黄土高原苹果园生态系统服务评价研究

来源 :西北农林科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:songking99
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黄土高原是世界上最大的优质苹果主产区,种植面积和总产量居世界第一,苹果作为一种兼具良好生态服务功能和经济效益的特色经济林在黄土高原得到了迅猛发展,因此黄土高原苹果园具有巨大的生态系统服务效益。但是农业生产和调节服务经常处于矛盾之中,苹果园在确保最大生产力的同时应适当考虑环境和自然资源,如何权衡其生态系统服务是苹果园可持续发展面临的重要问题之一。针对以上问题,本研究以黄土高原不同管理措施的苹果园为研究对象,采用野外试验和数值模拟相结合的方法,研究农业管理措施和气候对苹果园生态系统服务的影响,同时基于不同管理模式的情景模拟对苹果园多生态系统服务之间的关系进行量化、分析及优化,并在此基础上对黄土高原地区土壤氮可利用性、气候调节、水循环调节和果实生产四种苹果园关键生态系统服务指标和生态系统服务效益进行系统的评估。得出以下主要结论:(1)STICS模型能够较好的模拟苹果园生态系统服务指标和量化苹果园生态系统服务概况。农业管理措施对果园生态系统服务概况影响较显著,是苹果园生态系统服务重要的驱动因子。其中,地布覆盖和中度亏缺灌溉的果园生态系统服务概况较相似且最平衡,是较理想的果园;综合果园有较平衡的服务概况,且与灌溉果园相似,雨养果园服务能力比灌溉果园弱,但与清耕果园服务概况较为相似。(2)明确了不同管理措施下的苹果园生态系统服务协同和权衡关系特征。综合果园中,土壤含水量、产量、单果重、ET和N2O之间是协同关系,土壤硝态氮与ET、单果重、土壤含水量、储水量和N2O之间是权衡关系,总固碳量与ET、N2O和土壤含水量是权衡关系;灌溉果园中,土壤含水量、ET和N2O之间是协同关系,产量、单果重、土壤硝态氮和总固碳量分别与ET、N2O和土壤含水量是权衡关系;雨养果园大部分是协同关系,土壤硝态氮与土壤含水量之间是权衡关系。(3)阐明了不同管理措施下的苹果园生态系统服务关键驱动因子和影响因素。土壤固碳、树体固碳和水分充足指数是综合果园生态系统服务关键的驱动因子;土壤固碳、树体固碳和NNI是灌溉果园生态系统服务关键的驱动因子;单株果实数、土壤固碳、树体固碳、NNI和果实碳数量是雨养果园生态系统服务关键的驱动因子。其中,Min 800(矿肥800kg N/year)、Com(充分灌溉)以及Dm(地布覆盖)是促进苹果园生态系统功能的最佳管理措施。(4)量化了不同管理措施对苹果园生态系统服务协同和权衡关系的影响程度。农业管理措施能够减轻果实生产与调节服务之间的矛盾,而地布覆盖和中度水分亏缺灌溉最佳地缓和了权衡作用。灌溉提高了2.5%的协同和71.7%的权衡;覆盖降低了3.5%的协同和1.7%的权衡;施肥降低了16.2%的协同,提高了55.9%的权衡。(5)农业管理措施对苹果园关键生态系统服务效益的提升和改善具有决定性作用。灌溉果园的生态系统服务总价值为181748.36 yuan/hm2/a,均大于综合果园的179857.29yuan/hm2/a和雨养果园的155333.78 yuan/hm2/a,果实生产>水文调节>气候调节>土壤保氮;而水文调节、土壤保氮和气候调节价值量均表现为雨养果园>灌溉果园>综合果园,其中雨养果园的水文调节、土壤保氮和气候调节价值量最高,分别为16498.61、4007.58和6103.88 yuan/hm2/a;施加氮肥800 kg/ha、重度水分胁迫灌溉和秸秆覆盖提高苹果园生态系统服务效益的效果最佳,故可推荐为该地区增产增效的最佳管理措施。综上,对于苹果园生态系统服务概况来说,地布覆盖和中度亏缺灌溉的果园,是较理想的果园;不同管理措施的苹果园生态系统服务协同和权衡作用有显著区别,覆盖降低权衡和灌溉提高协同的效果最佳;农业管理措施对苹果园生态系统服务效益具有促进作用。本研究为黄土高原苹果园生态和经济相结合的可持续生产提供理论依据。
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