试论植被恢复生态学的理论基础及其在黄土高原植被重建中的指导作用

概括性地论述了植被恢复生态学的主要理论观点,并就黄土高原生态环境、植被状况、植被恢复程度前景及急需研究探索的问题提出了一些看法。     

黄土高原植被恢复与土壤环境相互作用研究进展

对有关黄土高原植被恢复演替、土壤环境及其相互作用的研究进行了综述，分析了研究中存在的问题，指出了以后的研究方向。     

恢复生态学与黄土高原生态系统的恢复与重建问题

黄土高原是我国水土流失最严重的地区 ,防止生态系统退化以及退化生态环境的恢复与重建 ,是改善区域生态环境 ,实现可持续发展的保障。介绍了恢复生态学基本理论及生态恢复的方法 ,并基于黄土高原的自然、经济和社会状况 ,提出黄土高原生态恢复基本途径、目标、策略、方法及存在的问题。     

黄土高原草原植被的自然恢复演替及调节

从弃耕地香茅草群落恢复演替到长芒草原生植被需要四五十年的时间,可见原生植被破坏后的自然恢复相当缓慢的。通过补播优良牧草沙打量和兴发胡枝子能加速植被的恢复,只需１０年左右的时间即可由弃耕地或退化草地百里香群落演替到长芒草群落。     

黄土高原小流域植被恢复的土壤侵蚀效应评估

植被建设是治理土壤侵蚀的重要途径,特别是坡面土壤侵蚀。退耕还林还草是黄土高原乃至全国最大规模的植被建设工程,黄土高原是该工程的重点地区之一。小流域是土壤侵蚀综合治理的基本单元。通过退耕还林工程实施前后小流域土壤侵蚀的模拟和分析,可以为植被建设成效评估和调整治理策略提供参考。运用修正土壤流失方程RUSLE,在ARCGIS10.2平台下模拟了羊圈沟小流域1984年、1996年、2006年、2012年和2014年5个年份的土壤侵蚀,评估了退耕还林前后黄土高原小流域植被恢复对土壤侵蚀的影响。降雨侵蚀力R利用延安气象站30年(1984—2014年,除1999年外)的日降雨数据计算,LS因子利用将矢量化的1∶5 000地形图插值生成DEM提取;土壤可蚀性K因子利用2006年实测土壤理化数据计算,总结概括前人研究成果获取C、P因子值。研究结果表明:(1)各坡度带侵蚀都显著减弱,15°~25°,25°~35°和35°坡度带是中度以上侵蚀发生的主要区域。1984—2014年3种坡度带的侵蚀面积之和分别占总面积的44.93%,42.65%,35.78%,23.23%和22.98%;(2)退耕还林前后相比,土壤侵蚀强度显著降低:中度以上侵蚀面积急剧减少,土壤侵蚀转变为以微度、轻度和中度侵蚀为主,3类侵蚀面积之和在2006年、2012年和2014年分别占总侵蚀面积的26.53%,44.24%和43.47%;(3)土壤侵蚀模数呈现减小的趋势,从1984年到2014年,土壤侵蚀强度从15 327.57t/(km2·a)降至3 270.19t/(km2·a),降低70%以上。总体上,土壤侵蚀明显降低,表明植被建设有效遏制了土壤侵蚀,退耕还林工程对水土保持和治理土壤侵蚀起到了显著的效果。     

黄土高原植被恢复与建设的理论和技术问题

黄土高原地区植被恢复与建设是我国重大的生态工程,有巨大的战略意义。主要论述了植被恢复与建设中存在的科学理论和技术问题,以期在植被恢复与建设实践中,能用理论做科学指导,使技术得以充分持续地推广和应用,使植被恢复与建设产生明显的效果。     

