黄土高原水土流失治理现状、问题及对策

黄土高原位于黄河中游地区,是世界上水土流失最为严重的区域之一;黄土高原水土流失治理问题历来受到国家高度关注,涌现了种类多样的水土流失治理模式,目前还缺乏对黄土高原区域尺度水土流失治理模式的总结和整理。本文总结和整理了建国以来黄土高原主要的四类水土流失治理模式,生物措施模式主要由退耕还林、荒山造林和封山育林工程组成,工程措施模式包括修建梯田和淤地坝,以及近期涌现的治沟造地工程;小流域综合治理模式主要体现在坡面、沟道系统整治,生物和工程措施相结合的特点,区域综合整理模式则强调对生态系统进行整体保护、系统修复和综合治理,达到生态、社会、经济可持续发展。基于黄土高原水土流失治理模式存在的问题,提出了黄土高原水土流失治理模式调整和优化建议,以期对黄土高原生态恢复建设和水土流失科学治理提供科学依据。     

黄土高原生态分区及概况

黄土高原地域广阔,水土流失区域差异显著。为了有效治理水土流失,评估水土流失治理技术和模式及生态恢复建设工程的成效性,需要对黄土高原进行区域划分。依据自然条件、水土流失治理技术和模式的区域性特征及差异,基于国家基础地理信息系统数据的县级行政界,对其进行合并,进行生态分区的划分,并分别统计其气候、地形地貌、植被特征及水土流失现状,以期为黄土高原水土流失治理技术和模式的改良优化提供依据。主要结论如下:(1)黄土高原分为黄土高塬沟壑区,黄土丘陵沟壑区,沙地和农灌区,土石山区及河谷平原区。其中黄土高塬沟壑区和黄土丘陵沟壑区分别划分为两个副区。(2)黄土高原的气候、植被、水土流失具有明显的分区差异。降水和植被覆盖度自东南向西北递减,二者在空间分布上具有很好的一致性,降水量大的分区,植被覆盖度也高。在年际变化方面,丘陵沟壑区B2副区降水量呈增加趋势,其他分区呈减小趋势,变化均不显著。80年代以来,黄土高原和各生态分区的植被覆盖度均逐渐增加,黄土丘陵沟壑区的增加量最大。各分区的面平均气温均呈非显著增加趋势,90年代以来增温明显。(3)1970年以来,黄土高原侵蚀产沙强度减弱趋势显著,至2002—2015年,多年平均输沙模数在0.13—3924 t km~(-2) a~(-1)之间,侵蚀强度最大为中度侵蚀(2500—5000 t km~(-2) a~(-1)),但面积较小,主要分布于第二高塬沟壑区的泾河流域。     

吉林老白山鱼鳞云杉树轮蓝光强度和轮宽指数与气候响应关系随海拔变化的对比

树轮数据是晚全新世古气候研究中最重要的代用指标。树轮参数各具优缺点, 蓝光强度(BI)是一种获取成本低廉的最大晚材密度(MXD)的光学替代参数, 其蓝色光反射率或强度最小值(256-BI)与相应的MXD值高度相关, 被很多的学者认为是树轮气候学研究中一个具有重要潜能的新兴参数。该研究以吉林老白山3个海拔(900、1 200和1 500 m)的鱼鳞云杉(Picea jezoensis)为例, 分析鱼鳞云杉的BI及轮宽指数(RWI)与气候因子的响应差异, 以期为BI参数在树轮气候学的进一步应用提供参考。结果表明: 不同海拔鱼鳞云杉BI或RWI对气候的响应趋势基本一致。BI与温度主要呈正相关关系, 而RWI与温度主要呈负相关关系, 其中BI与当年夏季及生长季最高温度显著正相关, 而RWI (低、中海拔)与全年平均气温、当年生长季和全年最低温度显著负相关。BI与当年夏季标准化降水蒸散指数(SPEI)显著负相关, RWI与夏季SPEI负相关关系较弱或为正相关; BI和RWI几乎相反的生长-气候关系可能是早、晚材权衡关系的体现。研究区域鱼鳞云杉的BI参数可能与年轮宽度记录不同的气候信号, 在空间尺度上对于当年夏季降水、最高温度以及SPEI的响应好于传统宽度指标。BI与主要气候因子相关关系的时间稳定性好于RWI, 因此, BI在树轮气候学的研究中具有一定的应用潜能。     

半干旱黄土高原苜蓿草地撂荒过程土壤水分变化特征

土壤水分是黄土高原植被恢复和生态建设的主要限制因子,明确土壤水分随植被演替的变化规律是阐明黄土高原植被与水分相互作用机制的重要基础。以半干旱黄土高原小流域苜蓿草地撂荒过程为研究对象,通过对2016-2018年生长季苜蓿群落、苜蓿+赖草群落、赖草群落和长芒草群落四种草地群落0-1.8 m土壤水分进行动态监测以及0-5 m深度土壤水分测定,分析不同演替阶段苜蓿草地土壤水分的动态特征,探讨土壤水分对苜蓿草地撂荒过程的响应。结果表明：（1）在苜蓿草地撂荒演替过程中,土壤水分随群落恢复时间的延长呈先增加后降低的变化,降水的年际动态显著影响不同演替群落的土壤水分响应;（2）0-0.4 m土壤水分主要受降水影响,使得各草地群落在这一层次没有显著差异（P>0.05）,而1 m以下的土壤水分含量则主要受植被类型的影响,各草地群落之间存在显著差异（P<0.05）;（3）0-5 m深层土壤水分随群落的演替,1 m以下各土层土壤水分含量逐渐增加,表明撂荒过程中使土壤水分得到了一定程度的恢复。研究结果揭示了苜蓿草地撂荒过程土壤水分的变化规律,可为黄土高原生态恢复提供理论依据。     

