【毕业学位论文】（Word原稿）宁夏河东沙地不同密度柠条灌丛草地水分与群落特征的研究动物营养与饲料科学博士论文

密级 ： 论文编号： 中国农业科学院 学位论文 宁夏河东沙地不同密度柠条灌丛草地水分与群落特征的研究 in in I 摘 要 宁夏盐池县受干旱风沙的影响，加上超载过牧，草场退化严重。 1986年在柳扬堡乡建立了退化草场植被恢复与风蚀沙化防治技术示范区 , 带 状 种 植 了 柠 条 （ ，进行退化草场改良。我们 于 2002年和 2003年进行了水分定位观测，通过研究柠条种植密度对土壤水分的影响，从水分和植被两方面作了系统的比较，确立了适宜的柠条密度，为在退化草地改良过程中，大面积营造柠条灌木提供了科学理论依据。主要研究内容和结论如下：（ 1）不同密度柠条草地土壤水分状况及其动态变化规律：土壤水分年际变化较大，土壤含水量季节动态主要决定于年内降水的季节性变化。 0 1001665丛/2490丛 /且，它们的土壤含水量均在土壤有效水范围内，可以被植物吸收利用 。 （ 2）不同密度柠条对土壤理化特性的影响：2490丛 /0.2 1665丛 /2490丛 /壤物理特性得到了改善。 2490丛 / 1665 丛 /、钾和有机质含量均较高。（ 3）不同密度柠条草地土壤水分特征曲线和水分参数研究：土壤含水量和土壤吸力之间存在着幂函数关系。 2490丛 /0 20( )较大， 1665丛 / 20 60 4）不同密度柠条草地土壤的持水性： 1665丛 /490丛 /地上层（ 0 40壤的持水性均比下层土壤（ 40 60。（ 5）不同密度柠条草地土壤蓄水量： 2490丛 /665丛 / 6）不同密度柠条草地土壤入渗特性： 2490丛 / 1665丛 / 30渗率以 2490丛 /330丛 / 稳渗的时间以 2490丛 /330丛 /之，以 1665丛 /490丛 /330丛 / 7）不同密度柠条草地蒸散特征和草地群落主要植物蒸腾特征：主要植物种柠条、沙蒿、白草、赖草的蒸腾速率、气孔导度日变化规律均为“双峰”型曲线，都出现了明显的午间蒸腾午休现象。蒸散季节变化规律表现出在春季和初夏蒸散失水量并不太大，在 7 9月份，土壤的水分条件较好，土壤供水能力强，气温较高，这时植物生长旺盛，蒸散加快。蒸散量以 2490丛 /次是 33300丛 /665丛 /然恢复草地蒸散量最小。但 2490丛 /665丛 / 8）不同密度柠条草地 植被 群落特征 ： 2490丛/665丛 /条林间草地地下生物量、柠条根地下生物量、根幅、主根长以 2490丛 /665丛 /2490丛 /8月份、 10月份一直较大，明显地高于其它草地。 9月份， 2490丛 /地。 1665丛 /490丛 /物多样性指数和均匀度较高。 1665丛 /态优势度最低，反映其由多物种组成，群落结构稳定。 2490 丛 / 1665 丛 /条灌丛草地，增大了植被盖度和生物产量。虽然草地蒸散量 失水 增大，但并没有引起土壤水分亏缺。因此，宁夏盐池干旱风沙区退化草场治理过程中，补种 2490 丛 / 1665 丛 /条，达到了最优调控和充分 利用水土资源，提高草地生产力的目的。 关键词 ：柠条，水分特征，群落特征 by of of 986. in to on 002 003 so as to of . on (1) of . of of of . 665 490 （ 2） of . on .2 . 490 . 665 . 490 In of . 490 (3) . of is 20cm . 490 060cm . 665丛 /(4) . of . 665 490 In 40cm 060 cm to (5) . of . 490 665 (6) . of 0. 490 665丛/. 490 of (7) . of of in of it at It in of of c. 490 665丛 /(8) . of . 490 665丛 /In . 490 . 490 665 . 665丛 /It C. 490in of of of of of 录 第一章 绪论 . 1 研究目的和意义 . 1 国内 外研究现状 . 3 的水分运动 . 3 土壤理化性质 . 4 水分动态与水量平衡研究 . 5 土壤水分入渗研究 . 