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《兰州大学》 2007年
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玛曲高寒草甸沙化特征及沙化驱动机制研究

王辉  
【摘要】: 沙化是引起草原持续退化和生产力不断下降的主要原因之一,是我国西部草原区面临的一个重要生态问题。玛曲高寒草甸为黄河上游重要的水源涵养地,近几十年来,在全球气候变暖及过度放牧等自然和人为双重因素影响下,沙化面积持续扩大,沙化程度不断加剧,区域生态、经济均受到严重影响。深入研究该区域高寒草甸的沙化特征及沙化驱动机制,有助于客观认识和评价其沙化程度和影响,为高寒区沙化草甸生态治理及恢复实践提供科学依据。 本研究采用生态经济数据收集、野外样地调查与室内样品测定分析相结合方法,以空间序列代替时间序列,研究探讨玛曲高寒草甸在沙化进程中的土壤变化和植被变化特征,以及草甸沙化的驱动机制和治理对策,得到以下主要结论: 1.随沙化程度加剧,高寒草甸土壤机械组成不断变粗,容重依次增大而孔隙度相应减小。与无沙化草甸相比,轻度、中度、重度和极重度沙化草甸0~20cm层砂粒含量分别增加9.19%、13.32%、13.45%和19.08%,土壤容重依次提高6.43%、9.29%、12.86%和12.14%,土壤孔隙度分别减小7.19%、10.43%、14.61%和13.91%。表明在高寒草甸沙化进程中,土壤物理性质趋于向不良方向变化,而且这种不良变化随沙化程度的加剧从表层向下层发展,到重度、极重度沙化草甸阶段,20~40cm层土壤的物理性质已发生了较为显著的不良变化。 2.草甸沙化对土壤含水量和储水量的影响强度随沙化程度的加剧而增强。在7月中旬,轻度、中度、重度和极重度沙化草甸0~20cm层土壤含水量分别比无沙化草甸降低57.65%、43.95%、64.77%和60.84%,土壤储水量依次降低54.92%、38.73%、60.17%和55.98%,且表层比下层的降低更为显著;草甸沙化对土壤含水量和储水量的影响深度随沙化程度的加剧而加深,到重度、极重度沙化草甸阶段,土壤上下层的含水量和储水量均有显著减小;不同沙化程度草甸土壤含水量和储水量的大小依次为:天然草甸>轻度沙化草甸>中度沙化草甸>重度沙化草甸。表明随沙化程度的加剧,高寒草甸的涵养水源功能逐步减弱。 3.高寒草甸土壤有机质和N素含量随沙化程度增加而显著减少,轻度、中度、重度和极重度沙化草甸与无沙化草甸相比,0~20cm层土壤有机质含量分别下降70.85%、80.31%、82.27%和80.24%,活性有机质含量依次降低82.50%、95.43%、93.63%和97.24%,土壤速效N含量分别降低80.12%、81.95%、82.08%和86.75%。其中,以活性有机质的降低最为显著,而且表层比下层的降低更显著;沙化对土壤P、K含量影响相对较轻,表现为随沙化程度的增加而小幅减小的态势,且以极重度沙化阶段的减小较为明显;土壤速效养分受沙化程度影响较大,其变化幅度明显高于全量养分;沙化对土壤养分含量的影响深度也随沙化程度的增强而加深;沙化使高寒草甸的土壤pH值有所增加。 4.相关分析表明,草甸土壤的物理性状退化和化学性质变化间存在一定的相互影响和作用。土壤全氮含量随有机质含量的变化而变化,二者呈显著正相关关系;土壤砂粒含量与土壤养分含量存在显著负相关关系;土壤含水量与土壤有机质及N、P、K含量呈显著正相关关系;土壤表层容重与土壤有机质及N、P、K含量呈显著负相关关系。 5.嵩草类是高寒草甸原生植被的优势物种,但在高寒草甸沙化进程中,植被中的嵩草类比例不断减少,其优势地位逐渐被其它草类所代替,到重度、极重度沙化草甸阶段,群落物种数量急剧减少,结构组成已彻底改变;随沙化程度的加剧,高寒草甸的物种丰富度指数和S-W指数均呈显著下降趋势,均匀度指数表现出先降后增变化,β多样性指数则是沙化初期较大而后期相对较小;沙化草甸的地上生物量随沙化程度的加剧而迅速减小,到重度和极重度沙化阶段,草甸植被严重退化,其放牧利用价值已基本丧失。 6.沙化草甸的土壤退化和植被退化相互作用,并具有负反馈效应。沙化草甸地上部分生物量和物种多样性指数与土壤有机质、全N、P、K含量及粉粒含量呈显著正相关关系,与砂粒含量、土壤pH值、土壤容重呈负相关关系。沙化草甸植物多样性变化、生物量锐减和生产力的下降是植被退化与土壤退化共同作用的结果。 7.玛曲县高寒草甸沙化面积变化与牧业产值、年均气温、羊只存栏数、人口数量、牛羊肉产量、大牲畜存栏数、年均降水量等因子变化间存在正相关关系,而与黄河年径流量、年均风速、年大风日数变化间存在负相关关系。 8.根据灰色关联系数大小得到各因子与草甸沙化的关联序为:牧业产值>人口数量>年均气温>羊只存栏数>牛羊肉产量>年均降水量>大牲畜存栏数>黄河年径流量>年大风日数>年均风速。说明在玛曲县高寒草甸沙化过程中,畜牧业产值增加是主要的人为驱动因子,而区域年均气温的不断升高对高寒草甸沙化的驱动作用要大于降水量的小幅减少和风力因子变化的影响,是引起该区草甸沙化最重要的自然驱动因子。 9.人为和自然两类因子对草甸沙化的相对贡献率综合分析表明,人为因子的驱动力比重为61.55%,自然因子的驱动力比重为38.45%。表明在高寒阴湿的气候条件下,区域气候和水文因子在一定程度上的不良变化只是天然草甸沙化的一种诱导力,而人为过度和不合理利用是导致草甸植被衰退的根本原因,二者结合导致了该区域草甸沙化的加速发展。 10.针对玛曲县高寒草甸沙化现状及社会经济发展条件,依据高寒草甸的沙化特征及沙化机理,分析提出了做好规模治理的前期和基础性工作,为综合治理提供科学依据;积极争取国家的生态投资,加快治理步伐;采取有效措施控制牲畜数量,加强天然草地的生态保护;努力改变和优化传统的草原畜牧业生产模式;以科技为引导,对沙化草地开展综合治理等治理对策。通过综合治沙、控制超载过牧、加强草原保护,多管齐下,遏制高寒草甸沙化发展态势,促进区域生态的良好恢复。
【学位授予单位】:兰州大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:S812

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