不同土地利用方式对高寒地区水土保持生态服务功能的影响研究
【摘要】：本研究以位于祁连山东段的天祝金强河河谷阶地阳坡地带的退耕自然恢复地、当年弃耕地、坡耕地、人工草地和天然草地5种不同土地利用方式地为研究对象,探讨了不同土地利用方式下的植被和土壤理化性质变化,并对比分析不同土地利用方式对不同生态系统的有机物质生产、生物多样性维持、水源涵养、土壤保持、固碳功能和防风固沙功能等6个方面的水土保持生态服务功能的影响。主要结果如下:
⑴不同土地利用方式对地表植被和土壤的理化性质有显著的影响。天然草地在地表植被分布和土壤理化性质方面均优于其它土地利用方式,而坡耕地和当年弃耕地在地表植被分布和土壤理化性质方面均较差。
⑵不同土地利用方式下地上生物量表现为:坡耕地(369.6g·m~(-2))人工草地(274.2g·m~(-2))天然草地(211.1g·m~(-2))退耕自然恢复地(176.4g·m~(-2))当年弃耕地(66.8g·m~(-2))。地下生物量表现为:天然草地(2928.8g·m~(-2))人工草地(738.3g·m~(-2))坡耕地(315.8g·m~(-2))退耕自然恢复地(296.3g·m~(-2))当年弃耕地(62.9g·m~(-2))。地上生物量与植被盖度极显著相关(P0.01),并符合二次函数变化关系;地下生物量与植被盖度和物种数极显著相关(P0.01);地下生物量与植被盖度、物种数的变化分别符合对数和二次函数变化。不同土地利用方式下的生态系统产品提供功能的依次为:坡耕地人工草地天然草地退耕自然恢复地当年弃耕地。
⑶天然草地物种丰富度最大(13),退耕自然恢复地次之(11),坡耕地和当年弃耕地最小(7)。天然草地生态优势度和物种多样性最高,坡耕地最低。退耕自然恢复地群落的物种均匀度最大(0.51),坡耕地最小(0.32)。不同土地利用方式地的多样性维持生态服务功能的依次为:天然草地退耕自然恢复地人工草地坡耕地当年弃耕地。
⑷天然草地土壤有机碳储量最高(5.269kg·m~(-2)),退耕自然恢复地最低(1.826kg·m~(-2))。当年弃耕地和人工草地的土壤有机碳储量接近,但均小于天然草地。土壤0~30cm土层总有机碳储量表现为天然草地(15.558kg·m~(-2))当年弃耕地(7.706kg·m~(-2))人工草地(7.559kg·m~(-2))坡耕地(6.076kg·m~(-2))退耕自然恢复地(5.477kg·m~(-2))。0~20cm土壤表层的土壤的碳贮量对土壤整体碳储量能力的发挥着起着非常重要的作用。不同利用方式生态系统固碳生态服务功能依次为:天然草地当年弃耕地人工草地坡耕地退耕自然恢复地。
⑸不同利用方式地最大持水量分布在681.966～592.93t·hm~(-2)之间;毛管持水量分布在537.52～622.207t·hm~(-2)之间;非毛管持水量分布在36.019～62.894t·hm~(-2)之间;土壤持水量天然草地最大,退耕自然恢复地最低。当年弃耕地地表径流量最大(2788.68m3·hm~(-2));退耕自然恢复地次之(2073.03m3·hm~(-2));天然草地(581.84m3·hm~(-2))最小。人为因素是影响地表径流量的主要因素。不同土地利用方式下水源涵养生态服务功能为:天然草地坡耕地人工草地退耕自然恢复地当年弃耕地。
⑹不同土地利用方式地的土壤侵蚀量分布在0.037～0.208t·hm~(-2)之间;依次为:当年弃耕地(0.208t·hm~(-2))坡耕地(0.155t·hm~(-2))退耕自然恢复地(0.139t·hm~(-2))人工草地(0.121t·hm~(-2))天然草地(0.037t·hm~(-2))。不同土地利用方式地养分富集比不同。土壤养分流失呈现出高肥力土壤养分高流失、低肥力土壤养分低流失的规律。土壤侵蚀模数当年弃耕地最大(104.05t·km~(-2)·a~(-1)),天然草地最小(18.308t·km~(-2)·a~(-1))。不同土地利用方式土壤侵蚀模数的主要影响因子是径流量。不同土地利用方式土地生态系统土壤保持生态服务功能为:天然草地人工草地退耕自然恢复地坡耕地当年弃耕地。
⑺临界侵蚀风速最大的是人工草地(16m·s-1),坡耕地和天然草地次之(14m·s-1),当年弃耕地和退耕自然恢复地最小(12m·s-1)。风蚀速率与风速变化成正相关,随着风速增大,风蚀速率相应增加;风蚀速率和风速变化服从幂函数变化关系。在近地表0～20cm范围内,降尘量总量依次为退耕自然恢复地当年弃耕地天然草地人工草地坡耕地;不同土地利用方式土地生态系统防风固土功能为:退耕自然恢复地=天然草地人工草地坡耕地当年弃耕地。