8 蒸腾与蒸散发的研究 . 8 植物水势与土壤含水量的关系 . 10 植被数量特征研究 . 10 研究内容和方法 . 11 研究主要内容 . 11 研究方法 . 11 研究基本思路和步骤 . 20 研究地区的基本概况 . 20 自然地理概况 . 20 经济状况 . 21 植被 . 21 第二章 不同密度柠条草 地水分特征和水分有效性研究 . 25 水文学过程及特征 . 25 试验区降水的时空分布 . 26 降水量的年际变化 . 26 试验区降水季节分配特征 . 26 土壤水分时空格局及其动态特征 . 28 不同密度柠条草地土壤水分年际变化 . 28 不同密度柠条草地土壤水分的季节动态 . 28 不同密度柠条草地土壤含水量的垂直变化 . 30 不同 种植密度柠条对土壤贮水量的影响 . 32 不同密度柠条草地土壤水分有效性的评价 . 34 不同密度柠条草地土壤的凋萎含水量 . 35 V 不同密度柠条草地田间持水量和水分有效性 . 35 第三章 不同密度柠条草地土壤持水性的研究 . 37 不同密度柠条对草地土壤物理特性的影响 . 37 不同密度柠条对草地土壤容重的影响 . 37 不同密度柠条对草地土壤机械组成的影响 . 38 不同密度柠条对草地土壤孔隙度的影响 . 39 不同密度柠条对草地土壤化学特性的影响 . 40 不同密度柠条对草地土壤氮的影响 . 40 不同密度柠条对草地土壤磷的影响 . 41 不同密度柠条对草地土壤钾的影响 . 42 不同密度柠条对草地有机质含量的影响 . 43 不同密度柠条草地土壤水扩散率 . 43 不同密度柠条草地土壤水分特征曲线 . 44 不同密度柠条草地土壤的持水性 . 47 不同密度柠条草地土壤蓄水量的分析 . 47 土壤蓄水的贮存形式 . 48 不同密度柠条草地土壤蓄水量的评价 . 48 第四章 不同密度柠条草地水分入渗特性的研究 . 51 土壤入渗的研究途径 . 51 不同密度柠条对土壤入渗的影响 . 53 第五章 植物蒸腾、蒸发散及水分利用的研究 . 56 柠条草地主要植物蒸腾速率日变化规律 . 56 气孔开闭对蒸腾速率的调控 . 58 气孔导度日变化 . 58 气孔导度与对蒸腾速率的关系 . 60 环境因子对蒸腾速率的影响 . 60 光有效辐射对蒸腾速率的影响 . 60 气温对蒸腾速率的影响 . 60 土壤含水量对蒸腾速率的影响 . 61 蒸腾速率与多环境因子之间的关系 . 61 不同密度柠条草地蒸散特征分析 . 61 不同密度柠条草地蒸散的季节变化 . 62 不同密度柠条对草地蒸散的影响 . 64 不同密度柠条草地水分利用效率的研究 . 65 第六章 不同密度柠条草地植被 群落特征 研究 . 66 不同密度柠条草地群落地上部数量特征 . 66 不同密度柠条草地地上生物量的比较 . 66 不同密度柠条草地地下生物量的比较 . 67 不同密度柠条对植被盖度的影响 . 69 不同密度柠条草地物种多样性研究 . 70 不同密度柠条对群落生态优势度、均匀度、物种丰富度及多样性的影响 . 70 多样性指数与均匀度、优势度和总个体数的相关分析 . 71 物种多样性与土壤环境因子的关系 . 71 第七章 结论与展望 . 75 要结论 . 75 究展望 . 78 参考文献 . 79 致 谢 . 87 作者简历 . 88 图和附表清单 表 1柳扬堡试验区柠条草地植物主要科、种及占总种数比例 . 22 调查样地主要植物名录 . 22 图 2降水量的季节变化 . 26 表 2研究地区降水量的年际变化 . 27 图 2土壤水分年际变化 . 28 图 22002 年不同密度柠条草地土壤含水量的季节变化 . 29 图 22003 年不同密度柠条草 地土壤含水量的季节变化 . 29 图 22002年降水量和气温变化 . 29 图 2003年降水量与气温 . 30 图 22002年不同密度柠条草地土壤水分垂直分布 . 31 图 22003年不同密度柠条草地土壤水分垂直分布 . 32 图 2不同密度柠条草地土壤贮水量的时间变化 . 33 图 2同密度柠条对土壤贮水量的影响 . 34 表 2不同密度柠条草地土壤水分有效性比较 . 36 图 3不同密度柠条对土壤容重的影响 . 37 表 3不同密度柠条对土壤机械组成的影响 . 