本文關(guān)鍵詞：典型草原退化演替中植被—土壤特征變化及化感影響機制研究

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【摘要】：長期過度放牧利用是草地退化演替的主要驅(qū)動因素。內(nèi)蒙古典型草原植物群落退化演替具有趨同的規(guī)律,演替模式為：羊草或克氏針茅→冷蒿→星毛委陵菜。隨著退化演替的進行,地上植被的生產(chǎn)力越來越低,牧草的飼用品質(zhì)也愈加降低。冷蒿和星毛委陵菜卻能在草地退化演替的不同階段中生長繁殖成為優(yōu)勢物種,并形成單一優(yōu)勢群落。近年來,越來越多的研究表明植物化感作用機制是影響植物群落分布格局和演替過程的重要因子。植物分泌的次生代謝產(chǎn)物通過適合的途徑進入土壤或空氣中影響周圍植物的正常生長,進而影響植物群落的結(jié)構(gòu)和物種組成,同時也影響土壤的微環(huán)境,最終影響群落演替。研究者們已經(jīng)對草地植被退化演替的機制做了大量的研究,主要從過度放牧利用、家畜的選擇性采食、牧草的可塑性、繁殖策略和資源再分配等方面進行了研究,但是從植物間化學干擾的角度研究草地演替的報道還比較少。研究化感作用對我國北方典型草原群落演替中的影響具有重要的生態(tài)學意義,并且對草原退化演替過程中關(guān)于植被—土壤特征變化也是研究的重點問題。 因此,本試驗主要驗證兩個假設：(1)在過度放牧利用下,冷蒿、星毛委陵菜植物的化感作用機制影響典型草原植物群落的結(jié)構(gòu)和演替進程；(2)沿著典型草原植被退化演替序列：羊草或克氏針茅→冷蒿→星毛委陵菜,土壤狀況隨著地上植被演替而不斷惡化。研究內(nèi)容包括：通過室內(nèi)生物檢測的方法探究星毛委陵菜的葉、根和根系土壤浸提液對典型草原原優(yōu)勢物種羊草、克氏針茅和冷蒿種子萌發(fā)和幼苗生長的影響；調(diào)查天然退化草地中,冷蒿和星毛委陵菜對植物群落的物種結(jié)構(gòu)組成的影響,并研究其植物群落下方土壤的物理、化學和微生物的特征響應變化。試驗的主要結(jié)果如下： 1.星毛委陵菜的葉、根和根系土壤浸提液以“劑量效應”抑制受試植物種子的發(fā)芽率,延遲發(fā)芽時間。低濃度(0.025g ml-1)的葉和根系土壤水浸提液對種子的發(fā)芽率沒有顯著影響,隨著浸提液濃度增大,抑制作用增強。 2.星毛委陵菜的葉、根和根系土壤浸提液對羊草和冷蒿幼苗莖的生長表現(xiàn)出“低促高抑”的現(xiàn)象。當葉的浸提液濃度≤2mg ml-1時,顯著促進冷蒿幼苗莖的生長,根系和根系土壤浸提液≤4mgm1-1時促進冷蒿幼苗莖的生長。葉、根和根系土壤浸提液濃度≤4mg ml-1時,顯著促進羊草幼苗莖的生長。隨著濃度增強,抑制作用顯著增強。以“劑量效應”顯著抑制克氏針茅幼苗莖和根的生長以及3種受試植物幼苗根的生長。受體植物幼苗根的生長比莖的生長對星毛委陵菜的化感作用的敏感性更強�？耸厢樏⿲π敲瓴说幕凶饔米蠲舾�,其次是羊草和冷蒿。星毛委陵菜根系浸提液的化感作用最強。 3.在天然退化草地生態(tài)系統(tǒng)中,冷蒿和星毛委陵菜植物群落中羊草和克氏針茅植株的生長受到限制,植株生長高度顯著受到抑制。隨著演替序列：羊草或克氏針茅→冷蒿→星毛委陵菜,植物群落的物種數(shù)增多,香農(nóng)-威納指數(shù)和均勻度指數(shù)顯著增大,并且禾本科牧草的比例下降,雜類草的數(shù)量增多。 4.在天然草地植物群落演替過程中,草地優(yōu)勢物種從羊草或克氏針茅→冷蒿→星毛委陵菜,以克氏針茅、冷蒿和星毛委陵菜為優(yōu)勢物種的植物群落為研究對象,其群落著生的土壤狀況并沒有隨著地上植被的退化而繼續(xù)惡化。與冷蒿植物群落群落土壤相比,演替末期的星毛委陵菜植物群落著生的土壤特征有顯著的提高和改善,尤其在0-10cm的表層土壤中最為突出。主要包括提高土壤肥力、土壤濕度、SOC和MBC含量、無機氮含量、細菌和真菌含量,顯著降低土壤溫度、容重、PH。 5.與克氏針茅和冷蒿群落著生的土壤相比,星毛委陵菜群落下方的土壤具有更高的土壤呼吸,可能與其較高的土壤SOC、MBC和微生物含量密切相關(guān)。我們認為,在干旱半干旱退化草地,在土壤濕度不成為限制因素時,土壤溫度對土壤C02的排放通量有影響；當土壤濕度較低時,土壤CO2的排放通量與濕度呈顯著正相關(guān)關(guān)系,與土壤溫度無顯著性關(guān)系。 