黄土高寒区退耕还林生态效益研究

论文摘要

本论文依托国家“十五”科技攻关课题，采用生态系统定位研究法，针对青海大通高寒区退耕还林人工植被的恢复与重建，对退耕还林地的土壤理化性状变化、水分利用效率、生产力和生物多样性变化等生态效应进行了系统研究，探究了生态系统恢复过程中各因子的相互作用机理，对退耕还林还草植被建设提供了科学依据，在理论研究和生产实践中具有重大意义。在0～20cm土层，淋溶棕褐土总孔隙度、毛管孔隙度和最小持水量随退耕还林年限增长其变化规律基本一致，呈不规则的“S”型曲线；有机质和碳的变幅以农耕地、退耕18a和32a天然林最大，呈“V”型变化；土壤C／N趋于减小，表明在退耕还林地上土壤氮素供应充足。随退耕还林年限增长，0～20cm土壤中<1mm根密度由农耕地（0年）的平均0．46根／cm3提高到18a退耕林地的11．19根／cm3，随之土壤抗冲性提高了3．57倍，抗冲性强化值升高了71．98％；稳渗速率总排序为32a天然林>退耕18a人工林>退耕5a人工林>退耕1a人工林>农耕地。在0～20cm土层，土壤密度与全氮、碳含量负相关，与粘粒含量正相关，而在20～40cm土层，土壤密度与全氮、碳含量和粘粒含量均呈极显著正相关。当各种外应力侵蚀土壤时，对土壤的损伤随侵蚀深度加深而加重；由于土壤粘粒与全氮、碳含量正相关，土壤粘粒减少导致土壤的氮素衰减和稳定性降低。通过Li-1600稳态气孔仪测定植被的蒸腾过程，得出6种植被日平均蒸腾量顺序：小麦（0．405mm／h·cm2）>青杨（0．256mm／h·cm2）>白桦（0．242mm／h·cm2）>中国沙棘（0．115mm／h·cm2）>华北落叶松（0．045mm／h·cm2）>青海云杉（0．029mm／h·cm2）；小麦、18a华北落叶松林和32a青海云杉天然林蒸腾量已接近当地平均潜在蒸散量，约占80．5％～95．0％；幼龄的青杨+白桦和青海云杉+中国沙棘人工林相对较小，只占潜在蒸散的52．8％～66．8％。各月蒸腾量顺序为：8月>7月>9月>6月>5月>10月，7～9月蒸腾总量可达生长季蒸腾量的70％～80％。采用Thornthwaite和Miami模型对气候生产潜力进行了计算，其中Miami降水模型结果更接近当地现实生产力水平，但温度模型生产力值偏大，而Thornthwaite计算结果偏小。1998～2005年当地气候生产潜力的理论值平均为8436．900 kg／hm2·a。平均水分利用效率顺序依次为：32a青海云杉天然林（89．4％）>小麦（87．2％）>退耕18a华北落叶松（85．6％）>退耕5a青海云杉+中国沙棘（53．1％和57．1％）>退耕1a青杨+白桦（30．5％和26．5％）。乔、灌、草层的Gleason丰富度指数、物种多样性依次递增，即：草本层>灌木层>乔木层；而物种优势度、均匀度以乔木层>灌木层>草本层最低。不同配置模式和林龄的群落学特征呈现明显差异，以农耕地和32a青海云杉天然林丰富度、多样性指数较低；优势度和均匀度以32a青海云杉天然林最大。综合考虑林木生长情况、水分利用效率、生产力以及群落演替规律等，在退耕还林中建议选择青海云杉、青杨和白桦，营造人工混交林，以缩短群落演替进程，提高生态经济效应。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 引言
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 我国主要生态环境问题
• 1.1.2 我国实施退耕还林工程的意义
• 1.2 研究进展
• 1.2.1 退耕还林历程
• 1.2.2 生态效应
• 2 研究区概况
• 2.1 自然地理概况
• 2.2 气候植被条件
• 2.3 社会经济状况
• 3 研究方法及技术路线
• 3.1 试验布设
• 3.2 土壤分析方法
• 3.2.1 土壤物理性质
• 3.2.2 土壤化学性质
• 3.3 林木蒸散研究方法
• 3.3.1 野外生理指标测定
• 3.3.2 气象场观测
• 3.3.3 林内小气候观测
• 3.3.4 叶面积
• 3.3.5 植被截留
• 3.3.6 枯落物持水量
• 3.3.7 地表径流
• 3.4 生物量及生物多样性研究方法
• 3.4.1 样地的选择
• 3.4.2 样方大小
• 3.4.3 调查内容和方法
• 3.5 数据处理分析方法
• 3.5.1 数据处理
• 3.5.2 图像处理
• 3.6 研究技术路线
• 4 退耕还林地土壤理化性状演变
• 4.1 退耕还林地主要土壤类型发生特征
• 4.2 淋溶棕褐土剖面特征及理化性状
• 4.2.1 成土母质及剖面特征
• 4.2.2 淋溶棕褐土养分状况
• 4.2.3 土壤物理环境的变化
• 4.2.4 土壤化学环境的变化
• 4.3 土壤各因子间的相互作用
• 4.3.1 土壤密度与土壤全氮、碳及粘粒含量的相关性
• 4.3.2 土壤粘粒、全氮和碳含量的相关分析
• 4.4 小结
• 5 退耕还林地的植被蒸散耗水研究
• 5.1 不同植被蒸腾和潜在蒸散
• 5.2 植被消光系数与叶面积指数
• 5.2.1 不同植被冠层Rn透过率及消光系数分析
• 5.2.2 不同植被LAI和消光系数的变化规律
• 5.2.3 不同植被Rns/Rn与LAI的关系
• 5.3 不同植被的反射率
• 5.4 蒸腾速率与气孔阻力
• 5.5 蒸腾速率与气象因子
• 5.6 植被蒸腾计算结果及验证
• 5.6.1 计算结果
• 5.6.2 结果验证
• 5.7 下垫面蒸发
• 5.8 植被冠层截留
• 5.9 枯落物层持水性能
• 5.10 植被潜在蒸散量
• 5.11 小结
• 6 退耕还林地的生产力及水分利用效率
• 6.1 主要林木生长过程分析
• 6.1.1 林木地上部分生长状况
• 6.1.2 根系网络结构分析
• 6.2 不同植被生物量及层次分配
• 6.3 植物生产潜力及水分利用效率
• 6.3.1 植物生产潜力模式
• 6.3.2 植物水分利用效率
• 6.3.3 气候生产潜力与水分利用效率
• 6.4 小结
• 7 退耕还林地的生物多样性
• 7.1 植被物种组成的数量特征分析
• 7.1.1 乔木层物种组成与结构特征
• 7.1.2 灌木层物种组成与结构特征
• 7.2 不同生活型的物种多样性特征
• 7.2.1 物种丰富度
• 7.2.2 Gleason丰富度指数
• 7.2.3 物种多样性
• 7.2.4 生态优势度
• 7.2.5 群落均匀度
• 7.3 不同生活型物种多样性指数间的关系
• 7.4 不同退耕植被群落间物种多样性的比较
• 7.5 小结
• 8 结论
• 参考文献
• 个人简介
• 导师简介
• 获得成果目录清单
• 致谢