38 表 3不同密度柠条对土壤孔隙度的影响 . 39 表 3不同密度柠条对土壤养分的影响 . 42 表 3不同密度柠条草地土壤水扩散率与土壤含水量的关系 . 44 表 3不同密度柠条草地土壤水分特征曲线的参数拟合 . 45 图 33330丛 /. 45 图 32490丛 /. 46 图 31665丛 /条草地土壤水分特征曲线 . 46 图 3自然恢复草地土壤水分特征曲线 . 46 表 3不同密度柠条草地各吸力段土壤含水量（ %） . 47 表 3不同密度柠条草地土壤蓄水量 . 49 表 4入渗经验公式中参数的回归结果 . 51 图 43330丛 /. 52 图 42490丛 /. 52 图 41665丛 /. 53 图 4自然恢复草地入渗率计算值与实测值的比较 . 53 图 4不同密度柠条草地入渗率的比较 . 54 4不同密度柠条草地土壤入渗特征的比较 . 55 图 5植物蒸腾速率的日变化 ( . 57 图 5植物蒸腾速率的日变化（ . 57 图 5气孔导度日变化 (. 59 图 5气孔导度日变化 (. 59 图 51665丛 /. 63 图 52490丛 /. 63 图 53330丛 /. 63 图 5自然恢复草地蒸散量的月变化 . 64 表 5不同密度柠条草地蒸散量的比较 (2003年 )（ . 64 表 5不同 密度柠条林间草地水分利用率的比较 . 65 表 6不同密度柠条草地地上生物量的比较 . 67 表 6不同密度柠条地下生物量的比较 . 68 表 6不同密度柠条林间草地地下生物量比较 . 69 表 6不同密度柠条对群落物种多样性和生态优势度的影响 . 70 图 6不同密度柠条草地植被盖度比较 . 70 图 6生物多样性与土壤含水量的回归 . 72 图 6生物多样性与土壤含水量的回归 . 72 图 6生物多样性与土壤有机质的回归 . 73 图 6生物多样性与土壤有机质的回归 . 73 中国农业科学院博士学位论文 第一章 绪论 1 第一章 绪论 研究目的和意义 我国草地面积 华人民共和国农业部畜牧兽医司等 , 1994a, 1994b）。我国西部天然草地占全国草地面积的 3/5。西部地区草地生态环境，是东部经济发达地区的重要生态屏障，对全国经济和社会发展起着重要作用。我国西部草地，地理位置主要处于我国第一阶梯（海拔 4500 m 以上）和第二阶梯（ 1000 3000 m），主控于西北干旱和青藏高原两大气候区，草地类型以干草原、荒漠草原、草原化荒漠和高寒草原类为主。我国西部草地所处的自然地理条件和原有的植被类型， 受到高寒干旱的制约，生态环境恶劣，草地生态系统十分脆弱。加之人类的一些不正确的开发活动，对草原生态环境造成极大负面影响。草地退化十分严重，已成为我国最严峻的土地管理问题。据农业部资料报道：目前我国 90%的可利用天然草地，发生不同程度的退化，而且每年以 200 万 速度增加。由于草地退化和植被破坏，使草地质量不断下降， 90 年代同 60 年代相比，北方天然草地产草量下降了 30 50%，载畜能力大大下降，引起沙尘暴频繁发生，西沙东进，北沙南侵，造成环境破坏和巨大经济损失。 西部草地退化最严重的后果是导致沙尘暴频繁发 生，也是造成西部地区严重水土流失的主要原因之一。草地退化使产草量减少 30 50%，整个西部地区相当于每年减少牧草产量（鲜草） t，相当于 2740 6932 万羊单位，直接经济损失在 55 139 亿元（中华人民共和国农业部， 2000）。西部草地退化造成植被覆盖减少，加剧了干旱、风沙、洪涝等其它自然灾害。 中国西部草地退化使全球利益受到影响，特别是生物多样性受到威胁，中国西部草地是世界重要的野生动植物种质库之一。草地生态环境恶化，使草原区许多珍稀动植物资源濒临灭绝。土地荒漠化的扩展，沙尘暴频发泱及 亚洲甚至北美。日本九州大学应力研究所和东京大学气候体系研究中心的研究结果显示 , 2002年 3月中国扬起的沙尘有 1/5吹到美国西海岸。 西部干旱区以其深居内陆的地理位置、干旱的大陆性气候、荒漠化的土壤植被及广阔的内陆流域与我国其它地区形成鲜明的对比，在中国乃至世界干旱区研究中具有一定的典型性与代表性。西部干旱区处于生态环境脆弱的地区，是我国生态环境建设的重要地带，处理好资源开发与生态环境建设的关系直接影响我国经济和社会的可持续发展（中国科学技术协会等 , 1999）。