疏伐对黄土丘陵区刺槐林蒸腾的影响

黄土高原地区植被建设已达到土壤水分承载力的阈值,需要对现有林分进行结构优化并提升其生态功能。不合理的林分密度是导致黄土丘陵区刺槐林土壤干化、生长衰退的主要原因之一。疏伐可以优化林分结构,并能够通过控制蒸腾耗水来调控土壤水分,是促进刺槐林可持续生长的有效手段。疏伐对黄土丘陵区刺槐林蒸腾有何影响,目前并不清楚。研究基于树干液流法估算了4个不同疏伐强度（样地1：52%、样地2：48%、样地3：35%、样地4：未疏伐）下刺槐单株尺度的液流速率与林分尺度的日平均蒸腾量,并分析了不同时间尺度下液流速率与环境因子的关系,以阐明疏伐对黄土丘陵区刺槐林蒸腾的影响。结果表明：（1） 单株尺度刺槐蒸腾速率（即液流速率）随疏伐强度减小（林分密度增大）呈现下降趋势（样地1：0.53 kg cm^-2 d^-1、样地2：0.41 kg cm^-2 d^-1、样地3：0.31 kg cm^-2 d^-1、样地4：0.33 kg cm^-2 d^-1）;（2） 观测期林分尺度日平均蒸腾量随疏伐强度减小呈现上升趋势（样地1：0.90 mm/d、样地2：1.18 mm/d、样地3：1.04 mm/d、样地4：1.44 mm/d）;（3） 在半小时尺度与日尺度上,各样地液流速率与环境因子的关系没有显著差异,半小时尺度单株液流速率均与太阳辐射相关性最高（相关系数0.883-0.908）,液流速率日变化过程与环境因子日变化过程存在时滞现象;日尺度单株液流速率与饱和水汽压亏缺相关性最高（相关系数0.843-0.913）,样地间日尺度单株液流速率的差异性随着饱和水汽压亏缺增大而增大。研究结果初步反映了疏伐导致的林分密度变化对刺槐蒸腾的影响,将为黄土丘陵区刺槐林的结构改造、功能提升和土壤水分调控提供理论支持。     

黄土高原人工刺槐林生长衰退的生态生理机制

刺槐是黄土高原广泛栽植的水土保持树种,然而人工刺槐林的树木个体生长衰退已经成为该区域开展植被恢复建设、实现森林可持续经营所面临的重大生态环境问题之一.目前人工刺槐林生长衰退的定义、界定标准、量化指标尚未形成统一标准.探讨刺槐生长衰退的机理不仅是植被恢复的理论基础,也是退耕还林还草工程持续开展的直接需求,具有实际价值和研究意义.通过汇集相关研究文献,综合国际和黄土高原关于森林生长衰退、死亡率增加的研究,从生态学(气候变化、土壤干化、群落结构失调、森林经营管理不当)和树木生理学(水力学故障、碳饥饿、遗传及分子调节)两个角度概述了黄土高原人工刺槐林生长衰退的机制以及取得的研究进展.最后提出黄土高原人工刺槐林生长衰退研究的不足,并对未来研究进行展望.     

滇西北玉龙雪山不同海拔云南松(Pinus yunnanensis)径向生长对气候因子的响应

云南松(Pinus yunnanensis)是重要的造林树种,在我国西南地区广泛分布。研究不同海拔云南松径向生长对气候变化的响应,有助于了解气候变化背景下云南松的敏感性和适应性。在滇西北丽江玉龙雪山不同海拔采集了云南松树木年轮样品,采用传统的树木年轮方法制作了不同海拔云南松树轮宽度标准化年表,并分析了不同海拔云南松径向生长与气候因子的相关性。结果表明:1)低海拔样点云南松具有较快的年平均生长速率。2)不同海拔云南松对气候因子的响应模式一致,树轮宽度与当年5—6月的降水量、帕尔默干旱指数(PDSI)和相对湿度呈正相关,与同期温度呈负相关。3)不同海拔的云南松径向生长对气象因子的响应程度不一样,即低海拔样点云南松树轮宽度与当年5月份的干旱指数、相对湿度、降水量相关系数较高;而高海拔样点的云南松树轮宽度与5—6月的降水、相对湿度、干旱指数的相关系数较低。研究表明春末夏初的水分条件是玉龙雪山云南松径向生长的主要限制因子,且低海拔地区云南松生长受水分限制更为严重,区域气候变暖和干旱化趋势可能对低海拔地区云南松的生长产生持续的负面效应。研究结果可为探讨气候变化下云南松的适宜分布区、以及云南松人工林的经营和可持续管理提供参考。     

