（森林培育专业论文）河北丰宁坝上地区植被恢复研究.pdf

摘要 丰宁坝上地区属于环京津风沙治理工程的重点地区之一，加强该区的植被 恢复建设，对改善河北的生态环境和保护京津地区的生态安全，具有重要的意 义。本研究采用野外调查、试验定位研究方法，探讨不同千扰方式对壤种子 库、地上植被和物种多样性的影响以及小流域的水文特征，为该地区植被的人 工大面积恢复提供理论基础和科学依据。本研究得到以下结论： ( i ) 通过研究孤石牧场退耕地和过牧地地上植被与种子库的变化特征，结果 表明：退耕地地上植被与土壤种子库物种多样性高于过牧地，从地上植被和种 子库组成分析得出，退耕地正处于一年生草本植物向多年生草本恢复演替阶段。 同时也说明，退耕地在农业耕作方式干扰后仍能保持物种多样性。 ( 2 ) 退耕地和过牧地均以一年生草本为主，退耕地地上植被与土壤种子库物 种丰富度分别为2 5 种和2 0 种，密度分别为2 9 7 0 株m 2 和3 0 2 1 7 株m 2 ，过牧地地 地上植被与土壤种子库的丰富度分别为1 6 种和1 7 种，密度分别为1 8 0 6 株m 2 和6 1 1 5 株m 2 ) 。地上植被与土壤种予库共有种数在退耕地上较多( 8 种) ；而在 过牧地上共有种较少( 3 种) ，从而导致了地上植被与土壤种子库群落组成的相 异性增大。 ( 3 )在浅耕处理下，无论是地上还是地下多样性均有所增加，较好的促进 了种子的萌发，但生物量有所下降，究其原因可能是人为的耕翻干扰增加了一、 二年生草本植物所占比例的缘故；不同恢复方式对种子数量的垂直分布也有很 大影响，自然恢复中，有7 8 5 的种子分布在o l o c m ，而浅耕和深耕处理分别 有7 5 4 、5 4 1 分布在0 hl o a m 。 ( 4 ) 不同均匀度处理下对植物的生长量影响较大，其中无芒雀麦生长高度最 大值出现在1 0 ：l 的均匀度下。而垂穗披碱草生长高度最大值出现在2 ：1 的均 匀度下。表明，垂穗披碱草的竞争力明显高于无芒雀麦。无芒雀麦和垂穗披碱 草的生物量最大值出现在均匀度为2 ：l 的情况下，说明合理的竞争更加有利于 群落生物量的提高。 ( 5 ) 不同密度下对植物群落的生物量的影响很大，无芒雀麦在生长季初期密 度为1 6 8 8 8 株m 2 的情况下生物量最大，而到后期则是8 8 9 株j 1 1 2 的苗高最大。 而垂穗披碱草在生长季初期各密度的生物量变化较小，在进入生长季后始终是 l li 株m 2 和2 7 8 秣如2 高度生长较其他密度高生长大。说明垂穗玻碱草比无芒雀 麦更适合于低密度。 ( 6 ) 观测时段内大气降水中化学元素按其加权平均值来看，各化学物质含量 多少的顺序为：c a n k m g n a p n h 4 + s i s 0 4 2 + 。化学元素含量变幅最大的 元索是c a ，其次是k ，n 次之，变幅最小的为p 。在径流中，以c a 、k 、m g 、 n a 、p 、n h 4 + 等物质随季节的变化呈现出变化幅度小，而s i 、s 的变化幅度却很 大，尤其是s i 元素的含量变化尤为剧烈。 关键词：退耕地；过牧地；植被恢复；土壤种子库；地上植被；干扰； s t u d yo nv e g e t a t i o nr e s t o r a t i o n i nb a s h a n ga l - e ao fh e b e if e n g n i n g c o u n t y a u t h o r ：l i uj i a n l i m a j o r ：f o r e s t y d i r e c t o r ：y u a ny u x i n a b s t r a c t t h ef e n n i n gb a s h a n gi so n eo fi m p o r t a n ta r e a st h a t s u r r o u n d i n gb e i j i n ga n d t i a n j i n ，w h e r ea r ec a r r y i n g o u tw i n de r o s i o nw i t hd e s e r t i f i c a t i o nc o n t r o lp r o j e c t t h e r e f o r e ， t o i m p r o v ev e g e t a t i o n r e s t o r a t i o nw o u l d p l a y a i m p o r t a n t r o l eo n e c o l o g i c a l e n v i r o n m e n ta n dp r o t e c tt h ee c o l o g i c a ls a f e t yo ft h i sa r e a i no r d e rt op r o v i d et h e t h e o r yf o u n d a t i