元謀干熱河谷森林植被恢復適宜性分區(qū)研究

元謀干熱河谷森林植被恢復適宜性分區(qū)研究

云南元謀位于金沙江-龍川河下游，為典型干熱江谷，海拔16600米以下。該區(qū)氣候干熱,生態(tài)環(huán)境脆弱,植被恢復十分困難。元謀干熱河谷的河谷兩岸山地出露巖層主要為元古代變質巖和巖漿巖、中生界紫色砂泥巖、早更新統(tǒng)元謀組半成巖砂泥巖和中晚更新統(tǒng)階地堆積物。山地天然植被多已退化以扭黃茅+車桑子(Heteropogoncontortus-Dodonaeariscosa)為主的南亞熱帶稀樹草灌植被。建國以來,當?shù)卣e極開展荒山造林,以期恢復元謀干熱河谷森林植被。20世紀90年代以來,我們在元謀開展了干熱河谷巖土組成、土壤水分、植物生長相互關系的研究,根據(jù)不同巖土組成的坡地土壤分狀況差異較大,適合喬、灌、草不同植物的生長的特點,提出了不同巖土組成坡地的植被恢復模式(Walter,1979;YangZhongetal.,1995;張信寶等,1997;1998;楊忠等,1999;2000)。隨后,當?shù)鼗景创四Ｊ竭M行植被恢復重建,不再選擇土層深厚的元謀組泥巖坡地造林,以中晚更新統(tǒng)階地堆積物坡地為主成功營造了大面積人工林。本文在干熱河谷巖土組成、土壤水分、植物生長相互關系的應用基礎研究和總結生產(chǎn)實踐的基礎上,根據(jù)不同巖土組成坡地的土壤水分特點,劃分坡地巖土類型,綜合氣候垂直分帶和巖土類型分布,編制了元謀干熱河谷植被恢復分區(qū)圖。1立地條件及巖石種類的選擇傳統(tǒng)造林立地條件的土壤分類,僅考慮表層厚度數(shù)十厘米的土壤。元謀干熱河谷旱季表層土壤干旱,植物(特別是木本植物)往往通過發(fā)達的根系吸收深部巖土的水分維持生存,植被類型和生長情況不僅與表層土壤的土壤水分狀況有關,而且也和深層巖土的土壤水分狀況有關。在干熱河谷的氣候條件下,就均質土而言,粘質土坡地入滲速率低,降水入滲淺,地面蒸發(fā)耗水多,可供植物利用的水分少,適合季節(jié)性草本植物的生長;裂隙發(fā)育的石質山地入滲速率高,降水入滲深,地面蒸發(fā)耗水少,可供植物利用的水分較多,特別是旱季深層巖土儲存的水分往往可以維持深根性木本植物的生存,適合木本植物的生長。非均質巖土組成的坡地,土壤水分狀況較為復雜,下伏不透水層的粗粒土坡地,有利于降水的入滲保存,土壤水分條件較好。理論上,坡地巖土的分類應考慮母巖和上覆土壤層的組合。天然植被主要取決于旱季坡地巖土的土壤水分狀況,侵蝕坡地土壤層厚度一般小于50cm,旱季土壤含水量多低于凋萎含水量,僅深部巖土的土壤水分可供植物吸收利用,因此,我們主要根據(jù)母巖進行坡地巖土分類。元謀干熱河谷區(qū)分布有較大面積的由早更新統(tǒng)元謀組泥巖組成的平坦臺地,臺地上第四紀紅土發(fā)育保存較好,厚度可達2～5m,地表植物主要從紅土層中吸收水分,故將元謀干熱河谷平坦臺地上的第四紀紅土單列為一種類型。母巖的分類主要根據(jù)巖層的時代和巖性,盡可能地進行了歸并。根據(jù)巖土組成、結構、土壤水分特點,及對植物生長的影響,將元謀干熱河谷坡地的巖土分為6種類型。1.1隆升特殊類型土壤的特性這里專指元謀組上覆的第四系紅土,分布于元謀盆地海拔1170～1200m的盆地內(nèi)侵蝕輕微的平緩高臺地上,分布面積2671.28hm2。第四紀紅土是元謀古湖盆形成后,隆升臺地上長期發(fā)育形成的土狀風化殼,底部多發(fā)育有鐵鋁質淀積層。第四紀紅土厚度多大于2m,最厚可達7～8m,表層燥紅土化強烈,為典型燥紅土。