紫色土區(qū)裸露地植被恢復(fù)技術(shù)

徐佑明， 吳偉生， 唐忠平， 蔣 鵬，寧 波， 陳 燁， 劉 青， 譚玉寶

(1.衡陽市林業(yè)科學(xué)研究所，湖南衡陽421000;2.衡陽市林業(yè)局，湖南衡陽421005)

紫色土是我國獨有的一種土壤類型，分布于四川、湖南、廣東、廣西、江西等南方省區(qū).衡陽市位于湘中丘陵區(qū)，境內(nèi)有紫色砂頁巖發(fā)育而成的紫色土面積12.26萬hm2，是我省分布最多的地區(qū).由于紫色土區(qū)土層淺薄、顏色較深、吸熱性強、蒸發(fā)量大、土壤干燥瘠薄等原因，植被恢復(fù)極為困難.

為了改善紫色土丘崗地區(qū)的生態(tài)環(huán)境，1958～1980年，我市采取開山鑿石、挑填客土的造林方法，不僅耗資巨大，而且違背了自然規(guī)律，收效甚微，以致大部分紫色土丘崗仍處于荒蕪狀態(tài).20世紀(jì)80年代至21世紀(jì)初期，我市在改善紫色土方面又相繼開展了一些技術(shù)性試驗研究，例如，衡陽市林業(yè)局成功地引種、推廣了白香草木樨，市林科所在衡陽縣白水鄉(xiāng)成功引種了中山柏、推廣面積近6 000 hm2，中南林業(yè)科技大學(xué)與常寧林業(yè)局利用本地野生蘆竹造林，衡陽縣大量種植龍須草等，為我市紫色土丘崗地綜合開發(fā)提供了一定的經(jīng)驗.近年來，由于封山育林，紫色土植被有了一定的恢復(fù)，但紫色土區(qū)裸露地植被恢復(fù)仍然是紫色土綠化亟待解決的技術(shù)難題.為此，在總結(jié)前人經(jīng)驗基礎(chǔ)上，選擇典型區(qū)域開展紫色土區(qū)生態(tài)環(huán)境、植物生長、植被分布等情況調(diào)查，在其中選定試驗地開展紫色土區(qū)裸露地植被恢復(fù)技術(shù)研究，對于改善我市紫色土區(qū)生態(tài)環(huán)境、進(jìn)行紫色土區(qū)經(jīng)濟開發(fā)、促進(jìn)紫色土區(qū)林農(nóng)脫貧致富等具有重要的現(xiàn)實意義和指導(dǎo)意義.

截止2013年底，關(guān)于紫色土地區(qū)研究報道有56篇，絕大多數(shù)為土壤性質(zhì)或者作物對土壤性質(zhì)影響的研究報道，涉及到紫色土區(qū)植被恢復(fù)或生態(tài)修復(fù)文獻(xiàn)較少[1－11]，其中，與衡陽紫色土地區(qū)的有《不同植被恢復(fù)模式對紫色土植被多樣性及微生物區(qū)系的影響》等6篇文獻(xiàn)，主要是衡陽紫色土地區(qū)植被恢復(fù)技術(shù)、生物多樣性或者是單一樹種(如中山柏或蘆竹或白香草木樨)或者單一模式(草本或草本+喬木)等試驗研究[1－5]，沒有進(jìn)一步對紫色土區(qū)進(jìn)行侵蝕類型和功能區(qū)區(qū)劃，更無區(qū)劃基礎(chǔ)上的植被恢復(fù)技術(shù)研究.但毋容置疑的是，上述研究成果為本課題深入、系統(tǒng)開展工作奠定了很好的基礎(chǔ).

1 調(diào)查區(qū)域與試驗地概況

1.1 調(diào)查區(qū)域

通過總結(jié)前人研究資料，筆者在全市范圍內(nèi)選擇了衡南譚子山鎮(zhèn)、衡陽臺源鎮(zhèn)、衡山萱州鎮(zhèn)、祁東白鶴鋪鎮(zhèn)、衡陽市生態(tài)公園等地，作為紫色土區(qū)裸露地植被恢復(fù)技術(shù)研究的野外調(diào)查典型區(qū)域.

1.2 試驗地概況

紫色土區(qū)裸露地植被恢復(fù)技術(shù)試驗地設(shè)在衡南縣譚子山鎮(zhèn)水井村，是典型的紫色土區(qū)，位于東徑 112°20′，北緯 26°56′.屬中亞熱帶濕潤氣候區(qū)，年均溫17.8℃，最冷月(1月)2.8℃，極端低溫低于0℃以下的天數(shù)4天，極端最高溫度40.8℃，極端最低溫度－10℃，年降雨量1 268.8 mm，4～9月占全年降雨量的65%左右，年蒸發(fā)量為1 396.1 mm，無霜日286 d左右.土壤均為石灰性紫色土，土層淺薄，呈堿性反應(yīng)，土壤厚度一般在30 cm以下，土壤保水性極差，植被覆蓋度10% ～30%，植物種類較少，植被恢復(fù)難度較大.

