南方紅壤侵蝕區(qū)土壤肥力質(zhì)量的突變
——以福建省長汀縣為例

陳志強，陳志彪

(福建師范大學地理科學學院，福州 350007)

土壤對植被恢復具有重要作用，不僅影響植物群落的發(fā)生、發(fā)育和演替速度，決定著植物群落演替的方向［1］，而且對生態(tài)系統(tǒng)過程、生產(chǎn)力和結(jié)構(gòu)等具有重要影響［2］。土壤肥力質(zhì)量是土壤的基本屬性和本質(zhì)特征，是土壤特性的綜合反映，是揭示土壤條件動態(tài)變化的敏感指標，能體現(xiàn)人類活動對土壤肥力的影響，是度量退化生態(tài)系統(tǒng)功能恢復與維持的關鍵指標之一［3］。在一定的生態(tài)條件下，已退化的土壤具有一定的恢復能力，這種特性被稱為土壤復退性能［4］。生態(tài)環(huán)境建設的成效在很大程度上取決于生態(tài)恢復與重建過程中土壤肥力質(zhì)量的演化及其環(huán)境效應，只有系統(tǒng)中的土壤能夠不斷形成發(fā)育、正向演替，土壤肥力質(zhì)量逐步得到提高并保持在較高水平，退化生態(tài)系統(tǒng)才能達到生態(tài)平衡和良性循環(huán)［5］。因此，了解土壤肥力質(zhì)量演變的規(guī)律，搞清哪些土壤容易復退，哪些土壤不易復退;哪些土壤可自然恢復，哪些土壤需要人為干預，是成功地防治土壤退化和恢復土壤生產(chǎn)力的先決條件［4］，是深化發(fā)展土壤學科的需要，更重要的是可以評價生態(tài)恢復與重建措施的合理與否，以便預測正在廣泛開展的生態(tài)環(huán)境建設工程產(chǎn)生的效益［5］。

突變理論是法國數(shù)學家雷內(nèi)-托姆(Rene Thom)于1972年創(chuàng)立的一門研究突變的新興數(shù)學，它建立于拓撲動力學、微積分、奇點理論及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性理論之上，是目前唯一研究由漸變引起突變的理論［6］。突變理論認為，對連續(xù)平滑的變化，控制變量微小的擾動僅僅引起狀態(tài)變量的微小增量;而位于臨界點附近，控制變量的微小變化將導致狀態(tài)變量的巨變。因此，突變理論的關鍵便是尋求狀態(tài)變量發(fā)生突變的控制變量的取值，以揭示突變的形式及發(fā)生的機制［7］。突變理論的出現(xiàn)引起各方面的重視，被稱為“牛頓和萊布尼茨發(fā)明微積分三百年以來數(shù)學上最大的革命”［8］。幾十年來，突變理論己在化學［9］、醫(yī)學［10］、計算機［11］等方面取得了階段性成果，在地學中的應用也逐漸增多，如地震［12］、洪水［13］和斷層滑動［14］等，但目前突變理論應用于土壤肥力質(zhì)量演變的相關研究鮮見報道。

我國南方紅壤地區(qū)面積約203.53萬km2，占全國土地總面積的21%，水土流失面積超過60萬km2，是南方面積最大、墾殖指數(shù)最高、水土流失最嚴重的區(qū)域，部分地域曾一度成為南方的“紅色沙漠”［15-16］。本文以南方紅壤侵蝕區(qū)的典型代表長汀縣為研究區(qū)域，將突變理論應用于土壤肥力質(zhì)量演變，建立尖點突變模型，分析土壤肥力質(zhì)量演變的關鍵影響因子，以期為我國南方紅壤侵蝕區(qū)土壤肥力質(zhì)量恢復提供理論依據(jù)與技術指導，有助于減少生態(tài)建設的盲目性。