【关键词】：土地利用方式 水土保持 生态服务功能 高寒地区 【学位授予单位】：甘肃农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：S157
【目录】：
- 摘要2-4
- Abstract4-8
- 第一章 绪论8-35
- 1 研究背景、目的和意义8-11
- 1.1 研究背景8-9
- 1.2 研究目的和意义9-11
- 2 研究进展11-35
- 2.1 土地利用变化对土壤侵蚀的影响11-20
- 2.2 水土保持生态服务功能的概念与内涵20-26
- 2.3 生态服务功能国内外研究进展26-35
- 第二章 研究区域与研究方法35-44
- 1 研究区域概况35-36
- 2 研究方法36-42
- 2.1 样地的选取36
- 2.2 实验方法36-42
- 3 技术路线42-44
- 第三章 结果与分析44-112
- 1 不同土地利用方式植物群落特征和土壤理化性状44-63
- 1.1 不同土地利用方式植被群落特征44-46
- 1.2 不同土地利用方式土壤理化性状特征46-60
- 1.3 小结与讨论60-63
- 2 不同土地利用方式生态系统产品提供功能变化63-69
- 2.1 不同土地利用方式地上生物量变化64
- 2.2 不同土地利用方式地下生物量变化64-66
- 2.3 地上、地下生物量、植被盖度、物种数间的相关关系66-67
- 2.4 小结与讨论67-69
- 3 不同土地利用方式生物多样性生态服务功能变化69-74
- 3.1 群落多样性变化70-71
- 3.2 多样性指数的相关性分析71
- 3.3 群落相似性变化71-72
- 3.4 小结与讨论72-74
- 4 不同土地利用方式生态系统固碳生态服务功能变化74-80
- 4.1 土壤固碳能力的垂直变化74-76
- 4.2 不同土地利用方式土壤固碳量变化76-77
- 4.3 不同土地利用方式土壤0～30cm 土层总有机碳储量变化和分配77-79
- 4.4 小结与讨论79-80
- 5 不同土地利用方式土地生态系统水源涵养功能变化80-91
- 5.1 不同土地利用方式土壤持水能力变化80-83
- 5.2 不同土地利用方式地表径流量变化83-88
- 5.3 小结与讨论88-91
- 6 不同土地利用方式生态系统土壤保持生态服务功能变化91-105
- 6.1 不同土地利用方式土壤侵蚀量变化91-95
- 6.2 不同土地利用方式土壤养分流失量变化95-101
- 6.3 不同土地利用方式土壤侵蚀模数变化101-103
- 6.4 小结与讨论103-105
- 7 不同土地利用方式土地生态系统防风固土功能的变化105-110
- 7.1 不同土地利用方式临界侵蚀风速变化105-106
- 7.2 不同土地利用方式土壤风蚀速率变化106-107
- 7.3 不同土地利用方式土壤风蚀速率与风速的关系107
- 7.4 不同土地利用方式条件降尘量变化107-108
- 7.5 小结与讨论108-110
- 8 高寒地区不同土地利用方式对水土保持生态服务功能的影响110-112
- 第四章 结论与展望112-121
- 1 研究结果112-119
- 1.1 不同土地利用方式对植被变化和土壤理化基本性质的影响112-113
- 1.2 不同土地利用方式对初级生产力生态服务功能的影响113-114
- 1.3 不同土地利用方式对生物多样性维持生态服务功能的影响114-115
- 1.4 不同土地利用方式对土壤固碳生态服务功能的影响115-116
- 1.5 不同土地利用方式对土壤保持生态服务功能的影响116
- 1.6 不同土地利用方式对水源涵养生态服务功能的影响116-118
- 1.7 不同土地利用方式对防风固土生态服务功能的影响118-119
- 2 存在的问题119
- 3 本研究创新之处119
- 4 应用前景展望119-121
- 致谢121-122
- 参考文献122-137
- 作者简介137-138
- 导师简介138-139
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