o na n ds c i e n t i f i c ，s e v e r a l r e s e a r c hw o r kh a v eb e e nd o n e ，i n c l u d i n g s o i ls e e d sb a n k 、s t a n d i n gp l a n ta n ds p e c i e sd i v e r s i t ya n dt h ep r e c i p i t a t i o nc h a r a c t e r o fs m a l lw a t e r s h e d s o m ei m p o r t a n tr e s u l t sa r es h o w e da sf o l l o w s ： ( 1 ) b y t h es t u d yo fc h a r a c t e r i s t i c so fv e g e t a t i o na n ds o i ls e e db a n kc h a n g ei n o l d f i e l da n do v e r - g r a z e df i e l do fg u s h ip a s t u r e ，i ts h o w e d t h a t ：s p e c i e sd i v e r s i t yo f b o t hv e g e t a t i o na n ds o i ls e e db a n ki no l d f i e l di sh i g h e rt h a nt h a ti no v e r g r a z e do n e t h es u c c e s s i o ni no l d f i e l dw o u l db ep l a c e di nt h es t a g ef r o ma n n u a lh e r b s a c e o u s p l a n t st op e r e n n i a lh e r b a c e o u sp l a n t si nt e r m s o f a n a l y s i so fv e g e t a t i o na n d s o i ls e e d b a n kc o m p o s i t i o n i ts e e m st op r o o ft h a tt h eo l d f i e l dc a ns t i l lm a i n t e n a n c es p e c i e s d i v e r s i t ye v e n h a df a r m p r a c t i c ei np a s tt i m e ( 2 ) i no l d f i e l d ，t h es p e c i e s r i c h e sa n dp l a n td e n s i t yi ng r o u n dv e g e t a t i o n w e r e2 5a n d2 9 7 0 m 2a sw e l la s2 0a n d3 0 2 1 7 m 2i ns o i ls e e db a n k i no v e r g r a z e d o n e ，o nt h eo t h e rh a n d ，t h e yw e r e1 6a n d1 8 0 6 m 。i ng r o u n dv e g e t a t i o n1 7a n d 6 1 1 5 m 2r e s p e c t i v e l y t h en u m b e ro fc o o c c u r i n gs p e c i e sb o t hi ns o i ls e e db a n ka n d t h eg r o u n dv e g e t a t i o ni no l d f i e l d ( 8 s p e c i e s ) i sh i g h e is i g n i f i c a n t l y t h a nt h a ti n o v e r g r a z e do n e ( 3s p e c i e s ) s ol e a dt od e c r e a s ei nc o - o c c u r i n gs p e c i e sb e t w e e nt h e s e e db a n ka n dt h ev e g e t a t i o ni no v e r g r a z e d ( 3 ) t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h es p e c i e sd i v e r s i t yj n c r e a s e db o t hi nt h es o l ia n d o nt h eg r o u n dw i