西南山地景觀土地利用變化的特征及管理實踐對土壤水、養(yǎng)分和有機碳動態(tài)的影響.pdf

1、本文研究的目的：在中國西南山區(qū)，識別土地利用變化的軌跡，決定不同土地管理實踐對土壤水、養(yǎng)分和有機碳的影響，厘定合適的土地利用方案，推薦有效的管理實踐。研究包括兩個部分：不同功能間土地利用轉換和同一功能內土地利用修改對土壤水、養(yǎng)分和有機碳的影響。前者涉及了遙感數據、統(tǒng)計數據和農戶調查數據，而后者則主要使用了田間或實驗監(jiān)測數據。對于坡地土壤水，試驗包括6個處理：①橫坡耕作(Cross-slopingtillage(CST))、②橫坡耕作+有

2、機肥(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+有機肥(Contourridgeculturewithorganicmanure(CRC/OM))、⑥等高壟作+秸稈覆蓋(Contourridgecult

3、urewithstrawmulch(CRC/SM))。對于稻田土壤養(yǎng)分和有機碳，實驗涉及4個處理：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)域異質性，不管是土地轉化的速度還是方向。對于兩個時段，研究區(qū)土地利用變化呈現(xiàn)顯著的不同的態(tài)勢，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，耕地被用為建設用地、草地和未利用地被開發(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、耕地被用為建設用地、耕地轉換為水域和未利用地開發(fā)為耕地和林地是研究區(qū)主要的土地轉換類型。就土地利用轉換方向看，在1986-1997年間，建設用地的擴張是以耕地為代價的，而同期大量的草地和未利用地也被開發(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發(fā)和建設用地的復墾。在1997-2005年間，大量耕地被退為林地。而對于這一時期，建設用地的擴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，三峽工程的修建也使得沿江及其支流的部分耕地轉換為水域。 (2)農戶層面對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。農戶土地利用方式選擇行為受家庭目標驅動，同時這一行為還受資源的可得性、可能的生產活動及外部經濟和自然生物因素的約束。對于水稻模型，農戶層面的信息不能通過村莊層面信息的綜合來代替，而村莊層面的信息綜合也不能表達農戶層面的任何信息。村莊層面

7、的變量實際上能由田塊和農戶層面變量來解釋。農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平緩、接近水源、接近居民點和農貿市場的地方。對于玉米模型，玉米發(fā)生的依靠變量并未展現(xiàn)任何顯著的變異成分。農戶和村莊層面變量對玉米的發(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性。農戶層面的田塊大小、投入產出比、交通花費、甚至家庭收入和村莊層面的路網密度和農產品市場發(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有顯著影響玉米耕作發(fā)生的主要原因。 (3)土地流轉中理應把握宏觀經濟環(huán)境變化背景下的農戶心理及其對現(xiàn)有土地流轉驅動因素的響應。土地流轉總量具有明顯的區(qū)域差異性，總體呈渝西經濟走廊快于都市發(fā)達圈，更快于三峽庫區(qū)生態(tài)經濟圈。土地轉包已逐漸被農民所接受和采用，而以現(xiàn)金兌換的出租和轉讓方式，也漸漸被部分農民所喜好，都市發(fā)達圈以脫離原承包關系的出租為主，渝西經濟走廊和三峽庫區(qū)生態(tài)經濟圈則以轉

9、包為主。土地在利用格局和利用環(huán)境對土地流轉響應明顯，都市發(fā)達圈土地流轉后土地利用主要向非農用轉變，而渝西經濟走廊和三峽庫區(qū)生態(tài)經濟圈大部分土地流轉后提高了原有土地利用的集約度。土地權屬在總量上制約著土地流轉的規(guī)模，但這一作用的區(qū)域差異不明顯。農村土地市場發(fā)育程度不僅影響區(qū)域土地流轉的規(guī)模，而且是導致不同區(qū)域流轉規(guī)模各異和流轉方式演化差異的根本原因。社會保障的完善程度對農民是否愿意離土和采取何種方式離土具有決定性作用。土地流轉管理包括權益

10、保障管理和流轉后土地用途管理，是規(guī)范土地流轉主體行為，保障土地流轉依法展開的基礎性力量。 (4)作為一復雜、動態(tài)、灰色可控系統(tǒng)的土地利用，是區(qū)域人口、鄉(xiāng)村經濟和城鎮(zhèn)經濟共同作用的結果，而區(qū)域景觀行為又對局地土地利用變化響應敏感。而土地利用規(guī)劃實際正是協(xié)調這些人類活動與景觀格局配置。山區(qū)大都市郊區(qū)開放空間日漸成為產業(yè)活動與景觀行為的耦合鑲嵌體。不同行為特征與不同類型景觀間的相容和沖突使得景觀對人類行為的相容程度各異。 (5

11、)剖面(平均)土壤水含量對土地管理實踐響應明顯。結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，而土地管理實踐，在某種程度上，僅對剖面(平均)土壤水的含量、分布及路徑進行修改。但這些修改也主要集中在表土20cm深。當每一管理實踐與對照比較時，較高的影響被記錄。對同一管理實踐，影響的季節(jié)變化是非常顯著的，而對應時期它們間的年際

12、變化并不顯著。不同管理實踐間更詳細的比較表明，研究時段內等高壟作對剖面(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，有機肥的結合較秸稈覆蓋的施用對剖面(平均)土壤水的影響能夠獲得較好的結果。 (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踐，通過它土壤表層有機質和養(yǎng)分被顯著增加，而且農業(yè)生態(tài)環(huán)境被顯著改善。在0-10cm，土壤有機質含量在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。土壤全K在上述處理下?lián)碛蓄愃仆寥廊玁和P的態(tài)勢。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)中國西南地區(qū)的水稻土能被管理積存更多的活性土壤有機碳(SOC)。保護性管理實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)有機碳、可溶性有機碳、顆粒態(tài)有機碳和微生物量碳較CT/RF、CT/RW和NTR/RF。對于常規(guī)平作，水稻-小麥輪作的施用對活性SOC的影響較少，而對于水稻-休閑輪作，壟作免耕的整合對活性SOC也沒有顯著的影響。在壟作免耕下，水稻-小麥輪作的聯(lián)合與水稻-休閑輪作的運用對活性SOC的影響效果是顯著不同的。對于水稻-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、水熱條件及水稻植株生長狀況等的變化是導致稻田CH4排放通量及年累積排放量差異的主要原因。各影響因素對稻田CH4排放的作用程度