2 調(diào)查設(shè)計

2.1 實地調(diào)查

采用簡單隨機抽樣方法，抽樣比例為5%，以試驗地的組為樣本單元.在調(diào)查區(qū)域內(nèi)設(shè)置20 m×30 m的標(biāo)準(zhǔn)地16個，每個標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)設(shè)置2 m×2 m的小樣方5個、共計80個，進(jìn)行林下灌木、草本調(diào)查.

2.2 試驗設(shè)計

根據(jù)地形、地貌、母巖、土壤和植被等因子實際情形，以其中的土壤和植被為主導(dǎo)因子，將試驗區(qū)的侵蝕類型劃分為荒草型、灌草型、宜林型，按其功能區(qū)分別對應(yīng)為水土保持區(qū)、生態(tài)防護(hù)區(qū)、經(jīng)濟區(qū)，在試驗區(qū)各小區(qū)內(nèi)設(shè)置面積為2 m×2 m的樣地12個，采用隨機區(qū)組試驗設(shè)計，每個處理設(shè)3次重復(fù).

1)參試優(yōu)勢植物.

(1)荒草型(水土保持區(qū))

優(yōu)勢植物(草本):白香草木樨、龍須草、假劍草、狗牙根、白茅、蘆竹.

優(yōu)勢樹種(灌木):牡荊、野薔薇、六月雪、竹葉椒、紫薇、火棘.

優(yōu)勢樹種(喬木):苦楝、側(cè)柏、墨西哥柏、中山柏、烏桕、刺槐.

(2)灌草型(生態(tài)防護(hù)區(qū))

優(yōu)勢樹種(喬木):苦楝、側(cè)柏、墨西哥柏、中山柏、烏桕、刺槐、構(gòu)樹、鹽膚木.

(3)宜林型(經(jīng)濟區(qū))

優(yōu)勢樹種(喬木):濕地松、馬尾松、棗樹、苦楝、側(cè)柏、墨西哥柏、中山柏、烏桕、刺槐、構(gòu)樹.

2)配置模式.試驗各處理均設(shè)3個重復(fù)，小區(qū)面積100 m2，其土壤肥力、土壤結(jié)構(gòu)、土壤機械組成、海拔高度、坡度、坡向、坡長等基本保持一致.

(1)荒草型(水土保持區(qū))

模式一(T1)(封禁模式):封山育林.

模式二(T2)(蘆竹人工促進(jìn)模式):蘆竹+自然封禁.

模式三(T3)(喬灌草人工促進(jìn)模式):蘆竹—火棘—刺槐+自然封禁.

(2)灌草型(生態(tài)防護(hù)區(qū))

模式四(T4)(封禁模式):封山育林.

模式五(T5)(喬灌草人工促進(jìn)模式):蘆竹—火棘—苦楝+刺槐.

模式六(T6)(喬灌草人工促進(jìn)模式):蘆竹—火棘—刺槐+側(cè)柏.

(3)宜林型(經(jīng)濟區(qū))

模式七(T7)(喬木純林模式):濕地松.

模式八(T8)(混交林模式):苦楝+中山柏.

模式九(T9)(混交林模式):苦楝+濕地松.

3)整地方式.采取魚鱗坑、撩壕、穴墾三種整地方式，開展紫色土區(qū)裸露地植被恢復(fù)技術(shù)比較研究.

2.3 指標(biāo)測算

1)植被恢復(fù)數(shù)據(jù).每年生長季節(jié)調(diào)查樣方總蓋度，木本植物數(shù)量及高徑生長，草本植物的種類、數(shù)量及生長勢，再計算重要值.

2)地表徑流測定.每個處理四周用朔料板圍隔，面積3 m×10 m，在最低處設(shè)一出口，建一徑流池，收集徑流，在試驗地設(shè)一自記雨量器，自動記錄各次降水的降水量與降水強度.

3)地面溫度調(diào)查.每年盛夏時期(7月)測定試驗區(qū)的地面溫度.

4)土壤養(yǎng)分測定.在各試驗區(qū)內(nèi)分別取土壤樣品進(jìn)行分析測定.

3 研究結(jié)果

3.1 調(diào)查結(jié)果

1)樹種組成.從所有標(biāo)準(zhǔn)地調(diào)查得知，衡陽市紫色土區(qū)典型區(qū)域林分主要喬木樹種是構(gòu)樹、鹽膚木、苦楝、黃檗、烏桕、柞樹、大葉女貞、棗樹、側(cè)柏、線柏、榆樹、臭椿、無患子、櫟樹、長葉凍綠、刺槐等15種(見表1).