t ht h es h a l l o wp l o u g l l i n g ，w h i c hs t i m u l a t e dt h es e e d sg e r m i n a t i o n a n d g r o w t hb e t t e r b u tt h ea m o u n t o ft h eb i o m a s sd e c r e a s e db e c a u s et h ep r o p o r t i o n s o ft h er o p h y t e ，b i a n n i a lw e r ei n c r e a s e db ya r t i f i c i a lc u l t i v a t e dd i s t u r b a n c e t h e r e w a saf u r t h e r e ri n f l u e n c eo ft h ed i f f e r e n tr e s t o r a t i o nf o r m so n t h ev e r t i c a l d i s t r i b u t i o no fs e e d s ，o fw h i c ht h e r ew a e7 8 5 s e e d so ft o t a la m o u n ti f l t h es o l i l a y e ro f o - l o c mb yn a t u r a lr e s t o r a t i o n ，w h i l et h e r ew e r e7 5 4 a n d5 4 1 b yl o w e r a n dd e e p e r p l o u g h i n g ，r e s p e c t i v e l y ( 4 ) b e i n g w i t hm i x e ds o w i n go fb r o m u s i n n e r m i sl e y s sa n de l y m u s d a h u r i c u s , i td e m o n s t r a t et h a tc o m m u n i t ye v e n n e s sp l a yai m p o r t a n tr o l eo np l a n tg r o w t h f o r b r o m u s i n n e r r n i s l e y s st h eh i g h e s tw a sa t t h ee v e n n e s so f1 0 ：1 ，b u ti tw a sa tt h a to f 2 ：1f o re f v m u s d a h u r i c u s i ti n d i c a t e t h a t c o m p e t i t i o n o f e l y m u s d a h u r i c u s i s o b v i o u s l yh i g h e r t h a nb r o m u s i n n e r m i sl e y s s a l s o ，t h eb i o m a s so fc o c o m m u n i t yg e t m a x i m a la tt h ee v e n n e s so f2 ：1 i nw h i c hi t p r o v e dr e a s o n a b l ec o m p e t i t i o nt h a t b e n e f i tt oc o m m u n i t yb i o m a s s ( 5 ) w i t ht h ed i f f e r e n td e n s i t i e s ，t h eh e i g h to fb r o m u s i n n e r m i sl e y s sa n d e l y m u s d a h u r i c u se a c hw e r et h e s a m ev a r i e t y ，b u tb i o m a s sw e r es h a r p l yd i f f e r e n t f o rb r o m u s i n n e r m i sl e y s st h ea m o u n to fb i o m a s sa tt h ed e n s i t yo f1 6 8 8 8 m w a s m o l eo fa tb e 百n n i n gt h a ti ta tt h ed e n s i t yo f8 8 9 m g e tm o r ea tt h ef i n a l i t y f o r e l y m u s d a h u r i c u s ，o i lt h eo t h e rh a n d ，t h e r ew a s n o td