西南喀斯特地区耕地撂荒生态环境效应研究进展_易兴松.pdf
《西南喀斯特地区耕地撂荒生态环境效应研究进展_易兴松.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《西南喀斯特地区耕地撂荒生态环境效应研究进展_易兴松.pdf(12页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、第 卷第 期 年 月生态学报 ,:基金项目:国家自然科学基金项目(,);中国博士后科学基金项目();贵州省研究生科研基金项目(黔教合)收稿日期:;网络出版日期:通讯作者 :易兴松,戴全厚,严友进,张吟,何洁,王勇,姚一文西南喀斯特地区耕地撂荒生态环境效应研究进展生态学报,():,():西南喀斯特地区耕地撂荒生态环境效应研究进展易兴松,戴全厚,严友进,张 吟,何 洁,王 勇,姚一文,贵州大学林学院,贵阳 贵州大学土壤侵蚀与生态修复研究中心,贵阳 贵州省森林资源与环境研究中心,贵阳 贵州省城乡规划设计研究院,贵阳 摘要:耕地撂荒是多驱动力综合作用的结果,不同地域下的撂荒地生态环境影响具有其特殊性。
2、针对当前西南喀斯特地区耕地撂荒现象,综述了目前在西南喀斯特地区撂荒地生态环境影响方面取得的研究进展及未来的研究展望。综合现有研究结果发现:务农机会成本增加,以粗放经营为主要特点的隐性撂荒可能是现代石漠化发展的潜在动力;喀斯特地区的土壤异质性决定了耕地撂荒后地块尺度的景观均质性或者区域尺度的景观异质性;喀斯特地区耕地撂荒后植被恢复能在一定程度上改善土壤结构、维持土壤水分、促进土壤养分恢复;撂荒初期土壤侵蚀加剧,撂荒后期植被恢复防治土壤侵蚀;耕地撂荒植被恢复后增强了喀斯特地区植被碳汇、土壤碳汇和岩溶碳汇效应。未来,应明确隐性撂荒对喀斯特地区生态环境的具体影响,创新技术手段动态监测优等地和石漠化耕地
3、的撂荒面积及趋势变化,定量显性撂荒在水土流失防治和石漠化生态恢复中的贡献,综合评估撂荒地的碳汇效应,从而为合理配置喀斯特地区耕地的社会、生态功能建言献策。关键词:喀斯特;隐性撂荒;显性撂荒;生态效应;石漠化 ,:,:();();(),:;(),;(),:;近年来,弃耕撂荒地成为土地利用 土地覆盖变化最重要的研究热点之一。随着我国城市化进程的不断加快,农村地区人地矛盾减缓,耕地边际效应进一步促进耕地撂荒。现阶段我国耕地撂荒呈现撂荒面积、撂荒率双增长,撂荒现象趋于普遍和由贫瘠、破碎地块向肥沃、连片耕地蔓延的新特征。孔祥斌研究发现西南山区耕地撂荒面积在 左右。而西南喀斯特地区土层浅薄不连续,土地贫瘠
4、且坡耕地较多,优质土地资源稀缺,石漠化面积达到了 万。耕地撂荒是粮食安全的潜在威胁,但石漠化耕地撂荒后植被次生演替促进区域生态恢复,也有利于西南喀斯特地区防治石漠化。中国西南(约 万)是全球三大岩溶集中分布区中连片裸露碳酸盐岩面积最大、岩溶发育最强烈的地区。由于不合理的土地利用,植被破坏、水土流失严重,石漠化现象突出,也是生态环境问题最严重的地区之一。如何有效地遏制石漠化发展和科学地促进生态恢复是中国西南喀斯特地区可持续发展中的首要难题。投入有限的情况下,耕地撂荒自然恢复可能是一种切实有效的生态恢复措施。耕地撂荒的定义有很多种,从农户的主动撂荒形式可分为显性撂荒和隐性撂荒。显性撂荒是指除自然灾
