黄土高原刺槐人工林生长特征及其天然化程度评价

论文摘要

植被是保持水土最积极有效的措施,将人工生态植被的营造与天然植被保护有机结合,促进人工植被向地带性天然植被发展,有效发挥植被的生态服务功能,是黄土高原水土流失区生态恢复的重要途径。本研究以黄土高原大面积栽植的刺槐人工林生态系统为研究对象,系统分析了不同区域刺槐的生长发育特征、刺槐林地的土壤水分养分变化规律、刺槐林下植被的演替及其与环境的关系,探讨了评价植被天然化程度的方法,在此基础上提出了促进人工植被天然化发育的关键技术措施。主要研究结果如下:1.黄土高原显域生境内刺槐的生长和分布主要受降水的影响。低土壤水分条件是刺槐在黄土高原分布和生长的主要限制因素,但不是阻碍黄土高原地带性植被恢复的主要限制因子。刺槐对土壤水分的利用能力很强,其对干旱的适应方式是降低生长速率和高度,严重干旱时,甚至牺牲部分构件(枯梢)。刺槐的生命周期随水分条件的改善而延长。2.刺槐林地土壤肥力恢复速度比撂荒地自然演替快。森林草原区安塞退耕地营造刺槐林后,土壤养分全面恢复,土壤有机质、全氮、碱解氮、全磷、速效磷、速效钾总体上均呈现增长态势。50a与5a刺槐林相比,上述六个指标分别增长了218%、206%、434%、22%、85%和52%;PH值则随刺槐生长年限的增加有逐渐降低的趋势。黄土高原从北至南,土壤有机质、全氮含量呈上升趋势,各地刺槐林均有随林龄增长土壤全氮和有机质逐渐升高的趋势。而土壤pH值的变化规律与前二者相反。3.黄土高原刺槐疏林林下植被不同发育阶段的物种组成与撂荒地植被演替不同阶段基本相似。在森林草原区(安塞)尽管刺槐生长消耗了大量水分,造成深厚的土壤水分低湿层,且很难恢复,但当地地带性植被物种仍能在林下正常生长、演替,能获得与撂荒地相近的生物量。在黄土高塬沟壑区(淳化)刺槐林多为高密度经营,林下植被的发育并未表现出地带性特征,其物种组成和群落结构比较简单。4.对黄土高原刺槐功能性状的测定结果及相关分析表明,不同地域的刺槐在功能性状上并没有明显差异,没有形成适应不同地区气候条件的生态类型,而只是通过调节自身的生长速度,甚至牺牲部分构件来适应环境的变化,尤其是水分条件的变化。铁杆蒿是黄土高原地带性植被的组成成分,其叶性状及其它被测性状之间具有良好的相关性,与大多数环境因子间也建立了密切的相关关系,它通过改变自身的叶面积、比叶面积、叶干物质含量、叶氮磷钾含量、嫩枝干物质含量、茎比密度及植株高度等功能性状来适应不同的气候条件。二者对比,刺槐具有明显的外来物种特征,对黄土高原环境的适应程度比铁杆蒿差。5.利用植被盖度、群落层片结构、物种组成、群落地上部生物量等因子构建了植被天然化发育程度指数的评价方程,即植被天然化程度指数(VNI值),可以定量研究植被天然化程度利用VNI对黄土高原森林草原区南部安塞县不同林龄的刺槐林下植被和不同撂荒年限的退耕地植被进行了天然化程度评价,结果表明,2种类型植被的天然化程度随时间变化的趋势大体一致,但由于刺槐强烈遮荫抑制林下植被生长,刺槐林下植被在幼林期至中龄林阶段的天然化程度有明显的倒退现象。一旦林冠疏开,林下植被迅速发育,其VNI值迅速提高。相关分析结果表明,刺槐林下植被的VNI值与多个环境因子有显著的相关关系。土壤养分条件改善促进植被的天然化。土壤水分条件与VNI值呈负相关,说明刺槐林下植被在严酷的水份条件下仍能维持植被的正向演替,由此推断,在小尺度范围的植被演替可能由当地的气候条件控制,土壤水分的作用不是十分重要。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 立题背景
• 1.1.1 刺槐在黄土高原的分布
• 1.1.2 人工植被和天然植被的概念
• 1.1.3 人工植被在我国占有重要地位
• 1.1.4 人工植被在结构和功能上远逊天然植被
• 1.1.5 促进人工植被的天然化发育具有重要的生态意义