i f f e r e n c ea tt h eb e g i n n i n g ，b u t i t f i n a l l y r e s u l t e d h i g h e s t a m o u n to fb i o m a s sa tt h e d e n s i t y o f2 7 8 m w h i c hi t i n d i c a t e dt h a t e l y m u s d a h u r i c u s i ss u i t a b l ef o rt h el o w e r d e n s i t y t h a n b r o m u s i n n e r m i s l e y s s ( 6 ) f r o mt h ea v e r a g e c o n t e n to fc h e m i c a lm a t t e ri nt h ep r e c i p i t a t i o n t h e s e q u e n c eo ft h et h e i rc o n c e n t r a t i o ni n t h ep r e c i p i t a t i o nw a sc a n k m g n a p n h 4 + s i s 0 4 。，b u ti tg r e a t l yv a r i e da m o n gt h e m ，o fw h i c ht h em o s tv a r i a t i o nw a s c a ，t h er e s tw e r ek 、n ，t h em o s ts t a b i l i t yw a s p t h ec h e m i c a lm a t t e ro fr u n o f fw h i c h t h em o s t k e e p e ds t a b i l i t yo f c o n t e n tw i t ht h ev a r i e t yo fs e a s o n ，i n c l u d i n gc a 、k 、m g 、 n a b u to n l yt w oe l e m e n t sc h a n g e ds h a r p l yw i t h i ns e a s o n s ，i e e l e m e n tsa n ds i ， e s p e c i a l l yt h el a t e r k e yw o r d s ：o l d f i e l d ；o v e r - f i e l d ；d i s t u r b ；v e g e t a t i o nr e s t o r a t i o n ；s o i ls e e db a n k ； s t a n d i n gv e g e t a t i o n ； 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含 其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得亟i 堡盛些盘鲎或其 他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做 的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：主t 1 姒签字日期：埘年6 月2 多日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解塑些盘些盘茎有关保留、使用学位论文的规 定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被 查阅和借阅。本人授权煎些壑些盘茔可以将学位论文的全部或部分内容编入 有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位 论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) j 学位论文作者签名：杏n 穷 导师签名：缸矗气 学位论文作者签名：秽) u 导师签名：缸州。矿 签字日期：。加歹年月夕e t签字日期：h 嘶f 月哆 日 学位论文作者毕业后去向 工作单位： 通讯地址： 电话： 邮编： 河北丰宁坝上地区植被恢复研究 1 引言 河北坝上位于我国北方农牧交错带的中段。由于该地区人口不断增加，导致该区内草 地大量开垦为农田。同时，因环境条件的限制和掠夺式农作方式，一些草地在开垦种植一 段时间后，产量锐减，土壤贫瘠化或沙化，不得不弃耕撂荒，故该区分布着不同退耕年限 和类型的退耕地。为扼制环境恶化的趋势，国家在该区实施了退耕还林还草工程，因此， 研究该区退耕地植被的演替规律和植被恢复技术不仅有着重要的理论意义亦可为退耕地 的植被恢复实践提供依据。 从植被和生态稳定性的角度讲，退耕地属于退化生态系统。