不同土地利用方式对高寒地区水土保持生态服务功能的影响研究

本研究以位于祁连山东段的天祝金强河河谷阶地阳坡地带的退耕自然恢复地、当年弃耕地、坡耕地、人工草地和天然草地5种不同土地利用方式地为研究对象，探讨了不同土地利用方式下的植被和土壤理化性质变化，并对比分析不同土地利用方式对不同生态系统的有机物质生产、生物多样性维持、水源涵养、土壤保持、固碳功能和防风固沙功能等6个方面的水土保持生态服务功能的影响。主要结果如下：
　　 （1）不同土地利用方式对地表植被和土壤的理化性质有显著的影响。天然草地在地表植被分布和土壤理化性质方面均优于其它土地利用方式，而坡耕地和当年弃耕地在地表植被分布和土壤理化性质方面均较差。
　　 （2）不同土地利用方式下地上生物量表现为：坡耕地（369.6g·m-2）>人工草地（274.2g·m-2）>天然草地（211.1g·m-2）>退耕自然恢复地（176.4g·m-2）>当年弃耕地（66.8g·mg-2）。地下生物量表现为：天然草地（2928.8g·m-2）>人工草地（738.3g·m-2）>坡耕地（315.8g·m-2）>退耕自然恢复地（296.3g·m-2）>当年弃耕地（62.9g·m-2）。地上生物量与植被盖度极显著相关（P<0.01），并符合二次函数变化关系；地下生物量与植被盖度和物种数极显著相关（P<0.01）；地下生物量与植被盖度、物种数的变化分别符合对数和二次函数变化。不同土地利用方式下的生态系统产品提供功能的依次为：坡耕地>人工草地>天然草地>退耕自然恢复地>当年弃耕地。
　　 （3）天然草地物种丰富度最大（13），退耕自然恢复地次之（11），坡耕地和当年弃耕地最小（7）。天然草地生态优势度和物种多样性最高，坡耕地最低。退耕自然恢复地群落的物种均匀度最大（0.51），坡耕地最小（0.32）。不同土地利用方式地的多样性维持生态服务功能的依次为：天然草地>退耕自然恢复地>人工草地>坡耕地>当年弃耕地。
　　 （4）天然草地土壤有机碳储量最高（5.269kg·m-2），退耕自然恢复地最低（1.826kg·m-2）。当年弃耕地和人工草地的土壤有机碳储量接近，但均小于天然草地。土壤0～30cm土层总有机碳储量表现为天然草地（15.558kg·m-2）>当年弃耕地（7.706kg·m-2）>人工草地（7.559kg-m-2）>坡耕地（6.076kg·m-2）>退耕自然恢复地（5.477kg·m-2）。0～20cm土壤表层的土壤的碳贮量对土壤整体碳储量能力的发挥着起着非常重要的作用。不同利用方式生态系统固碳生态服务功能依次为：天然草地>当年弃耕地>人工草地>坡耕地>退耕自然恢复地。
　　 （5）不同利用方式地最大持水量分布在681.966～592.93t·hm-2之间：毛管持水量分布在537.52～622.207t·hm-2之间；非毛管持水量分布在36.019～62.894t·hm-2之间；土壤持水量天然草地最大，退耕自然恢复地最低。当年弃耕地地表径流量最大（2788.68m3·hm-2）；退耕自然恢复地次之（2073.03m3·hm-2）；天然草地（581.84m3·hm-2）最小。人为因素是影响地表径流量的主要因素。不同土地利用方式下水源涵养生态服务功能为：天然草地>坡耕地>人工草地>退耕自然恢复地>当年弃耕地。
　　 （6）不同土地利用方式地的土壤侵蚀量分布在0.037～0.208t·hm-2之间：依次为：当年弃耕地（0.208t·hm-2）>坡耕地（0.155t·hm-2）>退耕自然恢复地（0.139t·hm-2）>人工草地（0.121t·hm-2）>天然草地（0.037t·hm-2）。不同土地利用方式地养分富集比不同。土壤养分流失呈现出高肥力土壤养分高流失、低肥力土壤养分低流失的规律。土壤侵蚀模数当年弃耕地最大（104.05t·km-2·a-1），天然草地最小（18.308t·km-2·a-1）。不同土地利用方式土壤侵蚀模数的主要影响因子是径流量。不同土地利用方式土地生态系统土壤保持生态服务功能为：天然草地>人工草地>退耕自然恢复地>坡耕地>当年弃耕地。
　　 （7）临界侵蚀风速最大的是人工草地（16m·s-1），坡耕地和天然草地次之（14m·s-1），当年弃耕地和退耕自然恢复地最小（12m·s-1）。风蚀速率与风速变化成正相关，随着风速增大，风蚀速率相应增加；风蚀速率和风速变化服从幂函数变化关系。在近地表0～20cm范围内，降尘量总量依次为退耕自然恢复地>当年弃耕地>天然草地>人工草地>坡耕地；不同土地利用方式土地生态系统防风固土功能为：退耕自然恢复地=天然草地>人工草地>坡耕地>当年弃耕地。