南方紅壤山地植被恢復(fù)技術(shù)研究

南方紅壤山地植被恢復(fù)技術(shù)研究

1南方水土流失管理的新理念1.1南方地區(qū)植被生態(tài)修復(fù)的必要性中國(guó)南方氣候溫暖，雨水豐富，植物種類豐富。這些優(yōu)越的自然條件為南方水土流失區(qū)植被的生態(tài)恢復(fù)創(chuàng)造了非常有利的條件。根據(jù)多年的管理經(jīng)驗(yàn)，以生物措施為主要采取生物措施，充分利用南方自然條件的優(yōu)勢(shì)，遵循客觀植物群落變化規(guī)律。這是南方紅平壤地區(qū)生態(tài)恢復(fù)的重要舉措。1.2水土流失區(qū)林地植被演替規(guī)律的應(yīng)用長(zhǎng)汀縣河田是全國(guó)著名的水土流失區(qū)之一,多年的強(qiáng)度流失,土壤有機(jī)質(zhì)極度缺失,形成典型的侵蝕劣地(見圖1).1982年福建省委、省政府提出“全省八大家聯(lián)合治理長(zhǎng)汀水土流失”的倡議后,水土保持戰(zhàn)線的科技工作者們?cè)萍L(zhǎng)汀,拉開了一場(chǎng)水土流失綜合治理的大會(huì)戰(zhàn),各試驗(yàn)點(diǎn)、示范區(qū)釆用的治理措施各不相同,總結(jié)出“草灌喬”一起上,以草促樹,快速綠化的成功治理經(jīng)驗(yàn).2000年對(duì)各示范區(qū)林地植被演替情況進(jìn)行了全面調(diào)查,發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)汀極強(qiáng)度水土流失區(qū)不管當(dāng)初采用什么樣的生物治理措施,最終成功保留下來的地方都是形成以馬尾松+芒萁為主的植被群落(見圖2).芒萁是亞熱帶地區(qū)濕熱氣候條件下酸性土壤的一種最主要的指示植物,它主要依靠孢子進(jìn)行繁衍.通過水土流失區(qū)林地植被演替規(guī)律的調(diào)查分析表明,創(chuàng)造有利于馬尾松林地芒萁孢子大量繁衍的生境條件,是加快水土流失區(qū)植被恢復(fù)的有效途徑之一.1.3對(duì)優(yōu)良的鄉(xiāng)土草種的篩選強(qiáng)度水土流失區(qū)采用施肥種草措施,能在短短幾個(gè)月內(nèi)快速覆蓋地表,控制住土壤侵蝕.但由于土壤過于干旱、瘠薄,種草的這種“快速綠化效應(yīng)”往往很難持久.要解決這一矛盾,只能依靠對(duì)優(yōu)良的鄉(xiāng)土草種的進(jìn)一步篩選,即要求選出的主栽草種不但能耐干旱、瘠薄,而且生長(zhǎng)快、生物生長(zhǎng)量大、且有一定的高度,使其在快速覆蓋地表的同時(shí),也能有效地改善水土流失區(qū)惡劣的生態(tài)環(huán)境,為芒萁等草、灌植物的侵入與快速繁洐創(chuàng)造有利條件.經(jīng)多年的探索與研究發(fā)現(xiàn),鄉(xiāng)土草種“類蘆”正是能夠起到這種綜合治理效果的最佳草種.2關(guān)于芒外繁殖規(guī)律的研究2.1神經(jīng)再生植物芒萁是極耐干旱、瘠薄的蕨類植物,靠孢子進(jìn)行繁衍生長(zhǎng),在南方紅壤山地,無處不見芒萁的蹤跡.芒萁根系發(fā)達(dá)、密度大,地下莖具有無限分枝的特性,可交叉分枝、節(jié)節(jié)生根,龐大的根系組成一個(gè)密集的根網(wǎng)后,抗沖刷、固土能力特別強(qiáng),可以促使地表逕流分散溢流,起到了很好的水土保持作用.2.2水土流失區(qū)植物對(duì)教育地位的影響芒萁孢子囊著生在葉片背面,孢子成熟時(shí),囊壁破裂,將孢子散發(fā)到空氣中.隨風(fēng)飄落的芒萁孢子,在適宜的土壤環(huán)境下,開始萌發(fā).芒萁從孢子萌發(fā)到幼孢子體長(zhǎng)成,需經(jīng)歷5~7個(gè)月的漫長(zhǎng)生長(zhǎng)過程,雖然芒萁孢子量非常巨大,但能長(zhǎng)成幼孢子體的并不多.研究表明,制約芒萁孢子萌發(fā)、繁衍的主要因子是水份、土壤濕度、蔭蔽與避風(fēng)條件.