5、害等不可抗拒的外部因素外,由于耕地承包经营者主观方面的原因,导致耕地没有种植农作物而闲置的状态;隐性撂荒指田块上依旧播种农作物,但投入田块的人、财、物有意识的降低,导致耕地利用效率下降、产出水平降低。而耕地撂荒因子的区域响应并不一致,导致耕地撂荒具有地域性。目前,国外研究主要以耕地撂荒对自然环境的具体影响为主,国内则重点关注的是耕地撂荒对粮食安全的潜在威胁,而针对于中国西南喀斯特地区耕地撂荒的生态环境效应研究更是少见。为此,本文在剖析了西南喀斯特地区耕地撂荒原因及特点基础之上,结合耕地撂荒前后的生态响应,从隐性撂荒和显性撂荒的角度,分别探讨了耕地撂荒对景观格局、土壤肥力、土壤侵蚀及碳汇方面的生
6、态环境效应,提出其中存在的科学问题,对未来重点研究方向进行展望,以期为喀斯特地区遏制石漠化发展、低成本生态恢复和合理规划耕地用途提供启示和借鉴。西南喀斯特地区耕地撂荒原因及特点中国耕地撂荒大多发生在山地丘陵较多的省份。自 年以来,由于劳动力流失和快速城镇化等原因,山区耕地利用边际化特征和现象明显。李升发等对全国山区抽样调查发现,个调查村庄里面有的村庄出现撂荒现象,年全国山区县耕地撂荒率为。目前,耕地撂荒呈隐性撂荒向显性撂荒,季节撂荒向常年撂荒趋势发展,总体呈“西南高、东北低”的空间格局。其中西南山地在脆弱的喀斯特地质背景下形成的“石漠化耕地”容易撂荒(图)。比如,等基于遥感调查数据指出,年贵州
7、和广西山区的耕地面积已被撂荒。究其撂荒原因,西南喀斯特地区山高坡陡,土层浅薄不连续,地下漏失导致地表土壤缺水,土壤肥沃但土壤总量少,土地贫瘠,是典型的生态脆弱区。坡耕地占比高,在不合理的人为活动下水土流失强烈,土壤及养分流失后土地生产力急剧下降,石漠化严重。在上述客观条件下,务农机会成本增加,劳动力析出,农地边际效应促使该区域耕地撂荒事件频生 态 学 报 卷:发。而水力侵蚀的严重程度更是决定该区域撂荒地空间分布差异的关键因素。图 喀斯特石漠化坡耕地(种植玉米)及撂荒地 ()耕地撂荒是多尺度多因素综合作用的结果,其影响因素的复杂性导致不同地区的耕地对撂荒影响因子的响应不一,即表现出耕地撂荒地域性
8、,。西南喀斯特地区耕地撂荒生态环境特点如下:地貌类型多样,地形切割破碎。因家庭联产承包制影响,耕地地块进一步分散。地块小而分散阻碍机械有效替代,增加通勤成本,导致撂荒可能性增大。山高坡陡,坡耕地较多。西南地区坡耕地占耕地资源的比例高达。土层浅薄不连续,成土速度慢,土壤流失后演变为石质坡地无法耕作。多数碳酸盐岩酸不溶物含量低于,纯石灰岩或白云岩甚至低于,其中纯碳酸盐岩母质上发育 厚的土层需要,是非岩溶区的 倍。碳酸盐岩发育的土壤富钙镁,但其他营养元素缺乏,尤其是钾含量低的土壤环境仅适宜生长耐瘠、抗旱嗜钙的岩生性植被,有碍农作业发展。地下孔隙发育,水土地下漏失,工程性缺水导致耕作困难。受全球气候变
9、化影响,西南地区极端暴雨或者干旱较为频繁,自然灾害严重,农作业呈低收益高风险态势。历史时期人地矛盾突出,广种薄收,遗留大面积的陡坡耕地。例如,贵州省 年土地利用变更调查统计显示,坡耕地面积仍有 万,占耕地资源比例高达。脆弱的耕作环境增加了务农机会成本,促进了耕地撂荒现象的发生,但耕地撂荒后的自然植被演替和恢复改变了农村土地利用状况和农业景观,并带来了巨大的生态环境改变。图 喀斯特地区耕地撂荒对石漠化发展的影响 西南喀斯特地区耕地撂荒的生态环境效应研究进展喀斯特生态系统恢复力稳定性低,生态环境脆弱。然而尖锐的人地矛盾造成地表土壤大量流失,石漠化面积持续扩大,进一步破坏了生态平衡。随着社会经济发展
10、,受耕地边际效应驱动,劳动力析出到第二、三产业,人地矛盾减缓,耕地撂荒就是人地关系缓和的直接体现,。石漠化耕地的显性撂荒一定程度上促进了石漠化区域的生态恢复,粗放经营的隐性撂荒则可能是潜在的石漠化动力(图)。石漠化发展新形势下,喀斯特地区撂荒地的生态环境效应将成为石漠化生态恢复研究的焦点。西南喀斯特地区隐性撂荒生态环境效应郭贝贝等对包含贵州、广西、云南等 个省(自治区)的家庭追踪数据分析发现全国耕地隐性撂荒比例较高,达到了,隐性撂荒概率最低的浙江省为。可见,耕地隐性撂荒的概率已经不容小视。而喀斯特地区地表地下二元水文结构极易导致水土漏失,抗旱保墒能力差。农户粗放经营又导致隐性 期 易兴松 等:
