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第9章 土壤水分特征与生态植被(2)

2.2.3植被提早衰退,生活周期缩短,失去“土壤水库”的功能由于“土壤干层”的存在,使生存环境恶化,林草植被生长衰退,提早老化。根据调查资料,有“土壤干层”的林分,其成熟龄要比没有“土壤干层”的林分普遍早2~4年。其次,由于有“土壤干层”的林分生长势弱、根系浅,在特大干旱年份里常常发生树木因缺水而枯死的现象。因为“土壤干层”形成后,失去“土壤水库”的功能,丧失了供水调节能力。“土壤干层”的影响在草地更为明显。沙打旺在吴旗可生存8年,在榆林可生存4~5年,在固原只能生存3~4年。固原县上黄试区1984年种植的沙打旺,经过1986年后半年和1987年前半年的连续大旱,急骤衰败。这些事例都说明了“土壤干层”的不良影响。

2.2.4天然下种更新不良天然下种更新是林草地繁衍后代、保持植被稳定的重要手段。但是,有“土壤干层”的林分普遍天然下种更新不良。例如,沟道中的小叶杨林天然下种更新良好,而分布于梁峁坡上的小叶杨林地中却很难找到天然更新的幼苗。在黄陵、富县、宜川一带,不论人工油松林还是天然油松林,林下都有天然下种的幼苗,而在定西、神木等地油松林下很难见到更新幼苗。柠条是黄土高原广泛分布的灌木,结实量大,直播造林简单易行,成活率高,但是,天然更新却不容易,柠条林下没有二代幼苗。这是由于“土壤干层”形成后,地表也比较干燥,不容易发芽,即使发芽,幼根也很难吸收水分,导致死亡。上述实例表明,有“土壤干层”的人工林地由于更新不良,现有林分只能生存一代,其衰败后林地仍有可能变成光山秃岭,除非进行人为干涉。

2.2.5衰败的林草地重新造林难度更大由于“土壤干层”而导致林草植被衰败的土地,再用于造林种草,其难度要比荒山大得多。

神木试验区的试验资料说明了这一问题。

这是由于幼苗在栽植后根系与土壤结合不紧密,受伤根处于恢复过程,吸水能力弱,故一遇干旱便会因缺水死亡。尽管浇了少量水,但很快被“土壤干层”吃掉,对苗木作用不大。

2.3应避免人工“土壤干层”

气候的变迁是一个漫长的过程,其周期短的也有数十年,长的达数万到数十万年,因此自然植被的演替也不可能是突然发生的。当气候发生变迁时,适应新气候条件的植物种类不断增加,原植物群落的成分逐渐减少,但由于植物不像动物那样可以通过种群迁徙逃离不适合的环境条件,而只能通过旧个体的不断死亡和新个体的不断增加来实现。“土壤干层”是在气候向干旱化方向发生演变时出现的生态因子的相应变化,从而成为进一步导致植被演替的直接原因。很显然,从气候变迁与土壤水分的消耗过程来讲,人工植被土壤出现干层的起因应包含两个方面的含义:一是气候向干旱发生演化,二是由于树种及乔灌草的配置方式选择不当,致使植被对土壤水分强烈消耗。黄土高原的“土壤干层”即是这两种因素综合作用的结果。显然,气候演变的总趋势我们无能为力。但是,我们可以通过选择合适的树草种和乔灌草的配置类型,以及调整林草种植密度等措施使“土壤干层”的危害得以缓解。“土壤干层”的出现,从本质上来讲是植物群落自我调节的直接原因,喜湿成分减少喜干成分增加,以维持其立地条件的水分平衡。人工沙打旺草地衰败以后天然草类繁茂、土壤水分逐步得到恢复,在森林采伐迹地上蒸散量可减少40%,雨季降水入渗显著增加,这些试验结果使上述观点得到有力证明。由前文的分析论述可知,在黄土高原地区除一年生的农作物田及半湿润区的油松人工林地的土壤水分基本保持平衡以外,多数人工林草植被甚至一些次生天然植被均不同程度地存在着“土壤干层”问题,这从一定程度上反映出黄土高原气候仍在向干旱化方向发展。从长期气候演化趋势来看,我国的气候自北宋以来一直处于干冷阶段,虽然20%世纪温度有所回升,但由于降水较温度的滞后作用,干旱仍会持续相当长的时期。黄土高原“土壤干层”的普遍存在说明,在现今植被建设中“试图根据‘草—灌—林’的自然植被演替规律,通过发展人工草地使土壤水分得到逐步恢复,然后发展灌木林,最终达到发展乔木林的目标”似乎不太可能。黄土高原人工植被的“土壤干层”问题从另一方面反映出“适地适树”问题仍须妥善解决,这已成为限制黄土高原植被与环境建设的严重障碍,因而仍迫切需要进行这方面的深入研究。黄土高原“土壤干层”问题是气候干旱化与植被强烈耗水两个方面综合作用的结果,但有望通过选择合适的树草种和乔灌草配置类型,以及调整林草种植密度等措施使“土壤干层”的危害得以缓解。

自19世纪中期至20世纪10年代,为气候偏冷期。1920~1940年是近百年的温暖期,平均温度上升了0.6℃~0.7℃。20世纪50~70年代前期气温有所下降,70年代后期,气温呈现持续上升的趋势。从1985年以来,气温急剧升高,5年中增温0.3℃左右,自1990年开始气温进一步升高。黄土高原与全球及全国相比,温度变化趋势基本一致。变暖地区主要集中于35°N以北,日增温幅度随纬度的增大而增高,愈往北,温度升高的愈多。1955~2000年,黄土高原年均降水量从700mm~250mm降低至600mm~150mm,平均降水量减少了100mm左右。据预测,在未来50年内,黄土高原降水量将减少到580mm~130mm。由此可知,黄土高原气候明显变干变暖,在未来会更加暖干,这将对该区的生态环境建设和农、林业发展带来极为不利的影响。

