黄土高原丘陵沟壑区植被恢复生态效应研究

论文摘要

黄土高原是我国乃至世界水土流失比较严重的地区之一,生态环境十分恶劣。在该区域内开展以退耕还林还草为主要措施的植被恢复建设工程能有效改善该区域生态环境脆弱的现状,防治水土流失,增加水源涵养,再造秀美山川。植被恢复建设过程中生态效应研究对于指导该区域的生态环境建设,客观评价退耕还林植被恢复重建工程具有十分重要的现实意义。本文以黄土高原丘陵沟壑区千阳县冉家沟为研究对象,通过野外调查、实地观测和室内分析测定,分别从植被种群、群落多样性变化、土壤物理、化学、生物学性质演变、水分生态效应等方面,对该区域不同退耕年限不同植被恢复条件下的生态效应特性进行比较研究,并运用综合分析法对该区生态效应进行综合评价,旨在为退耕区域植被恢复重建和生态效应评价提供科学的依据,主要研究结果如下:不同植被恢复类型不同恢复年限植被种群、群落的变化有所差异,随着退耕年限的增加,林分郁闭度及撂荒地草本覆盖度增大,群落生态效应明显。群落丰富度指数（R）撂荒地高于林地,天然林草高于生长年限相当的人工林草,具体顺序为:荒5>荒3>20年刺槐>5年刺槐（荒1）>30年刺槐>侧柏>荆条>果园（苜蓿）>农地;Gleason丰富度指数和丰富度指数（R）顺序基本一直;Simpon优势度指数反映群落中各种群优势状况,其基本顺序为乔木>灌木>草本,具体顺序为:30年刺槐>侧柏>5年刺槐>20年刺槐>果园>荆条>苜蓿>荒1>荒3>荒5>农地;Shannon-Wiener多样性指数反映群落中物种的数目和个体之间的差异,林地大于灌木和草本:20年刺槐>5年刺槐>侧柏>30年刺槐>荒3>荒5>荆条>果园>荒1>农地;Sheldon均匀度指数反映群落中个体的分配状况:侧柏>30年刺槐>20年刺槐>5年刺槐>荆条>果园>苜蓿>荒5>荒3>农地>荒1。不同植被类型对土壤质量效应也产生不同的影响,包括土壤物理性质、土壤化学性质及土壤生物学性质。随着植被恢复年限的增加,土壤物理状况得到改善,稳定性也不断提高,乔木林土壤物理生态效应高于草本和灌木,天然林草高于人工林草;土壤化学性质中,有机质和全氮含量随植被恢复逐渐增加,速效养分及磷元素的变化不是很明显,不同植被恢复的类型中,人工林草果园、苜蓿、农地个别养分含量较高,可能与人工施肥有关;土壤生物学性质随着植被恢复也不断发生变化,土壤微生物量C、N、P均比农地有了明显提高,各种酶活性也逐渐增强,并且乔木大于灌木和草地。植被恢复水分生态效应反映了不同植被类型间对水分的消耗及利用能力,主要包括土壤含水量的变化,土壤持水性能及植被的截留量和枯枝落叶层的持水量。除20年刺槐林和苜蓿地外,其他植被恢复类型土壤平均含水量的增值都比农地有所提高。植被截留量及枯枝落叶层持水量主要受植被冠层及林下植被的共同影响,乔木>灌木>草本,土壤表层的持水能力受植被根系及地上部分的共同影响,对拟合曲线a值进行比较可以看出,林、草地均大于农地,侧柏、荆条、30年刺槐、20年刺槐、5年刺槐、果园、苜蓿、荒5、荒3、荒1分别比农地增加32.98%和24.0%、28.53%、25.37%、12.80%、10.90%、10.76%、10.98%、7.22%、0.57%,表明持水能力都大于对照农地。对各个生态因子相关性进行分析表明群落Simpon优势度指数与Shannon-Wiener多样性指数呈正相关关系,与Sheldon均匀度指数呈极显著性正相关关系。Shannon-Wiener多样性指数与Sheldon均匀度指数呈正相关关系;容重除与分散系数和结构破坏率呈显著性正相关关系外,与总孔隙度等各个物理性状因子呈极显著性负相关关系;有机质与全氮相关性较好,全效养分和速效养分之间相关性较差;所测得土壤微生物量及酶活性之间均呈极显著正相关关系,水分特征曲线a值与植被截持水量呈极显著正相关关系,与平均含水量增值相关性较差。通过以上研究成果,建立了黄土高原不同植被恢复类型生态效应评价指标体系。用主成分分析及因子分析法确定各个因子权重,利用模糊数学确定各个生态因子的隶属度值,使不同单位的生态因子能以统一的量纲进行比较。用加权综合法和加权和法分别计算生态效应指数,二者结果趋势一致,且呈极显著正相关关系。不同植被恢复生态效应变化规律主要表现为:乔木>灌木>草本,不同恢复年限30年>20年>5年>3年>1年,从结果可以看出通过植被恢复重建,生态效应有了明显的改善。