国外在退化生态系统植被 恢复研究方面起步于7 0 年代中期，并以1 9 8 5 年召开的国际会议“受害生态系统的恢复” 为标志，以后，随着 o r d e a 的“r e s t o r & t i o ne c o f o g y ”书的出舨和b r a d s h a w 的 “r e s t o r a t i o ne c o l o g ya sas c l e l 3 c e ”一文的发表，奠定了退化生态系统的理论基础。 目前植被恢复的主要内容己涉及到地球生态系统的各个方面：( 1 ) 森林植被；( 2 ) 草原 植被；( 3 ) 湖泊区植被；( 4 ) 海岸线植被；( 5 ) 矿井废弃她植被等。退耕地( o l d f i e l d ) 作为一种特殊的退化生态系统，在进入9 0 年代中期以后研究才逐渐多起来。根据对退耕地 恢复的方式可分为自然恢复和人工恢复。在自然恢复研究中，研究者主要的研究方向为： ( d 退耕地包然恢复的植物种类与原植被的关系；( 2 ) 退耕地种子库；( 3 ) 恢复过程植 物种类竞争与演替等。f a i n s k a 连续2 0 年对退耕地上植物种类、种子库、植被生长、竞 争进行了研究”l 。结果表明，在这个水分条件较好的立地类型上，植被恢复的速度是比较 快的；l 1 5 年大型草本出现；5 1 0 年苔草和幼树出现；1 0 1 5 年柳树群落出现；1 5 2 0 年则为柳属占优势的亚森林状态，且与该立地四周植被类型相似。该项研究证明退耕地 的植被恢复能力和植被恢复与周围环境植被的密切关系。w i l s o t 和m i l le r 也分别在退耕 地上，对草本植物和木本植物自然恢复过程中竞争和演替进行了研究。总体来讲，退耕地 的研究采用的是人工恢复方法，人们可以根据植被演替规律和退耕地的立地条件，超越某 个演替阶段，使植被直接进入稳定的森林植被阶段。t u r n b u l l 等对立地条件相对较差的石 灰岩废耕坡得地进行的研究说明，植物的种子质量与竞争力、生存力的关系密切”。研究 证实不同之外种，种子大竞争力就大，但个体的结实量小，并在播种试验中证明了这种关 系。该研究说明选择优良种和质量种的个体，对植被恢复的重要性。在植物恢复与竞争方 面。外来种的生存和竞争，存在两种观点，即：以g r j m e ”为代表的生物量决定论( b j o m a s s d e p e n d e n t ) 和以n e w m e n ”为代表的非生物量决定论( b 1 0 n a s s i n d e p i n d e nl ) 。f o s t e r 在退耕地上进行了移栽试验，研究移栽种的成活、生长等与退耕地上生物量大小，相邻地 段上物种的竞争能力等关系。通过试验认为，在生产力低的立地，非生物两个决定论起决 定作用；在生产力高的立地生物量决定论起作用。l i 等则是用种乔木和一种灌木直接移 栽到弃耕地上进行植被恢复研究，结果表明木本植物在草地上以团状分布时有利于它的生 存”、。目前世界上有种理论认为，年生或频繁干扰的群落，植物种子库与群落种类有相 当高的相关性，如沙漠植被、地中海草原等。d e s s a i n t 等的研究目的是描述早期退耕地植 被的恢复特征”1 。试验中不对杂草植物进行控制，任其发展。历经9 年的研究证明不周耕 河北农业大学硕士论文 作方式( 中耕和浅耕) ，对杂草种类和数量的影响很大，说明不同整地措施的重要性。同 时也证明频繁t 扰条件下种子库和植物种类有比较大的相似性。w a l m s e y 在沿海退耕地进 行植被恢复的方式是采用容器苗造林，结果证明栽植的不同位置和土壤介质对生长和成活 的影响比较大j 。g a y n o r 进一步指出因地制宜的进行松土、浅耕翻等改善土壤结构，增施 肥料，补播乡土优良牧草增加植被恢复速率，合理放牧等人工促进恢复“；其他方面，如 退耕地养分对植物和微生物的制约作用、退耕地早期演替过程中植物多样性、生物量、生 产力等，也有人研究“1 。 本质上讲，中国处于原始状态的生态系统已存在不多，所以对林地、草原、滨海等类型 地带进行的植被恢复措施，均属退化生态系统恢复范畴。但明确提出退化生态系统恢复研究 是在9 0 年代以后“。我国在这方面的研究基本可以划分两个阶段：9 0 年代中期主要是理论介 绍、现状分析、成因分析、类型划分等，涉及的范围比较广，尺度也比较大，但针对性较差： 以后，逐渐开始在小尺度下研究退化生态系统特征和恢复过程中植被变化情况“”3 ，但不 足之处是，研究基本上是对退化生态系统特征和恢复过程中的植被变化的测度，对人工恢复 研究较少。由于我国生态环境的不断恶化，刚刚确定在生态脆弱区进行大规模退耕还林还草。 所以，在退耕地上进行的植被恢复方面的研究不多。 由于对退耕地的关注( 特别是国内) 时间较短，对于退耕地的群落结构变化、稳定性 和土壤种子库变化等方面还缺乏深入研究。