在這一期間,如能為芒萁孢子的萌發(fā)、生存創(chuàng)造較好的生境條件,則可促進(jìn)芒萁大量繁衍,加快水土流失區(qū)植被恢復(fù).3蘆葦是優(yōu)良的保水草種，適用于南方的平壤山3.1栽植水土流失區(qū)植物類蘆為多年生禾亞科草本植物,極耐干旱瘠薄;它的根兠分蘗力強(qiáng),生物生長(zhǎng)量大,在極強(qiáng)度水土流失區(qū)栽植類蘆,僅1a時(shí)間就能長(zhǎng)成2m多高的茂密植叢,不僅能快速覆蓋地表,有效地防止土壤侵蝕,而且可快速改變水土流失區(qū)惡劣的生態(tài)環(huán)境,為芒萁及其它草、灌植物侵入創(chuàng)造有利條件,大大加快水土流失區(qū)綠化治理進(jìn)程,提高治理效果(見圖3).3.2在極強(qiáng)水土流失區(qū)甘蔗種植效果分析3.2.1地表東南角流試驗(yàn)試驗(yàn)地位于長(zhǎng)汀縣河田鎮(zhèn)極強(qiáng)度水土流失區(qū)內(nèi),年降水1700~2000mm,年平均氣溫18.3℃,原有植被為少量馬尾松、芒萁,覆蓋率5%.逕流試驗(yàn)小區(qū)規(guī)格為5×20m,設(shè)置三級(jí)分流池,2000年4月種裁類蘆70叢,6月份開始測(cè)定,連續(xù)觀測(cè)3a.從逕流試驗(yàn)區(qū)調(diào)査數(shù)椐分析表明,種植類蘆當(dāng)年覆蓋率可達(dá)80%,第二年覆蓋率達(dá)95%,第三年覆蓋率達(dá)100%;從地表逕流量看,種植類蘆當(dāng)年地表逕流減幅22.3%,第二年減幅31.2%,第三年減幅69.0%;從土壤侵蝕量看,種植類蘆當(dāng)年土壤侵蝕量減幅23.5%,第二年減幅78.4%,第三年減幅100%.3.2.2植被覆蓋度調(diào)整栽植類蘆3a后,治理區(qū)的生態(tài)環(huán)境發(fā)生了根本變化,調(diào)查分析表明,土壤的有機(jī)質(zhì)提高了1.68%,林地的總持水量比對(duì)照提高2.4倍,夏季林內(nèi)的日平均相對(duì)濕度比對(duì)照區(qū)提高12.3%,日平均溫度比對(duì)照區(qū)降低2.0℃,地表溫度則下降5.1℃.另外,植被總覆蓋度從5%提高到96%,新增加草本、灌木品種14種.通過種栽類蘆后,芒萁得以大量繁衍,并逐步成為主要的建群草本植物,為促進(jìn)水土流失區(qū)生態(tài)修復(fù)找到了一條捷徑(見圖4).3.3甘蔗抗劑的研究3.3.1水分脅迫處理用營(yíng)養(yǎng)袋培育類蘆、香根草、百喜草、五節(jié)芒半年生苗各180株,移入溫室定期澆水管理,保持袋內(nèi)土壤水分的一致性.9月25日開始進(jìn)行水分脅迫處理(中度脅迫與強(qiáng)度脅迫),重復(fù)試驗(yàn)3次,測(cè)定與苗木抗旱性有關(guān)的14項(xiàng)生理生化指標(biāo).脅迫處理達(dá)到預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)后,每處理各取3盆作復(fù)水處理,觀察其恢復(fù)程度,并采樣分析.3.3.2類蘆等草種抗旱性綜合評(píng)價(jià)(1)類蘆的抗旱水分生理生態(tài)特點(diǎn).從試驗(yàn)結(jié)果看出,類蘆的葉保水力,葉肉質(zhì)化程度和束縛水含量依次較百喜草、香根草和五節(jié)芒高,而比葉面積和蒸騰速率則較百喜草、香根草和五節(jié)芒小,表現(xiàn)出較強(qiáng)的持水能力.類蘆葉的氣孔調(diào)節(jié)能力也依次比百喜草、香根草和五節(jié)芒要強(qiáng),具有較強(qiáng)有力的節(jié)水能力.從吸水潛力來看,類蘆的水分釋放曲線斜率依次比百喜草、香根草和五節(jié)芒大,葉水勢(shì)隨土壤水勢(shì)下降而迭降的幅度小,通過滲透調(diào)節(jié)和細(xì)胞彈性模量來保持膨壓的能力也分別比百喜草、香根草和五節(jié)芒強(qiáng).綜上所述,以上4種草種的抗旱力以類蘆為最強(qiáng),百喜草和香根草居次,五節(jié)芒的抗旱力較弱.(2)類蘆等草種的抗旱生產(chǎn)力比較.試驗(yàn)測(cè)定表明,在水分脅迫下,類蘆的凈光合速率、水分利用效率、葉綠素含量和葉綠素a熒光的P/O值依次比百喜草、香根草和五節(jié)芒高,質(zhì)膜透性增大的幅度和膜脂過氧化程度較弱.