對表1統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)，構(gòu)樹、烏桕、苦楝所占總蓄積量比例分別達(dá)33.4%、18.8%、12.1%，應(yīng)為該區(qū)森林優(yōu)勢樹種;其次，鹽膚木、柏樹、刺槐總蓄積量所占比例分別占4.0%、3.8%、3.2%，為該區(qū)森林的亞優(yōu)勢樹種.

表1 衡陽紫色土區(qū)典型區(qū)域林分喬木統(tǒng)計(調(diào)查時間:2007年11月)Tab.1 Statistics stand arbor of the Purple Soil in Hengyang typical Area.(Survey time:November 2007)

2)植物分布.經(jīng)過調(diào)查，衡陽紫色土區(qū)典型區(qū)域內(nèi)所有標(biāo)準(zhǔn)地中共有植物78種，重要值大于10%的植物共計40種，重要值大于40%的有構(gòu)樹、竹葉椒、苦楝、野菊、牡荊、小果薔薇、六月雪、刺槐、鹽膚木、烏桕、紫薇、柞木和野蒿(見表2).由此看出，無論樹種組成還是植物分布來看，構(gòu)樹是屬于紫色土區(qū)裸露地最為常見的優(yōu)勢土著樹種，在植被恢復(fù)前期階段將會起著舉足輕重的作用.

表2 衡陽紫色土區(qū)典型區(qū)域主要植物種類多度、頻度和重要值Tab.2 Quantity，frequency and importance Value of the plant species with Purple Soil in Hengyang typical Area.

續(xù)表2

從各個標(biāo)準(zhǔn)地林下植物種類數(shù)量調(diào)查統(tǒng)計來看，最多的標(biāo)準(zhǔn)地是12號有植物20種、且蓋度最大為90%，其次是標(biāo)準(zhǔn)地3號和7號、有植物19種，最少的標(biāo)準(zhǔn)地是15號、僅有植物8種、蓋度僅36%(見表3).

表3 衡陽紫色土區(qū)典型區(qū)域林下層植物種類數(shù)量及蓋度Tab.3 Quantity and coverage of under plant species with Purple Soil in Hengyang typical Area.

從表3可以看出，衡陽市紫色土區(qū)典型區(qū)域內(nèi)各標(biāo)準(zhǔn)地林下植物種類數(shù)量均比對照標(biāo)準(zhǔn)地(13～16號)多、且蓋度也高.這是因為隨著植物種類數(shù)量增加，其蓋度相應(yīng)也在增加，溫度降低，保水保肥能力提高，生態(tài)環(huán)境改善，反過來，又有利于林下植物繁衍與其他種類進(jìn)入，步入植物進(jìn)展演替和生態(tài)良性循環(huán).

3)土壤養(yǎng)分.從表4可以看出，衡陽市紫色土區(qū)典型區(qū)域的紫色土有效K、速效P含量豐富，由于紫色土本身富含磷、鉀，各標(biāo)準(zhǔn)地之間差異不大，其含量主要由水土流失程度與植物生長消耗程度所決定.氨態(tài)N含量與土層厚度呈正相關(guān)，與蓄積量成負(fù)相關(guān)，隨著風(fēng)化作用不斷推進(jìn)，紫色土的土層越來越厚，N含量越來越高，衡陽紫色土區(qū)典型區(qū)域各標(biāo)準(zhǔn)地與對照13～16號差異均很明顯;同時，林分不斷地生長，養(yǎng)分不斷消耗，氨態(tài)N含量也不斷減少，如標(biāo)準(zhǔn)地2號和5號土層厚度一樣，但5號標(biāo)準(zhǔn)地林分生長好，蓄積量大，但氨態(tài)N含量低于2號標(biāo)準(zhǔn)地.

表4 衡陽紫色土區(qū)典型區(qū)域內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)地土壤養(yǎng)分統(tǒng)計Tab.4 Statistics the soil nutrient of sample plot with Purple Soil in Hengyang typical Area.

續(xù)表4

4)水土流失.根據(jù)調(diào)查，我市紫色土區(qū)典型區(qū)域坡度約在10°～25°之間，土層厚度5～30 cm.由于流失泥沙堆積，逐漸形成了一層母質(zhì)堆積層，母質(zhì)層內(nèi)有機質(zhì)缺乏，成土所占比例僅為30% ～60%，基本沒有土壤結(jié)構(gòu)，保水能力極差，故植被恢復(fù)較難，處于很不穩(wěn)定階段，植被主要為一些小灌木和雜草，灌木有野薔薇、牡荊、胡枝子等，草本有假劍草、狗牙根、白茅、胡蔥等，平均植被覆蓋度為25%.該區(qū)侵蝕類型為細(xì)溝狀面蝕和鱗片狀面蝕為主，屬中強度水土流失區(qū)，年侵蝕模數(shù)約在5 000 ～8 000 t∕(km2·a)(見表5).