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摘要

ABSTRACT

第一章绪论

1.1 研究背景与意义

1.1.1 西部地区生态环境问题现状

1.1.2 退耕还林还草政策的实施

1.1.3 立题背景

1.1.4 研究意义

1.2 国内外研究进展

1.2.1 国外退耕还林历程及实践

1.2.2 国内退耕还林研究进展

1.2.3 植被恢复研究进展

1.2.4 生态效应研究进展

第二章研究内容及方法

2.1 研究内容

2.1.1 植被恢复过程中植被种群、群落演变

2.1.2 植被恢复过程中土壤质量演变

2.1.3 植被恢复过程中水分生态效应

2.1.4 植被恢复各生态因子相互关系

2.1.5 植被恢复生态效应评价

2.2 材料与方法

2.2.1 研究区概况

2.2.2 研究方法

2.3 技术路线及拟解决关键问题

2.3.1 技术路线

2.3.2 拟解决的关键问题

第三章植被恢复过程中物种、群落特征及多样性

3.1 研究方法

3.1.1 植被种群特征调查

3.1.2 群落特征调查

3.1.3 物种多样性

3.2 结果分析

3.2.1 物种变化动态

3.2.2 植被群落特征

3.2.3 植被群落季节波动

3.2.4 植被群落物种丰富度

3.2.5 不同退耕还林还草植被群落间物种多样性比较

3.3 小结

第四章不同植被恢复土壤质量生态效应研究

4.1 土壤物理性质

4.1.1 研究方法

4.1.1.1 土壤容重

4.1.1.2 土壤孔性

4.1.1.3 土壤机械组成

4.1.1.4 土壤团聚体

4.1.1.5 土壤稳定性分析

4.1.1.6 土壤入渗性

4.1.2 结果分析

4.1.2.1 不同植被恢复对土壤容重及孔隙度影响

4.1.2.2 土壤结构及其稳定性分析

4.2 土壤化学性质

4.2.1 研究方法

4.2.1.1 pH 值

4.2.1.2 土壤有机质

4.2.1.3 全N、全P、全K

4.2.1.4 速效N、P、K

4.2.2 结果与分析

4.2.2.1 土壤PH 值变化

4.2.2.2 土壤有机质的变化

4.2.2.3 全N、全P、全K 的变化

4.2.2.4 土壤速效N、速效P、速效K

4.3 土壤生物学性质

4.3.1 研究方法

4.3.1.1 土壤微生物生物量C、N、P

4.3.1.2 土壤酶活性测定

4.3.2 结果与分析

4.3.2.1 不同植被恢复对土壤微生物量变化的影响

4.3.2.2 不同植被恢复对土壤酶活性的影响

4.4 小结

第五章不同植被恢复水分生态效应研究

5.1 不同植被恢复类型土壤水分动态变化

5.1.1 研究方法

5.1.1.1 土壤含水量测定

5.1.1.2 土壤水分特征曲线测定

5.1.2 结果分析

5.1.2.1 土壤水分动态变化

5.1.2.2 不同植被恢复土壤水分垂直变化

5.1.2.3 不同植被恢复土壤平均含水量变化

5.1.2.4 土壤持水蓄水能力

5.2 不同植被类型水文生态效应研究

5.2.1 植被截留量

5.2.2 枯落物层持水性能

5.3 小结

第六章植被恢复各生态因子之间的相关性研究

6.1 群落多样性指数之间相关分析

6.2 土壤物理性质各因子之间相关关系

6.3 土壤化学性质各因子间相关关系

6.4 土壤生物学性质各因子之间相关关系

6.5 水分生态效应各因子间相关关系

6.6 土壤生物学性质与土壤理化性质之间的相关分析

6.7 群落多样性指数与土壤物理性质之间的相关性分析

6.8 土壤理化性质之间的相关分析

6.9 土壤物理性质与水分效应因子之间的相关分析

6.7 小结

第七章植被恢复生态效应评价研究

7.1 植被恢复生态效应评价指标和方法

7.1.1 生态效应评价指标

7.1.2 黄土高原植被恢复生态系统中生态效应评价方法

7.2 黄土高原植被恢复生态效应评价

7.3 黄土高原植被恢复生态系统评价指标体系

7.3.1 各生态因子评价指标敏感性分析

7.3.2 生态效应评价指标体系

7.3.3 黄土高原不同植被恢复生态效应评价指数计算

7.3.4 黄土高原不同植被恢复生态系统生态效应评价

7.4 小结

第八章结论与讨论

参考文献

致谢

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