1 研究區(qū)概況

長汀縣位于東經(jīng) 116°00'45"—116°39'20"，北緯 25°18'40″—26°02'05″，屬中亞熱帶季風性濕潤氣候，年均氣溫為18.3℃，年均降雨量為1730.4mm，降雨年內(nèi)分配為雙峰型，降雨量集中，降雨強度大;地貌以丘陵為主，平地狹小，盆谷相間［17］;土壤類型以紅壤為主，占土地總面積的79.81%;中部以河田盆地為中心的低山丘陵區(qū)人類活動劇烈，水土流失最為嚴重，原生植被破壞殆盡，以馬尾松、灌叢等次生植被為主，由中部向邊緣山區(qū)逐步過渡到以常綠闊葉林、竹林和針闊混交林為主［17］;由于地面植被遭到破壞，紅色風化殼直接受到流水的強烈侵蝕，坡面呈現(xiàn)千溝萬壑的景象。經(jīng)過多年治理，水土流失強度有所降低，但與全省平均值相比，長汀縣仍屬福建省水土流失嚴重地區(qū)［16］;長汀縣素有“八山一水一分田”之稱，土地面積約3099.5km2，耕地面積約210km2，對于擁有近50萬人口的長汀縣來說，人均耕地僅為0.042hm2，具有人多地少的特點。據(jù)有關部門統(tǒng)計，長汀縣2005年農(nóng)民人均勞動純收入3369元，為福建省平均水平(4450.36元)的75.70%，尚有貧困人口1.19萬人，占全省貧困人口數(shù)的9.64%，是比較典型的生態(tài)脆弱和經(jīng)濟落后的縣份［18］。因其水土流失的嚴重性、典型性和治理的長期性，長汀縣早在20世紀40年代就是全國僅有的3個設置水土保持試驗站的縣份之一，學術界已把長汀縣作為研究福建省乃至中國南方紅壤侵蝕區(qū)的典型區(qū)，進行了大量相關研究［19］。

2 研究方法

2.1 土壤肥力質(zhì)量因子測定與外部因子提取

2002年8月，對長汀縣以河田鎮(zhèn)為中心的水土流失區(qū)進行土壤調(diào)查。針對每一種立地條件及土地利用方式布設樣點，在每個樣點周圍隨機采集3個位置的土壤樣品，混合后形成1個混合樣品;由于水土流失程度較強，相當部分樣點土壤的表層甚至心土層已被剝蝕。為使各個樣點具備可比性，當存在土壤垂直分層時，對土壤表層進行取樣，當不存在垂直分層時取0—20cm的表土層;剔除根系、風干土樣和分級過篩等處理后，對90個樣點土壤進行化驗［19］。已有研究表明，紅壤土壤肥力質(zhì)量主要包括兩大因素，一是物理因素，主要為有效土層厚度和土壤粘粒含量，二是以有機質(zhì)為中心的肥力因素［4］。因此，本研究選取的土壤肥力質(zhì)量因子及其測定方法包括:有機質(zhì)采用高溫外熱重鉻酸鉀氧化-容量法，全氮采用開氏消煮法，堿解氮采用堿解擴散法，全磷采用氫氧化鈉熔融-鉬銻抗比色法，速效磷采用雙酸浸提-鉬銻抗比色法，全鉀采用氫氧化鈉熔融-火焰光度法，速效鉀采用乙酸銨提取-火焰光度法，容重采用環(huán)刀法，pH值采用1∶2.5水浸-電位法，＜2μm黏粒質(zhì)量分數(shù)采用氫氧化鈉分散-吸管法。本研究根據(jù)林海明提供的方法，利用SPSS 17.0軟件的因子分析模塊，一步算出土壤肥力質(zhì)量的主成分得分值，再通過自然斷裂法進行分級［20］，將肥力質(zhì)量分為6級，由高到低數(shù)值化為 1、2、3、4、5 和 6。

