【摘要】：地下生態(tài)系統(tǒng)(Belowground ecosystem)具有復(fù)雜且不可直接觀測(cè)的特點(diǎn),阻礙了科學(xué)家們對(duì)其特征和功能展開深入的研究。植被的細(xì)根是獲取并運(yùn)輸水分、養(yǎng)分元素的重要地下器官,細(xì)根的生長(zhǎng)、周轉(zhuǎn)和分解在地球生物化學(xué)循環(huán)中具有重要的作用,其在調(diào)節(jié)有機(jī)碳和養(yǎng)分元素(N、P、K)從植物-土壤-植物的流通和生物循環(huán)中具有重要的意義。中國(guó)是受土地荒漠化影響最嚴(yán)重的國(guó)家之一,而青海省位于青藏高原的東北部,其脆弱敏感的生態(tài)環(huán)境導(dǎo)致沙化土地分布廣泛,是我國(guó)受荒漠化危害相對(duì)嚴(yán)重的區(qū)域。通過生物結(jié)合機(jī)械措施實(shí)現(xiàn)沙化土地的植物恢復(fù)與生物多樣性的保護(hù),是防止沙化土地面積增加最有效的方法,也是治理并有效利用沙化土地的合理途徑。細(xì)根作為地下生態(tài)系統(tǒng)根系動(dòng)態(tài)研究最為重要的部分,細(xì)根動(dòng)態(tài)特征對(duì)荒漠生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)的影響機(jī)制以及細(xì)根動(dòng)態(tài)對(duì)碳和養(yǎng)分循環(huán)貢獻(xiàn)率尚不清楚。本文以青海共和盆地高寒沙區(qū)丘間低地典型固沙植物人工林(烏柳(Salix cheilophila)、沙柳(Salix psammophila)、小穗柳(Salix microstachya)、小葉楊(Populus simonii)和烏柳+小葉楊混交林)和固定沙丘典型固沙植物人工林(中間錦雞兒(Caragana intermedia)、檸條錦雞兒(Caragana Korshinskii)、沙蒿(Artemisia desertorum)和中間錦雞兒+沙蒿混交林)為研究對(duì)象,采用傳統(tǒng)挖掘法、根鉆法、埋袋法和森林收獲法對(duì)9種人工林植被細(xì)根生物量、生產(chǎn)量、分解、周轉(zhuǎn)和細(xì)根動(dòng)態(tài)對(duì)人工林碳貯量和養(yǎng)分貯量的貢獻(xiàn)率進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。研究結(jié)果表明:(1)典型固沙植物人工林的細(xì)根主要分布在0~40 cm的土層深度中。烏柳、沙柳、中間錦雞兒和檸條錦雞兒相比其他植被擁有更高的細(xì)根生物量和生產(chǎn)力,其細(xì)根對(duì)環(huán)境變化適應(yīng)性更強(qiáng),兩種立地條件下混交林中的植被細(xì)根較相應(yīng)的純林樹種分布更深,對(duì)土壤固持能力更強(qiáng),對(duì)土壤的深層資源利用率更高。沙柳、小穗柳和沙蒿樣地土壤含水量顯著高于其他人工林樣地,混交栽植方式能增加林地土壤涵養(yǎng)水源的能力;小穗柳、沙柳、中間錦雞兒和檸條錦雞兒純林土壤容重較小,有利于改善土壤透氣透水性,混交栽植模式會(huì)增大林地的土壤容重;沙柳、小穗柳、小葉楊和中間錦雞兒樣地的SOC含量較高,且混交栽植模式會(huì)降低其SOC含量,典型固沙植物人工林的土壤全N和全P含量均較低。(2)典型固沙植物細(xì)根在489 d的分解期內(nèi),分解速率表現(xiàn)為“快-慢-較塊”;典型固沙植物細(xì)根分解速率非常緩慢(分解95%需12.57~39.21 a)。細(xì)根的分解速率與土壤環(huán)境溫濕度和細(xì)根底物P含量顯著正相關(guān)(P0.05),與底物N含量呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(P0.01)。丘間低地純林中沙柳和小穗柳分解速率顯著高于烏柳和小葉楊,固定沙丘純林中中間錦雞兒分解速率顯著高于沙蒿和檸條錦雞兒�；旖辉灾材Ｊ綍�(huì)加快林地內(nèi)細(xì)根分解速率。(3)典型固沙植物人工林細(xì)根周轉(zhuǎn)速率表現(xiàn)為半灌木灌木喬木。小葉楊、中間錦雞兒相比沙柳、沙蒿的細(xì)根平均壽命更長(zhǎng),細(xì)根周轉(zhuǎn)率更低。