北方地区两种主要类型裸露坡面植被恢复及生态功能评价研究

论文摘要

裸露坡面植被恢复是一项长期的、复杂的生态工程,其目的是为了恢复植被,减少水土流失,防沙治沙,改善日益恶化的生态环境。本文以恢复生态学的基本原理和可持续发展等理论为依据,从基础研究着手,对北方裸露坡面进行系统分类;以实验基地人工堆积裸露坡面为研究对象,研究了人工模拟裸露坡面上灌木群落光合特性、几种主要植物群落根系分部特征及生物量;以北京门头沟区109国道及百花山景区公路沿线裸露坡面为研究对象,分别在斋堂镇及百花山景区公路上各选择了5种植被恢复配置模式,系统的研究不同配置模式的生态功能,筛选出优化配置模式;以抚顺露天煤矿西排土场矸石山为研究对象,研究了不同排矸年限阴阳坡植被及土壤的演变特征,并对公路及矸石山植被恢复生态功能做出综合评价。研究结果为北方地区裸露坡面植被恢复提供理论依据。主要结果如下:1)本文根据裸露坡面成因及其坡面的典型特征,综合考虑多方面因素,采用多个因子进行综合分类。将裸露坡面进行系统划分,使得复杂多变的裸露坡面得以条理化、系统化。2)选择四种优良水土保持灌木荆条（Vitex negundo var.heterophylla）、酸枣（Ziziphus jujuba var.spinosa（Bunge）Hu）、胡枝子（Leapedezabicolor.Turcz）、紫穗槐（Amorpha fruticosa L.）为研究对象,调查分析其根系分布特征及地上、地下生物量相关性及有效根密度的差异,结果表明:紫穗槐在不同人工群落中的地下生物量相对稳定,具有良好的混播性能;四种灌木地上、地下生物量有较强的相关性,群落Ⅰ有效根密度总和远大于群落Ⅱ和Ⅲ,说明群落Ⅰ的植物配置模式相对合理。3)对人工模拟裸露坡面上的四种灌木净光速率日变化研究结果表明:胡枝子净光合速率及蒸腾速率日变化均呈单峰曲线,水分利用效率上坡位低于下坡和平地;荆条的光合速率及蒸腾速率日变化呈单峰曲线,水分利用效率变化趋势平缓;酸枣净光合速率及蒸腾速率呈单峰曲线,水分利用效率上坡出现双峰;紫穗槐净光合速率呈双峰变化曲线,蒸腾速率在上坡和平地呈现双峰变化,在下坡呈单峰变化,水分利用效率平地明显高于上坡和下坡。4)在百花山区,物种植物配置模式D（胡枝子+紫穗槐+马棘（Indigoferapseudotinctoria Mats.）+荆条+苜蓿（Medicago sativa Linn）+野菊（Dendranthemaindicum（Linn.）Des Moul.））物种多样性指数、生物量、截流量、枯枝落叶层的现存量、容水量最大;土壤孔隙度、结构系数均最大,团聚体含量最高;团聚状况、团聚度、分散系数最小。生态功能评价结果模式D得分最高,建议在该地区推广以乡土植物为主的灌草结合的配制模式。5)在斋堂镇,模式H（白桦（Betula platyphylla Suk）+胡桃楸（Juglansmandshurica）+油松（Pinus tabulaeformis Carr.））物种多样性指数、植冠层生物量、截留量、枯枝落叶层的现存量和容水量均最大;抗冲性指数最大,土壤化学性质的改善作用最强。在斋堂镇各种配置模式生态功能综合评价结果以模式H得分最高,值得推广。6)抚顺西排土场矸石山阴坡,随着排矸年限的,增加物种数由初期的4科5种增至后期14科29种。植被由最初的鹅绒藤（Cynanchum chinense R.Br.）