西南山地景觀土地利用變化的特征及管理實(shí)踐對(duì)土壤水、養(yǎng)分和有機(jī)碳動(dòng)態(tài)的影響.pdf

1、本文研究的目的：在中國(guó)西南山區(qū)，識(shí)別土地利用變化的軌跡，決定不同土地管理實(shí)踐對(duì)土壤水、養(yǎng)分和有機(jī)碳的影響，厘定合適的土地利用方案，推薦有效的管理實(shí)踐。研究包括兩個(gè)部分：不同功能間土地利用轉(zhuǎn)換和同一功能內(nèi)土地利用修改對(duì)土壤水、養(yǎng)分和有機(jī)碳的影響。前者涉及了遙感數(shù)據(jù)、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和農(nóng)戶調(diào)查數(shù)據(jù)，而后者則主要使用了田間或?qū)嶒?yàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。對(duì)于坡地土壤水，試驗(yàn)包括6個(gè)處理：①橫坡耕作(Cross-slopingtillage(CST))、②橫坡耕作+有

2、機(jī)肥(Cross-slopingtillagewithorganicmanure(CST/OM))、③橫坡耕作+秸稈覆蓋(Cross-slopingtillagewithstrawmulch(CST/SM))、④等高壟作(Contourridgeculture(CRC))、⑤等高壟作+有機(jī)肥(Contourridgeculturewithorganicmanure(CRC/OM))、⑥等高壟作+秸稈覆蓋(Contourridgecult

3、urewithstrawmulch(CRC/SM))。對(duì)于稻田土壤養(yǎng)分和有機(jī)碳，實(shí)驗(yàn)涉及4個(gè)處理：①常規(guī)平作+水稻-休閑輪作(Conventionaltillage(rice-fallow)(CT/RF))、②常規(guī)平作+水稻-小麥輪作(Conventionaltillage(rice-wheat)(CT/RW))、③壟作免耕+水稻-休閑輪作(Notillageandridgeculture(rice-fallow)(NTR/RF))、④

4、壟作免耕+水稻-小麥輪作(Notillageandridgeculture(rice-wheat)(NTR/RW))。結(jié)果表明： (1)研究區(qū)土地利用變化呈現(xiàn)顯著的區(qū)域異質(zhì)性，不管是土地轉(zhuǎn)化的速度還是方向。對(duì)于兩個(gè)時(shí)段，研究區(qū)土地利用變化呈現(xiàn)顯著的不同的態(tài)勢(shì)，分別擁有占研究區(qū)總面積18.37﹪和4.18﹪的斑塊發(fā)生了利用方式的變化。在1986-1997年間，耕地被用為建設(shè)用地、草地和未利用地被開(kāi)發(fā)為耕地和林地組成研究區(qū)三大土地利

5、用格局。而在1997-2005年間，耕地被退為林地、耕地被用為建設(shè)用地、耕地轉(zhuǎn)換為水域和未利用地開(kāi)發(fā)為耕地和林地是研究區(qū)主要的土地轉(zhuǎn)換類(lèi)型。就土地利用轉(zhuǎn)換方向看，在1986-1997年間，建設(shè)用地的擴(kuò)張是以耕地為代價(jià)的，而同期大量的草地和未利用地也被開(kāi)發(fā)成耕地。林地的快速增加主要源于不同空間位置上草地和未利用地的開(kāi)發(fā)和建設(shè)用地的復(fù)墾。在1997-2005年間，大量耕地被退為林地。而對(duì)于這一時(shí)期，建設(shè)用地的擴(kuò)張除了卷入大量未利用地外，而且

6、還占用了大量耕地，但占用耕地的速度較1986-1997年的慢。同時(shí)，三峽工程的修建也使得沿江及其支流的部分耕地轉(zhuǎn)換為水域。 (2)農(nóng)戶層面對(duì)解釋村莊或田塊層面土地利用方式選擇具有不可或缺的重要性。農(nóng)戶土地利用方式選擇行為受家庭目標(biāo)驅(qū)動(dòng)，同時(shí)這一行為還受資源的可得性、可能的生產(chǎn)活動(dòng)及外部經(jīng)濟(jì)和自然生物因素的約束。對(duì)于水稻模型，農(nóng)戶層面的信息不能通過(guò)村莊層面信息的綜合來(lái)代替，而村莊層面的信息綜合也不能表達(dá)農(nóng)戶層面的任何信息。村莊層面