表5 衡陽紫色土區(qū)典型區(qū)域水土流失特征Tab.5 The characteristic of soil and water loss in Hengyang typical Area of the Purple Soil.

3.2 紫色土區(qū)裸露地類型及功能分區(qū)

綜合衡陽紫色土區(qū)典型區(qū)域樹種、植物分布、土壤養(yǎng)分和水土流失等調(diào)查結(jié)果，依據(jù)地形、地貌、母巖、土壤和植被等因子綜合分析，并以土壤和植被為主導(dǎo)因子，將衡陽市紫色土區(qū)裸露地進(jìn)一步劃分為荒草型、灌草型紫、宜林型三種類型，正好分別對應(yīng)于水土保持區(qū)、生態(tài)防護(hù)區(qū)和經(jīng)濟區(qū)，且各個類型分區(qū)特點突出，差異明顯(見表6).

表6 衡陽紫色土區(qū)裸露地類型及功能分區(qū)Tab.6 Bare land type and function partition with Purple Soil in Hengyang Area.

1)荒草型(水土保持區(qū)).坡度約在20°～25°之間，土層厚度在≤10 cm，其特點是由于流失的泥沙堆積，逐漸形成了一層母質(zhì)堆積層，母質(zhì)層內(nèi)有機質(zhì)缺乏，成土所占比例≤30%，基本沒有土壤結(jié)構(gòu)，保水能力極差，故植被恢復(fù)困難，處于很不穩(wěn)定階段，植被主要為一些矮灌木和雜草.如灌木有野薔薇、牡荊、竹葉椒等;草本有假劍草、狗牙根、牛筋草等.平均植被覆蓋度為10%.本區(qū)侵蝕類型為細(xì)溝狀面蝕為主，屬重強度水土流失區(qū)，年侵蝕模數(shù)約在 8 000 t∕(km2·a).

2)灌草型(生態(tài)防護(hù)區(qū)).坡度約在10°～20°之間，土層厚度在10～20 cm，其特點是由于流失的泥沙堆積，逐漸形成了一層母質(zhì)堆積層，母質(zhì)層內(nèi)有機質(zhì)缺乏，成土所占比例僅為30% ～40%，基本沒有土壤結(jié)構(gòu)，保水能力很差，故植被恢復(fù)較難，處于不穩(wěn)定階段，植被主要為一些小灌木和雜草.如灌木有六月雪、糯米條、棗樹、刺槐等;草本有野蒿、白茅、胡蔥等.平均植被覆蓋度為20%，本區(qū)侵蝕類型為細(xì)溝狀面蝕為主，屬中強度水土流失區(qū)，年侵蝕模數(shù)約在6 000 t∕(km2·a).

3)宜林型(經(jīng)濟區(qū)).坡度約≤10°，土層厚度在20～30 cm，其特點是由于流失的泥沙堆積，逐漸形成了一層母質(zhì)堆積層，母質(zhì)層內(nèi)有機質(zhì)缺乏，成土所占比例僅為40% ～60%，基本沒有土壤結(jié)構(gòu)，保水能力相對較好，故植被恢復(fù)容易，但仍處于不穩(wěn)定階段，植被主要為一些喬木、小灌木和雜草.如喬木有苦楝、構(gòu)樹、榆樹等，呈零星分布;灌木有鹽膚木、紫薇、女貞等;草本有山麥草、狗尾草、雞眼草等.平均植被覆蓋度為25%，主要因為植被人為破壞嚴(yán)重.本區(qū)侵蝕類型為鱗片狀面蝕為主，屬弱強度水土流失區(qū)，年侵蝕模數(shù)約在5 000 t∕(km2·a).

3.3 試驗地植物(樹種)選擇

1)荒草型(水土保持區(qū)).

(1)選用草本植物.2008～2012年連續(xù)對荒草型(水土保持區(qū))植被恢復(fù)試驗地草本植物研究發(fā)現(xiàn)，龍須草或白香草木樨為主試驗地植被恢復(fù)最快，植被蓋度分別達(dá)到98%和95%;蘆竹或白茅為主試驗地植被恢復(fù)居中，植被覆蓋度分別為81%和80%;假劍草或狗牙根為主試驗地植被恢復(fù)最慢，植被覆蓋度分別為56%和55%(見表7).這是由于龍須草跟系十分發(fā)達(dá)，具有較好的蓄水作用，很容易吸收土壤中的水分，生長速度快，植被覆蓋度高.由于龍須草生態(tài)競爭力強，加之植被覆蓋度高，又導(dǎo)致植物種類數(shù)量減少，從2008年的26種降低到2012年的12種.從生物多樣性角度出發(fā)，選用以龍須草或白草香木樨為主的植被恢復(fù)試驗地并非最佳技術(shù)，而選用以蘆竹或白茅為主的植被恢復(fù)試驗地試驗地也許為比較恰當(dāng)?shù)募夹g(shù)，因為這種技術(shù)方式有利于保護(hù)植物多樣性，有利于植物群落進(jìn)展演替與群落穩(wěn)定.

