张掖市土壤情况及植被重建与恢复的难度评价,农业基础科学论文.docx

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1、张掖市土壤情况及植被重建与恢复的难度评价,农业基础科学论文张掖市地处河西走廊中端，属干旱荒漠区，因过度放牧、不合理的水资源利用引发水土流失，导致土壤及生境退化1，甚至构成 荒漠化 ，植被的恢复和重建是改善本区生态与环境的根本对策2。土壤或生境状况的好坏直接影响着植被恢复的速率和效果。当前，学者已从不同角度对土壤或生境和植被恢复的关系进行了相关研究3 6，但针对张掖市境内风蚀区域土壤或生境和植被恢复关系评价的研究报道较少。 张掖市在生态与环境上的最大问题是荒漠化防治和植被重建及恢复。本研究在充分考虑了张掖市植被-土壤-生境特点和互相关系的基础上，以土壤理化性质为主要评价指标，同时选取植被群落盖度

2、、群落高度等指标，运用层次分析法数学模型和欧式距离公式，建立植被恢复难度计算模型，研究土壤或生境状况与植被恢复的关系，讨论不同土壤或生境条件下植被恢复的难度差异，找寻不同难度地区植被恢复的限制性因子，并提出了相应的植被恢复建议。 1 研究方式方法 用空间代替时间的方式方法，以张掖市民乐县扁都口为起点，以张掖市气象局为终点，以国道 227 线为样线，自南向北选择人为扰动小、不同生境条件、不同植被类型的地区设置20 m 20 m 的样地，进行乔木群落调查，在已设的样地内再设置 2 个 4 m 4 m和2 个1 m 1 m 的小样方进行灌木和草本调查，主要记录每个样地中乔木、灌木、草本的种类、数量、

3、株高、冠幅。本研究共设置样地 25 个。 在已完成植被调查的样地内，选择人为扰动小的地方开挖土壤剖面。在土壤剖面上 0 20 cm 内沿 S 形线路取混合土样 2 kg，带回实验室风干后分别过0 25 mm 和2 mm 筛子，测定大于2 mm 土壤质量，以此计算土壤中砂粒含量; 将粒径小于0 25 mm 的土样作为测定土壤有机质、全氮、全磷、全钾等的样品7。对于土壤剖面上 0 30 cm 的土样，用环刀( V = 100 cm3) 法取土装入自封袋，带回实验室测定土壤容重; 对于土壤剖面上 0 40 cm 的土样，用铝盒取土带回实验室，用烘干法测定土壤含水量。 2 植被恢复难度评价 2 1 评

4、价指标选取 评价指标的选取是植被恢复难度评价的关键，所选取的评价指标必须与植被恢复密切相关、相对独立、易获取、能反映植物生长地特征。考虑张掖市的实际情况，本研究选择下面指标进行植被恢复难度评价。 ( 1) 水分: 水分是影响植物生存和分布最主要的限制因子，也是植被退化的直接原因8。土壤水分条件影响着植物的生存和生长以及土壤的理化性质，决定着土壤质量及生境条件的好坏，能直接反映植被恢复的困难程度9。 ( 2) 有机质: 土壤有机质是土壤养分及氮、磷、钾的最主要来源，决定着土壤的肥力水平，同时也影响着土壤中团圆体的大小、数量、形状及其组合方式，决定着土壤的质地与构造，影响着土壤的物理性质10。 (

5、 3) 砂粒含量: 土壤中砂粒含量的高低直接影响着土壤保水保肥的性能，制约着植物生长和自我更新，并影响着人工促进植被恢复的进程和结果。 ( 4) 群落盖度和高度: 群落盖度与地表的蒸发( 散) 量和土壤的湿润状况严密相关，也是地上生物量高低的间接反映; 群落高度是植被类型的外在反映，也是植被退化程度和阶段的重要表征值。 以上 4 个指标可获得性较强，便于利用当代调查和测量手段进行定性表示出。同时，这些指标与植被恢复有较好的相关性，能够进行植被恢复难度评价。 2 2 评价思路 植被重建与恢复的难度评价是建立在植被自然演替理论之上的。植被退化严重地区生境严苛，环境条件的好坏直接决定了植被重建与恢复

6、的难度11。因而，将植物生长最差的样地与最好样地之间的差异来反映植被恢复经过中的难易程度。这些差异用一系列的指标具体表现出，构成有序指标的多维空间。再以相关距离作为评价两两之间差异的衡量指标，即可对全部有序数据进行等级划分和评价。各评价指标对植被重建与恢复的影响程度不同，因子间的权重也不同，本研究采用层次分析法确定各评价指标的权重。 2 3 各指标权重确实定 ( 1) 构建层次分析构造( 图 1) : 本研究选取与植被恢复关系密切的土壤养分条件，小生境条件及土壤的限制性因子构建层次分析构造图。土壤养分条件中选取有机质、全氮、全磷、全钾为参照; 小生境条件中选取植被高度，盖度为参照; 土壤限制性