7、的變量實(shí)際上能由田塊和農(nóng)戶層面變量來(lái)解釋。農(nóng)戶和村莊層面變量綜合了稻田發(fā)生的信息，它們分別解釋稻田發(fā)生的¨.3﹪和4.5﹪的變異程度。水稻主要分布在地勢(shì)平緩、接近水源、接近居民點(diǎn)和農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)的地方。對(duì)于玉米模型，玉米發(fā)生的依靠變量并未展現(xiàn)任何顯著的變異成分。農(nóng)戶和村莊層面變量對(duì)玉米的發(fā)生有很低的影響，但玉米耕作的選擇與田塊坡度間存在顯著的相關(guān)性。農(nóng)戶層面的田塊大小、投入產(chǎn)出比、交通花費(fèi)、甚至家庭收入和村莊層面的路網(wǎng)密度和農(nóng)產(chǎn)品市場(chǎng)發(fā)育，在

8、很大程度上，受制于土地坡度。這也即是這些變量并沒(méi)有顯著影響玉米耕作發(fā)生的主要原因。 (3)土地流轉(zhuǎn)中理應(yīng)把握宏觀經(jīng)濟(jì)環(huán)境變化背景下的農(nóng)戶心理及其對(duì)現(xiàn)有土地流轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)因素的響應(yīng)。土地流轉(zhuǎn)總量具有明顯的區(qū)域差異性，總體呈渝西經(jīng)濟(jì)走廊快于都市發(fā)達(dá)圈，更快于三峽庫(kù)區(qū)生態(tài)經(jīng)濟(jì)圈。土地轉(zhuǎn)包已逐漸被農(nóng)民所接受和采用，而以現(xiàn)金兌換的出租和轉(zhuǎn)讓方式，也漸漸被部分農(nóng)民所喜好，都市發(fā)達(dá)圈以脫離原承包關(guān)系的出租為主，渝西經(jīng)濟(jì)走廊和三峽庫(kù)區(qū)生態(tài)經(jīng)濟(jì)圈則以轉(zhuǎn)

9、包為主。土地在利用格局和利用環(huán)境對(duì)土地流轉(zhuǎn)響應(yīng)明顯，都市發(fā)達(dá)圈土地流轉(zhuǎn)后土地利用主要向非農(nóng)用轉(zhuǎn)變，而渝西經(jīng)濟(jì)走廊和三峽庫(kù)區(qū)生態(tài)經(jīng)濟(jì)圈大部分土地流轉(zhuǎn)后提高了原有土地利用的集約度。土地權(quán)屬在總量上制約著土地流轉(zhuǎn)的規(guī)模，但這一作用的區(qū)域差異不明顯。農(nóng)村土地市場(chǎng)發(fā)育程度不僅影響區(qū)域土地流轉(zhuǎn)的規(guī)模，而且是導(dǎo)致不同區(qū)域流轉(zhuǎn)規(guī)模各異和流轉(zhuǎn)方式演化差異的根本原因。社會(huì)保障的完善程度對(duì)農(nóng)民是否愿意離土和采取何種方式離土具有決定性作用。土地流轉(zhuǎn)管理包括權(quán)益

10、保障管理和流轉(zhuǎn)后土地用途管理，是規(guī)范土地流轉(zhuǎn)主體行為，保障土地流轉(zhuǎn)依法展開(kāi)的基礎(chǔ)性力量。 (4)作為一復(fù)雜、動(dòng)態(tài)、灰色可控系統(tǒng)的土地利用，是區(qū)域人口、鄉(xiāng)村經(jīng)濟(jì)和城鎮(zhèn)經(jīng)濟(jì)共同作用的結(jié)果，而區(qū)域景觀行為又對(duì)局地土地利用變化響應(yīng)敏感。而土地利用規(guī)劃實(shí)際正是協(xié)調(diào)這些人類(lèi)活動(dòng)與景觀格局配置。山區(qū)大都市郊區(qū)開(kāi)放空間日漸成為產(chǎn)業(yè)活動(dòng)與景觀行為的耦合鑲嵌體。不同行為特征與不同類(lèi)型景觀間的相容和沖突使得景觀對(duì)人類(lèi)行為的相容程度各異。 (5

11、)剖面(平均)土壤水含量對(duì)土地管理實(shí)踐響應(yīng)明顯。結(jié)合牛糞和秸稈覆蓋的施用，橫坡耕作和等高壟作可顯著改善剖面(平均)土壤水的某些特征。在濕潤(rùn)區(qū)，降雨量、蒸發(fā)損失和作物蒸騰間的耦合決定剖面(平均)土壤水的基本趨勢(shì)，而土地管理實(shí)踐，在某種程度上，僅對(duì)剖面(平均)土壤水的含量、分布及路徑進(jìn)行修改。但這些修改也主要集中在表土20cm深。當(dāng)每一管理實(shí)踐與對(duì)照比較時(shí)，較高的影響被記錄。對(duì)同一管理實(shí)踐，影響的季節(jié)變化是非常顯著的，而對(duì)應(yīng)時(shí)期它們間的年際

