沙漠化过程沙地植被稳定性变化研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 张继义 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2004 |
| 授予单位 | 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所 |
| 授予地点 | 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所 |
| 导师 | 赵哈林 |
| 关键词 | 沙漠化 植被 物种多样性 种间补偿作用 稳定性 有限面积法 水分营养面积 |
| 其他题名 | Study on Stability of Vegetation in Desertification processes in Sandy Land |
| 中文摘要 | 本文用空间代替时间的方法，通过对6个不同沙漠化程度群落的比较分析，针对沙漠化过程植物群落结构和功能变化，研究了沙摸化过程科尔沁沙地植被稳定性变化的特征及其维持机制。文中还通过土壤水分、群落结构、种群生长状况等多方面进行的大量调查对人工植被的稳定性进行了研究和比较分析。运用有限面积法对不同树种耐受极端土壤水分条件的能力和种群稳定性进行了野外实地测定，探索性和尝试性地得出了近似野外真实状态下植物个体的耗水量和水分营养面积，由此得出了能够维持林地土壤水分平衡和林分长期稳定性的人林的适宜密度。主要结论如下1．随沙漠化程度的发展，群落的稳定性下降。主要表现在：在沙漠化过程中，物种丰富度和物种多样性指数持续下降；在不同沙漠化程度的群落中，不同的物种成为群落的优势种；在每一群落中，优势种的作用明显，对维持群落生态功能起主要作用；沙漠化过程总体上植被特征指标在群落空间的变异系数增大，群落的斑块性分布增强，空间结构质量下降，但群落空间格局的变化过程呈现波动和振荡的动态，其动态变化过程可以用高次方程得到很好的拟合，这种波动和振荡动态反映了群落结构的极端不稳定性，是沙漠化过程对植被结构的破坏性和植被自身的恢复性共同作用的结果；沙漠化过程的开始阶段群落地下生物量就出现强烈下降，地上生物量／地下生物量比率的变化表明地下生物量以更快的速度下降，这是沙漠化过程植被生态功能变化的一个突出特征，这种变化与沙漠化过程引起的群落组成物种的生活型变化有关，主要原因是多年生丛生禾草在群落中的下降和逐渐消失；在沙漠化的早期阶段，多年生植物的比例和在群落中的作用较大，多年生草本植物较高的根系生物量和细而致密的根系分布提高了对土壤的穿插IBI结能力和土壤的抗风蚀能力，总体上，群落的生态功能较强，抗风力侵蚀的能力较高，因而，植被的稳定性较强，而随着沙漠化的发展，群落结构和功能不断下降，抵御风力侵蚀的能力愈来愈差，植被的稳定性不断下降。2．物种多样性是植被稳定性的来源和基础。对多度、盖度、生物量等指标的变异系数的计算结果表明，无论在同一群落内，还是在不同群落之间，群落水平的变异系数都小于种群水平的变异系数，说明物种多样性对群落生态功能具有稳定化作用。物种的多样性促进植被稳定性的机制在于两个过程和水平上的种间补偿作用：一是区域物种库提供了各种不同的物种，不同的物种不仅代表了它们在形态特征和分类地位上的差异，更重要的是不同的物种也预示着它们在生理特性、生活史、对环境的适应方式和适应策略上的多样性，各个物种之间在生悉特性和生态功能上的补偿作用使得不同生境中具有相应的适宜物种成为群落生态功能的维持者，从区域范围内不同生境斑块的分布和不同沙漠化程度群落斑块的分布来看，这种补偿作用都是存在的，在沙漠化过程群落逆行演替的时间尺度和区域范围内的空间尺度即时空二维尺度上对群落生态功能都具有稳定化作用；二是多个物种在同一群落内空间分布上具有补偿作用，使得群落性质在群落空间内的变异减小，使群落对空间的利用达到最大化，对群落功能具有稳定化作用。3，异常干旱气候条件下植被的表现说明，植物物种的生活型影响植被的抵抗力和恢复力。乔木、灌木、草本这三种基本的植被类型（生活型）之间，乔木和灌木具有非常强的抵抗力稳定性，而草本植被则具有高的恢复力稳定性。抵抗力和恢复力的这种表现与各生活型所对应的生活史和适应特征有关。乔灌木较强的抵抗力稳定性源于其深而广的根系提高了干旱条件下水分供给的保证率，而草本植物浅表化的根系对自然降水具有更高的依赖性。4．草本植被的恢复情况说明，与一年生草本植物相比较，多年生草本植物不仅具有高的恢复力，而且还具有高的抵抗力。