粤港澳大湾区不同恢复模式植物群落结构与生态系统健康的动态变化

基于长期定位监测数据,量化揭示了红锥纯林(Castanopsis hystrix)、10种与30种乡土树种混交林等3种乡土人工林植物群落的生物量、物种多样性、生物热力学健康水平(eco-exergy)和土壤理化性状在种植后13年内的发展动态,并与尾叶桉(Eucalyptus urophylla)纯林,以及自然恢复系统(灌草坡)进行了比较。结果表明:(1)研究期间,5种恢复模式的植物群落生物量均呈现波动上升趋势,但在发展节率上有所差异。13龄时的尾叶桉纯林与两种乡土树种混交林生物量显著高于其各自1龄时的水平,且显著高于自然恢复灌草坡;相较于其他人工林,红锥纯林生物量增长缓慢,但快于灌草坡;(2)5种恢复模式植物群落的物种多样性(物种丰富度、Shannon-Wiener指数、Pielou均匀度指数)在6至13龄间均呈下降趋势,且30种乡土树种混交林下降趋势最为显著。13龄时,两种混交林Shannon-Wiener指数略高于两种纯林,显著高于灌草坡;10种乡土树种混交林的Pielou均匀度指数略高于红锥纯林与30种乡土树种混交林,显著高于尾叶桉纯林与灌草坡。(3)4种人工林的植物群落生物热力学健康水平皆在6至13龄间显著增加;13龄时两种乡土混交林群落生态[火用]显著高于两种纯林,两种纯林显著高于灌草坡,且该差异主要源自于乔木层生态[火用]的差异。(4)不同植被恢复模式中,10种乡土树种混交林土壤养分的累积效果最佳,13龄时其土壤总氮含量显著高于红锥纯林和自然恢复灌草坡,但与30种乡土树种混交林和尾叶桉纯林无显著差异。(5)冗余分析结果显示,研究期间植被与土壤间的相关关系逐步建立,土壤理化性状对地上植被结构变化的解释度由1龄时的73.3%逐步上升至13龄时的82.0%,但只有土壤有机碳含量在13龄时与地上植被结构的相关性达到显著水平。上述结果表明,乡土种人工林与外来种人工纯林群落结构、生物热力学健康水平、及植被与土壤间关系的发展规律相似,且相对而言,混交林优于纯林,纯林优于自然恢复灌草坡。植被恢复的起始物种丰富度并不是越高越好;发展到13龄时,10种乡土树种混交林在植被结构与土壤改良方面均优于30种乡土树种混交林。植被与土壤间相关关系的建立是一个长期的过程,不同植被恢复模式对土壤理化性状的差异性影响难以在短期内有所显现。

南亚热带不同人工林生态系统服务功能评估

中国南亚热带地区人口稠密,经济发展迅速,环境破坏严重,区域生态系统退化加剧。种植人工林被认为是减少水土流失、实现植被快速恢复的有效措施之一。目前对生态恢复过程中的人工林土壤养分含量、蓄水量、土壤酶活性等已开展了较多研究,但基于实测数据对不同人工林生态系统服务功能进行评估的研究较为少见。以广东鹤山10树种混交林(10 species mixed plantation,10NS)、16树种混交林(16 species mixed plantation,16NS)2种人工混交林,尾叶桉纯林(Eucalypyus urophylla monoculture,EU)、红锥纯林(Castanopsis hystrix monoculture,CM)、厚荚相思纯林(Acacia crassicaipa monoculture,AC)3种人工纯林和自然恢复的灌草坡(Shrub and herb land,SH)为研究对象,对其涵养水源、保育土壤、积累营养物质、固碳释氧、生物多样性保护等主要生态系统服务功能进行了评估,为南亚热带地区人工林合理种植和管理提供科学依据。结果表明,13林龄时,土壤保育能力为10树种混交林最强,红锥纯林最弱,尾叶桉纯林、厚荚相思纯林和灌草坡之间无显著差异;植被固碳释氧能力为10树种混交林、16树种混交林和尾叶桉纯林较高且无显著差异,红锥纯林最弱;涵养水源能力为灌草坡最强,其次为10树种混交林,尾叶桉纯林最差。研究表明,人工林改造或退化生态系统恢复时要注意结合不同人工林的生态系统服务功能进行科学种植:尾叶桉纯林土壤固碳作用和积累营养物质能力较强,宜作为用材林和碳汇林种植;厚荚相思纯林生物量较高且具有固氮作用,但抗风能力较弱,不适宜于沿海或台风多发地带种植;红锥纯林在保肥和水源涵养方面的生态服务功能相对较弱,但经济价值较高,适宜以大径材近自然林经营;10树种混交林的土壤养分含量最高且地表径流最小,林分调节水量和保育土壤功能最强,最适于生态恢复,可用作水土保持林、水源涵养林等,也可用于特种用途中的风景林建设。

