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黄土高寒区退耕还林生态效益研究

史常青  
【摘要】: 本论文依托国家“十五”科技攻关课题,采用生态系统定位研究法,针对青海大通高寒区退耕还林人工植被的恢复与重建,对退耕还林地的土壤理化性状变化、水分利用效率、生产力和生物多样性变化等生态效应进行了系统研究,探究了生态系统恢复过程中各因子的相互作用机理,对退耕还林还草植被建设提供了科学依据,在理论研究和生产实践中具有重大意义。 在0~20cm土层,淋溶棕褐土总孔隙度、毛管孔隙度和最小持水量随退耕还林年限增长其变化规律基本一致,呈不规则的“S”型曲线;有机质和碳的变幅以农耕地、退耕18a和32a天然林最大,呈“V”型变化;土壤C/N趋于减小,表明在退耕还林地上土壤氮素供应充足。随退耕还林年限增长,0~20cm土壤中1mm根密度由农耕地(0年)的平均0.46根/cm~3提高到18a退耕林地的11.19根/cm~3,随之土壤抗冲性提高了3.57倍,抗冲性强化值升高了71.98%;稳渗速率总排序为32a天然林退耕18a人工林退耕5a人工林退耕1a人工林农耕地。在0~20cm土层,土壤密度与全氮、碳含量负相关,与粘粒含量正相关,而在20~40cm土层,土壤密度与全氮、碳含量和粘粒含量均呈极显著正相关。当各种外应力侵蚀土壤时,对土壤的损伤随侵蚀深度加深而加重;由于土壤粘粒与全氮、碳含量正相关,土壤粘粒减少导致土壤的氮素衰减和稳定性降低。 通过Li-1600稳态气孔仪测定植被的蒸腾过程,得出6种植被日平均蒸腾量顺序:小麦(0.405mm/h·cm~2)青杨(0.256mm/h·cm~2)白桦(0.242mm/h·cm~2)中国沙棘(0.115mm/h·cm~2)华北落叶松(0.045mm/h·cm~2)青海云杉(0.029mm/h·cm~2);小麦、18a华北落叶松林和32a青海云杉天然林蒸腾量已接近当地平均潜在蒸散量,约占80.5%~95.0%;幼龄的青杨+白桦和青海云杉+中国沙棘人工林相对较小,只占潜在蒸散的52.8%~66.8%。各月蒸腾量顺序为:8月7月9月6月5月10月,7~9月蒸腾总量可达生长季蒸腾量的70%~80%。 采用Thornthwaite和Miami模型对气候生产潜力进行了计算,其中Miami降水模型结果更接近当地现实生产力水平,但温度模型生产力值偏大,而Thornthwaite计算结果偏小。1998~2005年当地气候生产潜力的理论值平均为8436.900 kg/hm~2·a。平均水分利用效率顺序依次为:32a青海云杉天然林(89.4%)小麦(87.2%)退耕18a华北落叶松(85.6%)退耕5a青海云杉+中国沙棘(53.1%和57.1%)退耕1a青杨+白桦(30.5%和26.5%)。 乔、灌、草层的Gleason丰富度指数、物种多样性依次递增,即:草本层灌木层乔木层;而物种优势度、均匀度以乔木层灌木层草本层最低。不同配置模式和林龄的群落学特征呈现明显差异,以农耕地和32a青海云杉天然林丰富度、多样性指数较低;优势度和均匀度以32a青海云杉天然林最大。 综合考虑林木生长情况、水分利用效率、生产力以及群落演替规律等,在退耕还林中建议选择青海云杉、青杨和白桦,营造人工混交林,以缩短群落演替进程,提高生态经济效应。


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