黄土高原植被恢复对土壤肥力质量的影响研究

在野外调查分析的基础上,测定了沙棘、黄刺玫、油松以及草地和农田的土壤有机质和速效养分,采用新负极差法检验了有机质含量的差异性,结果表明:(1)黄土高原半湿润地区恢复植被能够显著提高土壤的有机质含量,且草地>沙棘>黄刺玫>油松;(2)植被恢复对土壤有机质的提高效益随深度增加而明显减小,土壤有机质有一定表聚性,草地和灌木林植被下更为显著;(3)不同植被类型土壤速效氮均有大幅度增加,土壤速效磷增幅较小;土壤速效钾在草地、黄刺玫植被下有少量增加,沙棘、油松林地却有所下降。     

黄土高原恢复植被防止土地退化效益研究

通过野外考察和室内分析,研究结果表明:在黄土高原地区恢复植被能显著提高土壤有机质和速效氮、钾等营养元素的含量,降低土壤pH和容重,增加土体中水稳性团聚体的数量,提高土地的生产能力,促进土壤腐殖化和粘化过程的进行.乔木林地速效养分丰富,粘粒和>0.25mm团聚体的数量大;灌丛草地则酸性较强,坚实度偏低,>0.05mm的微团粒含量较高.乔木林地防止土地退化的效益好于灌丛草地.     

黄土高原恢复植被防止土地退化效益研究

通过野外考察和室内分析,研究结果表明,在黄土高原地区恢复植被能显著提高土壤有机质和速效氮,钾等营养元素的含量,降低土壤pH和容量,增加土体水稳性团聚体的数量,提高土地的生产能力,促进土壤腐殖化和粘化过程的进行,乔木林地速效养分丰富,粘度和＞0.25mm团聚 的数量大,灌丛草地则酸性较强,紧实度偏低,＞0.05mm的微团粒含量的较高,乔木林地防止土地退化的效益好于灌从草地。     

黄土高原植被恢复与建设策略

以中国水土流失与生态安全综合科学考察——西北黄土区考察组获得的资料为依据,对黄土高原地区植被恢复的基础和潜力进行了系统分析,提出了植被恢复的目标和策略。黄土高原天然群落恢复的基本措施是封育,有条件的区域应实施人工促进,使植被自然恢复力与人为促进力相结合;人工植被建设应充分利用乡土树草种,合理利用外来种,采用防护性整地和管理措施,造林种草后引导乡土物种进入群落,进行天然化培育;以流域为治理单元,优化景观斑块空间布局和面积构成,逐步改造具有退化特征的人工群落,使建群种能够自我更新,群落可永续利用;政府部门在政策上要保护现有成果,扩大自然修复比例;保护大户承包治理的积极性,鼓励多元化投资,进行植被建设;扩大黄土区植被建设和科研投资力度,培育黄土区植被恢复方面的科技创新能力。     

黄土高原区植被恢复的空间差异性分析

为了探究黄土高原区植被覆盖的空间分布特征、不同退耕坡度区域和不同气候带区域植被恢复程度,采用黄土高原区2000—2013年的MODIS/NDVI数据进行分析。结果表明:1)2000—2013年黄土高原区的归一化植被指数均值从东南向西北逐渐递减,呈3条带状:<0.2、≥0.2~0.4、≥0.4,大致对应于中国农业气候分区的干旱中温带、中温带、南温带3个气候区。2)2000—2013年黄土高原区植被覆盖呈增加趋势,增加区域的面积比例超过88%,且夏季比年均表现更明显。50%以上区域年均植被覆盖呈现中度改善或明显改善,50%区域上夏季植被覆盖明显改善。3)黄土高原区中温带的年均植被覆盖呈中度改善趋势,夏季植被覆盖呈明显改善趋势;干旱中温带、南温带的年均植被覆盖处于轻微改善状态,夏季植被覆盖以中度改善和轻微改善为主。4)≥15°~25°的坡度区域,植被恢复效果都好于其他坡度条件,夏季明显改善和中度改善的面积比例超过60%,年均也超过40%;坡度<6°或≥35°的区域,年均植被覆盖基本不变和退化面积比例接近20%。     