第四紀紅土顆粒細,粘粒含量多大于40%,粘土礦物以高嶺石和伊利石為主。表層燥紅土為中性偏堿性。第四紀紅土孔隙度高,孔隙以毛細孔隙為主,透水性較差,土壤持水性好,儲水庫容大。第四紀紅土入滲速率高于元謀組泥巖,為0.6～1.3mm·min-1,水分條件優(yōu)于元謀組泥巖,天然次生植被多為扭黃茅+車桑子群落。開挖壕溝,造林整地營造的稀樹灌草林長勢一般。1.2地下水位高,沖積扇薄為砂礫堆積,部分上覆土狀堆積物,分布于河流兩岸的I級階地、灘地和支溝溝口的沖積扇,分布面積11339.08hm2。全新統(tǒng)沖洪積物透水性較好,臨近河床,地下水位高,土壤水分條件好。原始植被為河谷走廊林,自然喬木植被易于恢復。1.3階地堆積層地形廣泛分布于龍川江兩岸Ⅱ～Ⅲ級階地,其中高出河床70～90m的Ⅲ級階地最為發(fā)育,分布面積10469.36hm2,為土狀堆積物+礫石層+基巖的復合巖土類型,礫石層薄者不足3m,厚者可達20m以上;礫石以卵石為主,有時含較多的巨礫,礫石之間為砂質充填,礫石層中有時夾有砂層。土狀堆積物遭受了不同程度的紅土化,Ⅲ～Ⅳ級階地紅土化強烈,土狀堆積物底部發(fā)育有鐵錳質淀積層。發(fā)育保存完好的階地堆積層坡地的土壤水分和植被特點類似于第四紀紅土層,原始植被為稀樹草原,次生植被為扭黃茅+車桑子群落。由于后期的侵蝕,部分Ⅲ～Ⅳ階地的上部土狀堆積物保存較差,侵蝕強烈,堅硬的鐵錳質泥質層出露地面,降水很難透過鐵錳淀積層滲入礫石層,常常是寸草不生的光板地。開挖壕溝造林打破鐵錳質淀積層,降水徑流可滲入礫石層,礫石層透水層下伏的不透水或弱透水的元謀組泥巖和其它基巖,又起到了隔水層作用,入滲的徑流蓄積于礫石層,非常有利于木本植物的吸收利用,元謀階地堆積物坡地的壕溝造林均取得了成功。1.4元謀組泥巖地層的特點廣泛分布于元謀干熱河谷諸盆地內(nèi)的臺地地區(qū),分布面積19658.96hm2。臺地侵蝕強烈,沖溝發(fā)育,除侵蝕輕微、上覆的第四紀紅土保存較好的平坦臺地外,沖溝兩側坡地的紅土層多侵蝕殆盡,泥巖裸露。元謀組泥巖粘粒含量高,大于40%,粘土礦物以蒙脫石為主,膨脹性強,當?shù)厮追Q膨脹土。元謀組泥巖孔隙度高,以毛細孔隙為主,通氣孔隙僅占總孔隙的4%～6%,透水性極差,為極弱透水巖土,入滲速率低,為0.03～0.63mm·min-1,降水入滲淺,土壤水分富集于表層土壤,地面蒸發(fā)量損失大,旱季末期,40cm深度內(nèi)土層的含水量多低于凋萎含水量。元謀組泥巖坡地是一種典型的侵蝕劣地,土壤水分條件極差,土體的膨脹收縮往往拉斷植物根系,導致植物死亡,非常不利于植物的生長。泥巖坡地多是歷史時期以來強烈侵蝕的產(chǎn)物,上覆的第四紀紅土侵蝕殆盡,次生天然植被為稀疏的孔穎草(Bothriochloapertusa)群落(強膨脹土)和扭黃茅群落(中—弱膨脹土)。數(shù)十年來的人工造林也基本失敗。1.5紫色土的分布為侏羅系、白堊系、老第三系紫紅色砂巖、粉砂巖和泥巖,風化土壤為紫色土,龍川江東、西兩側山地均有分布,分布面積41012.16hm2。紫色土以壤質為主,滲透性和持水性均較好。紫色土較深厚的坡地,土壤水分條件較好。紫色土發(fā)育保存較差的坡地,土壤水分條件取決于巖性和裂隙發(fā)育狀況,灌草植被生長茂盛。裂隙發(fā)育的砂巖坡地,降水入滲深,適合木本植物的生長;泥巖坡地降水不易入滲,入滲淺,土壤水分條件較差,天然植被多為稀疏低矮喬灌植被,但植被狀況多好于泥巖坡地。1.6巖漿巖地層變質巖An∈(m)和巖漿巖An∈(γ)是西山山地的主要出露巖層,分布面積27384.28hm2。