种组成和群落结构存在较大差异。草丛和灌丛是该地区植被自然演替的初级阶段,植物种类较少,群落结构简单针叶林和针阔混交林则是中期阶段,植物种类较多,群落结构比较复杂常绿落叶阔叶混交林和常绿阔叶林是该地区植被自然演替顶极阶段的两种植被类型,植物种类最为丰富,群落结构也最为复杂。漓江上游区域低丘缓坡的利用方式以复合农林经营模式为主要方向,以选用优良适生的乡土植物为主、适当引进外地植物,因地制宜,科学配置,生态效益和经济效益并重,既要有利于地方经济发展,又要有利于恢复和提高整个流域森林植被的生态调节功能和生物多样性。根据漓江流域的自然条件和生产技术现状分析,适宜于该地区的复合农林经营模式主要包括林药草复合经营模式、果农草复合经营模式、杉竹/竹草复合经营模式和低残林改造模式等。漓江流域的植被恢复,在加强保护和改造现有森林植被的基础上,充分挖掘和利用本地丰富植物资源,同时引进优良植物种类,统筹规划,合理布置,科学管理,建立有利于促进本地区国民经济可持续发展的农林复合经营系统,才能达到漓江流域环境综合治理的根本目的。致谢广西植物研究所苏宗明研究员对本研究给予无私的指导,王晓英、叶文培、覃家科、区智等参加部分调查和实验工作,桂林市林业局梁晓峰高级工程师、兴安县林业局梁才武、曾庆斌、李玉洪等同志对试验监测给予大力支持,作者在此谨致谢忱参考文献1陈余道,蒋亚萍,朱银红.漓江流域典型岩溶生态系统的自然特征差异J.自然资源学报,2003,183326332.CHENYudao,JIANGYaping,ZHUYinhong.DifferencesofNaturalCharacteristicsBetweenTwoTypicalKarstEcosysteminLijiangRiverBasinJ.JournalofNaturalResources,2003,183326332.2罗锦珠.漓江枯季缺水成因分析及补水刍议J.人民珠江,2000514.LUOJinzhu.AnalysisthewatershortageintheLijiangriverduringdryseasonsandsuggestionsforthesupplementofwaterJ.Pearl表8植被恢复试验水土流失Table8Soilandwaterlossfromtheplotofvegetationrestoration试验年份区号观测日期日降雨量/mm径流总量/m3径流深/mm径流系数/观测日期日降雨量/mm径流总量/m3径流深/mm径流系数/全年土壤侵蚀量/kga1侵蚀模数/tkm2a11aⅠ0716106.667.6763.3459.42081354.40.720.671.23311.0291.1Ⅱ69.4785.8480.530.330.410.75252.4311.8Ⅲ85.6444.5641.810.850.440.82565.7294.4Ⅳ50.9658.4554.830.420.480.8864.173.52aⅠ0618165.6146.48137.1182.80072038.72.502.346.03178.6167.2Ⅱ125.82155.4793.891.712.115.4632.440.0Ⅲ159.0482.7649.983.271.704.40543.9283.0Ⅳ98.33112.7968.111.151.323.4115.517.83aⅠ041944.53.253.046.83062131.32.352.207.0121.720.3Ⅱ2.953.648.192.092.598.2615.218.8Ⅲ3.771.964.402.671.394.4367.535.1Ⅳ2.532.906.511.611.855.907.08.0Ⅰ0515167.5146.48137.1181.86Ⅱ123.19152.2490.89Ⅲ159.0482.7649.41Ⅳ82.5494.6756.52148生态环境第16卷第1期(2007年1月)River,2000514.3刘金荣,马登盛,施杰.漓江洪涝灾害及枯季缺水问题的治理意见J.中国岩溶,1999,182159168.LIUJinrong,MADengsheng,SHIJie.AViewofharnessingflooddisastersandwaterdeficiencyindryseasonsalongLiriverJ.CarsologicaSinica,1999,182159168.4郑深江.桂林漓江环境保护综合治理开发研究J.热带地理,1994.144345350.ZHENShenjiang.AresearchoncomprehensivedevelopmentandenvironmentprotectionoftheLIjiangriver,GuilinJ.TropicalGeography,1994,144345350.5缪钟灵.漓江流域主要环境问题J.中国岩溶,1997,162161166.MIAOZhonglin.ThemainenvironmentalproblemsofLijiangriverJ.CarsologicaSinica,1997,162161166.6范进顺.浅议桂林漓江流域的生态环境建设J.中南林业调查规划,2003,2215253.FANGJinshun.PrimaryanalysistheecoenvironmentaltargetofLijiangriver.CenterSouthForestInventoryandPlanningJ.2003,2215253.7邱桔,李际平,杨永德.漓江上游水源林生态恢复研究J.学术论坛,200512123127.QIUJi,LIJiping,YANGYongde.StudiesontheheadwatersforestrehabilitationofLijiangriverJ.AcademicForum,200512123127.8广西森林编委会.广西森林M.北京中国林业出版社,2001.CompilatoryCommitteeofGuangxiForest.ForestofGuangxiM.BeijingChinaForestryPublishingHouse,,2001.9蒋有绪.中国森林生态系统结构与功能规律研究M.北京中国林业出版社,1996.JIANGYouxu.StudyonTheStructureandFunctionRuleofForestryEcosystemofChinaM.BeijingChinaForestryPublishingHouse,1996.10桂林市统计局.