鄂尔多斯高原飞播造林物种种苗生物学及植被恢复优化方案研究

【摘要】：由于荒漠化的迅速发展对我国社会经济及环境的重要影响,全国性的荒漠化防治工作已迫在眉睫。鄂尔多斯高原为我国荒漠化发生发展的中心之一,尽管从19世纪50年代即开始了荒漠化防治工作,投入大量人力物力,取得巨大成绩,但仍难以扭转荒漠化局部改善、全局恶化的局面,其原因是多方面的。其中,荒漠化防治工程与当地社会经济发展相脱节及未充分考虑自然环境的基本承载能力是造成这种局面的根本原因。因此,在阐明鄂尔多斯高原荒漠化发生发展根本原因的基础上,对现有工程与技术模式进行综合评价,寻求更加合理的荒漠化防治模式,将会大大提高鄂尔多斯高原荒漠化防治效率,亦对我国类似区域的荒漠化防治工作具有重要的借鉴意义。 本文通过对长时间、大尺度气候变化及社会经济发展特点的分析,力图阐明鄂尔多斯高原荒漠化发生发展的根本原因。 以飞播造林常用植物种子为材料,通过对温度、光照、水势、沙埋及土壤水分等对种子萌发具有重要影响的外界环境因子的室内控制实验,阐明种子萌发及幼苗出土规律,寻求更加合适的飞播时间,从而改善鄂尔多斯高原目前常用的飞播荒漠化防治技术;通过幼苗不同方式处理后恢复过程的室内控制实验,寻求鄂尔多斯高原生态恢复切实可行的植物移植技术,促进植被的快速恢复;通过野外观察与模型模拟的方法模拟鄂尔多斯高原恢复植被最适盖度以及最适的放牧密度;通过多元统计分析,探索鄂尔多斯高原50多年来社会经济发展规律,寻求合理的社会经济区域定位与分工方式,从根本上消除荒漠化的原因。在上述分析的基础上形成鄂尔多斯高原荒漠化防治的优化生态-生产范式。相关研究主要集中在如下几方面: 1.综述分析了以内蒙古鄂尔多斯市为代表的鄂尔多斯高原近50年来的气候变化规律。非生长季,尤其是近年来秋、冬季温度上升与降雨减少的协同作用,加剧了冬、春季的干旱作用,同时冬、春季恰为地表裸露及风沙盛行的季节,此时的干旱化会大大增强荒漠化的发生与发展,是鄂尔多斯高原荒漠化加剧、生态系统受损的原因之一。20世纪80年代以来,尽管土地播种面积总量变化不大,但土地短期使用后又很快弃耕,加剧了荒漠化的发生。家畜数量则由1947年的约30万头增加到目前的近130万头,超载放牧非常严重。同时由于忽视地区间经济的互补性,旗区各自为政,各区域的自然资源特点未充分发挥,进一步降低了资源的可用性,从而加剧了有限可利用资源条件下沙漠化的发展速度。超载放牧与滥垦土地是鄂尔多斯高原近现代沙漠化发展的主要原因。 2.针对鄂尔多斯高原生态恢复建设中最常用的飞播技术,结合农田和草地防护体系建设中涉及的主要物种的生物学及生态学问题,通过大量系统的控制实验,辅以精确的统计分析,阐明这些物种对沙生环境的适应机理,探寻其最适生态条件,进而 摘要 改善相关生态恢复技术。 (l)九种主要沙生植物对光照反应的适应性研究表明:羊柴(He咖arum laeve)、柠条 锦鸡儿(ca尸口gana korshinskii)、中间锦鸡儿(C.intermedia)、甘草(Gly即rrkiza uralensis)、 紫花首稽(MedicagO sativa)和沙打旺(A stragalus adeurgens)等6种植物的种子萌发不受 光照影响,而沙米(Agrl’oP彻llum squarrosum)、籽篙(A rtemisia sPhaero‘ePhala)和油篙(A. 口rdosica)3种植物的种子萌发则受到光照的抑制。与在黑暗条件下较高的发芽率 (9 2.70/0)相比,即使微弱的光照亦会使沙米种子的发芽率显著降低至12.9%。强烈的光 照亦影响籽篙与油篙种子的萌发,而较弱的光照对两种篙属植物的发芽率影响不大, 发芽率可达93.0%。 (2)柠条和籽篙对温度和水分胁迫的反应研究表明:在5:15℃一25:35℃(夜:昼)的温 度范围内,柠条锦鸡儿种子的发芽率相似,柠条锦鸡儿种子的发芽率在黑暗一恒温条 件下较黑暗一变温条件下低。随温度升高,籽篙种子的发芽率显著上升,在黑暗条件 下,最大发芽率发生在15:25℃(夜:昼),光照条件下则发生在20:30℃(夜:昼)。当 水势低于一0.6 MPa时,柠条种子发芽率降低,水势低于一1 .4 MPa时柠条锦鸡儿与籽 篙种子很少能够萌发。 (3)六种沙生植物在不同水分条件下对不同埋深反应的研究表明:沙米、籽篙、油 篙等较轻的种子在埋藏深度为0.5 cm,供水条件为7.smm和10 mm时较高,而当埋 藏深度超过1 cm或供水量为5~时幼苗很少出土。柠条锦鸡儿、羊柴与紫花首稽 则分别能够在7.smm和10 mm供水量条件下从0.5 em一4 cm,0.5 em一3 em和0.5一4 cm出土,当供水量为5~时,幼苗亦能在超过1 cm(1 cm一4cm)的埋藏深度条件下 出土。种子散布于沙丘表面或埋藏深度超过6 cm时幼苗均不能出土。0.5 cm的埋藏 深度对所有6个种幼苗出土都较为合适。 (4)对优势种油篙小苗移栽后的恢复过程研究表明:全切除处理显著影响了新叶 的形成与叶生物量的累积,而半切除处理则无显著影响,在实际移苗过程中,半切除 处理应该是合适的小苗前处理方式。植物恢复的最低温度为10:15℃(夜:昼),正值 该区的晚春季节,也是移苗的最适宜时间。 3.通过野外调查,结合机理模型模拟分析,力图给出区域水平上恢复植被的最适 盖度以及草地放牧管理中合理的畜群密度。 植被恢复盖度与畜群密度管理必须基于生态环境的承载能力。建立基于水分平