【摘要】：地處農(nóng)牧交錯帶的毛烏素沙地是我國北方重要的生態(tài)屏障。油蒿(Artemisia ordosicaKrasch)是毛烏素沙地最重要的建群植物之一，其群落面積約占沙區(qū)總面積的31.2%，是毛烏素沙地面積最大的群落類型。油蒿具有耐旱、耐沙埋、耐貧瘠、抗風(fēng)蝕、易繁殖等特性，在維持毛烏素沙地生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定中起著重要作用。在毛烏素沙地，油蒿群落經(jīng)歷著從流動沙地先鋒物種階段——半固定沙地稀疏階段——固定沙地建成階段——老固定沙地退化階段——流動沙地，這樣一個循環(huán)演替的過程。已有的研究認(rèn)為土壤水分是驅(qū)動油蒿群落演替的重要因素，然而目前對毛烏素沙地油蒿群落土壤水分的研究多是定時、定點取樣，數(shù)據(jù)量少，且缺少連續(xù)性，無法反映土壤水分動態(tài)。本研究通過對固定、半固定和流動沙地上分別處于建成階段、稀疏階段和先鋒物種階段的油蒿群落土壤水分長期連續(xù)監(jiān)測，分析不同固定程度油蒿群落土壤水分特征、降水對土壤水分的補給狀況、生物結(jié)皮對降水再分配過程的影響；同時結(jié)合油蒿的生理生態(tài)特征，深入探討土壤水分在油蒿群落演替過程中的作用，以期為毛烏素沙地植被的合理保護提供科學(xué)依據(jù)。主要研究結(jié)論如下： 1.3種樣地土壤水分均存在時間和空間上差異，流動沙地各層土壤含水率均顯著高于固定和半固定沙地；土壤含水率受降水影響較大，降水量大小是影響土壤水分補給深度的重要因素，小于10mm的降水主要被表層土壤吸收，10～20mm的降水對土壤水分的補給深度超過30cm，不及60cm，大于30mm而小于40mm的降水補給深度大于60cm，但不及100cm；30cm及其上層土壤水分波動劇烈，60cm處土壤水分主要受大于20mm降水事件影響，波動較小，100cm以下土壤水分只受較大降水事件的影響，土壤含水率較穩(wěn)定；降水補給深度及植被根系需水的層次差異是導(dǎo)致3種樣地土壤水分時間和空間上異質(zhì)性的重要因素。 2.水分是干旱、半干旱區(qū)生態(tài)系統(tǒng)中最重要的限制因子，而根系是植物吸收水分的重要器官。固定、半固定和流動沙地油蒿根系均以粗根最多，中粗根次之，細根最少，且隨著土層深度的增加，3種級別的根量均呈指數(shù)遞減；固定、半固定和流動沙地0~40cm范圍內(nèi)細根所占比重分別為：79.11%、74.71%和53.23%，固定和半固定沙地油蒿植株主要利用0~40cm范圍內(nèi)的土壤水分，而流動沙地油蒿植株能更多地利用40cm以下土層中的水分。3種樣地油蒿的葉水勢均在日出前5：00最高，中午13:00左右達到最低值，此后隨著太陽高度角的降低，葉水勢又逐漸開始升高；油蒿葉水勢變化主要受大氣溫度和光合有效輻射強度的影響；中午13:00以前3種樣地油蒿葉水勢的基本情況是流動沙地半固定沙地固定沙地，而15：00-17:00這段時間3種油蒿葉水勢與中午相反，這主要是由不同固定程度沙地上油蒿植株的年齡差異及淺層土壤水分的差異導(dǎo)致的。 3.毛烏素沙地油蒿群落中固定沙地生物結(jié)皮平均蓋度為83.74%，半固定沙地生物結(jié)皮平均蓋度為23.54%，固定沙地中苔蘚、地衣和澡類結(jié)皮所占比例分別為28%、21%和51%，半固定沙地中苔蘚、地衣和藻類結(jié)皮所占比例分別為6.3%、2.5%和91.2%；油蒿群落中半固定沙地生物結(jié)皮絕大部分是處于初期發(fā)育階段的澡類結(jié)皮，而固定沙地苔蘚和地衣結(jié)皮所占比例接近總蓋度的一半。無論降水量大小，相同深度有結(jié)皮覆蓋處(BSC)土壤水分的響應(yīng)時間均顯著大于無結(jié)皮覆蓋處(NBSC)，且同一降水事件下，BSC的初始入滲系數(shù)和平均入滲系數(shù)均顯著低于NBSC，說明生物結(jié)皮的存在阻礙降水入滲，在小降水事件時這種阻礙作用表現(xiàn)的更為明顯；油蒿的吸收根主要分布在40cm以上土層中，主要利用這個層次內(nèi)的土壤水分，而生物結(jié)皮的發(fā)育對小于20mm的降水事件具有較強的阻礙作用，在研究區(qū)降水事件以小于20mm降水為主的情況下，導(dǎo)致40cm以上土層水分惡化，久之將導(dǎo)致固定沙地油蒿群落的衰退；同時研究區(qū)降水格局的改變將對土壤水分及植被演替產(chǎn)生重要影響。
【學(xué)位授予單位】：中國林業(yè)科學(xué)研究院
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：S714.2
【圖文】：