7、因子的选取结合当地实际，选取土壤水分、砂粒含量，土壤容重为参照。通过以上各因子构建层次分析模型，完成层次分析。【图1】 ( 2) 构建判定矩阵: 假定 A 层的元素与下一层的元素有联络，则将下一层中的元素两两比拟。本文采用 9 级比拟标度的度量方式方法进行因子间重要程度取值，并完成判定矩阵的构建( 表 1) 。【表1】 ( 3) 层次单排序及一致性检验: 首先采用方根法求解，经归一化后即得到各参评因子的排序权值。 计算一致性指标 CI = ( max n) / ( n 1) = 0 784，随机一致性比率 CR = CI/RI = 0 007 3。上述计算经过由 Yahpp 6 0 软件完成。

8、结果表示清楚，该判定矩阵的随机一致性比率小于 0 1，具有良好的一致性，所求得的各指标权值可作为本次评价指标的权重值( 表 2) 。【表2】 根据综合评定多维空间多向量的数学模型，在n 个样本，m 个指标所构成的数据矩阵中，以所有样地每一指标的最大值( 标准化后为 1) 作为参照准点，记为 X0，用其余样地的指标点与标准点之间的距离，即 Xi与 X0的欧式距离值表示样地与样地之间环境质量优劣的综合评价值，以此作为张掖市植被恢复难度系数的综合指标 DC 值( difficult coeffi-cient) ，可用下式表示:【1】 式中: X0，Xi分别为植被恢复困难地在时刻 0 与 i 的指标值

9、的集合; Wj为 j 指标权重; m 为指标个数;aij为第 i 个样本中第 j 个指标的值。 所选样地中，包含了张掖市植物生长环境条件良好、中等、较差、最差的地区( 表 3) 。从时空上构成了植被恢复由易到难的一个有序序列，知足多维空间 En 多向量理论评价的要求。因而，可采用欧氏距离 DC 值衡量张掖市植被恢复的不同难度。【表略】 3 评价结果 经权重确定、数据标准化、计算植被恢复难度系数 DC 值、DC 值标准化( 极差法) 等经过，构成了一个 DC 值从小到大的序列，能够代表张掖市植被恢复从易到难的整个经过。 对照所选各样地土壤或生境状况、植被类型与植被恢复难度评价结果可知( 表4)

10、: 张掖市植被恢复难度与植被类型、土壤状况、生境状况有较好的对应关系。 植被恢复难度可划分为 4 个等级，分别是易恢复地区( 0 0424) 、中等困难地区( 0425 0 56) 、较难地区( 0 57 0 774) 、极难地区( 0 775 1) 。 张掖市植被恢复的主要限制性因子为土壤水分状况、土壤砂粒含量。【表4】 4 讨 论 植被重建与恢复的难度与植被类型、土壤水分肥力状况、群落盖度、群落高度有一定的对应关系。 土壤和植被是一个互相依存和制约的系统，张掖市土壤退化与植被类型之间存在着明显的相关性12。 这些结果的产生与当地植被在长期生存经过中的土壤水分条件、土壤有机质条件、土壤中砂粒

11、含量等限制因子有关，因此产生了不同的植被类型。土地退化的经过同时伴随着土壤有机质、氮、磷、钾、水分等因子的衰减，两者相互作用，贯穿于荒漠化的整个经过中13。当生境条件超过植物耐受极限时，原有的植被便开场消亡，生态系统趋于逆向演替，群落高度、群落盖度随之降低，群落生产能力降低，群落归还和可供分解的枯落物减少，养分归还能力减弱，故土壤中有机质、氮、磷、钾、水分含量降低，植被恢复难度随之增大。 鉴于各个样地生境条件的差异，研究发现有一些样地植被恢复难度的评价结果与植被类型不一致，如 1、2 号样地植被类型为灌木/乔灌林，但植被恢复难度评价结果为中等困难，主要是由于 1、2 号样地地处祁连山附近，此地

12、区土壤砂粒含量高，土壤持水力低，保肥性差，年均温较低，植被自然恢复速度慢。9 号样地植被类型为稀疏草滩，但其地处张掖市飞机场附近，土壤砂粒含量高，土壤持水力低，土壤水分含量极低。因而，植被恢复难度评价结果为极难。21 号样地为盐碱地，但此地区水分条件较好，如能种植一些耐盐碱的草本或灌木，植被就能得到恢复。因而，植被恢复难度评价结果为较难。 5 结 论 ( 1) 对于植被易恢复地区，土壤水分条件好，有枯落物层的积累，植被恢复的限制性因子为土壤砂粒含量，植被恢复措施应以封育、减少人为干扰为主，同时辅以人工管护。 ( 2) 对于植被恢复中等困难地区，土壤水肥条件较差，基本没有枯落物层的积累，植被恢复

13、的限制性因子为土壤砂粒含量，植被恢复工作中应尽可能保存地表的枯落物，以改进土壤中砂粒含量高对植物生长的影响。 ( 3) 对于植被恢复较难地区，地表植被稀少，植被盖度低，地表蒸发强烈，地表无枯落物的积累，植被恢复的限制性因子为土壤水分状况，植被恢复工作中要根据适地适树适小生境原则，选择适宜的造林措施和造林树种。 ( 4) 对于植被极难恢复区，地表大面积裸露，植被恢复的首要限制性因子为土壤水分，次要限制因子为土壤砂粒含量。植被恢复中如选择一些耐旱、耐盐碱、抗逆性强、适宜当地生境条件的灌木或草本，对人类活动较少区域施行封育管护，并辅以相关的水利措施( 滴灌、渗灌、微灌等技术) ，植被恢复就能获得较好的效果14。