因此，退耕地的研究可集中在以下几个方面： ( 1 ) 在退耕地上种植牧草，不仅可以减轻日益尖锐的草畜矛盾，而且可以防止水土流失， 遏制草地生态恶化的态势。( 2 ) 各种干扰对土壤种子库的影响是干扰生态学的重要组成部 分，其对于退耕地的重建具有重要意义。( 3 ) 退耕地方面的种子库与地上植物相关性的研 究有所欠缺。另外，农牧交错带草地退化的根本原因是人口压力过重导致生态功能和经济 功能失调，在人口压力为根本改变的情况下，退耕地的恢复片面地强调生态功能而忽视适 度利用与片面强调经济功能而过度索取一样，都是有害的和不可连续的，是不可取的。 全球环境问题的日益恶化，是世界各国对环境问题的重视程度空前高涨。我国环境问题 也十分突出，日益恶化的环境已经直接或间接得影响到我国的经济建设和国际形象。2 0 0 0 年春季，北方地区持续不断的沙尘暴天气更为人们敲响环境危机的警钟。鉴于不断恶化的自 然植被状况，我国政府适时做出了在黄河和长江中上游地区退耕还林还草的重大决策。河北 省作为区位非常重要的省区，为改善河北省的生态环境和保护京津的生态安全，也决定在环 京津山区进行退耕还林还草的试点工作。对于河北山区来说，退耕还林还草无疑对改善当地 的生态环境，减少水土流失和保护京津的生态安全起到重要作用。由于我国首次进行大规模 的退耕还林还草工作，在退耕还林还草的方法上以及退耕还林还草后的生态稳定性等问题上 没有任何经验和技术可供借鉴，所以，对退耕还林还草的恢复方式和生态稳定性的研究就显 得十分重要。同时，通过对退耕地植被人工恢复和自然恢复的研究，可以认识退耕地植被种 类的竞争、演替规律，为植被的人工大面积恢复提供理论依据。 2 河北丰宁坝上地区植被恢复研究 2 试验区概况 2 1 地理概况 河北坝上地区位于内蒙古高原南缘按构造单元和地貌类型分为三部分，南部坝缘 属于燕山穹折带，为中生代和新生代的喷出岩和流纹岩、安山岩、玄武岩所覆盖，地貌为 东西走向的中山，低山山地经长期风化和侵蚀，地形切割破碎，形成垄台状山岭，成为 坝上内流区与坝下外流区的分水岭，统称为坝头地带。 中部属于古老的内蒙古台背斜，基底为古老的片麻岩、片岩等变质岩系组成，中生代 的燕山运动出现了一系列大断裂并发育了一系列大型盆地，盆地中沉积了厚层碎屑物质。 与此同时，伴随花岗岩侵入和火山喷发。彤成了今天高原的地貌骨架。到新生代喜山运动， 沿断裂多次喷发玄武岩，在低洼处沉积了各种类型的新生代沉积物地貌上形成了今日的 波状高原。 北部属于阴山弯折带，为阴山山脉向东延伸部分，大部分由花岗岩和变质岩组成经 长期风化剥蚀地貌上为低山丘陵区上覆薄层残坡积物和风成沉积物。 试验区位于河北省车宁满族自治县西北坝上高原孤石牧场小东淘流域，流域面积约为 7 k m 2 ，海拔1 6 0 0 1 8 0 0 m ，蜘 上高原地区多灰色森林土，有机质含量高，腐殖质层厚宜于 农作物生长。本区土壤以栗钙土、风沙土为主。土壤砂粒含量高，质地松内聚力差，而且 植被退化、土壤沙化现象严重。 2 2 气候条件 试验区属半干早大陆季风性气候，干早、风大、日照长、积温少；冬长夏短、春秋不明 显。春季干旱少雨，风沙较大，年平均大于6 级的丈风h s o 天：夏季受大陆低压和副热带商 压控制，降水少而集中。夏季短促而温和，昼夜温差较大。秋季气温下降迅速。冬季受蒙古 高压、西伯利亚气团控制，寒冷干燥。年平均气温约o 8 c ，最冷月( 1 f j l 平均气温一1 8 6 。c 虽热月( 7 月) 平均气温1 7 ，6 c ，极端最高气温3 2 8 ，最低气温- - 3 7 4 c ，1 0 ( 2 积温1 5 1 3 c ， 太阳总辐射量5 4 3 4 k j c m 2 ，干燥度0 7 5 0 8 4 ，无霜期约7 5 天左右。年降水量3 5 0 4 5 0 m m ， 降雨季节分布格局很不均匀降水年变率大，降水距平最大可一1 1 3 r a m ，降水主要集中在7 、8 、 9 月，占全年降水最的7 9 左右。蒸发量是降水量的4 倍，干旱状况十分严重。全年盛行西风、 四北风，年平均风速4 3 m s ，最人瞬时风速3 4 m s ，年平均大风日数4 9 天，且与干旱季节同 步。 3 河北农业大学硕七论文 2 3 植被状况 从植物区系组成及其地理分布、水分生态类型和生活型谱分析，丰宁坝上植被具有 内蒙古高原草原的特点。但本区植被类型较为复杂，植物种类组成较丰富，特别是流域的 阴坡块状分布些天然此生林，主要是因为该场原始植被破坏以后山杨、桦树侵入形成次 生林，造就了现在杨、桦林和大面积草甸草原相问分布的森林草原区，为森林向草原过渡 地区。在区系组成中蔷授科植物地位突出，栗科植物地位降低，说明其植被特征具有明显 的过渡性。 本区具有较丰富的观赏植物资源和药用植物资源，更具有良好的牧草资源。但由于 草地超载、过牧，草场明显退化，其程度以轻度和中度退化为主，以草甸盐渍化、丘陵缓 坡草地沙化、山地草地砾质化为主要表现形式。 