青海大通高寒区退耕还林生态效应研究

论文摘要

退耕还林还草是防止水土流失,增加水源涵养,改善西部地区生态环境,促进区域生态经济可持续发展的根本措施,提高生态环境效应是退耕还林研究的核心内容。近年来,在相关领域虽有一定的研究,但多是单因素的简单分析,没有进行系统的综合考虑,因而不能科学地、客观地表述退耕还林的综合生态效应。本论文依托“十五”科技攻关课题,采用生态系统定位研究法,针对青海大通高寒区退耕还林人工植被的恢复与重建,对退耕还林地的土壤理化性状变化、水分利用效率、生产力和生物多样性变化等生态效应进行了系统研究,探究了生态系统恢复过程中各因子的相互作用机理,对退耕还林还草植被建设提供了科学依据,在理论研究和生产实践中具有重大意义。在020cm土层,淋溶棕褐土总孔隙度、毛管孔隙度和最小持水量随退耕还林年限增长其变化规律基本一致,呈不规则的“S”型曲线;有机质和碳的变幅以农耕地、退耕18a和32a天然林最大,呈“V”型变化;土壤C/N趋于减小,表明在退耕还林地上土壤氮素供应充足。随退耕还林年限增长,020cm土壤中<1mm根密度由农耕地（0年）的平均0.46根/cm3提高到18a退耕林地的11.19根/cm3,随之土壤抗冲性提高了3.57倍,抗冲性强化值升高了71.98%;稳渗速率总排序为32a天然林﹥退耕18a人工林﹥退耕5a人工林﹥退耕1a人工林﹥农耕地。在020cm土层,土壤密度与全氮、碳含量负相关,与粘粒含量正相关,而在2040cm土层,土壤密度与全氮、碳含量和粘粒含量均呈极显著正相关。当各种外应力侵蚀土壤时,对土壤的损伤随侵蚀深度加深而加重;由于土壤粘粒与全氮、碳含量正相关,土壤粘粒减少导致土壤的氮素衰减和稳定性降低。通过Li-1600测定植被的蒸腾过程,得出6种植被日平均蒸腾量顺序:小麦（0.405mm/h·cm2）﹥青杨（0.256 mm/h·cm2）﹥白桦（0.242 mm/h·cm2）﹥中国沙棘（0.115 mm/h·cm2）﹥华北落叶松（0.045 mm/h·cm2）﹥青海云杉（0.029 mm/h·cm2）;小麦、18a华北落叶松林和32a青海云杉天然林蒸腾量已接近当地平均潜在蒸散量,约占80.5%95.0%;幼龄的青杨+白桦和青海云杉+中国沙棘人工林相对较小,只占潜在蒸散的52.8%66.8%。各月蒸腾量顺序为:8月﹥7月﹥9月﹥6月﹥5月﹥10月,79月蒸腾总量可达生长季蒸腾量的70%80%。采用Thornthwaite和Miami模型对气候生产潜力进行了计算,其中Miami降水模型结果更接近当地现实生产力水平,但温度模型生产力值偏大,而Thornthwaite计算结果偏小。19982005年当地气候生产潜力的理论值平均为8436.900 kg/hm2·a。平均水分利用效率顺序依次为:32a青海云杉天然林（89.4%）﹥小麦（87.2%）﹥退耕18a华北落叶松（85.6%）﹥退耕5a青海云杉+中国沙棘（53.1%和57.1%）﹥退耕1a青杨+白桦（30.5%和26.5%）。乔、灌、草层的Gleason丰富度指数、物种多样性依次递增,即:草本层>灌木

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 引言
• 2 研究进展
• 2.1 退耕还林研究历史及实践
• 2.1.1 退耕还林政策与管理
• 2.1.2 退耕还林模式及技术
• 2.1.3 青海大通退耕还林简述
• 2.2 生态效应
• 2.2.1 过程和机理及其关系综合研究
• 2.2.2 多尺度系统研究
• 2.2.3 退耕还林效益
• 2.3 植被恢复研究
• 2.3.1 植被恢复的理论
• 2.3.2 植被的自然恢复
• 2.3.3 植被的人工恢复
• 2.4 演替与竞争
• 2.4.1 外来种的侵入、竞争与定居
• 2.4.2 植被演替过程
• 2.5 研究展望
• 3 研究区概况
• 3.1 自然地理概况
• 3.2 气候植被条件
• 3.3 社会经济状况
• 4 研究方法及技术路线
• 4.1 试验布设
• 4.2 土壤调查及分析方法
• 4.2.1 土壤物理性质
• 4.2.2 土壤化学性质
• 4.3 植被蒸散研究方法
• 4.3.1 野外生理指标测定
• 4.3.2 气象场观测
• 4.3.3 林内小气候观测
• 4.3.4 叶面积
• 4.3.5 植被截留
• 4.3.6 枯落物持水量
• 4.3.7 地表径流
• 4.4 生物量及生物多样性研究方法
• 4.4.1 样地的选择
• 4.4.2 样方大小
• 4.4.3 调查内容和方法
• 4.5 数据处理分析方法
• 4.5.1 数据处理
• 4.5.2 图像处理
• 4.6 研究技术路线
• 5 退耕还林地土壤理化性状演变
• 5.1 退耕还林地主要土壤类型发生特征
• 5.2 淋溶棕褐土剖面特征及理化性状
• 5.2.1 成土母质及剖面特征
• 5.2.2 淋溶棕褐土养分状况
• 5.2.3 土壤物理环境的变化
• 5.2.4 土壤化学环境的变化
• 5.3 土壤各因子间的相互作用
• 5.3.1 土壤密度与土壤全氮、碳及粘粒含量的相关性
• 5.3.2 土壤粘粒、全氮和碳含量的相关分析
• 5.4 小结
• 6 退耕还林地的植被蒸散耗水研究
• 6.1 不同植被蒸腾和潜在蒸散
• 6.2 植被消光系数与叶面积指数
• 6.2.1 不同植被冠层Rn 透过率及消光系数分析
• 6.2.2 不同植被LAI 和消光系数的变化规律
• 6.2.3 不同植被Rns/Rn 与LAI 的关系
• 6.3 不同植被的反射率
• 6.4 蒸腾速率与气孔阻力
• 6.5 蒸腾速率与气象因子
• 6.6 植被蒸腾计算结果及验证
• 6.6.1 计算结果
• 6.6.2 结果验证
• 6.7 下垫面蒸发
• 6.8 植被冠层截留
• 6.9 枯落物层持水性能
• 6.10 植被潜在蒸散量
• 6.11 小结
• 7 退耕还林地的生产力及水分利用效率
• 7.1 主要林木生长过程分析
• 7.1.1 林木地上部分生长状况
• 7.1.2 根系网络结构分析
• 7.2 不同植被生物量及层次分配
• 7.3 植物生产潜力及水分利用效率
• 7.3.1 植物生产潜力模式
• 7.3.2 植物水分利用效率
• 7.3.3 气候生产潜力与水分利用效率
• 7.4 小结
• 8 退耕还林地的生物多样性
• 8.1 植被物种组成的数量特征分析
• 8.2 不同生活型的物种多样性特征
• 8.3 不同生活型物种多样性指数间的关系
• 8.4 不同退耕植被群落间物种多样性的比较
• 8.5 小结
• 9 结论
• 参考文献
• 附录
• 个人简介
• 导师简介
• 获得成果目录清单
• 致谢
• 博硕士学位论文同意发表声明