11、西南喀斯特地区耕地撂荒生态环境效应研究进展:撂荒耕地水土保持措施缺乏,常年不翻耕影响土壤入渗。受全球气候变化影响,极端暴雨和干旱频繁,隐性撂荒方式进一步紊乱了坡耕地土壤水分调节功能。同时,有机肥投入不足,化肥使用不平衡,土壤有机质减少,孔隙度变差,阳离子吸附能力减弱,土壤板结严重,影响水热气肥循环;轮作转换为单作,犁底层加厚,耕层变浅,严重影响作物生产力,降低粮食产量。综合来看,水土流失导致土地生产力下降的基础上,隐性撂荒可能造成喀斯特地区耕地土壤肥力进一步退化。与显性撂荒相比,隐性撂荒的指标鉴定相对困难,其中耕地细碎化、农业生产投入减少和土地征用是隐性撂荒的主要原因,但缺乏有效的定量评估,。
12、有研究表明,喀斯特地区人地矛盾推动了生态环境的恶化,而农户对土地的依赖比对土地的负荷产生的环境影响更大。因此,隐性撂荒可能是现代石漠化发展的潜在动力。而石漠化景观的不均一性是高度异质性的地质地貌在差异性的人类活动中形成的。按成因分为以下 种类型(图):一是第四纪以来自然环境变化引起的原生石漠化,人类只能加速或者减缓这一过程;二是是由于人口压力超过了土地承载力,不合理的人类活动加剧土壤侵蚀,造成基岩大面积裸露的次生石漠化。但历史时期的次生石漠化是人为粗放利用下广种薄收、只种不养造成的,该时期土壤侵蚀强度大、石漠化面积广;而现代时期的次生石漠化则是部分耕地在劳动或者农业生产性投入减少的粗放经营下,
13、隐性撂荒或者缓坡耕作导致的石漠化,石漠化发展趋势大幅减缓。喀斯特地区成土速度极慢,保住土壤是喀斯特地区防治石漠化的关键。隐性撂荒背景下,小面积低强度的土壤侵蚀依然会促进石漠化的发展。当前关于喀斯特耕地隐性撂荒的研究较为匮乏,相关的报道也不多。李阳兵等、苗建青通过分析喀斯特地区耕地与石漠化之间的内在关系指出粗放经营是石漠化形成的本质。目前喀斯特地区隐性撂荒的生态环境效应更是少有人关注,隐性撂荒对耕地土壤肥力变化、土壤侵蚀强度等的影响尚不明确,需要在以后的研究中进行专题调查。整体而言,喀斯特地区隐性撂荒的生态环境效应需要引起足够的重视。图 石漠化发展阶段 西南喀斯特地区显性撂荒生态环境效应耕地停止
14、耕种之后,缺少管理的半自然人工生态系统随时间逐渐演替为自然生态系统,同时带来显著的生态环境效应(图)。本文将基于喀斯特地区特殊的地质背景,从景观格局、土壤肥力、土壤侵蚀和碳汇等方面阐述耕地显性撂荒的生态环境效应研究现状与进展。显性撂荒对喀斯特地区景观格局的影响撂荒耕地随着植被次生演替的进行,传统的农业景观彻底改变。常态地貌撂荒地次生演替植被的均质性较高,由于撂荒时间和范围的差异,可能存在单一地块尺度的均质性、也可能存在异地搬迁的区域均质性,高度均质化的植被恢复容易引起火灾风险。然而喀斯特地区的耕地环境异质性导致该区域的撂荒地景观格局相对复杂。地貌类型从宏观上控制着喀斯特地区的侵蚀特征,高原山地
15、水土流失严重、高原盆地侵蚀量小、高原峡谷区侵蚀量极少。次生植被的恢复程度取决于地表物质的组成情况。土壤侵蚀强度则影响着不同地貌条件下的耕地石漠化等级,基岩出露形成石槽、石缝、石沟等小生境,从而造成了耕地环生 态 学 报 卷:图 喀斯特地区显性撂荒地生态环境效应 境异质性,进而导致了石漠化耕地和非石漠化耕地撂荒后植被恢复的景观格局异质性。比如,王玲玉等结合地块时序归一化植被指数(,)进行了喀斯特山区撂荒地的精准识别指出,非喀斯特撂荒地 总体水平比石漠化撂荒地高,石漠化等级高低与 曲线整体水平呈反比关系。由于坡度、高程、年降雨量、年均温、地块破碎度等也是影响耕地是否撂荒的客观因素。因此,喀斯特地区