沙柳林與沙蒿灌叢主要通過不斷更新細(xì)根來適應(yīng)高寒沙區(qū)的干旱環(huán)境以及季節(jié)性降雨,而中間錦雞兒與小葉楊細(xì)根擁有相對(duì)較長(zhǎng)的壽命,通過降低細(xì)根周轉(zhuǎn)率來降低水分和養(yǎng)分的消耗,且混交栽植模式會(huì)增加相應(yīng)的樹種的細(xì)根周轉(zhuǎn)速率。(4)丘間低地典型固沙植物人工林的各組分生物量主要分配在樹干中,而在固定沙丘中則主要分配到樹根中,且65.5%~93.9%的根系分布在0~40 cm土層深度中�；旖辉灾材Ｊ侥芴岣吡址值墓痰芰�,在丘間低地,植物細(xì)根年固碳量占人工林年總固碳量比例為2.3%~15.5%,而在固定沙丘這一比值為1.8%~16.8%,沙柳、小穗柳、檸條錦雞兒純林較其他純林植被的細(xì)根對(duì)人工林固碳量的貢獻(xiàn)率更大;烏柳+小葉楊的混交林中,烏柳細(xì)根對(duì)人工林的固碳量貢獻(xiàn)率遠(yuǎn)大于小葉楊,中間錦雞兒+沙蒿的混交林中,中間錦雞兒的細(xì)根貢獻(xiàn)大于沙蒿。(5)典型固沙植物人工林中有59%~92%的N、P、K貯存在植被層中,丘間低地的固沙植物養(yǎng)分大部分貯存在樹葉和樹枝中,而在固定沙丘中則主要儲(chǔ)存在樹根和樹枝中,且N、P、K在養(yǎng)分儲(chǔ)量中的分配關(guān)系表現(xiàn)為N、K較大,P最小。典型固沙植被細(xì)根N、P、K的存留量占人工林總N、P、K貯量比例大小分別為1.7%~42.5%、1.0%~28.3%和1.3%~29.2%,大體上表現(xiàn)為混交沙蒿灌叢、沙蒿灌叢、檸條錦雞兒、小穗柳、混交烏柳和沙柳較大,中間錦雞兒和小葉楊最小。本研究中的典型固沙植被養(yǎng)分貯存能力較好,土壤養(yǎng)分的利用效率較低,人工林的養(yǎng)分循環(huán)速率較慢,且無論在丘間低地還是固定沙丘,N都是相對(duì)比較活躍的養(yǎng)分元素。本文系統(tǒng)全面的研究和評(píng)估了青海高寒沙區(qū)9種典型固沙植物人工林的細(xì)根動(dòng)態(tài)特征及其對(duì)碳循環(huán)和養(yǎng)分循環(huán)的影響,深入研究了細(xì)根的生長(zhǎng)、分布、生產(chǎn)、周轉(zhuǎn)和分解動(dòng)態(tài)對(duì)典型固沙植物人工林的碳貯量和養(yǎng)分貯量的貢獻(xiàn),明確了細(xì)根在高寒沙區(qū)碳儲(chǔ)量和養(yǎng)分儲(chǔ)量的貢獻(xiàn)率。結(jié)果表明沙柳、小穗柳、烏柳和檸條錦雞兒是適合高寒沙區(qū)植被恢復(fù)與重建的優(yōu)良固沙品種,沙柳純林、烏柳+小葉楊的混交林以及中間錦雞兒+沙蒿的混交林是更加合適的高寒沙區(qū)防護(hù)林栽培模式。研究結(jié)果可為高寒沙區(qū)及其類似區(qū)域的生態(tài)效應(yīng)評(píng)估提供理論依據(jù),也可為退化土地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能建設(shè)提供參考。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：S775
【圖文】：

結(jié)合細(xì)根周轉(zhuǎn)和分解各項(xiàng)獲得細(xì)根動(dòng)態(tài)固定的有機(jī)碳和養(yǎng)分含量，明確細(xì)根生產(chǎn)占碳儲(chǔ)量和養(yǎng)分貯量的比例，初步揭示細(xì)根在人工林碳循環(huán)和養(yǎng)分循環(huán)中的作用機(jī)制。1.5 技術(shù)路線

第二章 研究區(qū)概況自然概況 研究區(qū)地理位置究區(qū)位于青海省海南藏族自治州共和盆地，共和盆地地處青藏高原東北邊連山和昆侖山的過渡帶，東經(jīng) 98°46′~101°22′，北緯 35°27′~36°56′，四周拔高度自西北向東南逐漸降低，總面積為 13800 km2（張登山等，2009）。選在共和盆地西北部的沙珠玉鄉(xiāng)的國(guó)家林業(yè)局青海共和荒漠生態(tài)系統(tǒng)定位100°14.04′~100°14.52′E，36°14.02′~36°14.98′N），其海拔高度為 2871~3872017）。地理位置如圖 2-1 所示。

固沙植物細(xì)根周轉(zhuǎn)取樣示意圖

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2804743