變質巖為元古界苴林群,以片巖為主,有少量大理巖、片麻巖;巖漿巖主要為花崗巖,有少量基性、超基性巖。此類巖層裸露坡地的土壤水分的主要特點是,巖層孔隙以裂隙為主,降水入滲深,水分主要儲存于裂隙中,植物能夠吸收的有效水比例高,土壤水分活躍層深度大,地面蒸發(fā)耗水少,其水分狀況非常適合根系發(fā)達的木本植物的生長。不同裂隙發(fā)育程度的巖石入滲能力差異較大(裂隙發(fā)育的片巖入滲速率高達1.40～8.67mm·min-1;裂隙不發(fā)育的巖層,入滲速率接近于0)。產(chǎn)狀陡立、裂隙發(fā)育的巖層有利于降水的入滲,天然植被較為茂密,植物根系沿裂隙生長,吸收裂隙中儲存的水分,天然植被多為喬灌群落;而破碎程度差、裂隙不發(fā)育的巖層則相反,植被基本為以扭黃茅為主的稀疏草叢。第四紀紅土厚度對變質巖、巖漿巖坡地的土壤水分性狀影響也較大,厚層第四紀紅土完全覆蓋的平緩坡地,土壤水分條件不適合木本植物群落的生長,天然植被為地帶性稀樹草原類型。元謀干熱河谷各類巖土的分布見圖1。2熱河谷區(qū)氣候特點元謀干熱河谷氣候垂直分帶明顯,海拔1600m以下的干熱河谷區(qū)可分為3個明顯的氣候帶:Ⅰ.燥熱區(qū)(海拔1100m以下);Ⅱ.較燥熱區(qū)(海拔1100～1350m);Ⅲ.干熱區(qū)(海拔1350～1600m)(圖2)。2.1極低氣溫溫度本區(qū)為龍川江下游和金沙江沿岸河谷地帶,面積14491.12hm2,年均溫22.8℃,極端最高氣溫43℃,極端最低氣溫-0.8℃,最熱月(5月)均溫27.2℃,最冷月(12月)均溫15.4℃,≥10℃積溫達8001.5℃。年降水量520～590mm,年蒸發(fā)量4000～4300mm,無霜期360～365d。2.2溫、濕度、光照本區(qū)為龍川江兩岸下部山地的谷地地帶,面積61253.84hm2,多年平均氣溫21.7℃,最熱月(5月)均溫27.1℃,極端最高氣溫43℃,最冷月(12月)均溫14.9℃,極端最低氣溫-2.1～0.1℃;≥10℃的積溫7996℃;無霜期350～365d;年日照時數(shù)2550～2744h,日照百分率為60%;年降水量623.95mm,年蒸發(fā)量3507.2mm。2.3溫2.555555510510510101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010.9.7101010101010101010.5101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010.51010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010本區(qū)為龍川江兩岸中部山地,面積36790.2hm2,多年平均氣溫15.8～17.3℃,最熱月均溫24.1～25.5℃,最冷月(12月)均溫9.0～11.0℃,極端最高氣溫33.5～35.3℃,極端最高氣溫43℃,極端最低氣溫-5.1～-3.6℃,≥10℃積溫5087.5～5790.5℃。年降水量668～740mm,年蒸發(fā)量2100mm左右。各氣候區(qū)中不同類型巖土的分布面積見表1。3植被恢復區(qū)依據(jù)巖土類型和氣候的組合,按是否適宜恢復森林植被(見表2),將元謀干熱河谷劃分為5個植被恢復類型區(qū)。3.1界變質巖an面積24470.6hm2,占全區(qū)面積的21.74%。