CN113812295A

CN113812295A - 红壤丘陵区规模化果园生态功能提升的植被多维配置方法

Info

Publication number: CN113812295A
Application number: CN202110949280.0A
Authority: CN
Inventors: 段剑; 刘窑军; 周翔宇; 汤崇军; 杨洁; 李忠武; 王凌云
Original assignee: Hunan Normal University; Jiangxi Academy of Water Resources
Current assignee: Hunan Normal University; Jiangxi Academy of Water Resources
Priority date: 2021-08-18
Filing date: 2021-08-18
Publication date: 2021-12-21
Anticipated expiration: 2041-08-18
Also published as: CN113812295B

Abstract

本发明公开了红壤丘陵区规模化果园生态功能提升的植被多维配置方法，所述方法包括以下步骤：根据果园规模化开发区域的地形条件，确定山顶、山腰、山脚、山塘的植被配置区域；在保留各区域原生植被的基础上，基于不同区域生态功能的目标定位，配置相适应的植物群落，构建“山顶留林涵养水源‑山腰垂直留林生物隔离‑山腰果园林下生草培肥‑山脚水平留林阻控泥沙‑山塘湿地蓄水沉沙减污”的多维体系，形成红壤丘陵区规模化果园开发生态功能提升的植被多维配置方法。本发明能够有效控制水土流失与面源污染，提高生物多样性，提高果园生态系统的稳定性，有效实现生态与生产功能的协同提升。

Description

红壤丘陵区规模化果园生态功能提升的植被多维配置方法

技术领域

本发明涉及生态环境保护与治理技术领域，具体涉及规模化果园生态功能提升的植被优化配置方法。

背景技术

南方红壤低山丘陵区是我国重要的名优特农林产品供给基地。近年来，随着农林产业结构的重大调整，特色林果产业开发成为各地发展乡村经济，带动农民脱贫致富，助力乡村振兴的重要抓手。据不完全统计，1980至2017年，该地区经果林面积从42km²增加到474km²，增长超10倍；水果年产量从123万t增加到8897万t，增长超70倍。特色林果产业发展为促进“红色沙漠”生态修复与农民脱贫致富做出了巨大贡献。

目前在特色林果产业规模化开发过程中，缺乏系统的规划设计和管理，为追求片面经济效益与施工方便，普遍采用挖机进行大面积机械粗放整地，没有保留原生植被，导致新垦果园地表大量裸露，土壤质量与功能退化，水土流失面源污染风险增加；同时规模化开发导致果园集中连片，植被多样性降低，黄龙病等病虫害爆发，极端气候致灾风险也在增加，生态系统失衡，生态调控能力差，严重制约着特色林果产业的生态优先绿色高质量发展。

发明内容

本发明所要解决的问题是：提供红壤低山丘陵区规模化果园生态功能提升的植被多维配置方法，能够有效解决我国红壤丘陵区规模化果业开发水土流失面源污染和生态系统失衡等问题，控制水土流失与面源污染，提高生物多样性，提升果园生态系统的稳定性，协同提升果园生态-生产功能，有效实现生态保护与经济增长的协调发展。

本发明为解决上述问题所提供的技术方案为：红壤低山丘陵区规模化果园生态功能提升的植被多维配置方法，所述方法包括以下步骤：

(1)根据规模化果园开发区域的地形条件，确定山顶、山腰、山脚、山塘的植被配置区域；

(2)在保留各区域原生植被的基础上，基于不同区域生态功能的目标定位，配置相适应的植物群落，构建“山顶留林涵养水源-山腰垂直留林生物隔离-山腰果园林下生草培肥-山脚水平留林阻控泥沙-山塘湿地蓄水沉沙减污”的多维体系，形成规模化果园生态功能提升的植被多维配置方法。

优选的，其中，所述植被多维配置方法，配置的植物物种具体为：所述山顶留林和山腰垂直留林区域配置的植物物种包括乔木、灌木和草本；所述山腰果园林下生草区域配置的植物物种包括多年生草本；所述山脚水平留林区域配置的植物物种包括灌木和草本；所述山塘湿地区域配置的植物物种包括湿生草本植物。