16、撂荒地景观格局变化还需结合不同的环境因子和地貌特点进行专项研究。喀斯特地区耕地撂荒之后,植被正向演替主要分为两种类型。比如,沿自然过程恢复:草本群落阶段草灌群落阶段灌丛灌木阶段灌乔过渡阶段乔林阶段顶级群落阶段;此时,植被次生演替较为缓慢,自然恢复 年可有较为正常的组成、外貌和结构。而当撂荒耕地周围有种源存在时,群落演替可不经历草坡、灌丛草坡、灌木林阶段,而直接演替至乔木阶段。植被指数、植被覆盖度以及景观格局指数等都能在一定程度上反映撂荒地生态恢复的景观格局或者撂荒地面积的变化。例如,徐倩等用景观格局指数分析郎溪槽谷区撂荒地演变,指出郎溪槽谷区撂荒地聚集度指数、最大斑块指数、景观形状指数和斑块密
17、度在整个研究区变化较为明显,撂荒之后耕地演变为林灌草并存,生态环境得到一定改善;李阳兵等通过高分辨率遥感影像和实地调查数据发现,茂兰喀斯特自然保护区由较小的耕地闲置逐渐发展到斑块面积较大的优质耕地撂荒。目前针对于喀斯特地区撂荒地景观格局变化的研究较少,喀斯特地区地块破碎,山区气候原因导致高清影像获取较为困难是其限制因素。未来亟需针对西南喀斯特地区开发更高精度的撂荒地遥感调查方法,整合多时相多来源遥感数据明确撂荒地的趋势变化,识别石漠化耕地和优等地撂荒的具体面积,定量显性撂荒后植被恢复对石漠化治理的贡献。显性撂荒对喀斯特地区土壤肥力的影响耕地撂荒对生态环境产生积极影响还是消极影响学术界没有明确观
18、点,。但研究发现,喀斯特地区耕地撂荒生态环境效应明显区别于常态地貌撂荒地的生态环境影响。通常,水分和养分缺乏是喀斯特土壤的限制性因素,而耕地撂荒后植被恢复是否对喀斯特土壤物理性质有所影响需要进一步明确。喀斯特地表地下“二元三维”水文系统导致该地区地下水土漏失严重。耕地显性撂荒对于维持土壤水分具有积极作用,其中降雨和蒸发是影响土壤水分的关键。张继光等对桂西北峰丛洼地中撂荒坡耕地调查发现,土壤水分随降雨呈增高趋势,且在雨后三天土壤含水量才达到最大值。同时,傅伟等对比分析了桂西北喀斯特坡地 种土地利用类型,指出喀斯特坡地土壤含水量主要受降水的影响,撂荒草地借助草被、匍匐类作物减少地表蒸发,一定程度上
19、保持了土壤水分。而研究表明,不同次生演替阶段土壤的水分也有所差异。田涟祎等对贵州省花江喀斯峡谷示范区土壤调查发现,随着撂荒地植被的正向演替土壤含水 期 易兴松 等:西南喀斯特地区耕地撂荒生态环境效应研究进展:量大小依次为:撂荒地自然灌丛林地。而耕地撂荒之后土壤水分逐渐上升,撂荒地田间持水量显著高于农田。较小的土壤扰动、植物根系和凋落物增加能有效降低土壤容重,改善土壤孔隙度,造成自然恢复的撂荒地土壤渗透性比人工林更好,土壤含水量更高。综上可见,耕地撂荒后植被正向演替有利于改善土壤理化性质、促进喀斯特土壤的水源涵养。在今后的研究中,还可从不同撂荒时间、不同空间尺度上评价撂荒地土壤水分变化对区域水文
20、生态系统的影响。喀斯特地区耕地撂荒之后人为活动减弱,植被次生演替改善耕地土壤物理性质。比如,周忠发等对喀斯特峰丛盆地区 种土地利用方式下的土壤调查指出撂荒地总孔隙度最大,且非毛管孔隙较高,占总孔隙的。自然恢复能有效增加土壤孔隙度,降低土壤容重,而土壤容重、含水率等又与土壤抗剪强度密切相关。陈晨等在典型石漠化区发现撂荒地、乔木林地、灌木林地、坡耕地 种土地利用方式中,撂荒地抗剪强度最高。等在贵州省黔西县对比耕地和撂荒地抗剪强度发现,耕地撂荒后土壤抗剪强度显著提高,极限抗剪强度提高了。此外,耕地撂荒后土壤团聚体稳定性也进一步提高。在耕地和撂荒地表层土壤中,撂荒地表层土壤中 水稳性大团聚体含量显著高