草本植物高的恢复力来源于土壤种子库提供了足够数量的种源不同沙漠化程度的群落中，即使沙漠化程度最严重的流动沙地上，只要群落一旦建立，就有足够数量的种源。库容庞大的土壤种子库得益于草本植物能够产生大量的种子，并且种子在土壤中可以多年积累而保持生活力，在充足的降水条件下能够萌发并构成群落恢复力的基础。群落的恢复力还与土壤基质的肥力和养分有关，有机质含量和养分含量越高，恢复力越强。无论抵抗力还是恢复力都是植被在一定干旱程度范围内和水分条件下的表现，都反映了植被对水分条件的强烈依赖5，沙漠化过程植被-土壤系统的变化表明，随沙漠化程度的加重，土壤基质的稳定性下降：粘粉粒和有机质是土壤基质的稳定剂，沙漠化过程粘粉粒含量和有机质含最的下降即是十地沙澳化的结果，它反过来又阻碍了植被发育和群落生态功能的增强，因而促进了沙漠化的进一步发展。植被-土壤之间的相互作用构成了一个反馈循环的整体，沙漠化过程的生物机制是植被几壤系统的整体性变化。植被．土壤系统的变化说明，由于植被-土壤之间的反馈循环和平衡在沙没化过程中被打破，生态过程不能持续进行，使群落生态功能和土壤质散向着低一级的方向加速退化，这是沙漠化过程植被稳定性变化的重要特征之一。6．以群落盖度、物种多样性、多年生植物的比例、土壤有机质含量、土壤粘粉粒含量构成的植被稳定性评价指标体系，及通过该指标体系的加权计算得出的稳定性指数可以很好地反映沙漠化过程植被稳定性的变化。7．人工植被的稳定性是指人工植被能否维持正常生长并完成一个世代。人工植被的稳定性强烈依赖于土壤水分条件，人植被建立初期以土壤深层的储藏水分为来源，而随着土壤中储藏水分的被消耗而逐渐枯竭，密度过高的人工林群落将逐渐衰亡，存在向草本植被演替的趋势和规律。在有地下水存在和可以利用的情况下，或在有灌溉水源的农田边缘的防护林带，人！植被的稳定性可以维持一个世代，而对于无地下水利用的人工片林，1.5×1.5m的樟子松人工林只能稳定维持15年左右，2×2m的杨树人工林可以维持巧年左右，小叶锦鸡儿人工林即使在高密度下（1*2m）能维持不低于24年的较长时间的稳定，根据目前的生长状况的推测，小叶锦鸡儿人二林在株行距不低于1×2m的情况下能够维持一个世代的稳定。8．树种耐受极端土壤水分条件的能力决定种群的生存能力和稳定性。用有限面积法对利尔沁沙地儿种常见乔灌木树种耐受极端土壤水分条件的能力进行野外实地测定的结果表明，所能耐受的临界土壤含水量按从高到低的顺序依次为：杨树（1.00-1.50％）：榆树（1.00-1.50％）＞养巴嘎篙（0.90-1.00％）＞黄柳（0.80-0.90％）＞杏树（0.60-0.70％）＞小叶锦鸡儿（0.50-0.60％）。这一结果反映了各树种对干旱条件适应能力大小的顺序，可以作为营造人工林进行树种选择的依据。9．运用有限面积法将植物根系限制在明确的边界内，为植物耗水量的计算提供了一个明确的空间边界范围和可靠的基础，探索性和尝试性地得出了近似野外真实状态下植物个体的耗水量，以此为基础计算得出小叶锦鸡儿、山杏、黄柳、差巴嘎篙、榆树、杨树等树种的水分营养面积分别是15.6m~2、15.2 m~2、11.2m~2、7.0m~2、35.4m~2和80.3m~2，与此对应的能够维持林地土壤水分平衡和林分稳定性的各树种人三〔林的合理密度为：杨树125株／公顷，榆树285株／公顷，杏树625株／公顷，小叶锦鸡儿625株／公顷，黄柳833株／公顷，差巴嘎篙1428株／公顷。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2013-08-22 |
| 页码 | 143 |
| 源URL | [http://ir.casnw.net/handle/362004/22003]  |
| 专题 | 寒区旱区环境与工程研究所_研究生学位论文_学位论文 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 张继义. 沙漠化过程沙地植被稳定性变化研究[D]. 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所. 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所. 2004. |
入库方式： OAI收割
来源：寒区旱区环境与工程研究所
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