南方红壤侵蚀区芒萁散布的地学分析及其时空模拟

申请者在长期生态恢复与重建实践中发现，芒萁在南方红壤侵蚀区的植被恢复与水土流失防治中作用极为重要，但其散布的地学机理研究尚属空白。本项目以南方红壤侵蚀典型区的芒萁为研究对象，在封禁、种植林草和施肥等不同调控措施及未采取人为措施的侵蚀坡面中，选择芒萁微斑块，通过构建芒萁地学环境的GAM模型分析土壤要素空间分布，在监测芒萁散布状况的基础上，分析芒萁散布的地学环境，应用景观生态学原理计算不同调控措施下坡面芒萁散布的景观格局，确定元胞转换规则，建立芒萁元胞自动机模型以模拟微斑块和景观两级尺度芒萁散布的时空格局，揭示南方红壤侵蚀区乡土草本植物- - 芒萁的散布规律及其在生态恢复与重建中的作用机理，为南方红壤侵蚀区退化生态系统的恢复与重建提供理论依据和技术指导。

将芒萁作为南方严重红壤侵蚀区生态恢复的措施，可节省大量经费并提高效果。本项目主要研究内容包括：基于南方红壤严重侵蚀区芒萁生长（包括稀土矿区，崩岗区芒萁）及其环境因子监测，构建了芒萁地学环境的GAM模型及对芒萁散布进行时空模拟，揭示了芒萁在采取调控措施后的散布机理等，重要结论如下：.（1）红壤侵蚀区芒萁生长对土壤养分限制的抵抗力。随着采用乔—灌—草措施后，芒萁生长得以迅速改善；土壤磷素是贯穿生态恢复过程中影响芒萁生长的主要因素；芒萁对碳和磷的要求较低，且对氮和磷的利用率较高；芒萁在生态恢复中表现出相对较弱的化学计量学特征；化学计量学特征在很大程度上可用于探索芒萁演替的机理；微地形沟谷区芒萁的最初生长是促发芒萁演替的重要环节。.（2）典型退化红壤小流域的林地土壤肥力退化驱动力。收集薪材对林地土壤肥力起负面影响，林地土壤肥力等级与居民聚集区距离林地的远近呈负相关；收集薪材对林地土壤肥力的巨大压力，人口密度，经济发展和地形可能成为收集薪材与林地土壤肥力关系的驱动力。.（3）芒萁散布的地学分析及其时空模拟。芒萁的生物量、覆盖度和高度等生长特征与地形、坡位、土壤养分、土壤侵蚀程度、浅层土壤的温度和湿度等存在着复杂的相互作用；随治理年限的增加，芒萁生长状况稳步改善；未采用治理措施的区域，芒萁并没有发生明显蔓延；而采用治理措施的实验样区的芒萁有明显的向施肥区蔓延趋势；芒萁主要分布于土壤侵蚀坡面的沟底，且沟底芒萁长势好于缓坡和脊部；芒萁生长对土壤养分含量影响显著，尤其以全氮、全碳最为明显。.（4）稀土采矿区蔬菜稀土元素含量及其健康风险评价。研究表明：矿区居民血液和头发中稀土元素的平均含量高于正常人，当地居民通过蔬菜和井水摄入的稀土元素终生日平均量超过稀土对人体亚临床损害剂量的临界值；血液与土壤的稀土元素含量存在明显的相关性。.（5）不同芒萁覆盖度崩岗对土壤速效养分质量分数含量及化学计量比的影响。随着芒萁覆盖度的增加，硝态氮和速效磷表现为无覆盖＞低覆盖＞高覆盖，低覆盖崩岗铵态氮最低，速效钾最高；芒萁覆盖度最高的崩岗其有机碳明显大于低芒萁覆盖崩岗；土壤AN/AP比表现为高覆盖＞无覆盖＞低覆盖；AK/AN比为低覆盖＞高覆盖＞无覆盖；AK/AP比为高覆盖＞低覆盖＞无覆盖；速效养分化学计量比与砂粒、粉粒、pH和有机质皆密切相关。本结论对崩岗治理效果评价具有重要指示意义。