希拉穆仁草原退化特征及其受损恢复机理研究

论文摘要

为了有效控制草地退化,保护生物资源,保持“生态-经济-社会”的良性循环和生物资源的可持续利用。本研究以希拉穆仁荒漠草原为研究对象,运用恢复生态学有关原理和方法,采用野外调查和室内定量分析相结合手段,通过对草原退化特征、土壤水分物理特性、地表覆盖保墒机理、封禁草场生态恢复等方面进行试验,系统研究了希拉穆仁草原退化特征及其恢复机理。主要研究结论如下:（1）希拉穆仁草原已经出现不同程度的退化,未退化草地有植物38种,从轻度退化到极度退化物种数分别减少了7种、12种、20和25种;随着草地退化,植被盖度、地上生物量、平均高度、物种多样性等群落指标均呈现降低趋势。与未退化草地相比,轻度、中度、重度和极度退化草地土壤0-30cm层容重分别增加了2.66%、6.3%、8.96%和17.43%,土壤全氮、全磷、速氮、速磷、速钾和有机质等指标出现不同程度的下降。植被平均高度、盖度、地上生物量和生物多样性指数与土壤养分表现出一致的正相关关系。（2）该区受侵蚀比较严重,沙土比比例坡顶最高为42.1%,坡中27.2%,坡底仅为17.6%,土壤容重与稳渗率呈指数关系（R2=0.9764）。降水是该区土壤水分的主要来源,土壤年平均贮水量与年降水量的相关系数为0.7808（0.05信度检验）。土壤水分垂直变化层次可以划分为活跃层、次活跃层和相对稳定层3个层次,水分年际、生长季变化趋势与降水变化趋势相吻合。（3）沙砾和秸秆覆盖均能有效抑制土壤表面蒸发,粒径2-4mm沙砾覆盖土壤蒸发仅为对照处理的81%。不同盖度的秸秆覆盖中,100%盖度覆盖的抑制率最大,可达50%。田间覆盖保墒试验结果表明, 3cm厚度沙砾覆盖土壤保水效果较好;秸秆覆盖后0-30cm土壤水分含量明显增加,当秸秆用量5000 kg/hm2,土壤水分较对照高出4%。1日内不同处理的土壤表层和5cm处地温均可拟合为时间的正弦函数,沙砾、秸秆覆盖具有调温效应,体现为高温时具有“降温作用”,低温具有“保温效应”。（4）在不同水分梯度上,Simpson指数、Shannon-Wiener指数、Pielou指数和Margalef指数均出现了1倍以上的增加。人为松土翻耕后,表层土壤水分则可长时间维持在15%水平。采取灌溉措施后,沙棘、驼绒藜、小叶锦鸡儿成活率分别高出相应对照65.7%、32.1%、53.7%,样区周围植物高度增加了10%,物种数增加2种,盖度增加5%,生物量干重增加135.4g/m2。（5）苜蓿饲草料生长期对水分仍有一定要求,降水和灌溉主要影响苜蓿地土壤80cm以上土层的土壤水分,种植2年后的苜蓿地,80-200cm土层的含水量维持在8%左右。灌水量与苜蓿产量之间有明显的相关关系,其数学模型为:Y=0.9025Q1.4732 （R2=0.94）,灌溉苜蓿饲草料地生产力尚有较大的开发空间,现实产量的获得极大地依赖于人为水肥措施。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 前言
• 1.1 研究背景与选题依据
• 1.2 研究目的与意义
• 1.3 草地生态系统受损研究
• 1.3.1 草地退化的概念
• 1.3.2 草地退化特征
• 1.3.3 草地退化因素分析
• 1.4 退化草地生态恢复
• 1.4.1 恢复生态学研究
• 1.4.2 退化草地植被恢复研究
• 1.4.3 基于水分平衡的草地恢复
• 2 研究区概况
• 2.1 自然概况
• 2.1.1 地理位置
• 2.1.2 地形地貌
• 2.1.3 气候条件
• 2.1.4 水资源条件
• 2.1.5 土壤类型及分布
• 2.1.6 植被概况
• 2.2 社会经济状况
• 2.3 生境脆弱性分析
• 2.3.1 草地水分供应不足
• 2.3.2 地力水平低
• 2.3.3 土壤干旱
• 3 草地系统退化特征
• 3.1 退化草地标准的确立
• 3.2 试验设计
• 3.2.1 野外取样
• 3.2.2 室内测定
• 3.2.3 数据处理及计算
• 3.3 结果与分析
• 3.3.1 群落结构特征
• 3.3.2 物种多样性特征
• 3.3.3 土壤物理性状特征
• 3.3.4 风蚀特征
• 3.3.5 土壤养分特征
• 3.3.6 土壤养分含量与植物群落特征的关系
• 3.4 小结
• 4 退化草场土壤水分物理特性
• 4.1 试验内容与方法
• 4.2 结果与分析
• 4.2.1 土壤颗粒分布
• 4.2.2 沙土比含量
• 4.2.3 土壤容重、持水量变化
• 4.2.4 土壤渗透性能变化
• 4.2.5 土壤水分特征
• 4.2.6 土壤水分与气候因子的关系
• 4.3 小结
• 5 荒漠草原覆盖保水机理
• 5.1 模拟蒸发试验
• 5.1.1 沙砾覆盖对土壤蒸发的影响
• 5.1.2 秸秆覆盖对土壤蒸发的影响
• 5.1.3 不同材料覆盖土壤蒸发差异
• 5.2 田间小区试验
• 5.2.1 秸秆覆盖
• 5.2.2 沙砾覆盖
• 5.2.3 含水量变化对土壤温度和水分的影响
• 5.3 小结
• 6 不同水分条件下草地生态潜力修复
• 6.1 天然草原牧草群落的耗水规律
• 6.1.1 不同处理天然牧草耗水强度
• 6.1.2 不同生育期耗水量
• 6.2 坡面天然草场修复
• 6.2.1 植被恢复效应
• 6.2.2 土壤改良效应
• 6.2.3 土壤种子库动态
• 6.3 精确灌溉物种多样性特征
• 6.3.1 样地概况
• 6.3.2 植被表观特征变化
• 6.3.3 物种多样性的变化
• 6.4 基于水分平衡的草地恢复
• 6.4.1 翻耕松土改良
• 6.4.2 灌木水保林营造
• 6.4.3 人工苜蓿饲草地建设
• 6.5 小结
• 7 结论与讨论
• 7.1 结论
• 7.2 讨论
• 致谢
• 参考文献
• 作者简介