阮伏水等［21］認為長汀土壤肥力質(zhì)量變化的主導影響因子包括水土流失、地質(zhì)、地貌、氣候氣象、植被、人類活動等。由于研究區(qū)巖石基本為花崗巖，且降水、溫度等差異較小，因此，根據(jù)研究區(qū)實際情況及數(shù)據(jù)可獲取性，選取水土流失強度、坡度和植被覆蓋度作為影響土壤肥力質(zhì)量演變的外部因子。在土壤采樣過程中，對水土流失強度信息進行預判，再按照《全國土壤侵蝕動態(tài)遙感調(diào)查和數(shù)據(jù)庫更新技術規(guī)程》，參考研究區(qū)第二次土壤侵蝕遙感調(diào)查成果(1995年土壤侵蝕、土地利用圖和遙感影像)和2000年TM、SPOT遙感影像、士地利用圖、地形圖以及其它相關資料，經(jīng)綜合分析后對野外預判的異常信息進行校正，最終生成各樣點水土流失強度，包括微度流失、輕度流失、中度流失、強度流失、極強度流失和劇烈流失，數(shù)值化為6、5、4、3、2和1;以研究區(qū)1∶1萬地形圖為底圖，在 ArcGIS9.0中矢量化等高線，創(chuàng)建不規(guī)則三角網(wǎng) TIN(Triangulated Irregular Network)，將TIN轉(zhuǎn)成數(shù)字高程模型DEM(Digital Elevation Model)，再從中提取坡度信息，將樣點所處位置的坡度值賦予樣點，坡度分級標準為:0—5°、5—10°、10—15°、15—20°和 ＞ 20°，數(shù)值化為 1、2、3、4 和 5;在ENVI4.5中，以同期TM遙感影像為數(shù)據(jù)源(前期經(jīng)過輻射校正、幾何精校正、投影轉(zhuǎn)換等處理)，根據(jù)研究目的，對影像進行重采樣、鑲嵌和水體掩膜處理等，最后利用線性光譜分離技術提取研究區(qū)植被覆蓋度。植被覆蓋度分級標準為:0—0.1、0.1—0.2、0.2—0.3、0.3—0.4 和 ＞0.4，數(shù)值化為 1、2、3、4 和 5。在 SPSS 17.0 中，對數(shù)據(jù)進行標準差標準化，使各因子均值為0，方差為1，從而消除各因子量綱和自身變異的影響。

2.2 尖點突變模型

突變理論的研究對象之一是勢函數(shù)，勢函數(shù)通過狀態(tài)變量和控制變量來描述系統(tǒng)行為［6］。

若將內(nèi)部因子u和外部因子v作為兩個控制變量，把系統(tǒng)功能x作為狀態(tài)變量，則可建立系統(tǒng)變化的尖點突變模型，其勢函數(shù)為:

式中，V(x)為勢，即位置為x時的系統(tǒng)狀態(tài)，u、v為控制變量。當V′(x)=0時，系統(tǒng)處于平衡位置，系統(tǒng)所有臨界點構(gòu)成的平衡曲面方程為:

平衡曲面有切線在滿足式(3)的點附近:

由式(2)、式(3)消去x項可得到分叉集方程為:

分叉集是系統(tǒng)發(fā)生突變與否的界限。系統(tǒng)控制變量的坐標落在分叉集內(nèi)時，系統(tǒng)就會發(fā)生突變，否則就是平穩(wěn)變化。即只有當Δ≤0時，系統(tǒng)才可能跨越分叉集發(fā)生突變，因此Δ≤0為系統(tǒng)突變的判斷條件。Δ值的大小可以作為系統(tǒng)演化狀態(tài)與臨界狀態(tài)的距離，稱之為突變特征值，值越小則越易發(fā)生突變［12］。就土壤而言，曲面的上葉表示土壤肥力良性循環(huán)，肥力質(zhì)量穩(wěn)定性較高，脆弱度較低，下葉表示土壤肥力循環(huán)受阻，肥力質(zhì)量穩(wěn)定性較差，脆弱度較高，功能比上葉差。系統(tǒng)從上葉到下葉或從下葉到上葉的突變表示系統(tǒng)發(fā)生突發(fā)性變化［22］(圖 1)。

圖1 尖點突變模型Fig.1 Cusp mutation model

3 結(jié)果與分析

3.1 土壤肥力質(zhì)量演變的建模與計算

南方紅壤侵蝕區(qū)土壤肥力質(zhì)量演變的影響因子可分為內(nèi)部因子和外部因子。內(nèi)部因子包括有機質(zhì)、全氮、堿解氮、全磷、速效磷、全鉀、速效鉀、容重、pH值和＜2μm黏粒質(zhì)量分數(shù)，外部因子包括坡度、植被覆蓋度和水土流失強度。若將內(nèi)部因子u和外部因子v作為兩個控制變量，把土壤肥力質(zhì)量x作為狀態(tài)變量，則可建立土壤肥力質(zhì)量演變的尖點突變模型。根據(jù)林海明提供的方法，利用SPSS17.0軟件的因子分析模塊，一步算出內(nèi)部因子u及外部因子v的主成分得分值［20］。經(jīng)計算，u和v可以分別反映兩組因子信息的81%和79%。