优选的，所述山顶留林区域配置的乔木包括枫香、木荷、杜英、桤木、苦槠、青冈中的至少一种，灌木包括杜鹃、檵木、赤楠、栀子、胡枝子中的至少一种，草本包括狗尾草、芒、鸭嘴草、刺芒野古草、雀稗中的至少一种。

优选的，所述山腰垂直留林区域配置的乔木包括喜树、番石榴、香樟中的至少一种；灌木包括花椒、杜鹃、赤楠、栀子、胡枝子中的至少一种，草本包括马缨丹、决明、五爪金龙、马兜铃中的至少一种。

优选的，所述山腰果园林下生草区域配置的草本包括白三叶、草木犀、落花生、紫云英中的至少一种。

优选的，所述山脚水平留林区域配置的灌木包括马甲子、忍冬、火棘、紫穗槐、大叶黄杨中的至少一种，草本包括类芦、黄花菜、五节芒、巨菌草、香根草中的至少一种；

优选的，所述山塘湿地区域配置的湿生草本包括荷花、芋头、水芹菜、空心菜、狐尾藻中的至少一种。

优选的，所述山顶留林宽度为整个坡面坡长的1/5～1/4；所述山腰垂直留林宽度为10m，带间距为50m～100m；所述山脚水平留林宽度为10m。

优选的，所述山顶留林区域配置包括耐旱、耐贫瘠、根系发达的植物物种；所述山腰垂直留林区域配置包括耐旱、耐贫瘠、且对果园木虱等病虫害昆虫具有趋避作用的植物物种；所述山腰果园林下生草区域配置包括根系发达、深厚，且具有固氮效果的豆科植物物种；所述山脚水平留林区域配置包括耐旱、耐贫瘠、地上生物量大且簇生的植物物种；所述山塘湿地区域配置包括生长速度快、净污能力强，且具有一定附加经济效益的植物物种。

与现有技术相比，本发明的优点是：本发明基于水土保持学和恢复生态学等学科理论系统性原理，针对规模化果园开发特点，根据坡面功能分区对位配置植被形成多维防护体系，在果园不同区域保留原生植被的基础上，基于不同区域植被构建的目标生态功能，配置相应的乔灌草植物，降低规模化果园开发导致的水土流失与面源污染，提升果园土壤水库的调蓄抗旱能力，增加规模化果园植被覆盖度和多样性，提升规模化果园生态安全及生态服务功能。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明规模化果园植被多维配置方法的示意图；

图2是技术示范区年均土壤侵蚀模数示意图；

图3是技术示范区的调水抗旱效益示意图；

图4是技术示范区和对照区径流中氮磷含量示意图；

图5是技术示范区径流中氮磷素削减率示意图；

具体实施方式

以下将配合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在此本发明实施例说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明实施例。如在本发明实施例说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

本实施例的实施区域为江西省赣州市宁都县小洋小流域，地理位置 (26°14′51″～26°19′56″N，116°02′29″～116°06′56″E)，流域面积46.85km²，土壤以花岗岩发育的红壤为主，地貌类型以低山丘陵为主，土壤侵蚀类型以水力侵蚀为主，水土流失面积25.17km²，占土地总面积的53.72％，主要土地利用类型为脐橙园地、林地和水田。采用本发明的规模化果园植被多维配置方法后，该区域果园的生境条件得到了明显改善，生态功能也得到了显著提升。结合技术示范区的实际情况，植被多维配置方法如下。

(1)山顶留林涵养水源区

占整个坡面坡长的1/5的山顶区域，在保留原生植被的基础上，补植乔灌草植物物种，主要包括枫香、木荷、杜英、杜鹃、胡枝子、雀稗、狗尾草，乔木行间距为5m×5m，灌木行间距为2m×2m，草本采用撒播的种植方式。

(2)山腰垂直留林生物隔离区

占整个坡面坡长3/5的山腰区域，在果园开发的坡改梯过程中，沿坡面垂直方向，垂直带状留林(保留原生植被)，带宽10m，带间距50～100m。然后再在垂直留林区域内，补植乔灌草植物物种，主要包括喜树、番石榴、香樟、杜鹃、决明、马兜铃，乔木行间距为5m×5m，灌木行间距为2m×2m，草本采用撒播的种植方式。