21、于耕地土壤,而在表下层土壤中团聚体稳定性差异较小。陈佳等经主成分分析土壤团聚体相关指标发现喀斯特地区人为干扰严重降低了土壤抗蚀性,耕地撂荒则能够提高土壤抗蚀性。喀斯特土壤是肥沃的,但土壤总量少、养分总量低,土地是贫瘠的。耕地撂荒后植被次生演替,撂荒时间越长、次生演替阶段越高有助于喀斯特土壤养分积累。赵楚等对贵州省花江峡谷地区的乔木林地、灌木林地、草地和撂荒地土壤调查发现,土壤氮、磷有效性随植被群落的进展演替呈现出递增的变化规律。曾馥平等、刘艳等综合分析耕地、人工林地、火烧地、撂荒地等地类中土壤有机质、全氮、全磷、全钾等养分含量发现,随撂荒时间的增加,撂荒地自然恢复的效果相对较好。但也有研究指出
22、随时间变化,自然演替土壤存在氮、磷缺乏的风险,撂荒早期需要适当的人工干预才能实现石漠化治理的可持续发展;而短年限撂荒恢复效果不佳,如撂荒草地养分含量显著低于人工植被花椒、金银花、核桃砂仁等恢复模式。白义鑫等、伍方骥等对比不同石漠化植物治理措施发现不同恢复方式均能显著提升喀斯特地区土壤碳氮固持,在考虑抵抗极端气候的条件下自然恢复效应更好。可见,自然恢复方式也能有效提高土壤养分,投入较少的情况下,自然抛荒是一种可行的生态恢复措施。当前,还需进一步明确撂荒前期土壤的限制因素(比如氮、磷)以便人工干预促进生态恢复,而演替后期是否还受到相关限制作用也需要进一步探究。显性撂荒对喀斯特地区土壤侵蚀的影响喀斯
23、特石漠化是由于不合理的人为活动导致土壤流失、呈现大面积基岩裸露景观的土地退化过程。近来年,耕地边际化效应促使农户优先撂荒了土壤侵蚀严重、生产力下降的石漠化耕地,土壤侵蚀形势有所减缓。撂荒初期的耕地土壤相对松软,降雨直接作用在地表产生较大的土壤侵蚀力,从而造成较大的土壤侵蚀量。比如,闫伟在贵州省施秉县通过径流小区观测发现撂荒初期水土流失量大于耕地、林地、经果林地等土地利用方式。撂荒后期植被恢复减缓降雨影响,土壤物理结构改善后提高入渗速率降低地表径流冲刷速度,进而削弱了土壤侵蚀强度。李瑞等、曾馥平等在典型喀斯特地区通过野外监测试验发现自然恢复的撂荒地具有较好的水土保持功能。李华林等在贵州省凯掌典型
24、小流域内设置径流小区定位观测发现撂荒地年平均产沙量最少为 ,最多为坡耕地 ,撂荒年限长、植被覆盖度高是撂荒地减沙效果好的根本原因。因此,撂荒年限与土壤侵蚀呈非线性关系,撂荒初期表现为土壤侵蚀,在撂荒后期表现为土壤恢复。西南喀斯特地区是水力侵蚀区,影响土壤侵蚀速率的先导因子是降雨强度,撂荒地植被恢复有利于减缓水力侵蚀强度。但撂荒前耕地的土层厚度对撂荒后的土壤侵蚀强度变化有显著影响。石质耕地撂荒时,自身几乎无土可流,所以撂荒后植被恢复与否对土壤侵蚀强度影响不大;而植被恢复带来的水土保持效应对土壤资源相对丰富的撂荒地至关重要。因此,喀斯特地区耕地撂荒后的土壤侵蚀强度判断还需要考虑撂荒前的耕地条件。同
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 西南 喀斯特 地区 耕地 撂荒 生态环境 效应 研究进展 易兴松
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,个别因单元格分列造成显示页码不一将协商解决,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。