綜上,冷蒿和星毛委陵菜種群的數(shù)量動態(tài)伴隨著典型草原退化演替的各個階段,成為典型草原群落退化演替的主要標志之一的主要原因除了過度放牧利用下,植株本身具有很強的克隆繁殖能力以抵抗放牧外,還在于這兩種植物能通過淋溶、根系分泌等途徑向土壤中釋放化感物質(zhì),改變草地的微生境條件。冷蒿和星毛委陵菜的化感作用通過抑制伴生物種的種子萌發(fā)和幼苗生長,從而影響種群植物群落更新和結(jié)構(gòu)組成,這可能是推動典型草原植物群落演替的因素之一。隨著地上植物群落退化演替變化,演替末期的星毛委陵菜群落對嚴重退化草地有很強的生態(tài)適應性,能夠保護土壤減少風蝕,顯著提高表層土壤養(yǎng)分、濕度,改善土壤微環(huán)境。
【關(guān)鍵詞】：群落退化演替 化感作用 土壤特征變化 土壤呼吸
【學位授予單位】：中國農(nóng)業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：S812
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 縮寫詞表11-12
• 第一章 文獻綜述12-25
• 1.1. 研究的目的及意義12-13
• 1.2. 演替的概述13-14
• 1.2.1. 演替的定義13
• 1.2.2. 演替的理論和學說13-14
• 1.3. 草地退化演替的驅(qū)動因子研究14-19
• 1.3.1 放牧對草地退化演替的影響15-17
• 1.3.2 植物化感作用對草地退化演替的影響17-19
• 1.4. 草地演替過程中,植物群落對土壤特征的影響19-22
• 1.5 擬解決的科學問題22-25
• 1.5.1 科學假說22
• 1.5.2 研究的主要內(nèi)容及目標22-23
• 1.5.3 技術(shù)路線圖23-24
• 1.5.4 試驗地描述24-25
• 第二章 星毛委陵菜化感潛力的研究25-42
• 2.1 前言25-26
• 2.2. 星毛委陵菜葉、根、根際土壤對受體植物種子萌發(fā)和幼苗生長的影響26-28
• 2.2.1 試驗材料26
• 2.2.2 試驗方法26-28
• 2.3 數(shù)據(jù)分析28
• 2.4 試驗結(jié)果28-39
• 2.4.1 星毛委陵水浸提液對受體植物種子萌發(fā)的影響28-33
• 2.4.2 星毛委陵的化感潛力對伴生幼苗生長的影響33-39
• 2.5 討論39-41
• 2.6 結(jié)論41-42
• 第三章 草地退化演替中植被-土壤特征變化研究42-67
• 3.1 前言42-44
• 3.2 試驗材料與方法44-48
• 3.2.1 試驗樣地描述44-46
• 3.2.2. 試驗方法46-48
• 3.3 數(shù)據(jù)分析48
• 3.4 試驗結(jié)果48-63
• 3.4.1 3單優(yōu)植物群落結(jié)構(gòu)差異48-53
• 3.4.2 土壤溫、濕度,PH,EC,容重,質(zhì)地結(jié)構(gòu)特征53-55
• 3.4.3. 土壤碳、氮特征55-59
• 3.4.4 土壤微生物群落結(jié)構(gòu)特征59-63
• 3.5. 討論63-66
• 3.6. 結(jié)論66-67
• 第四章 草地退化演替過程中不同植物群落土壤呼吸動態(tài)變化67-77
• 4.1 前言67-69
• 4.1.1 土壤呼吸概述67
• 4.1.2 國內(nèi)外研究進展67-68
• 4.1.3 研究的目的及意義68-69
• 4.2 土壤呼吸測定方法69
• 4.3. 結(jié)果與分析69-74
• 4.3.1 不同演替階段植物群落土壤呼吸的差異69-71
• 4.3.2 土壤溫度和濕度與氣體通量的關(guān)系71-74
• 4.4. 討論74-76
• 4.4.1 不同植被演替群落對土壤呼吸的影響74-75
• 4.4.2 土壤呼吸和環(huán)境變量的關(guān)系75-76
• 4.5. 結(jié)論76-77
• 第五章 結(jié)論和展望77-79
• 5.1 研究結(jié)論77
• 5.2 存在的問題及展望77-79
• 參考文獻79-92
• 致謝92-93
• 個人簡歷93

【參考文獻】

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本文編號：623798