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《中国科学院植物研究所》 2001年
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松嫩平原盐碱化草地模拟模型研究

尚宗波  
【摘要】: 松嫩平原盐碱化草地是我国著名的天然草场,又是东北西部绿色生态屏障, 具有较高的经济价值和重要的生态意义。但是由于各种自然因素和人为因素, 致使草地出现退化、沙化和盐渍化,尤其是草地盐渍化加重,生态环境日趋恶 化。当地地形条件和气候要素是导致草地原生盐碱化的主要原因。而人类对草 地的过度使用,如过度放牧和割草等则是导致草地快速次生盐碱化的主要原因, 不仅导致土壤的退化,而且引起草地群落发生次生演替过程。在典型的次生演 替过程中,常常可以出现羊草(Aneurolepidium chinense)群落、羊草和—虎尾草 (Aneurolepidium chinense & Chloris virgata)群落、虎尾草(Chloris virgata)群落、 碱蓬(Suaeda glauca)群落等演替阶段。 本文试图建立一个过程模型,来模拟草地的生态学过程机理以及人类过度 放牧对草地生态系统的影响。本模型包括5个部分:1)主要气候因子的模拟, 2)土壤水分动态的模拟,3)土壤盐碱化动态的模拟,4)草地群落生长的模拟, 5)不同放牧强度对草地生态系统的影响评价。以下将对各个部分分别描述。 在气候因子模拟子模型中,给出了影响草地生态系统主要气候因子的种类, 并重点介绍了如何利用解析法计算太阳辐射,包括平地和坡地的理论可照时间, 天文辐射日总量以及总辐射量。利用改进后的Penman式,模拟了全国的潜在 蒸散量,与900多个气象站点的水面蒸发观测资料进行了验证,模拟结果很好。 利用面向对象技术,将土壤水分动力学模型与水分平衡模型相结合,建立 了土壤水分动态的物理过程模型。模型以1d为步长,可以模拟多种土壤质地 的水分动态。利用松嫩平原4中典型土壤(碳酸盐草甸黑钙土、栗钙土、碱化 盐土、草甸碱土)1997年土壤湿度观测资料对模型进行了验证,效果很理想。 在水盐平衡模型和动力学模型基础上建立了物理过程模型,来模拟土壤盐 碱化动态。模型以1d为步长,适合于模拟异质性强的多层土壤水盐动态。模 拟了1997年羊草及碱蓬群落下的土壤盐分、碱化度、pH值动态,并与实验资 ③@ 料进行了比较,”模拟给果可以反映土壤盐分和碱化的季节变化规律。 模型将气候要素、土壤湿度。土壤盐分浓度、碱化度和 pH值作为影响草地 群落生长最重要的环境因于,在土壤水分动态和盐碱化动态模型基础上,建立 了过程模型来模拟以羊草(.chin洲、虎尾草( vi刚taX星星草(Puccinelli tenuytora砰碱蓬代 glauca)为建群种的 4种植物群落的地上生物量、地下生物 量以及枯死生物量变化动态。利用吉林省长岭的气候资料和实验资料,模拟了 1991年土壤湿度动态,1991年 4种群落土壤盐分、碱化度和pH值变化动态, 以及1991”年4种群落生长动态,井分别利用实验资料进行了验证,模拟效果非 一 常理想。 在此基础上,利用模型对不同放牧强度对土壤水分动态、盐碱化动态的影 响进行了评价,井探讨了对群落演替和生长的可能影响。模型选择不放牧、轻 牧、重牧、过牧。极牧5种放牧强度,利用模型每15天将地上生物量分别去除 00/6、25o、50O、7SO和90O,并且相应改变了土壤导水特性来模拟不同的放 牧强度。模拟结果表明,重牧、过牧、极牧下土壤湿度显著降低,但在轻牧下 土壤湿度略有上升。在不放牧时,土壤以脱盐、脱碱过程为主,而轻牧下脱盐。 脱碱过程则会变缓;重牧、过牧。极牧下则以盐碱化为主。不放牧时羊草群落 一直古优势,而轻牧下则被羊草一虎尾草群落替代;虎尾草可以忍受轻的盐碱, 。囱此在重牧下取代羊草群落成为优势种;在过牧和极牧下。上壤盐碱化非常迅 速,最终只有碱蓬可以忍受强度的盐碱,这时草地变为碱蓬群落或光碱斑。不 放牧下草地群落生长良好,生物量最大:轻牧下,草地群落生物量保持在中等 水平;而重牧、过牧、极牧下草地生物量迅速减少。通过将每年收割的生物量 进行累加,可以发现轻牧卞收获的生物量总量是最大的,随着放牧强度的增加, 收获的生物量迅速减少,如果同时考虑到适口性的问题,则可以发现轻牧下可 以收获最多的生物量,而过牧和极牧下只能收获极少的适口性非常差的碱蓬。 模拟结果表朋,过牧是导致松嫩草地次生盐碱化最重要的.原因,它不仅造 成草地土壤的退化,而且加速了草地群落的次生演替。适宜的放牧强度对于保 护草地免受退化,保持较高的草地生产力水平至关重要。而过牧不仅降低了草 地的生产力,而且严重破坏了草地环境,引起草地的迅速退化。
【学位授予单位】:中国科学院植物研究所
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2001
【分类号】:S812

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