將u和v代入尖點突變模型，經(jīng)計算，90個樣點中，Δ≤0的樣點共27個，占30%，Δ＞0的樣點共63個，占70%。就土壤肥力質(zhì)量等級而言，發(fā)生突變的樣點主要集中于等級1和等級2，分別占突變樣點總數(shù)的48.15%和33.33%，且肥力質(zhì)量由高到低，發(fā)生突變的樣點數(shù)目呈下降趨勢;就水土流失強度而言，發(fā)生突變的樣點主要集中于微度和輕度，分別占突變樣點總數(shù)的37.04%和44.44%，強度、極強度和劇烈三級對應的樣點數(shù)目都為0個;就坡度而言，發(fā)生突變的樣點主要集中于5—10°和10—15°，分別占突變樣點總數(shù)的37.04%和40.74%，而＞20°和＜5°對應的樣點數(shù)目最少，分別為0和1個;就植被覆蓋度而言，突變樣點最多的植被覆蓋度為 ＞0.4，占突變樣點總數(shù)的 48.15%，其次為 0.3—0.4，占 37.04%，＜0.1、0.1—0.2 和 0.2—0.3三級的突變樣點都較少(表1)。

3.2 土壤肥力質(zhì)量演變與影響因子的統(tǒng)計關系

采用SPSS17.0中的雙變量相關對Δ與土壤肥力質(zhì)量等級、水土流失強度、坡度和植被覆蓋度的相關性分別進行分析。由表2可知，Δ與土壤肥力質(zhì)量等級呈正相關，與水土流失強度、坡度和植被覆蓋度都呈負相關，Δ與四者都呈極顯著(P＜0.01)的相關關系，即土壤肥力質(zhì)量等級、水土流失強度、坡度和植被覆蓋度都對Δ產(chǎn)生顯著影響;皮爾遜相關系數(shù)絕對值的大小順序為:水土流失強度＞植被覆蓋度＞土壤肥力質(zhì)量等級＞坡度，可見水土流失強度對Δ的影響最大，其次為植被覆蓋度，最小為坡度。

3.3 土壤肥力質(zhì)量演變的影響因子分析

花崗巖發(fā)育的土壤表層砂礫含量高而粘粒少，抗侵蝕性弱，加上風化殼中抗侵蝕性極弱的砂土層存在，成為該土壤水土流失特別嚴重的內(nèi)在原因。同時，亞熱帶季風性濕潤氣候，丘陵、山地為主的地形，歷史上乃至當今人類對山地的不合理利用尤其是對山地植被的大面積破壞，致使水土流失成為中國南方紅壤侵蝕區(qū)尤其是南方花崗巖紅壤侵蝕區(qū)最主要的制約因素之一［21］。隨著水土流失的發(fā)生和加劇，土壤經(jīng)歷了薄層化、養(yǎng)分失衡、貧瘠化、砂質(zhì)化和逆向發(fā)育等一系列退化過程，最終形成不長植被的“光板地”［23］。幾乎所有土壤肥力質(zhì)量因子都隨著水土流失強度的增強而呈遞減趨勢。經(jīng)計算，微度水土流失區(qū)的土壤肥力質(zhì)量因子均高于90個樣點的平均值，輕度水土流失區(qū)土壤肥力質(zhì)量因子稍高于平均狀況，中度水土流失區(qū)土壤肥力質(zhì)量因子與90個樣點平均值較為接近，強度、極強度和劇烈水土流失區(qū)均低于平均值。例如，90個樣點的全磷含量以39號(自葉嶺，劇烈水土流失)最小，50號(五通嶺風水林地，微度水土流失)最大，全氮含量以中度以上水土流失的10個樣點最小，50號(五通嶺風水林地，微度水土流失)最大。

表1 土壤肥力質(zhì)量演變與影響因子的關系Table 1 Relationship between soil fertility quality evolution and influence factors

表2 Δ與土壤肥力質(zhì)量等級、水土流失強度、坡度和植被覆蓋度的相關性Table 2 Correlations between Δ and soil fertility quality grade，soil and water loss，slope and vegetation cover