表7 衡陽紫色土區(qū)裸露地荒草型(水土保持區(qū))植被恢復(fù)試驗地草本植物的植被覆蓋度及物種數(shù)量Tab.7 Vegetation coverage and species numbers of herbaceous plants in Bare land and wilderness type(water and soil conservation areas)vegetation restoration with Purple Soil in Hengyang Area.

(2)選用灌木植物.2008～2012年連續(xù)對荒草型(水土保持區(qū))植被恢復(fù)試驗地灌木植物研究發(fā)現(xiàn)，從成活率看，火棘、牡荊、糯米條、竹葉椒的成活率均在90%以上，六月雪和紫薇較低、分別為85%和82%.從生長狀況看，高生長最快是火棘、其次是牡荊，冠幅生長最快是火棘、其次是牡荊，地徑生長最快是火棘(見表8).綜合看來，火棘、牡荊等灌木植物對荒草型(水土保持區(qū))植被恢復(fù)效果最佳，火棘為常綠小灌木，牡荊為落葉小灌木.

表8 衡陽紫色土區(qū)裸露地荒草型(水土保持區(qū))植被恢復(fù)試驗地灌木植物的成活率和生長狀況Tab.8 Survival rates and growing conditions of shrubs in Bare land and wilderness type(water and soil conservation areas)vegetation restoration with Purple Soil in Hengyang Area.

(3)選用喬木植物.2008～2012年連續(xù)對荒草型(水土保持區(qū))植被恢復(fù)試驗地喬木植物研究發(fā)現(xiàn)，從成活率看，刺槐和苦楝的成活率在90%以上，其次是側(cè)柏和烏桕、成活率均為88%，墨西哥柏和中山柏較低、分別為85%和84%.從生長狀況看，高生長最快是刺槐、其次是苦楝，冠幅生長最快是苦楝、其次是烏桕，地徑生長最快是刺槐、其次是苦楝(表9).綜合看來，刺槐、苦楝和烏桕等喬木植物對荒草型(水土保持區(qū))植被恢復(fù)效果最佳，這些樹種均為落葉喬木，有利于林下灌木植物和草本植物生長發(fā)育，可增加植物種類、豐富植物多樣性，提高植被生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性，促進(jìn)紫色土區(qū)裸露地生態(tài)環(huán)境良性循環(huán).

表9 衡陽紫色土區(qū)裸露地荒草型(水土保持區(qū))植被恢復(fù)試驗地喬木植物的成活率和生長狀況Tab.9 Survival rates and growing conditions of tree plants in Bare land and wilderness type(water and soil conservation areas)vegetation restoration with Purple Soil in Hengyang Area.

2)灌草型(生態(tài)防護(hù)區(qū)).2008～2012年連續(xù)對灌草型(生態(tài)防護(hù)區(qū))植被恢復(fù)試驗地喬木植物研究發(fā)現(xiàn)，從成活率看，刺槐、苦楝和烏桕的成活率在90%以上，其次是構(gòu)樹和墨西哥柏、成活率分別為89%和88%，濕地松和中山柏較低、均為86%.從生長狀況看，高生長最快是苦楝、其次是刺槐，冠幅生長最快是苦楝、其次是烏桕，地徑生長最快是苦楝、其次是刺槐(見表10).綜合看來，苦楝、刺槐和烏桕等喬木植物對灌草型(生態(tài)防護(hù)區(qū))植被恢復(fù)效果最佳，這些樹種均為落葉喬木，優(yōu)勢低山丘陵紫色土地區(qū)鄉(xiāng)土樹種，適應(yīng)本地生長，還有利于林下灌木植物和草本植物生長發(fā)育，可增加植物種類、豐富植物多樣性，提高植被生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性，促進(jìn)紫色土區(qū)裸露地生態(tài)環(huán)境良性循環(huán).

表10 衡陽紫色土區(qū)裸露地灌草型(生態(tài)防護(hù)區(qū))植被恢復(fù)試驗地喬木植物的成活率和生長狀況Tab.10 Survival rates and growing conditions of tree plants in Bare land and shrub－grass type(ecological shelter zone)vegetation restoration with Purple Soil in Hengyang Area.

