严重红壤侵蚀退化地不同治理模式生境调控机理

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水力侵蚀是引起土壤退化的最普遍形式,是退化地生态恢复领域的前沿科学问题,研究我国南方红壤区水力侵蚀引起的土壤退化生境调控机理对于认识国内外退化生态系统向自然生态系统恢复具有重要的意义。本文运用地理学、水土保持学、土壤学、林学、生态学等多学科交叉理论知识,贯穿系统论和地理学整体性的观点,选取红壤典型水土流失区长汀县河田镇的乔灌草混交模式、封禁治理模式、全坡面播草模式、条沟草灌模式、低效林改造模式和严重退化地以及风水林为对照作为研究对象,采用野外调查、野外人工降雨以及室内试验相结合的方法,开展系统的植被群落结构、土壤理化性质、土壤微生物群落结构和生物量、植物根系、产流产沙等方面的研究,揭示红壤区严重侵蚀退化地生境调控机理和不同治理模式的适宜性,以及确定最佳恢复模式为目标,旨为南方红壤区林下水土流失引起的退化地的生态恢复治理提供科学依据和实践指导。主要研究结果如下:(1)不同治理模式、严重侵蚀退化地和风水林的植物丰富度指数、多样性指数、均匀度指数、优势度指数差异显著,五种治理模式中乔灌草治理模式的植物多样性指数、均匀度指数最大、优势度指数最小,改善土壤各项物理指标最好,乔灌草治理模式的土壤物理指标仅次于风水林,严重退化地的各项指标最差。(2)不同治理模式增加了0~60 cm土层pH值,提高了各土层碳素、氮素、磷素、钾素含量和固存,总体表现为随着土层深度的增加,土壤pH值和土壤养分含量、固存升高,五种治理模式中,乔灌草治理模式不同土层的pH值和土壤养分含量、固存最大,但是没有达到风水林的水平,严重退化地各项指标最小;线性回归分析表明,土壤颗粒组成中粘粒含量决定土壤养分含量。(3)不同治理模式均提高了0~60 cm土层根系总长度、根系表面积、根系体积、根系质量、根系平均直径,风水林的根系指标均达到最大值,严重退化地根系指标最小值,乔灌草治理模式根系指标仅次于风水林;不同治理模式根系指标和土壤养分、土壤渗透性、阴性细菌、真菌、从枝菌根真菌和放线菌和微生物碳氮呈正相关,和阳性细菌土壤硬度、土壤容重、砂粒和粉粒的含量呈负相关。(4)不同治理模式提高了0~5 cm土层革兰式阴性细菌、真菌、放线菌、丛植菌根真菌、微生物碳氮含量,降低革兰式阳性细菌含量,严重退化地土壤微生物碳氮含量最低,乔灌草治理模式的微生物含量趋近于风水林;冗余分析表明,影响土壤微生物的主要环境因子是土壤有机碳、全氮、速效钾、土壤硬度、土壤含水量、砂粒含量。(5)不同治理模式、严重退化地和风水林产流产沙总体特征是严重退化地产流产沙量最大,风水林最少,乔灌草模式降低产流产沙能力接近于风水林。通径分析表明,影响产流产沙主要因子是土壤有机碳、根系总长度、平均渗透率、土壤硬度、土壤微生物碳、丛植菌根真菌、阳性细菌;且土壤微生物碳、从枝菌根真菌、平均渗透率、阳性细菌、土壤硬度的临界值,分别是80 mg/kg、3.5 Mol%、100 mmmin-1、45 Mol%、5 kg/m~2。(6)本研究认为不同治理模式一是通过降低土壤表层富含养分的粘粒流失提高表层土壤养分含量和固存,提高土壤质量和肥力,调控红壤退化地生境养分循环;二是通过植被多样性、根系、土壤有机碳、丛植菌根真菌和粘粒含量共同作用,促进土壤团聚体稳定和增强土壤渗透性,削弱产流产沙,增强土壤储水能力和降低土壤粘粒的流失,恢复土壤水土保持功能,提高土壤自身调控能力,有效促进红壤侵蚀退化地生境向良性演替。同时,不同治理模式中乔灌草治理模式调控严重红壤侵蚀退化地最具适宜性。
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