研究區(qū)面蝕主要集中在10—30°的坡地上，溝蝕和崩崗侵蝕集中在20—40°坡地上，滑坍等重力侵蝕集中在30—60°的坡地上，因此，在＞20°的坡地上，面蝕、溝蝕、崩崗侵蝕等最為嚴重［21］，即隨著坡度增加，水土流失不斷加劇。坡度通過影響人為活動，也對水土流失分布規(guī)律產(chǎn)生影響。＜5°的平地區(qū)，除已被開發(fā)成農(nóng)地的區(qū)域外，因坡度較緩且水熱等自然條件較好，容易開發(fā)利用，加之人口密度大，人類活動強度大，如工礦開采、鐵路及高速路修建等，使自然植被受到破壞，導致土壤肥力質(zhì)量出現(xiàn)較低級別;在＞20°的坡地上，人類活動頻繁，植被破壞較嚴重，重力梯度也較大，所以水土流失特別嚴重;處于5—15°坡地的土壤肥力質(zhì)量因子一般高于上述兩種坡地，如 0—5°、5—10°、10—15°、15—20°、＞20°的全氮分別為 0.04、0.07、0.04、0.07、0.03 g/kg，全鉀分別為 17.23、28.79、29.72、45.32、18.50 g/kg。

隨著土壤肥力質(zhì)量恢復，植被覆蓋度增加，植物生長產(chǎn)生的枯枝落葉和根系腐解物在土壤中積累和礦化，一方面把大部分無機營養(yǎng)元素歸還土壤，另一方面改善了土壤的物理性質(zhì)，土壤質(zhì)地和通氣狀況變好［24］。當土壤肥力質(zhì)量恢復到一定階段之后，植被群落穩(wěn)定性增加，恢復速度應趨于變緩［25］。隨著植被覆蓋度的增加，土壤肥力質(zhì)量因子都隨之呈現(xiàn)增大趨勢。植被覆蓋度＜0.1區(qū)域土壤肥力質(zhì)量因子明顯低于90個樣點平均狀況;植被覆蓋度0.1—0.2及0.2—0.3區(qū)域的土壤肥力質(zhì)量因子，除個別指標差異較明顯外，絕大多數(shù)與平均狀況非常接近;植被覆蓋度0.3—0.4和＞0.4區(qū)域的土壤肥力質(zhì)量因子明顯大于平均值。

未經(jīng)治理的嚴重水土流失區(qū)，植物覆蓋度極低，土壤極端貧瘠，土壤肥力質(zhì)量要自然恢復的可能性很小。因而，水土流失為強度、極強度和劇烈，土壤肥力質(zhì)量等級為5和6，坡度＞20°和坡度＜5°，植被覆蓋度小于0.3的區(qū)域，土壤肥力質(zhì)量發(fā)生突變的數(shù)目很少;經(jīng)過生物和工程措施進行治理或通過封禁消除人為干擾，減輕了水土流失，改善了植物生存的小生境，地表覆蓋先鋒植物后，土壤肥力質(zhì)量恢復才就此開始［25］。由此可見，突變主要發(fā)生于土壤肥力質(zhì)量等級較高、水土流失強度較輕、坡度中等、植被覆蓋較好的地點。