• 1.2 恢复生态学研究进展
• 1.2.1 国外恢复生态学研究概况
• 1.2.2 我国恢复生态学研究概况
• 1.2.3 植被恢复技术研究进展
• 1.2.4 国内外刺槐林生态学研究进展
• 1.3 研究目标及内容
• 1.3.1 研究目标
• 1.3.2 研究内容
• 1.3.3 研究区概况
• 1.3.4 研究方法
• 1.3.5 技术路线
• 1.3.6 试验方案
• 第二章 黄土高原刺槐林土壤水分特征
• 2.1 研究方法
• 2.1.1 样地选择
• 2.1.2 样地土壤水分调查
• 2.1.3 数据计算及处理
• 2.2 结果与分析
• 2.2.1 刺槐林土壤水分的区域变化
• 2.2.2 林龄与土壤水分的关系
• 2.2.3 安塞刺槐林地土壤水分的恢复
• 2.2.4 土壤水分条件与刺槐生长
• 2.3 小结
• 第三章 黄土高原刺槐的生长特征
• 3.1 研究方法
• 3.1.1 样地调查
• 3.1.2 解析木
• 3.2 研究结果与分析
• 3.2.1 刺槐的高生长
• 3.2.2 刺槐的胸径生长
• 3.2.3 刺槐的材积生长
• 3.2.4 刺槐生长与降水的关系
• 3.3 小结
• 第四章 黄土高原刺槐林地土壤养分特征
• 4.1 研究方法
• 4.1.1 土壤物理性质
• 4.1.2 土壤化学性质
• 4.2 结果与分析
• 4.2.1 调查地域的土壤物理性质
• 4.2.2 刺槐林地土壤养分
• 4.3 小结
• 第五章 刺槐林下植被的群落学特征
• 5.1 研究方法
• 5.1.1 样地调查
• 5.1.2 物种重要值计算
• 5.1.3 物种多样性计算
• 5.1.4 群落相似度计算
• 5.2 结果及分析
• 5.2.1 刺槐林下植被群落物种组成
• 5.2.2 刺槐林下植物的科属分布
• 5.2.3 林下植被种群生态位
• 5.2.4 林下植被的水分生态类型和生活型谱
• 5.2.5 林下植被生物量特征
• 5.2.6 刺槐林下植被群落的物种多样性
• 5.2.7 林下植被群落相似性
• 5.2.8 林下植物群落生态梯度的数量分析
• 5.3 小结
• 第六章 刺槐及林下植物的功能性状
• 6.1 研究方法
• 6.1.1 比叶面积（SLA，specific leaf area）
• 6.1.2 叶的大小（LS，leaf size，individual leaf area）
• 6.1.3 叶干物质含量（LDMC，leaf dry matter content）
• 6.1.4 叶片N、P、K 含量（LNC、 LPC and LKC）
• 6.1.5 茎比密度（SSD）
• 6.1.6 嫩枝干物质含量（TDMC，twig dry matter content）
• 6.1.7 生长型（LF，life form）
• 6.1.8 植株高度（PLH，plant height）
• 6.2 研究结果与分析
• 6.2.1 黄土高原刺槐的功能性状及其对环境变化的响应
• 6.2.2 铁杆蒿的功能性状及其对环境变化的响应
• 6.3 小结
• 第七章 黄土高原刺槐林生态系统天然化程度评价
• 7.1 研究方法
• 7.1.1 选择指标体系的原则
• 7.1.2 参照系的确定
• 7.1.3 评价指标体系的选择
• 7.1.4 物种 CAN 值和群落所处的演替阶段的确定
• 7.2 结果与分析
• 7.2.1 评价指标量化与权重确定
• 7.2.2 植被天然化程度指数
• 7.2.3 CI 值与 VNI 评价结果比较
• 7.2.4 天然化程度指数与环境的关系
• 7.3 人工植被天然化关键技术
• 7.3.1 物种选择
• 7.3.2 造林技术
• 7.3.3 管理技术
• 7.4 小结
• 第八章 结论与展望
• 参考文献
• 附录：植物名录
• 作者简介