3)宜林型(經(jīng)濟區(qū)).2008～2012年連續(xù)對宜林型(經(jīng)濟區(qū))植被恢復(fù)試驗地喬木植物研究發(fā)現(xiàn)，從成活率看，所有參試樹種均在90%以上，最高是濕地松為98%、其次是刺槐和構(gòu)樹為96%.從生長狀況看，高生長最快是濕地松、其次是苦楝、其三是構(gòu)樹，冠幅生長最快是構(gòu)樹、其次是苦楝、其三是濕地松，地徑生長最快是濕地松、其次是苦楝、其三是構(gòu)樹(見表11).綜合看來，濕地松、苦楝和構(gòu)樹等喬木植物對宜林型(經(jīng)濟區(qū))植被恢復(fù)效果最佳.濕地松原產(chǎn)中美洲，具有抗旱、耐澇、耐瘠、耐高溫、耐低溫，抗逆性強，喜光性樹種，生態(tài)適應(yīng)性廣，適于夏雨冬旱的亞熱帶氣候地區(qū)，表土50～60 cm、pH值為7及以下低山丘陵能旺盛生長，既可以作為紫色土區(qū)裸露地宜林區(qū)先鋒樹種，又可以作為經(jīng)濟樹種，松脂和木材收益率很高.而苦楝和構(gòu)樹為落葉喬木，又屬于低山丘陵紫色土區(qū)鄉(xiāng)土樹種，生態(tài)適應(yīng)性廣，不會影響林下灌木植物和草本植物生長發(fā)育，有利于增加植物種類、豐富植物多樣性，提高植被生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性，促進(jìn)紫色土區(qū)裸露地生態(tài)環(huán)境良性循環(huán).

表11 衡陽紫色土區(qū)裸露地宜林型(經(jīng)濟區(qū))植被恢復(fù)試驗地喬木植物的成活率和生長狀況Tab.11 Survival rates and growing conditions of tree plants in Bare land and suitable land for forest type(economic zone)vegetation restoration with Purple Soil in Hengyang Area.

綜上所述，雖然以龍須草和白香草木樨作為紫色土區(qū)裸露地荒草型(水土保持區(qū))植被恢復(fù)最快，但植物物種數(shù)劇減，生物多樣性降低.因此，建議以蘆竹和白茅作為紫色土區(qū)裸露地荒草型植被恢復(fù)的優(yōu)勢植物，既有利于植被恢復(fù)，又有利于保護(hù)植物多樣性;灌木則以火棘和牡荊作為紫色土區(qū)裸露地荒草型植被恢復(fù)的優(yōu)勢植物;喬木則以刺槐、苦楝和烏桕作為紫色土區(qū)裸露地荒草型植被恢復(fù)的優(yōu)勢植物.以苦楝、刺槐和烏桕喬木樹種作為紫色土區(qū)裸露地灌草型(生態(tài)防護(hù)區(qū))植被恢復(fù)的優(yōu)勢植物，以濕地松、苦楝和構(gòu)樹作為紫色土區(qū)裸露地宜林型(經(jīng)濟區(qū))植被恢復(fù)的優(yōu)勢植物.

3.4 植物配置模式

1)荒草型(水土保持區(qū)).2008～2012年紫色土區(qū)裸露地荒草型三種配置模式的植被恢復(fù)試驗地植被蓋度、水土流失量、生物量和地面溫度測定結(jié)果(見表12)，以2012年測定值為基準(zhǔn)計算綜合得分，植被蓋度和生物量以最高值為100分、其余模式則計算相對值即(100×X)/最高值(X)，水土流失量和地面溫度以最低值為100分、其余模式則計算相對值即(100×最低值)/X，由此獲得綜合評價表(見表13).

表12 衡陽紫色土區(qū)裸露地荒草型不同配置模式的植被蓋度、水土流失量、生物量和地面溫度變化表Tab.12 Vegetation coverage，water and soil loss，biomass and surface temperature chart in different figuration model after Bare land and wilderness type with Purple Soil in Hengyang Area.

表13 衡陽紫色土區(qū)裸露地荒草型模式綜合評價表Tab.13 Bare land and wilderness type comprehensive assessment form in Hengyang Area of the Purple Soil.

從表表13看出，模式三(T3)綜合得分400分、模式二(T2)綜合得分386.3分、模式一(T1)綜合得分124.4分，即模式二(T2)占模式三(T3)的96.6%，模式一(T1)占模式三(T3)的 31.1%、占模式二(T2)的32.2%.可見，模式一(T1)即“封山育林封禁模式”對于紫色土區(qū)裸露地荒草型植被恢復(fù)效果比較差，相反，模式三(T3)即“蘆竹－火棘+刺槐+自然封禁喬灌草人工促進(jìn)模式”以及模式二(T2)即“蘆竹+自然封禁人工促進(jìn)模式”對于紫色土區(qū)裸露地荒草型植被恢復(fù)效果最佳，有助于增加植被覆蓋度、降低地表溫度、減少水土流失、增加土壤含水量，有利于植物多樣性保護(hù).

2)灌草型(生態(tài)防護(hù)區(qū)).2008～2012年紫色土區(qū)裸露地灌草型三種配置模式的植被恢復(fù)試驗地植被蓋度、水土流失量、生物量和地面溫度測定結(jié)果(見表14)，綜合得分計算方法同荒草型，獲得綜合評價表(見表15).