包括3種巖土類型坡地:各氣候帶的全新統(tǒng)沖積物(Q4),河流兩岸的I級階地、灘地和支溝溝口沖積扇;海拔1100m以上的中、晚更新統(tǒng)階地堆積物(Q2-3),龍川江兩岸Ⅱ～Ⅲ級階地,其中高出河床70～90m的Ⅲ級階地最為發(fā)育;海拔1350m以上的元古界變質巖(An∈),龍川江西岸海拔1350m以上的山地上部。本區(qū)適宜恢復以喬木為主的喬灌草森林植被,植被恢復可進行喬灌草混交,混交模式為:喬木——赤桉(Eucalyptuscamalulensis)、臺灣相思(Acaciaconfusa)、滇合歡(Albizziamollis)、山麻柳(Tremaangustifolia)等+灌木——新銀合歡(Leucacnaglauca)、木豆(Cajanuscajan)、山毛豆(Tephrosiacandida)、余甘子(Phyllanthusemblica)、金合歡(Acaciafarnesiana)、車桑子(Dodonaeariscosa)等+草本——大翼豆(Macroptiliumatrepurpureum)、香根草(Vetiveriazizanioides)、龍須草(Rvolvulusalsinoidesvar.dacumbens)等。按1行喬木、1～3行灌木進行配置,行間種草,種植規(guī)格為喬木:6～12m×3m,灌木:3～4m×2m。3.2元古界變質巖和巖漿巖結合的水土保持混交植被模式面積48504.88hm2,占全區(qū)面積的43.1%。包括4種巖土類型坡地:海拔1350m以上的中生界和老第三系紫色砂泥巖(E-T),元謀東山、馬頭山及西山部分山地;海拔1100～1350m的元古界變質巖和巖漿巖(An∈),龍川江西岸的部分山地;海拔1100m以下的中、晚更新統(tǒng)階地堆積物(Q2-3),龍川江下游及金沙江沿岸的河流階地。本區(qū)適合恢復以大灌木為主的灌喬草森林植被,植被恢復可進行灌喬草混交,混交模式為:灌木——新銀合歡、油桐(Jatrophacurcas)、木豆、山毛豆、余甘子、金合歡、車桑子等+喬木——赤桉、臺灣相思、滇合歡等+草本——大翼豆、香根草、龍須草等。按1行喬木、3～5行灌木進行配置,行間種草,種植規(guī)格為喬木:12～20m×4m,灌木:3～5m×2m。3.3早更新統(tǒng)元謀組—森林植被恢復較不適宜區(qū)面積23027.8hm2,占全區(qū)面積的20.46%。包括4種巖土類型坡地:海拔1350m以下的中生界和老第三系紫色砂泥巖(E-T),元謀東山山地下部;海拔1350m以上的早更新統(tǒng)元謀組和晚更新統(tǒng)龍街組半成巖砂泥巖(QL),南部老城鄉(xiāng)一帶高臺地;海拔1100m以上的厚層第四紀紅土(QS);海拔1100m以下的元古界變質巖和巖漿巖(An∈)。本區(qū)已不太適宜恢復森林植被,只宜恢復以灌草為主的稀樹灌草植被。植被恢復可進行灌草喬混交,混交模式為:灌木——新銀合歡、油桐、山毛豆、余甘子、金合歡、車桑子、木豆等+草本——大翼豆、香根草、龍須草等+喬木——赤桉、臺灣相思、滇合歡等。按1行喬木、5～10行灌木進行配置,行間種草,種植規(guī)格為喬木:2～2.5m×8m,灌木:3～5m×2m。3.4元謀盆地內(nèi)的下海帶面積14704.48hm2,占全區(qū)面積的13.07%。包括2種巖土類型坡地:海拔1100～1350m的早更新統(tǒng)元謀組和晚更新統(tǒng)龍街組半成巖砂泥巖(QL),元謀組分布于元謀盆地內(nèi)的臺地區(qū),龍街組分布于龍川江下游和金沙江沿岸;海拔1100～1