圖 1-1 生物結(jié)皮的不同發(fā)育階段Fig. 1-1 Different stage of biological soil crust許多研究都發(fā)現(xiàn)，土壤中細顆粒(主要包括粉粒和黏粒)含量是影響生物結(jié)皮形成的重要因素(凌裕泉等，1993；段爭虎等，1996；李新榮等，2000)。生物結(jié)皮中的細顆粒主要來自風(fēng)對流沙的分選，而大氣降塵帶來的顆粒物是生物結(jié)皮中細顆粒的又一重要來源(方海燕等，2005)。大氣降塵不僅使固定地表的黏粉粒含量進一步增加，而且降塵內(nèi)的鹽分具有表層積聚作用，促進和加速了結(jié)皮的形成；此外，降塵內(nèi)的元素含量改變了土壤物理性狀，為微生物結(jié)皮的發(fā)育奠定了基礎(chǔ)；地表固定是生物結(jié)皮形成的前提，大氣降塵和降水加速和促進了生物結(jié)皮的形成和發(fā)展(李新榮等. 2000；Noti et al. 2003；朱遠達等2004；Chen et al. 2009)。

假根圖 1-2 生物結(jié)皮中幾種生物的固沙機理示意圖ig. 1-2 Sketch map of the sand-fixation mechanism of several kinds of organisms in the biological soil crust：A. 微鞘澡屬主導(dǎo)的結(jié)皮，凝膠狀殼體將土壤顆粒粘結(jié)在一起；B. 念珠藻屬占優(yōu)勢的生物結(jié)皮里，珠藻在表層土壤的不斷繁殖起到捆綁土壤顆粒的作用；C. 石塊下藍細菌的固沙過程；D. 地衣占優(yōu)的生物結(jié)皮中，土壤顆粒被假根固定的過程。A. Microcoleus dominated soil crust, gelatinous sheathsluing soil particles together; B. Nostoc-dominated soil crust.While adult Nostoc colonies are on the soilurface, the motile phase (hormogonia) lives insidethe soil; C. Crust formation by hypolithic growth;yanobacteria dominated crusts develop Underneath translucent rocks of all sizes where enough light reacheshem, thus stabilizing the soil; D. lichen-dominated soil crust, the soil particles are kept together by rhizinesnd rhizohyphae.

第二章 研究區(qū)概況2.1 自然概況2.1.1 地理位置毛烏素沙地位于北緯 37027.5′～39022.5′，東經(jīng) 107020′～111030′。包括內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市的南部、陜西省榆林市的北部風(fēng)沙區(qū)和寧夏回族自治區(qū)鹽池縣東北部，總面積約為 3.98 萬平方公里。大部分地區(qū)海拔 1100～1300 米，西北部稍高，達 1400～1500米，個別地區(qū)可達 1600 米左右，東南部河谷低至 950 米。

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本文編號：2801440