黄土高原植被恢复策略回顾

 以当前在黄土高原植被建设中出现的植被自我修复的舆论倾向为切入点,论述纯自然观、“草、灌先行”、“适地适树”、“适地适林”等植被恢复策略,试图达到澄清问题的目的。认为“适地适树”并没有错,贯彻“适地适树”,将人工建造和自然修复二者结合起来,建设植被是适宜的,但期望通过“草、灌先行”,顺序恢复森林植被有其困难性。分析表明,“适地适树”的标准需要进一步深入研究。最后讨论植被地带性原则与“适地适树”的联系。     

黄土高原植被恢复过程中土壤微生物的演变特征

[目的]探究黄土高原植被恢复过程中土壤微生物的演变特征,为黄土高原生态恢复重建工作提供科学参考。[方法]以Web of Science数据库和CNKI数据库中的期刊论文为数据源,运用CiteSpace文献计量工具对黄土高原植被恢复过程中土壤微生物演变的研究概况及研究热点进行分析。[结果]2002—2018年黄土高原植被恢复过程中土壤微生物演变特征相关文献的发表数量随时间呈增长趋势;国内外研究热点主要围绕土壤微生物量、微生物群落结构以及酶活性展开,且对于微生物量的关注度比较高;在植被演替过程中,微生物生物量和酶活性总体增加,微生物群落从贫营养型向富营养型转变,土壤微生物群落结构和功能的进一步改善。不同植被类型对土壤生物质量改善效果不同,总体来说,混交林作用效果最好,刺槐和柠条纯林次之,荒草地和油松纯林最低。[结论]黄土高原植被恢复土壤微生物今后的研究应注重微生物关键种的识别、参与碳氮磷循环的功能微生物以及全球变化对微生物群落影响等方面。     

黄土高原自然植被恢复过程中土壤温度和水分的相关性

土壤水热因子是影响作物生长发育的重要因子,尤其是在黄土高原自然植被恢复过程中.通过对黄土高原不同自然植被恢复阶段的土壤水分和温度的长期监测,研究植被恢复过程中土壤温度和水分的动态变化及其相关性.结果表明:8-10月草地群落的土壤温度显著高于其他群落,11月辽东栎林群落的土壤温度显著高于其他群落,随着植被恢复,土壤温度变...     

黄土高原植被变化与恢复潜力预测

采用GIS技术与地统计方法,基于黄土高原2000—2018年的MODIS遥感影像,选取归一化植被指数探讨研究区植被时空变化特征,采用相似生境法预测黄土高原植被恢复潜力。结果表明:黄土高原2000—2018年低植被盖度区域面积减少,高植被覆盖度面积不断增加。黄河中游头道拐至龙门区间植被变化最为显著,平均增长速率为0.015~0.050/a,其中,延河上游、清涧河及秃尾河流域的植被盖度增长速率最高,均超过了0.015/a。受城市化影响,汾渭平原的下游干流区植被盖度显著降低。相似生境法预测黄土高原未来植被恢复潜力的空间差异性显著,东南部地区植被盖度接近或达到最大恢复潜力,无恢复空间;在丘陵沟壑区和风沙区的交错地带部分地区植被盖度较现状仍有25%~50%的提升潜力。由于黄土高原植被受退耕还林草工程影响,人工植被干扰强烈,受到该区降雨与水分承载力限制,未来植被恢复需调整植被类型、优化植被结构与格局,提升区域生态系统功能。本研究结果可为黄土高原未来植被恢复与水土保持规划与布局提供理论与方法支撑。     

