沟渠与围栏结合对埃塞俄比亚南部Hawasa流域退化山区草本生物量恢复的影响

《Land Degradation & Development》：Effect of a Trench Combined With Exclosure on Recovery of Herbaceous Biomass in Degraded Mountain Areas in Hawasa Watershed, Southern Ethiopia

草本生物量恢复评估：比较梯田-封育（EX-SWC）与单一封育（EX）方法在埃塞俄比亚哈瓦萨流域退化山地中的应用。研究发现EX-SWC显著提升草本生物量（55%-96.2%），且经t检验、方差分析和相关分析验证，但 trench数量与生物量相关性不显著。

　　本研究旨在评估在退化山地环境中，采用沟渠与围封措施（EX-SWC）与仅采用围封措施（EX）对草本生物量恢复的影响。研究地点选在埃塞俄比亚哈瓦萨流域的四个村庄：卡吉马乌姆布洛、勒布科莫、沙门纳格玛玛和芬奇瓦。这些区域因森林砍伐、过度放牧和不合理的农业活动而严重退化。研究时间覆盖了2021至2023年，通过对不同区域的草本生物量进行连续三年的监测，分析两种恢复方法的效果差异。

在研究过程中，研究团队在每个村庄的退化区域中分别设立了七块永久嵌套样方，每块样方的面积为20米×20米。样方的布局遵循一定的梯度，以确保数据的代表性。在每个样方的四个角落，进一步设立了1米×1米的子样方，用于具体的数据采集。为了准确测量生物量，研究者在野外直接称量湿润生物量，并将部分子样方样本带回实验室，在65°C的恒温箱中干燥24小时后称重，以获得干生物量数据。这种测量方法能够有效区分植物生长状况和土壤水分状况，从而更准确地评估恢复措施的效果。

为了分析数据，研究团队使用了多种统计方法，包括t检验、单因素方差分析（ANOVA）和皮尔逊相关系数分析。t检验结果显示，在所有研究区域中，EX-SWC方法与EX方法之间的草本生物量平均值存在显著差异（p < 0.05），表明沟渠与围封措施的结合显著提升了草本生物量的恢复能力。在某些区域，如沙门纳格玛玛、勒布科莫和卡吉马乌姆布洛，单因素方差分析（ANOVA）进一步揭示了不同年份间草本生物量的变化趋势，表明随着时间的推移，EX-SWC区域的生物量增长更为明显。然而，皮尔逊相关分析并未发现沟渠数量与草本生物量之间存在显著的正相关关系（R2 = 0.036），这说明沟渠密度并非影响草本生物量恢复的主要因素。

研究结果表明，EX-SWC方法在所有研究区域中都显著优于EX方法。具体而言，在卡吉马乌姆布洛，EX-SWC区域的草本生物量平均为6.3吨/公顷，而EX区域仅为4吨/公顷，高出55%。在勒布科莫，EX-SWC区域的平均草本生物量为7.2吨/公顷，EX区域为3.8吨/公顷，高出89.5%。在沙门纳格玛玛，EX-SWC区域的平均草本生物量为8.7吨/公顷，EX区域为4.8吨/公顷，高出81.3%。而在芬奇瓦，EX-SWC区域的平均草本生物量达到10.4吨/公顷，EX区域仅为5.3吨/公顷，高出96.2%。这表明，沟渠与围封措施的结合能够显著提升草本植物的生长能力和生物量积累。

值得注意的是，在卡吉马乌姆布洛的2021年，两种恢复方法之间的草本生物量差异并不显著（p = 0.29），但随着研究时间的推移，从2021年至2023年，EX-SWC方法在该区域表现出更高的生物量增长趋势。这可能与该区域的降雨量变化有关。研究数据显示，2023年的年降雨量为827.43毫米，远高于2021年的428.8毫米和2022年的379.46毫米。降雨量的增加可能改善了土壤水分状况，从而促进了植物的生长。此外，土壤肥力的提升也是生物量恢复的重要因素。沟渠结构能够有效拦截雨水，增加土壤水分的储存和渗透，进而改善土壤条件，提高植物的生长能力。

研究还发现，芬奇瓦区域的草本生物量恢复速度较快，其平均生物量高于其他三个区域。这一现象可能与该区域的退化程度较低有关。较轻度的退化意味着土壤中仍然保留了一定的养分和水分，因此恢复措施的效果更为显著。相比之下，卡吉马乌姆布洛、勒布科莫和沙门纳格玛玛的退化程度较深，土壤肥力损失更为严重，因此恢复效果相对滞后。然而，即使在这些退化程度较深的区域，EX-SWC方法仍然表现出优于EX方法的恢复能力。

从生态系统的角度来看，草本生物量的恢复不仅是衡量土地恢复效果的重要指标，也对当地社区的生计和生态环境的改善具有重要意义。草本植物能够提供稳定的地面覆盖，减少水土流失，同时通过有机物质的输入提升土壤肥力。此外，草本植物作为牲畜的饲料来源，对农业生产和社区经济也有积极影响。因此，提高草本生物量的恢复速度，不仅有助于生态系统的恢复，还能促进当地居民的可持续发展。

本研究还强调了自然解决方案（Nature-Based Solutions, NBS）在退化土地恢复中的重要性。沟渠与围封措施的结合是一种典型的自然解决方案，它不仅能够改善土壤水分和肥力，还能减少地表径流，增强土壤的稳定性。这种方法在不同研究区域中均表现出良好的恢复效果，尤其是在降雨量较高和土壤退化程度较轻的区域。然而，沟渠的数量与草本生物量之间的关系并不显著，这表明在恢复过程中，沟渠的密度可能并不是决定性因素，而是沟渠的设计、布局和长期的维护管理更为关键。

综上所述，本研究的结果表明，沟渠与围封措施（EX-SWC）在退化山地恢复中具有显著优势。与仅采用围封措施（EX）相比，EX-SWC方法能够更有效地促进草本生物量的恢复，提升土地的生产力和生态功能。因此，建议在类似生态环境中推广EX-SWC方法，作为一项自然解决方案，以加速退化土地的恢复过程。同时，进一步的研究可以探讨不同沟渠设计对草本生物量恢复的影响，以及如何优化沟渠的布局以达到最佳的恢复效果。此外，还需要关注气候变化对降雨模式的影响，以及如何通过调整恢复策略来适应不同的气候条件，从而提高土地恢复的可持续性和有效性。