| 题名 | 典型沙地环境不同类型植被生态服务功能评价 |
| 作者 | 张华 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2003 |
| 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 | 李锋瑞 |
| 关键词 | 典型沙地环境 植被类型 沙质草地 固沙林地 灌丛 生态服务功能 评价 |
| 其他题名 | ASSESSMENT OF ECOLOGICAL SERVICE FUNCTIONS OF DIFFERENT VEGETATION TYPES IN A TYPICAL SANDY LAND ENVIRONMENT OF NORTHERN CHINA |
| 中文摘要 | 本文以地处我国半干旱农牧交错生态脆弱带的科尔沁沙地为研究区域，以风沙活动较严重的2001-2002年春季风沙活动期为重点研究时段，利用植物生态学、风沙物理学、恢复生态学和土壤学的基本原理，主要采用野外定位观测研究方法，对研究区内围封5年的沙质草地、24龄人工固沙杨树林地和灌丛等3种不同类型植被的生态服务功能（主要包括降低风速、防止风蚀、拦截降尘、改善土壤性状和促进植被的恢复演替等）进行了深入系统的综合评价研究，旨在探讨和阐明各种植被类型在退化沙地生态系统恢复过程中的功能、作用和地位，为干旱沙漠化地区植被恢复和重建提供科学依据，同时为沙地生态系统服务功能经济价值的测算提供必要的基础资料。主要研究结果如下：1 沙质草地的生态服务功能 通过在春季风沙活动期对流动、半流动、半固定和固定沙地4种不同类型的沙质草地生态服务功能的定位观测研究，获得如下重要结果：1．1春季风沙活动期，沙质草地的植被盖度从流动沙地的0．3％增至固定沙地的16％。植被盖度的增加首先引起下垫面空气动力学粗糙度长度Z0和地表摩阻速度认的变化其中Z_0从流动沙地的0.0l3cm增至固定沙地的0.111cm，U*从流动沙地的0.272m/s增至固定沙地的o．823m／s，从而使近地表20cm高度的平均风速由流动沙地的7.0m／s降至固定沙地的3.8m／s，侵蚀风持续时数由2h下降为1h（影响系数为0.94-0.96％），相应地，0-20cm气流层内的总输沙量由流动沙地的88.8g／h·cm~2降至固定沙地的1.6g／h·cm~2。根据实验观测数据拟合的植被盖度（VC）与0-20cm气流层内总输沙量（Q）的最佳非线性回归模型为：Q ＝ 3.93 ＋ 93.66e~(-0.60VC)（R~2 ＝ 0.893，P ＜ 0.0001，n ＝ 40）1.2从流动沙地恢复到固定沙地的过程中，植物群落的物种多样性趋于增大，特别是从半流动到半固定沙地发展阶段，是物种多样性的快速恢复期，与半流动沙地相比，半固定沙地的物种丰富度和Shanllon-Wieller指数分别增加113％和64％。1.3从流动沙地恢复到固定沙地的过程中，表层土壤的结构性能明显改善，土壤养分的有效性相应增加。从流动到半流动沙地，O20cm层土壤中粉、粘粒（粒径＜0.05mm）含量增加91％，全C和全N含量分别增加84％和100％。1.4相关分析显示，沙质草地植物群落特征值与表层土壤的理化性状之间存在密切的相关性（R2＝0.33-0.84，P＜0.01，n＝20）。这表明退化沙质草地的恢复过程实质上是土壤一植被系统协同演变的过程，在这一过程中，土壤基质的改良为土壤种了库的萌发及幼苗定植提供了必要的条件，促进了植被群落的恢复演替，同时，植被的恢复反过来进步促进了土壤基质的改良。2 人工固沙林地的生态服务功能 通过对24龄人工固沙杨树林地生态服务功能的定位观测研究，获得如下重要结果：2．1林地对不同风向风力的生态防护效应明显不同，其中对N风、NNE风、NE风、ENE介七和NNW风的生态防护效能最好，对NW风、E风、SW风、WSW风和W风的生态防护效能次之，对SE风、SSE风、S风和ESE风的生态防护效能最低。2．2林地对同风向不同风速风力的减弱效应明显不同，以春季出现频率较高的N风、NW风和NNW风为例，4月林地对这3种风向风力的平均风速减弱系数随风速的增大而增大，当风速超过10m／s后，平均风速减弱系数呈～F降趋势；5月林地对这3种风向风力的平均风速减弱系数随风速的增大而减小，并在风速处于3～41m/s范围时出现最小值，此后，随风速的增大平均风速减弱系数又呈现缓慢上升趋势。2.3林地叶面积指数的季相变化对不同高度风速的减弱效应的机理不同，在0.25和0.5m~2个高度，林地的生态防风效应（平均风速减弱系数）随林地叶面积指数的增大而增大，在1和2m~2个高度，当林地叶面积指数处于［0.1，1］范围时，林地的生态防风效）叫她肴叶而积指数的增大而增大，并在叶面积指数趋近少1时出现鼓大值，当林地叶面积指数处于［1，2.2〕范围时，林地的生态防风效应随林地叶面积指数的增大星缓慢下降趋势，表明林地叶而积指数与林地的梯度（随高度）防风功能之间存有复杂的非线性关系（非完全正相关）。