表14 衡陽紫色土區(qū)裸露地灌草型不同配置模式的植被蓋度、水土流失量、生物量和地面溫度變化表Tab.14 Vegetation coverage，water and soil loss，biomass and surface temperature chart in different figuration model after Bare land and shrub－grass type with Purple Soil in Hengyang Area.

表15 衡陽紫色土區(qū)裸露地灌草型模式綜合評價表Tab.15 Bare land and shrub － grass type comprehensive assessment form in Hengyang Area of the Purple Soil.

從表15看出，模式五(T5)綜合得分400分，模 式六(T6)綜合得分366.9分，模式四(T4)綜合得分180分，即模式六(T6)占模式五(T5)的91.7%，模式四(T4)占模式五(T5)的45.0%、占模式六(T6)的49.1%.可見，模式四(T4)即“封山育林封禁模式”對于紫色土區(qū)裸露地灌草型植被恢復(fù)效果比較差，相反，模式五(T5)即“蘆竹－火棘－苦楝+刺槐喬灌草人工促進(jìn)模式”和模式六(T6)即“蘆竹－火棘－刺槐+側(cè)柏喬灌草人工促進(jìn)模式”對于紫色土區(qū)裸露地灌草型植被恢復(fù)效果最佳，有助于增加植被覆蓋度、降低地表溫度、減少水土流失、增加土壤含水量，有利于植物多樣性保護(hù).

3)宜林型(經(jīng)濟區(qū)).2008～2012年紫色土區(qū)裸露地宜林型三種配置模式的植被恢復(fù)試驗地植被蓋度、水土流失量、生物量和地面溫度測定結(jié)果(見表16)，綜合得分計算方法同荒草型，獲得綜合評價表(見表17).

表16 衡陽紫色土區(qū)裸露地宜林型不同配置模式的植被蓋度、水土流失量、生物量和地面溫度變化表Tab.16 Vegetation coverage，water and soil loss，biomass and surface temperature chart in different figuration model after Bare land and suitable land for forest type with Purple Soil in Hengyang Area.

表17 衡陽紫色土區(qū)裸露地宜林型模式綜合評價表Tab.17 Bare land and suitable land for forest type comprehensive assessment form in Hengyang Area of the Purple Soil.

從表17看出，模式七(T7)綜合得分398.1分、模式八(T8)綜合得分368.4分、模式九(T9)綜合得分392.6分，模式八(T8)占模式七(T7)的92.5%、占模式九(T9)的93.8%，模式九(T9)占模式七(T7)的98.6%.可見，模式七(T7)即“濕地松喬木純林模式”對于紫色土區(qū)裸露地宜林型植被恢復(fù)效果最優(yōu)，其次是模式九(T9)即“苦楝+濕地松混交林模式”，第三是模式八(T8)即“苦楝+中山柏混交林模式”，但從綜合得分來看，三個模式差別較小，相互之間差別僅有7.5%，不足以構(gòu)成顯著性差異.宜林地區(qū)坡度約小于10°，泥沙堆積，雖然土層厚度在20～30 cm之間，但其下具有一層堆積母質(zhì)，保水能力相對較好，濕地松屬于抗性強、生長旺盛陽性樹種，故而濕地松喬木純林模式略優(yōu)于其他模式.

綜上所述，“蘆竹－火棘+刺槐+自然封禁喬灌草人工促進(jìn)模式”和“蘆竹+自然封禁人工促進(jìn)模式”對于紫色土區(qū)裸露地荒草型植被恢復(fù)效果最佳，“蘆竹－火棘－苦楝+刺槐喬灌草人工促進(jìn)模式”和“蘆竹－火棘－刺槐+側(cè)柏喬灌草人工促進(jìn)模式”對于紫色土區(qū)裸露地灌草型植被恢復(fù)效果最佳，“濕地松喬木純林模式”和“苦楝+濕地松混交林模式”對于紫色土區(qū)裸露地宜林型植被恢復(fù)效果最佳.

3.5 整地方式

在衡南縣譚子山鎮(zhèn)水井村選取試驗地土層平均厚25 cm，選用刺槐為造林樹種，造林密度2 m×2 m，樹齡4 a，采取穴墾、撩壕和魚鱗坑三種不同整地方式來研究對紫色土區(qū)裸露地植被恢復(fù)的影響.根據(jù)2008～2012年實地觀測結(jié)果(見表18)來看，魚鱗坑整地為最優(yōu)整地方式，這種方式能夠最大限度保持水土，有利于紫色土區(qū)裸露地植被恢復(fù)，其造林成活率達(dá)88%、比穴墾和撩壕分別高出16%和5%，植被蓋度為86%、比穴墾和撩壕分別高出16%和11%，植物種數(shù)為38種、比穴墾和撩壕分別多出8種和2種，水土流失量980 t∕(km2·a)、比穴墾和撩壕分別少920 t∕(km2·a)和520 t∕(km2·a)，平均樹高為4.2 m、比穴墾和撩壕分別高出1.0 m和0.7 m，平均胸徑為4 cm、比穴墾和撩壕分別大0.9 cm和0.2 cm，蓄積量為0.003 8 m3、比穴墾和撩壕分別高出0.001 7 m3和 0.001 m3.