+豚草（AmbrosiaartemisiifoliaL）+刺蒺藜（Puncturevine Caltrop Fruit）群落逐步演变到榆树群落。建议在阴坡人工植被恢复时,乔木可配置耐旱榆树（Ulmus pumila L.）、刺槐（Robinia pseudoacacia L.）和火炬（Rhus typhina）,停止排矸长的地段可适当配置白桦,灌木可配置耐旱胡枝子、紫穗槐、山杏（prunus armniacaL.）、沙棘（Hippophae rhamnoides Linn.）、酸枣等,以快速改善生境条件。土壤理化性质分析结果表明,阴坡矸石风化18年后土壤机械组成、土壤容重接近农田水平,阳坡显著低于阴坡与农田差异较大;土壤有机含量、有效N含量、有效P含量低于农田水平,阳坡低于阴坡;速效K的含量阳坡、阴坡明显高于农田。生态功能综合评价值均随着排矸年限的增加而增大。阴阳坡植被恢复生态功能综合评价结果为:阴D＞阳D＞阴C＞阳C＞阴B＞阳B＞阴A＞阳A。

论文目录

• 摘要
• 中文摘要
• 英文摘要
• 第一章 引言
• 1 研究的目的、意义
• 2 国内外裸露坡面植被恢复的研究进展
• 2.1 裸露坡面类型划分现状
• 2.2 公路裸露坡面植被恢复研究进展
• 2.3 矿区裸露坡面植被恢复研究进展
• 3 研究内容及技术路线
• 第二章 北方地区裸露坡面类型划分研究
• 1. 基本概念
• 1.1 边坡、裸露坡面、分类、裸露坡面类型、裸露坡面类型
• 1.1.1 边坡
• 1.1.2 裸露坡面
• 1.1.3 分类
• 1.1.4 裸露坡面类型
• 1.1.5 裸露坡面类型划分
• 1.2 裸露坡面的特点
• 2. 裸露坡面类型划分目的、理论依据及原则
• 2.1 裸露坡面类型划分目的
• 2.2 裸露坡面分类的主要依据
• 2.2.1 以形成原因为分类依据
• 2.2.2 以形成时间为分类依据
• 2.2.3 以裸露坡面的特征为分类依据
• 2.3 裸露坡面立地类型分类的原则
• 2.3.1 综合性原则
• 2.3.2 多级序原则
• 2.3.3 主导因子原则
• 2.3.4 实用性和科学性相结合的原则
• 3. 裸露坡面类型划分的步骤
• 3.1 以形成原因进行分类
• 3.1.1 道路裸露坡面分类
• 3.1.2 城市建设开挖坡面及采石场和取土场坡面分类
• 3.1.3 煤矸石山裸露坡面分类
• 3.2 将每种类型的裸露坡面按其细部特征分类
• 第三章 公路裸露坡面植被恢复研究
• 1. 前言
• 2. 四种常见护坡灌木根系分部特征及生物量研究
• 2.1 试验地基本概况
• 2.2 试验材料与方法
• 2.2.1 试验设计
• 2.2.2 指标及测定方法
• 2.2.2.1 灌木根系生物量测定
• 2.2.2.2 根系分布及有效根密度测定
• 2.2.2.3 灌木地上部分生物量测定
• 2.2.3 数据处理
• 2.3 结果与分析
• 2.3.1 不同群落4种灌木根系生物量差异
• 2.3.2 地上生物量与地下生物量之间的相关性
• 2.3.3 根系分布及有效根密度研究
• 2.4 结论
• 3. 四种护坡灌木在人工模拟裸露坡面上光合特性研究
• 3.1 试验地概况
• 3.2 不同坡位环境因子的日变化
• 3.3 不同坡位四种灌木光合特性日变化
• 3.3.1 四种灌木净光合速率日变化
• 3.3.2 四种灌木蒸腾速率日变化
• 3.3.3 四种灌木水分利用效率日变化
• 3.4 小结