12、變化并不顯著。不同管理實(shí)踐間更詳細(xì)的比較表明，研究時(shí)段內(nèi)等高壟作對(duì)剖面(平均)土壤水的影響比橫坡耕作擁有更好的效果。在相同的耕作措施下，有機(jī)肥的結(jié)合較秸稈覆蓋的施用對(duì)剖面(平均)土壤水的影響能夠獲得較好的結(jié)果。 (6)壟作免耕和作物輪作間的整合是稻作區(qū)一較好的土地管理實(shí)踐，通過(guò)它土壤表層有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分被顯著增加，而且農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境被顯著改善。在0-10cm，土壤有機(jī)質(zhì)含量在NTR/RW處理下分別較CT/RF、CT/RW和NTR/RF

13、高36.43﹪、56.62﹪和47.76﹪。NTR/RW處理分別擁有高(10.03﹪和12.93﹪)、(26.81﹪和15.86﹪)和(23.17﹪和21.36﹪)的土壤全N和P較CT/RF、CT/RW和NTR/RF。土壤有效N和P與土壤全N和P呈現(xiàn)一致趨勢(shì)。土壤全K在上述處理下?lián)碛蓄?lèi)似土壤全N和P的態(tài)勢(shì)。但在0-40cm土深，土壤有效K的含量在CT/RF處理下分別較CT/RW、NTR/RF和NTR/RW高45.74﹪、24.82﹪和2

14、5.63﹪，這可能是作物收獲帶走大量K所致。 (7)中國(guó)西南地區(qū)的水稻土能被管理積存更多的活性土壤有機(jī)碳(SOC)。保護(hù)性管理實(shí)踐的整合顯著影響活性SOC含量和層次性。壟作免耕和作物輪作的整合對(duì)活性SOC組分的影響主要發(fā)生在0-20cm，尤其0-10cm。在0-10cm土深，土壤在NTR/RW處理下累計(jì)分別高(84.4﹪、86.7﹪和13.4﹪)、(50.0﹪、130.8﹪和42.9﹪)、(77.6﹪、97.7﹪和77.8﹪)和

15、(100.0﹪、190.0﹪和114.8﹪)易氧化態(tài)有機(jī)碳、可溶性有機(jī)碳、顆粒態(tài)有機(jī)碳和微生物量碳較CT/RF、CT/RW和NTR/RF。對(duì)于常規(guī)平作，水稻-小麥輪作的施用對(duì)活性SOC的影響較少，而對(duì)于水稻-休閑輪作，壟作免耕的整合對(duì)活性SOC也沒(méi)有顯著的影響。在壟作免耕下，水稻-小麥輪作的聯(lián)合與水稻-休閑輪作的運(yùn)用對(duì)活性SOC的影響效果是顯著不同的。對(duì)于水稻-小麥輪作，土壤在壟作免耕下較常規(guī)平作積存更多的活性SOC。 (8)陸

16、地生態(tài)系統(tǒng)是稻田CH4的源，還是匯在很大程度上取決于生態(tài)系統(tǒng)類(lèi)型和土地利用方式的變化。稻田CH4排放量在不同利用方式下差異明顯。1996年、1998年水稻生長(zhǎng)期，CT/RW、NTR/RF和NTR/RW稻田CH4排放通量分別是CT/RF的(61.53﹪和34.22﹪)、(71.48﹪和78.82﹪)和(65.93﹪和57.18﹪)。而非水稻生長(zhǎng)期，NTR/RF的CH4排放量分別是CT/RF的76.23﹪和38.69﹪。1996年稻田CH4

17、年累積排放量，CT/RW、NTR/RF和NTR/RW分別較CT/RF減少65.73﹪、33.53﹪和63.30﹪。而1998年年累積CH4排放量，CT/RF、CT/RW、NTR/RF和NTR/RW依次為116.96gm-2、11.80gm-2、68.44gm-2和19.70gm-2。不同利用方式引起的土壤理化性質(zhì)、水熱條件及水稻植株生長(zhǎng)狀況等的變化是導(dǎo)致稻田CH4排放通量及年累積排放量差異的主要原因。各影響因素對(duì)稻田CH4排放的作用程度