因此,各草種的抗旱生產(chǎn)力以類蘆為最高,百喜草和香根草次之,五節(jié)芒較低.這一結(jié)論與草本植物各草種抗旱力的排序相同,與草本植物在野外的實(shí)際表現(xiàn)也基本一致.(3)類蘆的抗旱生理機(jī)制.試驗(yàn)表明,在水分中度脅迫與強(qiáng)度脅迫下,類蘆的生長(zhǎng)量雖有下降,脅迫解除后基本恢復(fù)原有的狀態(tài),這表明類蘆對(duì)逆境的適應(yīng)性強(qiáng).在水分脅迫下,類蘆可通過游離脯氨酸含量增加和可溶性蛋白質(zhì)含量下降來進(jìn)行滲透調(diào)節(jié),維持一定的膨壓,使細(xì)胞生長(zhǎng)、氣孔運(yùn)動(dòng)和光合作用等一系列生理過程能夠正常進(jìn)行,同時(shí)通過SOD和CAT等酶系激活來清除自由基對(duì)細(xì)胞膜的傷害,保持細(xì)胞膜系統(tǒng)的穩(wěn)定性,這是逆境脅迫下類蘆重要的抗性生理機(jī)制.通過對(duì)類蘆等草種抗性機(jī)理的系統(tǒng)研究,揭示出類蘆在逆境下的抗旱機(jī)理和優(yōu)良特性,也為進(jìn)一歩推廣種植類蘆這一優(yōu)良水土保持草種提供了理論依椐.4在我國(guó)南方紅平壤山種植甘蔗后，森林植被發(fā)生了變化規(guī)律4.1類蘆覆蓋率測(cè)定試驗(yàn)地位于長(zhǎng)汀縣三洲鄉(xiāng)小溪頭村極強(qiáng)度水土流失區(qū)內(nèi),總面積21hm2,林地原有植被有少量馬尾松、芒萁、崗松,總覆蓋率不足5%.2005年4月用類蘆裸根苗種植,種植密度為4500叢/hm2.從2005年12月起對(duì)試驗(yàn)地內(nèi)的類蘆平均萌蘗叢數(shù)、覆蓋率,芒萁的平均高度、覆蓋率等情況進(jìn)行連續(xù)8a的觀察與調(diào)查.4.2農(nóng)村集體土地的覆蓋率2.從表1可看出:強(qiáng)度水土流失區(qū)山場(chǎng),種植類蘆的前三年,類蘆長(zhǎng)勢(shì)茂盛、覆蓋率在71%以上,而芒萁的覆蓋率第一年僅有0.6%,第二年芒萁的覆蓋率增加到12%,第三年芒萁的覆蓋率卻從12%提高到25%;到第四年芒萁的覆蓋率從25%提高到51%,整個(gè)長(zhǎng)勢(shì)仍呈現(xiàn)快速上升趨勢(shì);到第五年,類蘆的長(zhǎng)勢(shì)嚴(yán)重衰退,芒萁的覆蓋率卻從51%提高到72%,基本占椐了整個(gè)林間空地,初步形成以馬尾松+芒萁為主要建群種的植被群落結(jié)構(gòu)(見圖5);到第八年林地已完全見不到類蘆了(見圖6).4.3類蘆、駁岸植被群落結(jié)構(gòu)成種植類蘆的初期,高大、茂密的類蘆植叢為芒萁孢子的大量萌發(fā)、生長(zhǎng)創(chuàng)造了極為有利的生境條件,但當(dāng)芒萁快速繁衍起來后,卻抑制了類蘆的生長(zhǎng),使類蘆的數(shù)量不斷減少,并最終被“淘汰出局”,形成以馬尾松+芒萁為主要建群種的植被群落結(jié)構(gòu).在南方水土流失區(qū)以類蘆為主栽草種的林地植被群落演替得這么快,主要原因?yàn)?1)芒萁大量根系都集中于土壤表層,在地表肥力的競(jìng)爭(zhēng)中,類蘆爭(zhēng)不過芒萁,故隨著芒萁的快速繁衍,類蘆長(zhǎng)勢(shì)反而有所下降;(2)類蘆、芒萁的生長(zhǎng)促進(jìn)了馬尾松生長(zhǎng),但反過來馬尾松郁閉度的提高卻抑制了喜光照的類蘆生長(zhǎng),而對(duì)需要一定蔭蔽條件的芒萁來說則更加有利;(3)芒萁覆蓋度相對(duì)提高,有利于芒萁孢子的萌發(fā)、生長(zhǎng),但對(duì)喜光照的類蘆種子天然更新極不利,隨著芒萁大量繁衍后,類蘆的天然更新變得十分困難.5類蘆抗寒性的措施南方紅壤山地水土流失區(qū),選擇類蘆為主栽草種的快速綠化辦法,取得令人滿意的結(jié)果.類蘆1a即可長(zhǎng)成2m多高的茂密植叢,當(dāng)年可全面覆蓋地表,控制住土壤侵蝕,并改變強(qiáng)度水土流失區(qū)惡劣的生態(tài)環(huán)境,為