• 4. 公路坡面不同配置模式生态功能研究
• 4.1 研究地区自然概况
• 4.1.1 地理位置
• 4.1.2 气候特点
• 4.1.3 地质地貌特征
• 4.1.4 土壤状况
• 4.1.5 植被状况
• 4.2 植物分布特征及绿化植物的选择研究
• 4.2.1 试验地基本情况
• 4.2.2 研究方法
• 4.2.3 结果与分析
• 4.2.3.1 调查样方地质地貌
• 4.2.3.2 植物种类及分布特征分析
• 4.2.3.3 裸露坡面植被恢复植物选择与配置研究
• 4.3 公路裸露坡面不同配置模式生态功能研究
• 4.3.1 试验区布设
• 4.3.2 不同配置模式物种多样性研究
• 4.3.2.1 标准地调查
• 4.3.2.2 物种多样性研究方法
• 4.3.2.3 结果与分析
• 4.3.2.3.1 不同配置模式对多样性的影响
• 4.3.2.3.2 不同配置模式群落结构与物种多样性
• 4.3.2.4 小结
• 4.3.3 不同配置模式水文效应的研究
• 4.3.3.1 研究方法
• 4.3.3.1.1 植冠层的截流量
• 4.3.3.1.2 枯枝落叶层容水量
• 4.3.3.2 结果与分析
• 4.3.3.2.1 不同配置模式植冠层截留量对比
• 4.3.3.2.2 不同配置模式枯枝落叶层容水量对比
• 4.3.3.3 小结
• 4.3.4 不同配置模式对土壤质量的影响研究
• 4.3.4.1 研究方法
• 4.3.4.1.1 土壤物理性质测定
• 4.3.4.1.2 土壤化学性质测定
• 4.3.4.1.3 土壤抗冲性测定
• 4.3.4.2 结果与分析
• 4.3.4.2.1 不同配置模式对土壤密度、空隙度的影响
• 4.3.4.2.2 不同配置模式对土壤各级团聚体含量的影响
• 4.3.4.2.3 不同配置模式土壤渗透性能比较
• 4.3.4.2.4 不同配置模式对土壤微团聚体含量、机械组成的影响
• 4.3.4.2.5 不同配置模式对土壤化学性质的影响
• 4.3.4.2.6 不同配置模式对土壤抗侵蚀性影响
• 4.3.4.3 小结
• 4.3.5 裸露坡面不同配置模式生产力研究
• 4.3.5.1 生物量测定方法
• 4.3.5.1.1 乔木层生物量测定
• 4.3.5.1.2 灌木层生物量测定
• 4.3.5.1.3 草本层生物量测定
• 4.3.5.1.4 枯枝落叶层生物量测定
• 4.3.5.2 结果与分析
• 4.3.5.2.1 不同配置模式生物量比较
• 4.3.5.2.2 不同配置模式生产力比较研究
• 4.3.5.3 小结
• 第四章 矸石山植被恢复研究
• 1. 前言
• 2. 研究地区自然概况
• 3. 煤矸石不同恢复年限植被演替过程中物种多样性变化
• 3.1 研究内容与方法
• 3.1.1 样地调查
• 3.1.2 群落重要值
• 3.1.3 多样性指数
• 3.2 结果与分析
• 3.2.1 煤矸石山阴坡物种多样性变化
• 3.2.1.1 阴坡不同样地植物群落组成变化
• 3.2.1.1.1 群落组成的科属特征
• 3.2.1.1.2 群落组成的物种特征
• 3.2.1.2 阴坡不同样地分层物种多样性变化
• 3.2.1.2.1 乔灌物种多样性变化
• 3.2.1.2.2 不同样地草本层物种多样性变化
• 3.2.2 煤矸石山阳坡物种多样性变化
• 3.2.2.1 阳坡不同样地植物群落组成变化
• 3.2.2.1.1 群落组成的科属特征