西部干旱生态系统综合治理涉及林业、草地、农业 等多种生态系统，是极其复杂的系统工程，其目标在于恢复植被。恢复植被，“乔也，灌也，草也”之争不断。以往违背自然生态规律的做法使我们损失惨重。在降雨量小于 400 广大地区应靠自然力恢复植被，人工干预应以种植灌木为主，草灌先行、乔灌草结合。 中国农业科学院博士学位论文 第一章 绪论 2 脆弱生态环境是特定地理背景下，生态系统物质、能量分配不协调的产物。继美国学者 出生态过渡带之后，关于脆弱生态环境的研究在全球逐渐展开。在 1989 年布达佩斯召开的第 7 届 会上，重新确认了生态过渡区（ 概念（常学礼等 , 1999），该领域的研究愈加活跃。 宁夏属于我国西北干旱风沙区，气候属典型的大陆性气候。尤其是占全区面积一半以上而年降雨量在 400 下的中部地区，干旱少雨，植被稀疏，风沙灾害频繁，自然条件极端恶劣，生态环境十分脆弱。加之人口压力和利益驱动，人为活动强度、频度较高，造成资源利用不够合理，使主要生态环境因素组合不协调，自然生态系统功能偏低、环境容量小，构成了该区域生态环境的突出问题 土地荒漠化。这一日益严重的生态环境问题已成为严重影响该区域乃至全区经济、社会可持续发展的主要瓶颈，是长期困扰该区生态建设和经济发 展的老大难问题。因此，加快宁夏中部地区的生态环境治理，彻底改善当地的生产条件及生态面貌，有效地控制宁夏风沙尘源，极大的滞留过境沙尘，减轻宁夏境内风沙危害及其对我国东部地区的影响，不仅是宁夏生态建设的急需，也对全国的荒漠化治理和防灾减灾有着十分重要的借鉴意义。 宁夏河东沙地地处我国西北干旱荒漠区东部，属典型草原向荒漠草原过渡地带，范围包括鄂尔多斯台地向黄土高原过渡地带和腾格里沙漠的东南边缘区。行政区域包括：盐池中北部、同心西北部、海原北部、灵武、利通区、中宁、中卫山区和红寺堡、陶乐全部。其西、北、东分别分布有 腾格里沙漠、乌兰布和沙漠、毛乌素沙地。在地貌上，呈现沙地、山地、丘陵、平原镶嵌分布。草地 205 万 天然植被由典型草原逐渐过渡到荒漠草原，植被以稀疏低矮的旱生、超旱生植物为主。土壤类型中灰钙土和风沙土占一半以上。年平均降水量 180 400 集中在 7、 8、 9 三个月。年蒸发量达 2000 上，呈现出干旱半干旱气候特征。光热资源丰富，属我国日照高值区。年 10有效积温多数地区在 24003200。无霜期 140 d 左右。风大且频繁， 5 m/s 的起沙风年出现次数为 80 d 以上。干旱、风沙、沙尘 暴等自然灾害频发，土地荒漠化严重，对人为活动的敏感度极高，易于在人为干扰下迅速逆向演化。因此，加快该区域生态环境治理，不仅是改善区域生产生活条件，发展经济，脱贫致富的急需，而且对减轻宁夏境内风沙危害及其对我国东部地区的影响，对促进宁夏经济发展都有着十分重要的意义。 试验区选在宁夏河东沙地的典型区域盐池县，是我国沙漠化严重发生地区之一，也是沙漠化研究的重点地区之一。沙漠化过程十分活跃，导致耕地和草场普遍风蚀粗化或为流沙所侵占，土地生物产量下降，土地生产潜力衰退，最终导致可利用土地资源的丧失。使生态平衡遭受破坏 ，自然环境趋于恶化，对该地区的经济发展和人民生活造成不良乃至严重的后果。许多学者认为沙漠化人为因素起主导作用，是在特殊自然环境下人类不合理利用的产物，但也有人认为气候变化才是沙漠化的主要原因，或是自然环境变化的结果。吴薇（ 2001）对毛乌素沙地沙漠化发展进程及成因的研究表明：沙漠化主要是因人为不合理的土地利用所造成，沙漠化过程是人为作用对生态系统的干扰和植被破坏后，以风为主导外营力所产生的土地退化。沙漠化土地在其发展史中伴随着社会的变迁，农牧业生产方式多次交替，经济活动强度也有差异，同时受到降水量和生态上自 我恢复“弹性”大小等因素的影响，使沙漠化土中国农业科学院博士学位论文 第一章 绪论 3 地处于一个蔓延与暂时稳定的复杂过程中。在多雨年份或封育植被恢复下使沙漠化发展受到抑制，脆弱生态系统的保持相对的平衡，而在干旱年份或人为过度农牧利用下又导致稍有恢复的土地其沙漠化迅速蔓延，因此，其沙漠化过程往往呈一波状曲折的模式，而这种波状发展模式的沙漠化土地往往在其抑制阶段尚未扭转时，由于人口剧增又开始不合理利用土地。加强西部干旱区生态环境建设是实现国