2.4与对照点（位于林地迎）风区15H处的流动沙地）相比，在春季风蚀期，林地对迎风区6H（H为平均树高）·3H、林地中央、背风区。H（林缘）、6H和8H处2m高度的风速均有不同程度的削弱作用，日平均风速减弱系数为18.4一66.2％，其中林地中央的风速减弱系数最大，迎风区6H处最小。同样，与对照点相比，林地迎风区6H、3H、林地中央、背风区OH、6H和SH处的地表风蚀量明显下降，降幅为85.2-99.9％，其中背风区林缘处的降幅最大，迎风区6H处的降幅最小。2.5在春季风蚀期，林地表现了十分明显的滞尘能力，4、5两月林内的平均日滞尘量分别为1.29和2.08留时，比林外高68和28％，而6月份林内的平均日滞尘量为0.58 g／m~2，仅比林外高性％。2.6林地的防风固沙和滞尘功效减少了土壤风蚀损失，增加了大气降尘截留，且使更多的植物有机残体分解和归还土壤，从而不同程度改善了林地内及其周围区域的土壤环境，对其庇护范围内的土壤一植被系统产生了明显的土壤生态学作用（Pedoecofogical effect）。与对照点相比，林地中央和林缘附近各观测点的土壤理化性质有了不同程度的改善，主要表现为表层土壤中的粗沙和中沙含量有所下降，极细沙含量明显增加，粉沙和粘粒含量大幅度增加，土壤容重减小，孔隙度增大，全C、全N和有效P的含量以及土壤电导率（EC）均有不同程度的提高。与此同时，林地中央和林缘附近各观测点的植被得到不同程度的恢复，主要表现为植被盖度增大，物种多样性增加，地上生物量、地下根量和枯落物量均有不同程度增加。土壤、植被特征的变化表明，林地庇护区内的土壤一植被系统已进入良胜的恢复演变阶段，说明在严重沙化的流动沙地上营造人工固沙林是降低土壤风蚀和防治土地沙漠化的有效途径之一。3灌木植物的生态服务功能特征 通过对3、4年生小叶锦鸡儿、差巴嘎篙和黄柳3种典型沙地灌木的生态阻固沙尘效应及富集营养效应的田间定株观测研究，获得以下重要结果：3.1不同灌木种阻固沙尘的能力存在明显差异，小叶锦鸡儿、差巴嘎篙和黄柳单株的平均积沙（尘）量分别为0.49、 0.16和0.03m~3。相关分析显示，单株灌木的积沙（尘）量与灌木的平均冠幅、基部分枝数和分枝直径存在显著正相关（P ＜ 0.05，n = 30）。在以上3个性状中，冠幅对单株积沙（尘）量的影响最大（护为0.18-0.58），其次是分枝数（R2为0.16-0.31），分枝直径的影响最小（R~2为0.14-0.17）。3.2灌对（植物具有明显的“肥岛效应”或“沃土效应”，突出表现在，灌木的生存诱导了灌从周围土壤理化性状的水平分异，灌丛基部土壤的营养有效性（Nutrient availiablit．明显高于其周围土壤的营养有效性。在营养十分贫瘩的流动沙地上，灌木的“肥岛效应”对于其它植物种的入侵和定居、物种多样性的保育以及植物拼落的建、立和恢复演替具有卜分重要的生态学意义。定株观测研究表明：①灌丛基部0-40cm上卜层中的粗颗粒含量明显减少，细颗粒含量显著增加；灌丛基部的土壤容垂也较2m处有一定程度的下降。②不同灌木种对养分的富集效能有所不同，其中小叶锦鸡儿对有机质、全N和速效P的富集效能最显著，其次是差巴嘎篙，黄柳的富集效能最小。③灌木对不同养分的富集能力有所不同，灌丛基部对有机质、全P、速效P、全N和速效N的平均富集率分别为1.20-1.62、1.08-1.23、1.05-1.36、1.0-1.40和0.83-1.12；灌丛根际部位对有机质、全P、速效P、全N和速效N的平均富集率分别为1.30-1.87、1.09-1.21、1.27-2.08、1.25-1.57和0.85-1.13。④风向对灌丛周围土壤物理结构的变化影响不明显，但对土壤有机质含量的空间分布有一定的影响，主要反映在SE和NE方向土壤的有机质含量略高于SW和NW方向。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2013-08-22 |
| 页码 | 121 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.casnw.net/handle/362004/21970]  |
| 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 | 张华. 典型沙地环境不同类型植被生态服务功能评价[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. 2003. |
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