• 3.2.2.1.2 群落组成的物种特征
• 3.2.2.2 阳坡不同样地分层物种多样性变化
• 3.2.2.2.1 乔灌物种多样性变化
• 3.2.2.2.2 草本层物种多样性变化
• 3.3 小结
• 4. 煤矸石不同恢复年限土壤理化性质演变研究
• 4.1 研究内容与方法
• 4.1.1 土壤机械组成测定
• 4.1.2 土壤孔隙度、容重测定
• 4.1.3 土壤化学性质及养分含量测定
• 4.1.4 数据处理
• 4.2 结果与分析
• 4.2.1 不同恢复年限土壤物理性质的演变
• 4.2.1.1 不同恢复年限土壤机械组成的差异
• 4.2.1.1.1 阴坡不同恢复年限土壤机械组成的差异
• 4.2.1.1.2 阳坡不同恢复年限土壤机械组成的差异
• 4.2.1.1.3 阴坡、阳坡不同恢复年限土壤机械组成的差异比较
• 4.2.1.2 不同恢复年限土壤空隙度及容重的差异
• 4.2.1.2.1 阴坡不同排矸年限土壤孔隙度变化
• 4.2.1.2.2 阴坡不同排矸年限土壤容重变化
• 4.2.1.2.3 阳坡坡不同排矸年限土壤孔隙度变化
• 4.2.1.2.4 阳坡坡不同排矸年限土壤容重变化
• 4.2.1.2.5 阴坡、阳坡坡不同排矸年限土壤孔隙度比较
• 4.2.1.2.6 阴坡、阳坡坡不同排矸年限土壤容重比较
• 4.2.2 不同恢复年限土壤化学性质及养分含量的变化
• 4.2.2.1 不同恢复年限土壤有机质变化
• 4.2.2.1.1 阴坡不同恢复年限土壤有机质变化
• 4.2.2.1.2 阳坡不同恢复年限土壤有机质变化
• 4.2.2.1.3 不同恢复年限阴坡、阳坡土壤有机质比较
• 4.2.2.2 不同恢复年限土壤水解N变化
• 4.2.2.2.1 阴坡不同恢复年限土壤水解N变化
• 4.2.2.2.2 阳坡不同恢复年限土壤水解N变化
• 4.2.2.2.3 阴、阳坡不同恢复年限土壤水解N比较
• 4.2.2.3 不同恢复年限土壤速效P变化
• 4.2.2.3.1 阴坡不同恢复年限土壤速效P变化
• 4.2.2.3.2 阳坡不同恢复年限土壤速效P变化
• 4.2.2.3.3 阴、阳坡不同恢复年限土壤速效P比较
• 4.2.2.4 不同恢复年限土壤速效 K变化
• 4.2.2.4.1 阴坡不同恢复年限土壤速效K变化
• 4.2.2.4.2 阳坡不同恢复年限土壤速效K变化
• 4.2.2.4.3 阴、阳坡不同恢复年限土壤速效K比较
• 4.2.2.5 不同恢复年限土壤PH变化
• 4.2.2.5.1 阴坡不同恢复年限土壤PH值变化
• 4.2.2.5.2 阳坡不同恢复年限土壤PH值变化
• 4.2.2.5.3 阴、阳坡不同恢复年限土壤PH比较
• 4.3 小结
• 第五章 裸露坡面植被恢复生态功能评价体系研究
• 1. 裸露坡面植被恢复生态功能评价体系的意义
• 2. 评价指标选取的原则
• 3. 评价指标体系
• 4 评价方法
• 4.1 指标权重的确定
• 4.1.1 公路裸露坡面不同配置模式各因子的权重系数
• 4.1.2 矸石山不同恢复年限各因子的权重系数
• 4.2 评价方法
• 5 综合评价结果
• 5.1 公路裸露坡面不同配置模式生态功能评价
• 5.2 矸石山裸露坡面植被恢复生态功能评价
• 6 小结
• 第六章 结论与展望
• 1. 结论
• 2. 展望
• 参考文献
• 个人简介
• 导师简介
• 获得成果目录清单
• 致谢