年降水量呈明显的下降趋势,40年降水量变化曲线线性拟合斜率为-2.095,即年降水量递减率为-2.095mm/a,大于近40年来全国年降水量递减率(-1.269mm/a)。

作物生长季4~10月降水量递减率为-1.939mm/a,冬季12~2月降水量略呈上升趋势,k值为0.043mm/a。

[21]20世纪60年代平均降水量503.7mm,70年代为461.1mm,80年代为468.0mm,90年代为428.7mm,有明显递减趋势。

3黄土高原生态植被存在非地带性特征

虽然植被分区建设的理论得到了多数学者的认同,但是各植被分区(落叶阔叶林区、森林草原区、典型草原区、荒漠草原区)在天然植被分布上并没有较明显的差异,尤其是在黄土塬面上,因为土层巨厚的黄土塬面上,很少或根本见不到成片的天然或次生森林群落。实际上,因为黄土特殊岩土性质和土壤水分物理特性,决定了其植被的分布更多地受地形、坡向、坡度等小环境因素的影响,有时甚至这种影响要大于降水及温度等气候因素对植被分布的影响。比如,在降水不丰沛的半湿润、半干旱区,降水入渗浅,地面蒸发耗水多,厚层黄土坡地相对干旱,自然植被为灌木草原;但在裂隙发育的岩质坡地,降水入渗深,地面蒸发耗水少,自然植被为森林;薄层黄土坡地,由于地下水位较高,树木可通过发达的根系吸取地下水,自然植被也为森林。现有的植被分区尚处于比较粗略的划分阶段,与实际的植被分布情况差距较大。如果在植被建设时,过多地强调统一的建设模式,有时会导致治理工作上的很多误区。黄土高原应进行更为详细的区划,区划在降雨量、干燥度等气候因素基础上,更多地考虑局部地形以及小环境因素的影响,包括坡向、坡度、海拔、土壤性质等。最终区划结果应利用植被的实际栽培生长效果进行最终的校正。

4今后气候暖干化趋势对生态植被的威胁据预测,在未来几十年内,我国温度仍会持续上升,到2050年我国大部分地区将升高2℃~3℃,部分地区将升高4℃,尤其是黄土高原,气温更趋于变暖。降水量将减少到580mm~130mm。这将对该区的生态环境建设和农、林业发展带来极为不利的影响。

4.1干旱化趋势使生态恢复面临严峻考验

近100年来,黄土高原降水量减少了约100mm,半湿润区的降水量由700mm~550mm降低至600mm~450mm,成为半干旱地区;半干旱区降水量由原来的550mm~350mm降低至450mm~250mm,成为半干旱、干旱区。干旱区降水量也发生变化,部分地区降水减少。因此,整个黄土高原的气候带都向南迁移。气候带的变动导致植被带的相应变迁。由于近100年来气候暖干化,延安至秦岭之间的暖温带森林带已不是森林发育的最适宜区,尤其在延安地区,人工林及天然栎林、桦林下均已出现土壤干层。在该地区,已不适宜栽培速生种,以免引起“土壤干层”的进一步发展。延安至长城的暖温带森林草原带,出现了严重的“土壤干层”。特别在长城附近,不适宜于种植乔木,只能以发展灌木林为主,而且要以当地优势种为主。长城以北的暖温带典型草原带,受降水量减少的影响,已不适宜于大面积种植速生草类,只能对现有植被加以保护,以防止其进一步被破坏。

[19]

4.2气候变化的不确定性增强

随着全球增温,一些极端天气气候事件发生的频率将增加,一些短周期的事件对气候的影响将加强,同时突发性气候灾害会更频繁。

2003年秋季渭河大洪水以及2005年秋季汉江和渭河流域的洪水就可以说明这一点。研究气候变化对生产生活影响的同时,还应关注长时间尺度气候变化的可能性。因此,在作长期规划时应该考虑到气候突变事件可能的影响。当然,增温过程中历史相似性的研究还有待更多的地质记录来证实。随着年平均气温的升高,暖冬现象也时有发生,暖冬一方面对一些需要春化的作物生长不利,会使这些作物的扬花和成熟期提前,生育期缩短,产量降低。另一方面,一些需要越冬的牲畜在越冬时的存活率可能会增加,对于一些人工培育的植物(如温室培养的鲜花、蔬菜等)越冬也较为有利,这也许是气温升高对人类的有利影响。

黄土高原的土壤侵蚀与荒漠化是互为因果的两种生态恶化现象。土壤侵蚀被认为是整个黄土高原的头号生态环境问题,是指地球表面的土壤及其母质受水力、风力、冻融、重力等外力的作用,在各种自然因素和人为因素的影响下,发生的各种破坏、分离(分散)、搬运(移动)和沉积的现象,是土地资源遭受破坏最常见的一种地质灾害。其本质是土壤肥力下降,理化性质变劣,土壤利用率降低,生态环境恶化。土壤侵蚀的主要对象是丘陵、山地,包括梁、峁的缓坡、斜坡、谷坡,侵蚀类型包括面蚀、沟蚀、潜蚀、崩塌等。在有水流冲刷时,尤其是暴雨条件下,土壤会被径流带走,引起侵蚀发生的根本原因是降水后产生的径流。

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