草地生态学与水土保持专家程积民先生论 黄土高原林草植被恢复重建的理论与技术途径

黄土高原地处我国西北部，是东部经济发达区与西部经济欠发达区的中间地带，干旱与水土流失共存，农业生产力与经济发展极不稳定，生态环境愈来愈脆弱，因此，保护、恢复林草植被，是生态环境建设的核心任务。针对黄土高原的自然条件和经济、社会特点，以林草植被恢复重建为突破口，坚持可持续发展的生态观，探讨林草植被恢复重建的理论与技术途径，对优化干旱半干旱区生态保护与生态建设模式，实现“山川秀美”，振兴农村经济具有重要意义。     

黄土高原植被恢复过程中土壤表面电化学性质演变特征

土壤胶体表面所带电荷是土壤具有一系列物理、化学性质的根本原因。表面电荷数量、比表面积、表面电荷密度、表面电场强度以及表面电位是土壤胶体颗粒重要性质,影响土壤中物理、化学、生物化学过程。运用带电颗粒表面性质联合分析法,测定黄土高原子午岭地区不同植被类型下土壤表面电荷性质,研究自然植被恢复过程对土壤表面电荷性质的影响。结果表明:随着植被的演替,子午岭林区土壤表面电荷数量、比表面积、表面电荷密度均随植被的恢复增加,变化范围分别为10.88～19.85 cmol·kg^–1、40.67～61.71 m²·g^–1和0.22～0.31 c·m^–2,平均值分别为16.18 cmol·kg^–1、54.88 m2·g^–1和0.28 c·m^–2,土壤表面电场强度达108 V·m^–1数量级;土壤黏粒、有机碳含量是影响表面电荷性质的主要因素,解释率分别为62.5%和27.9%;土壤基本性质对表面电荷性质的影响由强到弱依次为:黏粒、有机碳、...     

黄土高原人工植被小气候生态效应研究

采用定位短期观测的方法,对安塞县退耕后栽植的人工植被（混交林、灌木林和人工草地）的光照、风速、大气温度、大气相对湿度等表征区域小气候特征的项目进行了测定,同时以邻近裸露坡地为对照进行同步观测。结果表明,在夏季高温天气里,不同类型的人工植被均可显著的削弱光照,降低风速,降低局地范围内温度,提高空气相对湿度;草地、灌木林、混交林日均光照强度为对照的78．79％,23．48％,11．36％,日均气温比对照降低o．58℃,1．12℃,1．51℃,日均相对湿度增加1．67％,9．67％,12．1％,遮光降温保湿效应是混交林〉灌木林〉草地;对不同类型植被小气候要素进行回归分析,发现对照气象要素与不同类型人工植被气象要素间存在显著的相关关系,以气温和土温的相关性最好。     

黄土高原不同地貌类型区植被恢复潜力及其土地利用变化

黄土高原1999年开始的退耕还林（草）工程，对植被覆盖与土地利用结构产生了深刻影响，评估黄土高原未来植被恢复潜力、植树造林适宜区以及土地利用变化，对黄土高原生态保护和高质量发展具有重要意义。该研究基于北洛河流域2020年下垫面状况，借鉴"相似生境法"，对不同地貌类型区的未来恢复潜力、植树造林适宜区与土地利用变化进行了分析。结果表明：1）丘陵沟壑区目前平均植被盖度为61.9%，未来20~30 a仍有9.2%左右的上升空间，植被可恢复土地面积约占丘陵区的36.4%。土石山林区尚有11.5%的土地面积具有恢复余地，高塬沟壑区与阶地平原区植被盖度恢复余地很小。2）未来土地利用变化面积主要集中在丘陵沟壑区，与2020年相比，其耕地将减少47.4%，而林地与草地会增加0.7%与15.8%。土石山林区耕地将减少23.0%，林地与草地分别会增加0.2%与36.0%。3）基于"适地适树"原则下的情景模拟，高塬沟壑区与阶地平原区分别有279.16、233.73 km2面积可植树造林，而丘陵沟壑区大片可退耕土地适宜于自然恢复。结果表明，丘陵沟壑区仍是未来生态恢复重点关注区域，是黄河流域生态保护和高质量发展的热点区域。