长江荆南三口河系水位演变规律及对江湖水量交换关系的响应

为分析荆南三口河系水位演变规律与江湖水量交换关系。依据1956-2017年荆南三口、湖南四水、洞庭湖城陵矶站以及长江干流枝城站月平均水位及流量和该流域8个雨量站的降水数据,运用Mann-Kendall趋势检验法、回归分析、流量年特征值等方法研究了三口水位的时序演变特征及其与流量、降水、江湖水量交换、人类活动的关系。结果表明:①与阶段一(1956-1966年)相比,阶段二(1967-1980年)、三(1981-2002年)、四(2003-2017年)河系年平均水位、年最高水位分别下降0.74 m、0.37 m,年最低水位上升0.07 m;②在涨(4-5月)、丰(6-9月)、退(10-11月)、枯(12月-次年3月)四个水文节点上,最低水位降幅最大(-0.98m),平均水位次之(-0.78 m),最高水位最小(0.55 m),并将其降幅按水文节点排序依次为退水期(-0.95 m)>丰水期(-0.61 m)>涨水期(-0.21 m)>枯水期(0.15 m);③河系水位变化与其流量变化有着较好的一致性(二者的相关系数r=0.65),与降水量相关性较弱(r=-0.16),但2002-2017年相对干旱的气候加剧了河系水位的下降。从总体上看,长江枝城来水量减少和以水利工程为代表的人类活动方式是导致荆南三口河系特征水位下降的主要驱动因素。

三峡水库运行后荆南三口地区水资源安全状态及归因分析

论文基于驱动力-压力-状态-影响-响应(DPSIR)概念模型,建立荆南三口地区水资源安全评价指标体系,运用熵权模糊综合评价法评判该地区2000—2015年的水资源安全状态且以Ⅰ～Ⅴ等级来表征水资源安全由弱到强的状态,并运用因子分析法分析水资源安全状态变化的动因。结果表明:在2000—2015年间三口地区整体水资源安全的综合评价结果以Ⅲ等级占主导,为整体评价结果的45.83%,尚处在中间水平,并在时空上呈现出明显的阶段性变化:1)从时间上看,华容县水资源安全状态从2000年的Ⅱ等级上升到2015年的Ⅴ等级,其水资源安全隶属度整体上由低等级向高等级过渡;而安乡县水资源安全状态在2000—2002年处于Ⅳ～Ⅴ等级,三峡水库运行后下降到Ⅲ等级,且在各个等级上其水资源的安全隶属度变化幅度小,高等级增长缓慢;南县水资源安全状态在此期间波动幅度较大,2000—2002年从Ⅲ等级下降到Ⅱ等级,2003年后又缓慢上升到Ⅲ等级,但在2010后其水资源安全状态从Ⅱ等级下降到Ⅰ等级,并在2011—2013年连续3 a处于Ⅰ等级状态,其水资源安全隶属度在三峡水库运行后波动较大,主要向低等级方向移动。2)从空间上看,三峡水库运行前荆南三口地区水资源安全状态由高到低排序为安乡县>南县>华容县,三峡水库运行初期水资源安全状态的高低排序为安乡县>华容县>南县;试验性运行期为华容县>安乡县>南县。3)人类经济活动与供水能力是影响三口地区水资源安全的主要贡献因子,方差贡献率分别为26.758%与25.587%;而气候与人口因素为次要贡献因子,方差贡献率分别为16.240%与15.469%。