黄土丘陵区小流域不同植被恢复类型的环境效应及生态适应性研究

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中文摘要：水土流失严重和生态系统退化是黄土丘陵区最为严重的生态环境问题。一方面是黄土高原特殊的自然因素所引起的，另一方面植被破坏和不合理土地利用导致了黄土高原水土流失的加剧和土壤环境的恶化。植被恢复和重建是该地区控制水土流失、退化生态系统恢复的重要手段。不同植被类型恢复的环境效应和生理生态特性直接反映了它们对黄土丘陵区的适应性。因此黄土丘陵区植被恢复的环境效应和生态适应性研究是植被建设和生态恢复的重要基础。本文以黄土丘陵区典型小流域为研究对象，通过对坡面典型植被恢复类型下土壤养分、土壤水分及不同植被类型叶片和群落的光合生理特性的实地观测，探讨了不同植被恢复后土壤质量变化、土壤水分有效性及亏缺状态及不同植被类型的光合生理特性和生态适应性，初步结论如下： (1)不同植被恢复类型对土壤养分含量有明显的影响，主要表现在不同土层土壤有机质、全氮、速效磷、速效钾、硝态氮含量在不同植被类型间存在显著的差异性(P＜0.01)，而不同植被恢复类型对土壤全磷和铵态氮的影响不明显。不同土地利用类型下土壤剖面养分含量均呈现明显的层次性，植被恢复促使土壤养分在表层富集，表土层(0～20 cm)土壤养分含量高于下层土壤(20～40 cm)。 (2)不同植被恢复类型对土壤肥力质量指数的影响不同。阴坡不同植被恢复类型的土壤肥力质量指数的大小排序是，沙棘灌木林地(0.81)＞山杏林地(0.63)＞油松林地(0.59)＞荒草地(0.49)＞弃耕地(0.47)＞马铃薯农地(0.33)。阳坡不同植被类型下土壤肥力质量指数大小排序为：柠条灌木林地(0.71)＞荒草地(0.55)＞人工苜蓿草地(0.52)＞弃耕地(0.49)＞油松林地(0.46)＞马铃薯农地(0.34)。可见，农地进行植被恢复(栽植乔、灌及种植草被)可以提高土壤肥力水平，但以灌木林地为最好，农地弃耕会在一定程度上恢复土壤肥力，具有一定的土壤培肥作用。在黄土丘陵区“退耕还林还草”和“生态环境重建”中，建植灌草和农地弃耕(自然恢复)无疑是一种节省人力物力而其养分环境效应又很好的双赢途径。 (3)不同植被恢复类型下土壤含水量时空变化主要受降水季节变化、植物蒸腾和地面蒸散的影响。降水季节变化及不同植物根系分布和吸水特性的不同导致了土壤含水量时空变化的层次性和波动性。阴坡不同植被类型下0～300cm土层土壤含水量大小顺序为：弃耕地(9.17％)＞荒草地(8.91％)＞马铃薯农地(8.27％)＞油松林地(7.69％)＞沙棘灌木林地(7.61％)＞山杏林地(6.61％)。阳坡不同植被恢复类型下0～300cm土层土壤含水量大小排序为：弃耕地(7.47％)＞荒草地(7.37％)＞马铃薯地(7.05％)＞柠条灌木林地(6.82％)＞人工苜蓿草地(6.76％)＞油松林地(6.20％)。可以看出，农地弃耕可以很好地增加土壤含水量，而人工植被建设和重建由于增加了土壤水分蒸腾耗散而使土壤含水量减小。 (4)不同植被恢复类型对土壤水分的消耗和补充不同，土壤含水量、土壤水分有效性和亏缺状态与降水的季节分布和植被耗水特性密切相关。阴坡不同植被的土壤水分有效性次序依次为：荒草地＞弃耕地＞马铃薯农地＞油松林地≈沙棘灌木林地＞山杏林地。阳坡不同植被类型下土壤水分有效性大小次序为：弃耕地＞荒草地＞马铃薯农地＞人工苜蓿草地＞柠条灌木林地＞油松林地。不同植被恢复类型下土壤水分处于亏缺状态，但不同立地条件下不同植被类型下土壤水分亏缺状况不同。阴坡不同植被类型下土壤水分亏缺严重程度为：山杏林地＞沙棘灌木林地＞油松林地＞马铃薯农地＞荒草地＞弃耕地。阳坡不同植被类型下土壤水分亏缺状态为：油松林地＞柠条灌木林地＞苜蓿草地＞马铃薯农地＞荒草地＞弃耕地。研究表明，人工乔灌木林地的水分亏缺状况比荒草坡和农地严重，而农地弃耕后土壤水分亏缺状况有所改善。 (5)不同植被恢复类型的群落净光合速率有差异，阴坡不同植被群落的净光合速率大小顺序为：马铃薯＞沙棘＞山杏＞油松＞本氏针茅＞铁杆蒿；阳坡各植被群落的光合速率从大到小为：马铃薯＞柠条＞油松＞本氏针茅＞铁杆蒿＞紫花苜蓿。可见，各植被系统中，马铃薯的净光合速率最高；沙棘、柠条、山杏、油松等居中；而本氏针茅、铁杆蒿和紫花苜蓿的净光合速率较低。 (6)不同植被恢复类型的群落蒸腾速率有差异，阴坡不同植被群落的蒸腾速率大小排序为：马铃薯＞沙棘＞山杏＞油松＞铁杆蒿＞本氏针茅；阳坡不司植被群落的蒸腾速率大小排序为：柠条＞马铃薯＞油松＞紫花苜蓿＞铁杆蒿＞本氏针茅。可以看出，柠条和马铃薯的蒸腾耗水较强，其次为沙棘、油松、山杏和紫花苜蓿，禾草和蒿草的蒸腾速率较小。 (7)不同植被恢复类型的群落水分利用效率有差异，阴坡不同植被群落的水分利用效率大小顺序为：沙棘(3.21μmol CO2/mmol H2O)＞马铃薯(3.18μmol CO2/mmol H2O)＞油松(3.08μmol CO2/mmol H2O)＞山杏(2.83μmolCO2/mmol H2O)＞本氏针茅(1.26μmol CO2/mmol H2O)＞铁杆蒿(1.01μmolCO2/mmol H2O)；阳坡不同植被群落的水分利用效率大小顺序为：马铃薯(3.16μmol CO2/mmol H2O)＞柠条(2.11μmol CO2/mmol H2O)＞本氏针茅(1.73μmol CO2/mmol H2O)＞油松(1.50μmol CO2/mmol H2O)＞铁杆蒿(1.33μmolCO2/mmol H2O)＞紫花苜蓿(0.52μmol CO2/mmol H2O)。可以看出，沙棘和马铃薯的水分利用效率最高，柠条、油松、山杏等居中，而本氏针茅、铁杆蒿和紫花苜蓿的较低。可见，沙棘、马铃薯和柠条耗水经济，而油松、山杏等人工乔木更耗水。 (8)在半干旱黄土丘陵区，马铃薯、沙棘、柠条的植被生产能力、水分利用效率较高，其生态适应性较强；山杏，油松耐旱抗旱性也较强，但生态适宜性较低；而尽管禾草类、蒿草类是自然演替的结果，但长势较差，植被覆盖度较低，植被生产力较低。

作者：

巩杰

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关键词：

黄土丘陵区植被恢复环境效应光合生理特性生态适应性退耕还林还草水土流失

授予学位：

博士

学科专业：

生态学

导师：

陈利顶

学位年度：

2005

学位授予单位：

中国科学院生态环境研究中心

语种：

中文

中图分类号：