川西卧龙国家级自然保护区树木生长对气候响应的时间稳定性评估

根据川西卧龙地区岷江冷杉(Abies faxoniana)的年轮宽度资料,分析了该地区树木生长特征及对气候响应在最近53年(1956–2008年)的异质性特征。结果表明,在1956–1976年时段,树木生长速率较快,晚冬至早春(1月到4月)温度对树木生长有着明显的促进作用,而春末5月份的高温对于树木生长有限制性影响,而与日照时数关系不大;在1977–2008年时段,树轮生长主要受冬季(11月到1月)低温的限制,另外,日照时数对于树木生长的限制性影响明显增强。秋季到早冬(9–12月)降水在两个时段上对树木生长均有一定的限制性影响。树轮指数在1956–1976年时段与温度序列吻合较好,而在1977–2008年时段树轮指数明显偏低,与温度序列出现了明显的分离。1977–2008年时段内云层覆盖量增加导致太阳辐射量显著下降,进而树木可利用的光合有效辐射也相应地降低,这可能是树木生长速率在此时期明显较慢的主要原因。     

半干旱黄土小流域不同恢复方式对生态系统多功能性的影响

在黄土高原大规模退耕还林（草）背景下，植被恢复对生态系统功能会产生极大影响。以往研究多为比较不同恢复方式或植被类型的单一生态系统功能，对生态系统多功能性的研究亟待加强。因此，基于甘肃定西龙滩流域3种恢复方式（天然荒草、自然恢复、人工恢复）6种植被类型（长芒草草地、赖草草地、苜蓿草地、柠条灌丛、油松林、山杏林）38个样地调查数据，选取与土壤养分储存与循环、水源涵养、初级生产力、多样性维持等相关的23个功能指标利用平均值法量化生态系统多功能性。研究结果显示，（1）除营养物转化与循环功能外，其余土壤相关的生态系统功能在不同恢复方式与植被类型间均具有显著性差异（P<0.05）。人工恢复植被的土壤肥力显著高于自然恢复植被；人工恢复植被中土壤肥力从高到低依次为柠条灌丛、苜蓿草地、山杏林、油松林。自然恢复植被的水源涵养功能显著高于人工恢复植被。（2）除植物生长策略外，其余植物相关的生态系统功能在不同恢复方式与植被类型间均具有显著性差异（P<0.05）。人工恢复植被中地上初级生产力从高到低依次为山杏林、油松林、柠条灌丛、苜蓿草地，并显著高于自然恢复植被。人工恢复植被中植物养分吸收能力从高到低依次为苜蓿草地、柠条灌丛、油松林、山杏林，并显著高于自然恢复植被。自然恢复植被的物种多样性显著高于人工恢复植被。（3）生态系统多功能性在不同恢复方式与植被类型间均具有显著性差异（P<0.05）。生态系统多功能性表现为人工恢复植被高于自然恢复植被，但人工恢复植被的水源涵养功能与物种多样性均低于自然恢复植被，不利于生态系统的可持续发展。研究认为，在植被恢复具体实践中，应针对不同的恢复目标，根据各植被类型的功能特征，制定因地制宜的植被恢复战略。     

西双版纳热带山地雨林的植物多样性研究

 根据6块样地的调查资料,分析了西双版纳热带山地雨林植物多样性特征。结果表明：在2 500 m2的样地上,西双版纳热带山地雨林群落共有植物物种99～181种。其中乔木层的物种丰富度（S）为54～113,Shannon-Wiener指数（H′）为1.648 7～4.049 1,Simpson指数（λ）为0.503 5～0.969 5,Pielou 均匀度指数（Jsw）为0.413 3～0.854 9。灌木层的S为35～89,H′为2.413 2～3.716 2,λ为0.762 7～0.958 2,Jsw为0.678 8～0.859 3。草本层的各指数值：S为31～65,H′ 为2.792 1～3.499 2,λ为0.902 0～0.938 2,Jsw为0.729 3～0.838 2。低海拔带上的山地雨林（Ⅰ号、Ⅱ号样地）的各指数值（H′、λ、Jsw）在群落不同层次中均表现为草本层 > 灌木层 > 乔木层,而物种丰富度在不同层次中无一定变化规律;高海拔带上山地雨林（Ⅲ号、Ⅳ号、Ⅴ号、Ⅵ号样地）的物种丰富度和多样性指数（H′、λ）表现为乔木层 > 灌木层 > 草本层,而均匀度指数（Jsw）在不同层次中则无一定变化趋势。高海拔带上的山地雨林乔木层和灌木层的物种丰富度、多样性和均匀度指数均明显高于低海拔带上的山地雨林,这是由于前者所处生境较为优越。沿着海拔梯度,群落乔木层的物种丰富度、多样性和均匀度指数均在中等海拔高度地带（约1 200～1 220 m）达到最高值,这是由于中等海拔高度的山地雨林位于生境条件最为优越的沟谷地带,而且与低地季节雨林毗邻,热带雨林植物成分丰富。