(3)山腰果园林下生草培肥区

在山腰果园林下梯面上种植藿香蓟、薄荷、白三叶草籽，草籽采用撒播种植方式，藿香蓟种子5-10g/m²，薄荷种子10-15g/m²，白三叶种子25-30g/m²。

(4)山脚水平留林阻控泥沙区

在坡面最底端沿等高线方向进行水平带状留林(保留原生植被)，带宽10m。然后再在水平带状留林区域内，补植灌草植物物种，主要包括马甲子、紫穗槐、黄花菜、类芦，灌木行间距为2m×2m，草本行间距0.5m×0.5m。

(5)山塘湿地蓄水沉沙减污区

底塘湿地区域在保留原生植被的基础上，补植荷花、芋头、水芹菜湿生植物，种植间距为0.5m×0.5m。

本规模化果园植被多维配置于2017年8月开始实施，同时在小流域内选择一个全垦式果园为对照区(CK)。2017-2020年的监测结果表明：植被多维配置技术示范区的植被覆盖度和多样性得到显著提升，覆盖度由55.7％提升至84.6％，年平均土壤侵蚀模数为331.98t km^-2 a^-1，小于南方红壤区土壤允许流失量(500t km^-2a^-1)，土壤在旱季的土壤蓄水能力提升，土壤侵蚀与氮磷面源污染降低，有效提升规模化果园生态调控能力。

(1)植被覆盖度

通过无人机定期航拍技术示范区和对照区，发现实施多维植被构建后，2017～2020年，技术示范区的植被覆盖度由55.7％提升至84.6％；对照区的植被覆盖度由28.6％提升至40.1％ (表1)。说明在规模化果园开发中，实施植被多维配置能有效提升特色经济林果开发初期的植被覆盖度。

表1规模化果园植被多维配置后植被覆盖度变化

注：技术示范区为多维植被构建的规模化果园开发模式；对照区为传统全垦式规模化果园开发模式。

(2)土壤侵蚀

在技术示范区选择8个自然大坡面为试验处理(CL1-CL8)，采用定位侵蚀桩、沉砂池泥沙和山塘水沙取样等定位观测方法，定期监测示范区侵蚀产沙情况(图2)，发现2018～2020 年期间示范区的年平均土壤侵蚀模数为331.98t km^-2a^-1，小于500t km^-2a^-1。(南方红壤区允许土壤流失量)。说明植被多维配置后，技术示范区初期的土壤侵蚀模数显著降低。

(3)调水抗旱

为了评价规模化果园植被多维配置的调水抗旱效果，通过野外取样调查测定不同层次土壤水分，比较了技术示范区和对照区的土壤水分时空分布规律(图3)。研究发现在旱季时期，技术示范区的土壤含水量显著高于对照区，为对照区的1.27～1.87倍。这说明规模化果园进行植被多维配置后，能充分合理地利用水资源，提升蓄水保墒能力，具有良好的应用前景。

(4)氮磷污染

由于技术示范区植被多维配置后侵蚀产沙较少，仅分析径流中的氮磷含量。通过野外定位采集技术示范区和对照区塘库中的水样，分析径流中全氮、铵态氮和全磷含量，研究植被多维配置对规模化果园开发初期氮磷面源污染的影响。

图4为技术示范区和对照区塘库中氮磷含量变化情况，可以看出示范区总氮含量0.282～0.780mg L^-1(均值0.441mg L^-1)，氨氮含量0.020～0.150mg L^-1(均值0.078mg L^-1)，总磷含量0.0140～0.169mg L^-1(均值0.0591mg L^-1)；对照区总氮含量0.387～2.504mg L^-1(均值0.968mg L^-1)，氨氮含量0.100～1.055mg L^-1(均值0.374mg L^-1)，总磷含量0.021～0.217 mg L^-1(均值0.072mg L^-1)。其中总氮和氨氮含量存在显著差异，全磷含量无显著差异。

