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《西北农林科技大学》 2019年
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水蚀风蚀交错带沙地枯落物结皮的形成及生态效应

贾超  
【摘要】:土地荒漠化是全球环境变化的主要问题之一,也是科学家和决策者们极为关注的问题。毛乌素沙地是受风水侵蚀影响的代表性地区,土壤和植被的退化严重破坏了生态系统功能的稳定性。沙地枯落物结皮在沙地生态系统的植被恢复和管理中发挥着重要作用。本研究以黄土高原北部水蚀风蚀交错带沙地枯落物结皮为研究对象,通过探究不同发育年限的沙地枯落物结皮对地表微生境、新生幼苗建成、土壤性状和微生物群落多样性的作用特征,揭示沙地枯落物结皮的生态效应,旨在为沙地荒漠化治理和生态恢复提供一个新思路。本研究取得如下主要结论:(1)沙地枯落物结皮的形成显著改善了沙地地表微生境,促进了幼苗的建成。相比于裸沙地,枯落物结皮在0-5 cm沙地表层的土壤湿度平均增加17.0%,土壤温度平均降低16.6%,由此可见,沙地枯落物结皮具有很好的保水和降温效果;同时沙地枯落物结皮亦显著改善沙地表层土壤理化性质,土壤储水量平均提高53.3%,土壤总孔隙度平均提高16.3%,土壤有机质含量在0-5 cm的土层平均增加77.5%,在5-10 cm土层平均增加80.8%。沙地枯落物结皮为幼苗建成提供有利的微生境,因而沙地枯落物结皮表面幼苗的平均丰富度、盖度和植株高度分别约为裸沙地的3.5倍、3倍和2.5倍;且比生物结皮,分别提高了41.7%、46.5%和28.2%。(2)沙地枯落物结皮显著改善了沙地表层土壤结构和土壤肥力,成为沙质土壤向壤质土壤发育的驱动力。结果表明,随着沙地枯落物结皮年限的增加,沙地表层土壤大粒级团聚体含量增加,粉粒和粘粒的含量增加,砂粒的含量显著减少。同时,沙地枯落物结皮通过提高沙地表层土壤总孔隙度、改变沙地表层土壤结构以达到保水的功效。沙地枯落物结皮经过分解作用,使沙地表层土壤有机质含量显著增加,并向土壤中输入大量营养元素。在0-5 cm土层中,5年和3年枯落物结皮沙地表层土壤速效磷含量分别比裸沙地高约94%和71%;沙地表层土壤速效钾含量在5年枯落物结皮中最丰富,其次是3年枯落物结皮、1年枯落物结皮、生物结皮和裸沙地。随着沙地枯落物结皮的发育,它们对沙地表层土壤性质的积极效应表现得更加明显。(3)沙地枯落物结皮显著丰富了沙地表层土壤微生物群落的多样性。与裸沙地相比,枯落物结皮沙地表层土壤微生物群落的多样性和丰富度显著提高;且随着沙地枯落物结皮年限的增加,菌群的Shannon多样性指数逐渐增高,于5年枯落物结皮中达到最高。微生物群落多样性指数和丰度指数与沙地表层土壤速效钾、速效钾、全氮含量、土壤孔隙度呈现显著正相关关系(P0.05),与沙地表层土壤容重呈现显著负相关关系(P0.05),表明沙地表层土壤环境因子与微生物群落的多样性之间具有显著的关联性。沙地枯落物结皮是水蚀风蚀交错带一种典型的结皮类型,与裸沙地和生物结皮相比,沙地枯落物结皮的形成显著改善了沙地表层土壤结构和肥力,提高了沙地表层土壤的保水调温能力,丰富了微生物群落的多样性,成为推动沙质土壤向壤质土壤发展的重要驱动力。沙地枯落物结皮对水蚀风蚀交错带沙地生态系统的生态恢复具有重要意义。
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