表18 不同整地方式對衡陽紫色區(qū)巖裸露地植被恢復(fù)的影響Tab.18 Bare land impacts on vegetation regeneration of various land preparation with Purple Soil in Hengyang Area.

4 主要結(jié)論

1)衡陽市紫色土區(qū)典型區(qū)域內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)地共有植物78種，主要木本樹種是構(gòu)樹、鹽膚木、苦楝、黃檗、烏桕、柞樹、大葉女貞、棗樹、側(cè)柏、線柏、榆樹、臭椿、無患子、櫟樹、長葉凍綠、刺槐等，其中，構(gòu)樹、烏桕、苦楝為優(yōu)勢樹種，鹽膚木、柏樹、刺槐為亞優(yōu)勢樹種;主要草本植物是野菊、井欄邊草、絲茅草、野蒿、鵝冠草等.這些植物是紫色土區(qū)裸露地最為常見的優(yōu)勢土著樹種，在植被恢復(fù)前期階段將會起著舉足輕重的作用.

2)衡陽市紫色土區(qū)典型區(qū)域的紫色土有效K、速效P含量豐富，各地差異不大，其含量主要由水土流失程度與植物生長消耗程度所決定;氨態(tài)N含量與土層厚度呈正相關(guān)，與蓄積量成負(fù)相關(guān).

3)衡陽紫色土區(qū)典型區(qū)域坡度約在10°～25°之間，土層厚度5～30 cm，成土所占比例僅為30%～60%，侵蝕類型為細(xì)溝狀面蝕和鱗片狀面蝕為主，屬中強度水土流失區(qū)，年侵蝕模數(shù)約在5 000～8 000 t∕(km2.a).

4)依據(jù)衡陽紫色土區(qū)典型區(qū)域植物種類、植被分布、土壤養(yǎng)分、水土流失研究結(jié)果，對地形、地貌、母巖、土壤和植被等進(jìn)行綜合分析，以土壤和植被為主導(dǎo)因子，將衡陽紫色土區(qū)裸露地劃分為荒草型、灌草型、宜林型三種類型，相應(yīng)劃分為水土保持區(qū)、生態(tài)防護(hù)區(qū)和經(jīng)濟區(qū)等三種功能區(qū)，以此作為進(jìn)行優(yōu)勢植物(優(yōu)勢樹種)選擇和植物配置模式的試驗研究基礎(chǔ).

5)建議以蘆竹和白茅作為紫色土區(qū)裸露地荒草型植被恢復(fù)的優(yōu)勢植物，灌木則以火棘和牡荊作為紫色土區(qū)裸露地荒草型植被恢復(fù)的優(yōu)勢植物;喬木則以刺槐、苦楝和烏桕作為紫色土區(qū)裸露地荒草型植被恢復(fù)的優(yōu)勢植物.以苦楝、刺槐和烏桕喬木樹種作為紫色土區(qū)裸露地灌草型(生態(tài)防護(hù)區(qū))植被恢復(fù)的優(yōu)勢植物，以濕地松、苦楝和構(gòu)樹作為紫色土區(qū)裸露地宜林型(經(jīng)濟區(qū))植被恢復(fù)的優(yōu)勢植物.

6)紫色土區(qū)裸露地植被恢復(fù)效果最佳模式是:荒草型區(qū)域為“蘆竹－火棘+刺槐+自然封禁喬灌草人工促進(jìn)模式”和“蘆竹+自然封禁人工促進(jìn)模式”，灌草型區(qū)域為“蘆竹－火棘－苦楝+刺槐喬灌草人工促進(jìn)模式”和“蘆竹－火棘－刺槐+側(cè)柏喬灌草人工促進(jìn)模式”，宜林型區(qū)域為“濕地松喬木純林模式”和“苦楝+濕地松混交林模式”.由此一來，可以認(rèn)為在衡陽紫色土區(qū)裸露地采取“先種草、后灌木、再喬木”和“以自然封禁為基礎(chǔ)、輔以人工促進(jìn)更新”的植被恢復(fù)技術(shù)，既成本較低，又有利于快速恢復(fù)植被，保持水土，改善生態(tài)環(huán)境.

7)在衡炎紫色土區(qū)裸露地采取魚鱗坑整地方式效果最好，其造林成活率、植被蓋度、植物種數(shù)、水土流失量、平均樹高、平均胸徑和蓄積量均優(yōu)于穴墾和撩壕整地方式，這是由于魚鱗坑整地方式能夠最大限度保持水土，有利于紫色土區(qū)裸露地植被恢復(fù).

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