与对照区相比较，示范区氮磷流失削减率见图5，可以看出示范区以氨氮的削减率最高，其次为总氮，总磷削减率最低。具体表现为：总氮含量削减率46.60％，氨氮含量削减率79.09％，总磷含量削减率17.19％。

(5)植物多样性

通过野外布设固定调查样方等方法，定期监测技术示范区的植物多样性。在技术示范区选择了8个自然大坡面为试验处理(CL1-CL8)，同时在小流域内选择一个全垦式果园为对照(CK)。在每一种处理的区域各取上、中、下三个条带，每个条带设置3个1m×1m的固定草本样方，定期调查记录样方内植物物种、高度、盖度等信息，计算物种种数、Simpson指数和Shannon-wiener指数等。结果发现，技术示范区的物种数量和植物多样性指数均有不同程度的提高(表2)，说明植被多维配置后能有效提高规模化果园初期植物多样性。

表2技术示范区和对照区植物多样性特征

以上仅就本发明的最佳实施例作了说明，但不能理解为是对权利要求的限制。本发明不仅局限于以上实施例，其具体结构允许有变化。凡在本发明独立权利要求的保护范围内所作的各种变化均在本发明保护范围内。

Claims

1.红壤丘陵区规模化果园生态功能提升的植被多维配置方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤，

2.根据权利要求1所述的规模化果园生态功能提升的植被多维配置方法，其特征在于：所述山顶留林和山腰垂直留林区域配置的植物物种包括乔木、灌木和草本；所述山腰果园林下生草区域配置的植物物种包括多年生草本；所述山脚水平留林区域配置的植物物种包括灌木和草本；所述山塘湿地区域配置的植物物种包括湿生草本植物。

3.根据权利要求2所述的规模化果园生态功能提升的植被多维配置方法，其特征在于：所述山顶留林区域配置的乔木包括枫香、木荷、杜英、桤木、苦槠、青冈中的至少一种，灌木包括杜鹃、檵木、赤楠、栀子、胡枝子中的至少一种，草本包括狗尾草、芒、鸭嘴草、刺芒野古草、雀稗中的至少一种。

4.根据权利要求2所述的规模化果园生态功能提升的植被多维配置方法，其特征在于：所述山腰垂直留林区域配置的乔木包括喜树、番石榴、香樟中的至少一种；灌木包括花椒、杜鹃、赤楠、栀子、胡枝子中的至少一种，草本包括马缨丹、决明、五爪金龙、马兜铃中的至少一种。

5.根据权利要求2所述的规模化果园生态功能提升的植被多维配置方法，其特征在于：所述山腰果园林下生草区域配置的草本包括白三叶、草木犀、落花生、紫云英中的至少一种。

6.根据权利要求2所述的规模化果园生态功能提升的植被多维配置方法，其特征在于：所述山脚水平留林区域配置的灌木包括马甲子、忍冬、火棘、紫穗槐、大叶黄杨中的至少一种，草本包括类芦、黄花菜、五节芒、巨菌草、香根草中的至少一种。

7.根据权利要求2所述的规模化果园生态功能提升的植被多维配置方法，其特征在于：所述山塘湿地区域配置的湿生草本包括荷花、芋头、水芹菜、空心菜、狐尾藻中的至少一种。

8.根据权利要求1所述的规模化果园生态功能提升的植被多维配置方法，其特征在于：所述山顶留林宽度为整个坡面坡长的1/5～1/4；所述山腰垂直留林宽度为10m，带间距为50m～100m；所述山脚水平留林宽度为10m。

9.根据权利要求1所述的规模化果园生态功能提升的植被多维配置方法，其特征在于：所述山顶留林区域配置包括耐旱、耐贫瘠、根系发达的植物物种；所述山腰垂直留林区域配置包括耐旱、耐贫瘠、且对果园病虫害昆虫具有趋避作用的植物物种；所述山腰果园林下生草区域配置包括根系发达、深厚，且具有固氮效果的豆科植物物种；所述山脚水平留林区域配置包括耐旱、耐贫瘠、地上生物量大且簇生的植物物种；所述山塘湿地区域配置包括生长速度快、净污能力强，且具有一定附加经济效益的植物物种。