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呼伦贝尔沙化草地系统退化特征及围封效应研究

吕世海  
【摘要】:草地沙质荒漠化是人类目前面临的重大环境与社会问题,也是我国北方干旱半干旱区草地资源利用与经济可持续发展的主要制约因素。为切实掌握草地沙化成因、发生机制、生态过程以及沙化草地植被恢复措施,本研究以呼伦贝尔沙化草地为研究对象,以现代恢复生态学理论为指导,采用野外调查和室内分析相结合的手段,对其环境脆弱性、干扰因素、植被物种组成、群落结构特征、物种多样性、土壤沙化机制及植被恢复效应等进行了全面研究,得到如下结论: (1) 呼伦贝尔草地沙化成因是自然因素和人为因素共同作用的结果。其中,形成于第四纪河湖相沉积沙的疏松土壤母质,为日后土壤风蚀奠定了深厚的物质基础;干旱多风的气候条件构成了草地风蚀沙化的自然营运力;而人为过度砍伐沙地林木资源、沙质草地长期超载放牧、资源利用不平衡以及乱垦、滥挖等不合理经济行为,又降低了沙化草地植被覆盖度,为草地风蚀沙化提供了必要条件。 (2) 草地沙化植被系统退化机制是一个物种数量逐渐减少、群落结构逐渐简单、生物多样性逐渐丧失、生境不断劣化和系统稳定性逐渐下降的过程。其中,植被生态型逐渐由中旱生向旱生、超旱生过渡,并最终被一年生植被替代;群落结构及多样性呈明显递减规律,到严重沙化阶段,草群高度、盖度、生物量与典型草原相比,下降幅度分别达到56.6%、80.8%和74.2%;物种丰富度、多样性及均匀性分别降低76.4%、56.7%和32.0%;而群落β多样性增长14.6倍,特别是多年生物种群聚度降低和生态位宽度、生态位重叠值的下降,表明草地沙化,植被发生逆行演替。 (3) 草地沙化是一个植被、土壤与环境全面退化的过程。首先,植被退化,增大了地表裸露度,风蚀与风选作用加强,使土壤质地粗化、容重增加,持水性能降低。研究结果表明,呼伦贝尔严重沙化草地0~30cm土层物理性粘粒分别比典型草原和固定沙化草地低97.8%和94.6%,而容重增大0.228g/cm~2和0.202g/cm~2,饱和持水量下降37.9%和28.2%;其次,有机质、全N及有效P等土壤养分含量也逐渐衰竭,并与地上植被物种多样性呈显著或极显著线性关系,表明植被退化是土壤养分含量急剧减少的主要因素,也是诱发土壤生态退化的前提。 (4) 草地沙化,土壤生物类群及数量逐渐减少,生物活性逐渐下降。回归分析表明,土壤微生物、土壤动物与地上植被物种多样性、地表枯落物量及土壤有机质、水分含量呈显著线性关系,表明土壤生物对环境具有较强的依赖性和共存性,土壤生物群落的消退是植被与土壤共同退化的协同反应,而土壤酶含量的降低表明草地沙化土壤生化活性减弱,系统物质循环与能量流动受阻。 (5) 围栏封育是沙化草地植被自然恢复最经济而有效的措施之一。围栏封育,干扰源消除,群落逐渐由不稳定的一年生植被向次稳定的灌丛化植被和相对


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