本文關(guān)鍵詞：半干旱黃土高原不同景觀位置棄耕地引入豆科植物對植物群落和土壤屬性的影響，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：由于自然的和人為的原因,黃土高原半干旱區(qū)已成為我國乃至全世界水土流失最嚴重的地區(qū)�；謴秃椭亟ㄖ脖皇窃摰貐^(qū)控制水土流失、改善生態(tài)環(huán)境的重要措施。豆科植物在黃土高原農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展中具有重要作用,不僅能固定大氣中的氮,改良土壤,還能提供高質(zhì)量飼料。通過引入豆科植物,在棄耕地中增加豆科植物,有望能快速增加植被覆蓋,有益于控制水土侵蝕,改善土壤質(zhì)量,還能提供一部分優(yōu)質(zhì)牧草,發(fā)展畜牧業(yè)。盡管如此,對棄耕地植被恢復中引入豆科植物后植被和土壤動態(tài)仍缺少有效評估,特別是長期定位的研究更顯缺乏。為評價豆科植物長期種植后對植被及土壤變化動態(tài)的影響,我們于2003年在黃土高原半干旱區(qū)選擇了三種景觀位置的坡地農(nóng)田進行植被重建,研究了不同景觀位置下引入豆科植物進行棄耕地植被重建對植物群落的地上生物量、蓋度、物種組成、功能群和生活型,以及土壤的有機碳、輕組有機碳、重組有機碳、氮素、磷素及水分動態(tài)的影響,旨在為黃土高原半干旱區(qū)設(shè)計和優(yōu)化植被重建提供參考。所選景觀位置均為農(nóng)作物適合性較低的中上坡位,分別為(1)東北方向(樣地Ⅰ,坡度10-14度)；(2)東南方向(樣地Ⅱ,12-16度)；(3)偏東南方向坡頂(樣地Ⅲ,坡度4-8度)。植被重建方式分別為(1)棄耕地自然撂荒；(2)棄耕地種植紫花苜蓿(Medicago sativa L.);(3)棄耕地種植草木樨(Melilotus suaveolens L.)。取得結(jié)果如下：自然撂荒樣地的總地上生物量在各景觀位置均低于2000 kg/ha,并沒有隨棄耕年限的增加而有明顯的增加趨勢。土壤1.4-5 m的土壤水分含量在各景觀位置隨棄耕時間的增加呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢,尤其在坡度較大且為陽坡的樣地Ⅱ中最明顯,但仍高于土壤萎蔫點。0-20 cm土層的土壤有機碳和全氮含量隨棄耕時間增加而有略微增加的趨勢。土壤全磷和速效磷含量在各景觀位置并沒有隨時間增加而有明顯的變化。紫花苜蓿樣地的總地上生物量在各景觀位置隨種植時間增加均呈現(xiàn)先增加后下降趨勢(在前六年逐漸增加,之后逐漸下降),而半陰坡位的樣地Ⅰ明顯高于樣地Ⅱ和樣地Ⅲ,最高地上生物量出現(xiàn)在種植后第六年,為8956 kg/ha。0-1.4 m的土壤水分含量隨年份變化波動明顯。1.4-5 m的土壤水分含量隨紫花苜蓿種植年限的增加逐漸下降,至種植后11年,半陰坡位的樣地Ⅰ已逐漸接近土壤萎蔫點,陽坡的樣地Ⅱ和坡頂?shù)臉拥丌笠堰_到土壤萎蔫點。紫花苜蓿種植在各景觀位置均能明顯提升土壤有機碳和全氮含量,在半陰坡提升的幅度最大；陽坡和坡頂?shù)臉拥赝寥烙袡C碳和全氮從第七年開始有逐漸下降的趨勢。土壤全磷含量在各景觀位置均有略微增加的趨勢,而速效磷均有先降低后增加的趨勢。草木樨樣地的總地上生物量在各景觀位置均是前兩年最高,之后隨年份增加逐漸下降,樣地Ⅱ和樣地Ⅲ的總地上生物量高于樣地Ⅰ。1.4-5 m的土壤水分含量隨年份增加在各景觀位置下均有逐漸下降的趨勢,且陽坡的樣地Ⅱ和坡頂?shù)臉拥丌笙陆档淖蠲黠@,但仍遠高于土壤萎蔫點。草木樨種植能明顯提升0-20 cm土層土壤有機碳和全氮含量,特別是在半陰坡的樣地Ⅰ。土壤全磷和速效磷含量在各景觀位置均沒有明顯變化。三種植被重建方式相比,紫花苜蓿處理具有最高的地上生物量、植被蓋度、土壤有機碳、輕組有機碳、重組有機碳、全氮和礦物氮含量,最低的植株密度和物種豐富度,消耗更多的土壤速效磷和1.4-5 m的土壤水分。紫花苜蓿種植能通過促進土壤有機碳從易變的輕組組分向穩(wěn)定的重組組分轉(zhuǎn)變,提升土壤有機碳貯存。紫花苜蓿處理的0-1.5 m土層的有機碳含量在2012和2013年間的平均值分別高于同期自然撂荒處理和草木樨處N52.8并44.8 Mg ha-1。在紫花苜蓿、草木樨和自然撂荒處理整個11年實驗期的0-20 cm土層,土壤有機碳的固存率分別為0.27,0.22和-0.07 Mg ha-1 year-1；輕組有機碳的固存率分別為0,26,0.28并0.07 Mg ha-1　year-1；重組有機碳的固存率分別為0.23,0.15和.-0.03 Mg ha-1 year-1.使用數(shù)量生態(tài)學中的排序技術(shù),研究了植被重建進程中植物群落物種多度變化和環(huán)境因子的關(guān)系,發(fā)現(xiàn)在棄耕地中引入豆科植物能強烈地影響植物群落本土次生物種建植,改變植物群落的演替軌跡。時間、坡位、植被重建方式、土壤水分、年際問降水,坡度以及坡向是影響植物物種演替和多度變化的關(guān)鍵性因子,影響大小為：時間坡位植被重建方式土壤水分年際間降水坡度/坡向。綜合以上結(jié)果,我們認為紫花苜蓿應作為黃土高原半干旱區(qū)退耕還草工程中首選的植被重建物種。棄耕地的自然恢復和草木樨引入不是該地區(qū)有效的植被重建方式。陽坡和坡頂景觀位置下的紫花苜蓿,應在其種植后約十年采取適當?shù)墓芾泶胧?以延長其高植被覆蓋的年限,并有利于改良土壤。
【關(guān)鍵詞】：景觀位置 植被重建 棄耕地 豆科牧草 苜蓿 草木樨 植物群落 生產(chǎn)力 土壤水分 土壤有機碳 土壤全氮 黃土高原 半干旱地區(qū)
【學位授予單位】：蘭州大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：S54
【目錄】：