桂林经济社会统计年鉴M.北京中国统计出版社,2003.StatisticBureauofGuilin.AnnalsofEconomicSocialDevolpmentforGuilinM.ChinaStatisticPublishingHouse,2003.11桂林市地方志编撰委员会.桂林年鉴2005M.北京方志出版社,2005.MunicipalRecordsCompilatoryCommitteeofGuilin.AnnalsRecordsofGuilinM.BeijingFangzhiPublishingHouse,2005.12常杰,潘晓东,葛滢等.青冈常绿阔叶林内的小气候特征J.生态学报,1999,916875.CHANGJie,PANXiaodong,GEYing,etal.FeaturesofTheMicroClimateinTheEvergreenBroadLeavedForestDominatedbyQuercusglaucaJ.ActaEcologicaSinica,1999,916875.13陈军锋,李秀彬.森林植被变化对流域水文影响的争论J.自然资源学报,2001,165474480.CHENJunfeng,LIXiubin.TheimpactofforestchangeonwaterhydrologyJ.JournalofNaturalResources.2001,165474480.TheAgroforestrymodelexperimentofdegradedterrainandvegetationsuccessioninredsoilofupperreachesofLijiangRiverwatershed,GuilinLIXiankun1,LVShihong1,HUANGYuqing1,XIEXu2,XIANGWusheng1,LUShuhua11.GuangxiInstituteofBotany,GuangxizhuangAutonomousRegionandChineseAcademyofSciences,Guilin541006,China2.GuilinForestryBureau,Guilin541001,ChinaAbstractTheseriousaspectsoftheLijiangRiversdryseasonandtheregularfloodinghasbeenharassedamongthegovernment,tourcompanies,scholarsandexpertsinthepastdecades.Intheplanningofecosystemrehabilitationitsnecessarytovegetationrehabilitation.ThevegetationinupperreachesofLijiangRivercouldbedividedintofiveelementarytypes,suchasconiferousforest,broadleafforest,maobambooforest,shrubwoodandherbareincluded.Thehydrologicalcharacteristicsandfunctionsofdifferentvegetationtypesarevariable,anditdiffersmainlyinreallocationofprecipitation,equilibriumofwaterandhydrologicalcompositiveadjustingability.Theforestadjustingfunctiononriversrunoffaltersastheforesthydrologicalfunctionchanged.Thisstudyistodevelopademonstrationareatorestorevegetationwhichistointroduce4assemblageswithcomplexofspecificecologicaleconomicfunctionsandmanagementmethodsaimingtoincreasewaterandsoilconservation.Intermsofspeciesassemblage,theresultshownthatintheinitial3years,localbroadleafevergreenspeciesassemblageiswelladoptiontothedegradedareaandbestconservesoilandwater.WhileFruitTreemeasurementgainabestpotentialeconomicoutcome,butsmallecologicalefficiency.MedicineTreeassemblagemeasurementhasshownagoodecologicalbenefit,particularlyinreducingsurfacerunoffduringrainingseasonandatthesametimewithpotentialeconomicoutcomeduetomarketaspect.TheresultsofthisstudysupporttheuseassemblagespeciesbymeansofagriculturepurposeusingintherehabilitationofdegradedlandsinsouthernChina.Anditsupportanintegratemanagementthatcanalleviatethewatersurfacerunoffandsoilerosiontoputdownpeakflowandtoincreasebaseflow,thatmaymoreorlesstosolvethewaterprobleminLijiangRiver.KeywordsvegetationsuccessiondegradedterrainecologicalrehabilitationagroforestrymodelLijiangriverwatershed

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