砒砂岩区典型流域土壤侵蚀演变过程及人工林格局优化

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黄河流域的生态保护和高质量发展是我国新时代生态文明建设的重要内容,裸露砒砂岩区位于黄河粗沙集中来源区,气候干旱、土壤贫瘠,水力、重力、冻融等多类型侵蚀交替发生导致侵蚀类型多样复合,水土流失严重,植被类型单一且配置模式相对简单,抵御自然灾害的能力不强,流域内的侵蚀情况不尽相同,治理需求和土地可利用价值也有所差别,研究该区人工林体系空间配置优化对于促进流域生态环境保护的经济社会可持续发展具有重要现实意义。本文选取裸露砒砂岩区的圪秋沟流域为研究区,对小流域内近30a内土地利用转移特征、景观格局变化特征进行分析,在此基础上以修正的通用土壤流失方程为依据对流域内侵蚀状况进行估算,分析侵蚀变化规律,研究人工林空间布局中的不合理之处,运用层次分析法确定人工林的合理比例,判断并选择出生态功能较强的林、树种组合比例,提出以侵蚀防控为主、兼顾经济效益和生态效益小流域水土保持植被空间格局。研究得出了以下结论:(1)圪秋沟流域内现阶段土地利用的主要问题是结构不合理且利用效益不高,主要表现在耕地广泛分布于河谷川滩地带,但是效益不高,单位面积产值较低,林地虽广泛分布,但是单位面积经济效益较低,裸地零星分布于整个流域内,治理难度极大,圪秋沟流域内优势景观为草地,占流域总面积的59.46%,其次是林地,占流域总面积24.43%,裸地面积为21.11km2,占流域面积的9.35%,而水域、建设用地的面积之和占流域总面积的比例不到2.77%,1990~2018年间,土地利用的变化为耕地减少14.16km2,主要向林地和草地转化,林地增加34.2km2、草地减少12.17km2、裸地减少8.13km2,由于大水土保持工程的实施,裸地向草地和林地转化。(2)流域内水力侵蚀的强度主要决定于降雨、地形和土地利用方式,近30年内圪秋沟流域内土壤侵蚀的程度有所缓解,各部位侵蚀强度均以微轻度侵蚀为主,地表覆被逐渐恢复,到2018年流域内微轻度侵蚀面积占比达到74.09%,但是流域内地形破碎,沟壑密布,中强度侵蚀分散镶嵌在大面积的微轻度侵蚀中,通过实地调查发现,侵蚀主要集中在流域内坡面的坡中部与沟道内,不同土地利用类型下的土壤侵蚀强度指数在近30年内表现不同,裸地的土壤侵蚀强度最大,其次为草地和耕地,林地的土壤侵蚀强度指数最小,不合理的土地利用方式破坏的生态系统的平衡。(3)通过衡量人工植被恢复适宜与否,确定该区未来的林业建设的极限森林覆盖率为47.37%,基于研究流域的侵蚀防控和经济生态需求可以确立砒砂岩区典型小流域的水土保持植被的林业配置模式包含陡坡防护林、沟缘防护林、沟底防护林、缓坡经济林和缓坡放牧林。砒砂岩区典型小流域人工林结构调整仍然是以防治水土流失为主,在流域生态环境好转的基础上植被配置的目标开始向提升经济和生态效益方向侧重,本次人工林结构调整后的经济效益占据了仅次于侵蚀防控的地位。最终人工林结构,林种结构依次为,陡坡防护林(0.24464)、沟缘防护林(0.28697)、沟底防护林(0.21660)、缓坡经济林(0.14349)、缓坡放牧林(0.10830)。树种结构权重次序为,柠条(0.27945)>沙棘(0.25461)>山杏(0.16495)>油松×沙棘(0.12085)>油松×山杏(0.10615)>油松(0.07399)。
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