• 中文摘要3-6
• Abstract6-13
• 第一章 文獻綜述13-32
• 1.1 與本研究相關(guān)的生態(tài)學概念13-15
• 1.1.1 景觀生態(tài)學13
• 1.1.2 恢復生態(tài)學13-14
• 1.1.3 數(shù)量生態(tài)學14
• 1.1.4 退化生態(tài)系統(tǒng)14-15
• 1.2 土地利用方式對植被和土壤的影響15-19
• 1.2.1 土地利用方式對植被的影響15-16
• 1.2.2 土地利用方式對土壤的影響16-19
• 1.3 棄耕地恢復演替19-24
• 1.3.1 棄耕地恢復演替19-20
• 1.3.2 影響棄耕地恢復演替的因素20-22
• 1.3.3 恢復方式選擇22-24
• 1.4 環(huán)境因子對植被的影響24-25
• 1.5 研究區(qū)域背景25-30
• 1.5.1 黃土高原區(qū)域背景25-27
• 1.5.2 黃土高原半干旱區(qū)生態(tài)系統(tǒng)現(xiàn)狀27-29
• 1.5.3 黃土高原半干旱區(qū)退耕還林、還草的選擇29-30
• 1.6 研究內(nèi)容30-32
• 第二章 實驗材料與方法32-37
• 2.1 研究區(qū)域概況32
• 2.2 實驗設(shè)計32-33
• 2.3 采樣和測樣33-35
• 2.3.1 植物群落指標測定33
• 2.3.2 土壤水分測定33-34
• 2.3.3 土樣采集和化學指標測定34-35
• 2.3.3.1 土壤有機碳和全氮測定34
• 2.3.3.2 土壤全磷和速效磷測定34
• 2.3.3.3 土壤微生物量碳氮測定34
• 2.3.3.4 土壤礦物氮測定34
• 2.3.3.5 土壤輕組有機碳和重組有機碳測定34-35
• 2.4 數(shù)據(jù)計算與分析35-37
• 2.4.1 土壤碳貯存計算35-36
• 2.4.2 數(shù)據(jù)分析36-37
• 第三章 不同景觀位置撂荒地地上生物量、蓋度和土壤屬性變化37-45
• 3.1 前言37-38
• 3.2 試驗結(jié)果與分析38-43
• 3.2.1 植物地上生物量和植被蓋度38
• 3.2.2 土壤含水量和貯水量38-42
• 3.2.3 土壤有機碳和養(yǎng)分42-43
• 3.3 討論43-45
• 第四章 不同景觀位置苜蓿地地上生物量、蓋度和土壤屬性變化45-54
• 4.1 前言45-46
• 4.2 試驗結(jié)果和分析46-50
• 4.2.1 植物地上生物量和植被蓋度46-47
• 4.2.2 土壤含水量和貯水量47-49
• 4.2.3 土壤有機碳和養(yǎng)分49-50
• 4.3 討論50-54
• 第五章 不同景觀位置草木樨地地上生物量、蓋度和土壤屬性變化54-63
• 5.1 前言54-55
• 5.2 試驗結(jié)果與分析55-59
• 5.2.1 植物地上生物量和植被蓋度55-56
• 5.2.2 土壤含水量和貯水量56-58
• 5.2.3 土壤有機碳和養(yǎng)分58-59
• 5.3 討論59-63
• 第六章 不同恢復方式對植物群落的影響63-72
• 6.1 前言63
• 6.2 試驗結(jié)果與分析63-70
• 6.2.1 物種組成63-64
• 6.2.2 植物地上生物量、蓋度、密度和豐富度64-66
• 6.2.3 功能群66-68
• 6.2.4 生活型68-70
• 6.3 討論70-72
• 第七章 不同恢復方式對土壤屬性的影響72-86
• 7.1 前言72-73
• 7.2 試驗結(jié)果與分析73-81
• 7.2.1 土壤水分動態(tài)73-74
• 7.2.2 土壤氮磷74-76
• 7.2.3 土壤碳貯存76-81
• 7.3 討論81-86
• 第八章 不同恢復方式植物群落和環(huán)境因子的關(guān)系86-95
• 8.1 前言86
• 8.2 試驗結(jié)果與分析86-91
• 8.3 討論91-95
• 第九章 主要結(jié)論95-97
• 參考文獻97-114
• 在學期間的研究成果114-115
• 致謝115

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前8條

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本文編號：341606