4 討論

長期以來，眾多學者把突變理解成事物從狀態(tài)的一種形式突然地跳躍到根本不同的另一種形式的不連續(xù)變化，包含著突然變化的瞬間過程［26］。近年來，眾多學者將突變理論應用于作用力或動力的漸變導致狀態(tài)突變的現(xiàn)象，如地震、滑坡、圍巖失穩(wěn)等［27］，取得令人滿意的結(jié)果。與地震、滑坡、圍巖失穩(wěn)等相比，生態(tài)系統(tǒng)對外部條件及環(huán)境壓力的響應也常常是以非線性變化過程為特征，在明顯事件的誘發(fā)下，生態(tài)系統(tǒng)有可能從一種狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N形成強烈對比的穩(wěn)定狀態(tài)。土壤作為一個特殊的生態(tài)系統(tǒng)，其變化也遵循非線性特征，土壤的各單一因子或過程，“如土壤的養(yǎng)分含量和形態(tài)、土壤的生物學特性、土壤的生產(chǎn)力等會呈現(xiàn)突變的現(xiàn)象在許多試驗研究中都可以見到。”［28］。然而，與地震等現(xiàn)象相比，土壤肥力質(zhì)量演變的時間相對較長。已有學者指出，小氣候環(huán)境(如地表最高溫度)在短時間內(nèi)就可發(fā)生明顯變化，而植物群落特征及土壤養(yǎng)分的改變卻要相對緩慢得多，且土壤的形成遠遠落后于植被的演化［19］。從長汀八十里河和水東坊20a的恢復與重建的歷史來看，恢復森林生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)需40a左右，而恢復其土壤肥力則需140a左右［19］。強度紅壤水土流失區(qū)治理24a后，土壤的結(jié)構(gòu)、滲透性、蓄水性能、養(yǎng)分特征、微生物性質(zhì)及其抗侵蝕能力得到了改善，但土壤養(yǎng)分的恢復程度不高，土壤肥力質(zhì)量要恢復到頂級群落的土壤水平還需漫長的時間［16］。根據(jù)突變理論，判斷轉(zhuǎn)變方式是否為突變，不能用中間過渡態(tài)變化的快慢來決定，而必須根據(jù)轉(zhuǎn)變過程中事物所經(jīng)歷的中間過渡狀態(tài)是否穩(wěn)定。若中間過渡狀態(tài)為穩(wěn)定，則轉(zhuǎn)變屬漸變過程;若為非穩(wěn)定，則轉(zhuǎn)變屬突變過程［26］。本研究中，長汀縣從40年代即開展了一系列生態(tài)恢復與重建工作，經(jīng)過60余年的時間，90個樣點中僅有27個樣點產(chǎn)生突變，說明了土壤肥力質(zhì)量恢復的艱巨性和時間上的漫長性。

由于土壤本身的高度復雜性以及干擾體系的多樣性，土壤演變所表現(xiàn)出的類型、階段、過程及其響應機理也各不相同［28］。包維楷等［29］把生態(tài)系統(tǒng)的退化過程歸納為:突變過程、漸變過程、間斷不連續(xù)過程及復合退化過程。土壤肥力質(zhì)量演變過程也可分為:①突變過程。如吳蔚東等認為江西省紅壤地區(qū)杉木人工林從造林階段到5—8a的幼林期，包括林地凋落物層、土層厚度、有機質(zhì)、全氮、CEC、BS、pH和速效氮、速效磷、速效鉀在內(nèi)的主要土壤質(zhì)量性狀大幅度退化［30］;傳統(tǒng)的煉山造林可使杉木林地枯枝落葉和養(yǎng)分庫呈突變形式退化［31］;呂春花等認為黃土高原子午嶺地區(qū)植被自然恢復1—140a陽坡墚坡地土壤質(zhì)量演變過程中，植被恢復初期土壤質(zhì)量綜合指數(shù)呈快速增長［32］;②漸變過程。如郝文芳等通過分析黃土丘陵溝壑區(qū)退耕2、6、9、13、16、19、25、30、40a的棄耕地土壤性質(zhì)的演變，認為隨著演替時間的延續(xù)，土壤有機質(zhì)等都呈逐漸增加的趨勢［33］;③間斷不連續(xù)變化過程。如戴全厚等研究認為黃土丘陵區(qū)坡耕地退耕撂荒后，植被逐漸恢復其自然面貌，土壤理化性狀逐漸改善，但如繼續(xù)干擾破壞，則會引起植被和土壤恢復受阻甚至土壤退化和植被逆行演替［34］;④復合變化過程。即上述多種變化的組合。

