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黄土高原草地植被分布与气候响应特征

程杰  
【摘要】:针对黄土高原生态环境建设的需要及草原学、生态学与环境科学研究的前沿性问题,在总结前人相关领域研究的基础上,以可覆盖黄土高原地区的草甸草原、典型草原、荒漠草原和灌丛草原类型区的草地植被分布与气候响应为研究对象,通过对105县有关资料收集、野外样地调查与采样和室内实验与统计分析及科学推断等相结合的研究方法,从系统分析黄土高原不同经度草地植被与气候变化特征入手,研究不同草地植被类型退化与恢复的水分、养分时空变化过程,揭示不同植被地带指示种群与气候变化的响应趋势及空间变异特征,提出黄土高原不同气候带植被恢复建设的调控措施,为实现黄土高原植被生产力的不断提高与持续稳定发展提供基础数据和理论依据,为维持黄土高原生态平衡和人与自然和谐及西部生态环境建设工程提供科学依据和实践指导。主要研究结论如下: (1)研究了黄土高原典型区域主要气候因子与不同植被地带指示种的变化趋势。表明50年来黄土高原半干旱区年降水量总体上呈现出明显减少的趋势, 51年降水量共减少40.31 mm,降幅为7.9 mm/10 a,近10年(1999~2008年)平均降水量仅为392.85mm,比51年平均值减少47.86 mm,下降10.86%,使草原植被破坏已达极限;30年平均温度上升1.2℃,增温幅度为0.4℃/10 a。因受气候暖干化影响,典型指示植物个体分化明显,并向不同地带延伸,使一些优势种逐渐退化为伴生种。 (2)揭示了黄土高原草地植被土壤水分的变异特征。在黄土高原经度100°~114°之间,0~100cm土壤水分变异幅度,草甸草原为17.28~24.68%;典型草原为11.7~21.84%;荒漠草原为5.5~17.0%;灌丛草原为13.96~21.26%。草地土壤剖面水分垂直分布趋势总体为:0~30cm受降雨量影响为速变层;30~60cm受降雨强度和土壤容重的影响,为水分利用亏缺层;60cm~100cm受土壤水库的影响,为缓慢回升层。 (3)分析了黄土高原草地植被土壤养分的变化状况。在黄土高原不同草原地带土壤养分排序均为草甸草原典型草原灌丛草原荒漠草原地带;各地带草地受封禁年限与不同退化程度的影响,植被生长与土壤养分的变化差异显著,在4种类型草原地带土壤养分均随封禁年限的延长而提高,随退化程度的加重及土层的加深而降低。 (4)探讨了黄土高原不同地带草地生产力与气候响应关系。黄土高原从西向东随经度的变化,年降水量相应上升,在经度100°~114°之间,降水量平均由410mm上升到660mm,4种草原类型的生产力随降雨量提高均呈逐渐增强的趋势,且呈极显著的相关性,同时还存在累加效应,这与牧草的生长和需水规律相一致,表明在黄土高原的经度范围,水分是影响草原生产力的首要驱动因子。 (5)揭示了黄土高原典型种群与气候变化响应特征。近年来受全球气候变化的影响,草地种群对气候反应较为敏感,其分布幅度在逐渐扩大。草甸草原以白羊草为代表的4个典型种群,已由该地带建群种扩展为典型草原优势种。典型草原10个种群可分为3种类型,以禾本科为主的旱生中旱生植物,从草甸草原到典型草原均有分布;以菊科为主的旱生及旱中生植物,已由典型草原地带向草甸草原和荒漠草原地带扩展;以豆科和其它科为主的中旱生植物,不仅为典型草原地带的建群种,且已延伸到荒漠草原地带,表明气候暖干化的变化趋势在加剧。荒漠草原4个典型种群不仅成为该地带的建群种,且已延伸到草原化荒漠地带与极干旱植物驴驴蒿等混生组成群落。灌丛草原7个种群,适宜草甸草原生长的白刺花等种群已扩展到典型草原以优势种出现;典型草原地带生长的柠条锦鸡儿等种群已扩展到荒漠草原地带以优势种出现;荒漠草原地带的杠柳等种群已伸展到典型草原与荒漠草原交错区以伴生种或偶见种出现。以上种群分布均为气候变化的指示信号和重要标志,为我国气候变化与物种多样性及种群分布格局的研究提供了重要科学依据。 (6)研究发现黄土高原草地植被地带迁移趋势明显。根据植被地理分布、植物区系成分、环境条件以及目前植被分布状况,结合黄土高原植被调查研究与文献资料考证,由于现代气候具有向暖干化发展趋势,加之人类活动对植被的重复破坏,致使森林草原地带的分界线向南退缩,典型草原地带分界线在不断扩大,向南迁移直接进入森林草原地带,而荒漠草原也在不断南移,伸入到典型草原地带,出现了目前黄土高原森林草原地带、典型草原地带和荒漠草原地带镶嵌分布的植被群落类型表现较为明显。


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