相對穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)退化的過程，大體可分為四個階段:輕度干擾階段，退化程度較輕，自然恢復較易成功;中度干擾階段，人為調(diào)控結(jié)合自然恢復能力可以恢復，但所需時間較長;強度干擾階段，相對短時間內(nèi)難以自我修復，須先改變非生物環(huán)境如水土流失;劇烈干擾階段，該階段生態(tài)恢復與重建的難度最大，須通過多種措施進行綜合治理［19］。根據(jù)阮伏水等在長汀河田、南安美林、安溪官橋等地的研究，不同花崗巖坡地生態(tài)系統(tǒng)其恢復能力不同:植被覆蓋率低于0.3，土壤有機質(zhì)低于0.4%，土壤B層被剝蝕殆盡的坡地系統(tǒng)，已無法通過封禁得到恢復，系統(tǒng)已出現(xiàn)逆向演替，必須人工加以干預;而植被覆蓋率在0.35以上，土壤剖面B層尚殘存，有機質(zhì)在0.5%以上的坡地系統(tǒng)，通過封禁后基本可以靠系統(tǒng)本身能力恢復，如繼續(xù)遭受破壞，系統(tǒng)將出現(xiàn)逆向演替［21］。因此，土壤肥力質(zhì)量演變不同階段具有不同特點，治理方式、治理投入和產(chǎn)出也不相同。在南方紅壤侵蝕區(qū)，人們往往把治理重點放在強度及其以上水土流失區(qū)，也就是放在水土流失穩(wěn)定區(qū)，在那里投放了大量的人力、物力和財力，而忽視了微度、輕度和中度水土流失區(qū)的治理，也就是忽視了對易發(fā)生突變的區(qū)域的治理，這無論從科學或經(jīng)濟角度來說都是不正確的［26］。本研究結(jié)果顯示，發(fā)生突變的樣點所對應的水土流失強度為微度和輕度，而強度、極強度和劇烈三級都處于較為穩(wěn)定狀態(tài)。如果及時預先獲知區(qū)域的突變狀態(tài)，并據(jù)此進行針對性治理，控制突變走向，采用終止、引導、加速等不同方式，促進土壤肥力質(zhì)量正向演變，則可用最小投入獲取最大效益。

5 結(jié)論

(1)發(fā)生突變的樣點主要集中于土壤肥力質(zhì)量等級1和等級2，水土流失微度和輕度，坡度5—10°和10—15°，植被覆蓋度0.3—0.4和＞0.4的區(qū)域;土壤肥力質(zhì)量等級、水土流失強度、坡度和植被覆蓋度對土壤肥力質(zhì)量演變都有較大影響，Δ與土壤肥力質(zhì)量等級、水土流失強度、坡度和植被覆蓋度都呈極顯著相關關系，皮爾遜相關系數(shù)絕對值的大小順序為:水土流失強度＞植被覆蓋度＞土壤肥力質(zhì)量等級＞坡度;發(fā)生突變的樣點基本集中在土壤肥力質(zhì)量等級較高、水土流失強度較輕、坡度中等、植被覆蓋較好的地區(qū)。

(2)土壤肥力質(zhì)量演變的時間相對較長，應根據(jù)轉(zhuǎn)變過程中事物所經(jīng)歷的中間過渡狀態(tài)來判斷是否產(chǎn)生突變;土壤肥力質(zhì)量處于突變狀態(tài)時可用較小投入產(chǎn)生較大效益，在關注嚴重水土流失區(qū)生態(tài)恢復與重建的同時，不應忽視突變區(qū)的治理。

(3)在生態(tài)恢復與重建過程中，應定量確定土壤肥力質(zhì)量演變所處的階段，研究各種生態(tài)恢復與重建途徑應在何時介入才能達到最大效益，何時退出才不會導致土壤肥力質(zhì)量停止恢復甚至退化，從而保持最小風險并獲得最大效益。突變模型可以確定土壤肥力質(zhì)量所處的狀態(tài)，較好地揭示外部因子引起土壤肥力質(zhì)量演變的規(guī)律，從而為生態(tài)恢復與重建提供新的思路與方法。

(4)尖點突變模型是一個確定性模型，可根據(jù)Δ是否小于等于0分為穩(wěn)定與突變兩種狀態(tài)，但Δ并非為二值型數(shù)值，其大小代表突變的程度。因此，如何根據(jù)Δ的數(shù)值細分土壤肥力質(zhì)量演變狀態(tài)，確定演變的方向如正向抑或逆向即土壤肥力質(zhì)量由差轉(zhuǎn)好還是由好轉(zhuǎn)差，還需結(jié)合土壤肥力質(zhì)量及研究區(qū)特點進行深入研究。同時，如何將土壤肥力質(zhì)量突變狀態(tài)與各土壤肥力質(zhì)量因子有機聯(lián)系，求取各土壤肥力質(zhì)量因子的突變臨界值，仍需進一步探討。

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