4 河北丰宁坝上地区植被恢复研究 3 试验方法 3 1 退耕地和其周围地段植被调查 物种调查采用梯度格局，采用样方法在退耕地和其周围相邻过牧地地段进行植被种类 调查，以确定退耕地和其周围相邻的过牧地地段的植被种类，沿山体海拔高度每升高5 0 m 设置一个样点作为一个梯度，其中阴坡共设置7 个梯度( 海拔高度分别为1 7 0 0 m 、1 7 5 0 m 、 1 8 0 0 m 、1 8 5 0 m 、1 9 0 0 、1 9 5 0 m 和1 9 7 0 m ) 。每一梯度的样点在水平方向上随机设置3 个样 方( 1 m xl m l ，共计2 1 个样方；阳坡共设置9 个梯度( 1 7 5 0 m 、1 8 0 0 m 、1 8 5 0 m 、1 9 0 0 m 、 t 9 5 0 m 、2 0 0 0 m 、2 0 5 0 m 、2 1 0 0 m 和2 1 l o r e ) ，样方数为2 7 个，在植物生长商蜂期( 8 月) 分 别测定样方中的植物种类，并作如下分析：( 1 ) 物种丰富度( 2 ) 物种相对多度( 3 ) 生态优势 度、多样性指数和均匀度指数。 1 ) 多样性指数：本文选用s h a n n o n 指数。其计算方法如下： 1 4 = 3 3 2 1 9 ( 1 9 n l n n 1 9 n ) 式中： h ：s h a n n o n w i e n e r 指数值 n ：全部样方中各个种的个体数之和 n 。：第i 种的数目 2 ) 均匀度：本文采用的是以s h a n n o n 指数为基础的群落均匀度。计算方法如下： e = o 3 0 1 0 x h l g s 式中：e ：均匀度 s ：样力中出现的植物种数 h ：s h a n n o n 指数值 3 ) 丰富度( r ) ：样方中物种的数量 4 ) 进行群落物种调查时，采用相对多度的指数可减少统计中人为因索的干扰，因此，统 计中将计数换算为相对多度，对其中任一物种来说： 相对多度= 个种的多度群落内所有种的多度之和1 0 0 3 2 退耕地与过牧地种子库的调查研究 将土样带回实验室进行萌发观察记录，直到一定时间内不在有种子萌发后，将所得到 的数据整理、分析的方法。调查分析退耕地土壤种子库的多样性特征及其在士层中的垂直 分布，以及随着时间的推移种子库的演替规律。 5 河北农业大学硕士论文 3 2 1 取样 每年在种子未萌发之前，一般为4 月底，采取土壤样品，在过牧地上随机设置3 0 个样 地，每个样地设1 0 个样点，在各个样方上用取土环刀( 内径5 厘米) 分层( 1 0 厘米一层) 取样，取样深度为3 0 厘米，共分3 个层，每层7 个重复，各层充分混合后用塑料袋带回室 内。 在取回的样品中。不同样点相同层次的土壤充分混台，并依据土壤的样点和重量把土 壤分若干份( 一般有多少样点，就分多少份) ，取其中的3 份进行试验。( 注：由于各层土 壤比重和含水量不同，会出现样点数相同而重量不同，所以不论各层土壤的重量差异多大， 所分的份数是相同的) 3 2 2 过筛 把样品与水充分混合后，分别过4 m m 和0 2 m m 的筛前者去掉杂物，后者分离出种子。 3 2 3 发芽试验 用新河沙土高温消毒及杀死可能存在的种子后，与分离出的种子充分混合铺成茁床( 厚 度2 c m ) ，在人工气候箱中发芽。采用变温处理，白天2 5 c ，夜晚1 5 c ，光照时间和黑暗 时间各1 2 h 。每天记录发芽种类和数量，并在变温处理两周后结束。收集样品烘干后用g a ： l g l 和k n o al g l 的水溶液浸湿后继续进行发芽试验，直到4 周后结束。设置重复3 次。 3 3 不同恢复方式对退耕地地上地下部分的影响 在试验区具有代表性退耕地内选定样地分成9 个样方，每个样方9 m 2 ( 图1 ) 。3 个样方 采用自然恢复样方。3 个样方采用浅耕的恢复方式，即人为耕翻l o c m 。3 个样方采用中耕 的恢复方式，即人为耕翻2 0 c m 。 试验设计如下： 6 图1 不同恢复方式示意围 f i g 1s k e t c hm a po fr e h a b i l i t a t i o nm e t h o d 河北丰宁坝上地区植被恢复研究 比较分析人j 二恢复与自然恢复在地上地下多样性、地下垂直分布、生物量等方面的趋 势。地上生物量的调查于植物生长后期( 9 月) 采用样方法进行，分别在不同处理内随机 设置3 个样方( ir a 1 m ) 记录每个样方中的物种种类和个体数目( 禾本科和莎草科植物计 枝；其余物种记录个体数) ，物种个体数用3 个样方的平均值表示。生物量的测定为齐地面 将植物全部剪除，实验室内烘干称干重。种子库点调查在每个样方内随机选取1 0 个样点， 在各个样方上用取土环刀( 内径5 厘米) 分层( i 0 厘米一层) 取样，取样深度为3 0 厘米， 共分3 个层，各层充分混合后片j 塑料袋带回室内。 3 4 不同密度、均匀度播种对植被的影响 通过设置不同的密度和均匀度处理，调查苗本的单株生物量、群体生物嚣、苗高等指标 以及随时问变换的过程，进而确定相对稳定和生产力高的均匀度、搭配组合及合理密度。 3 4 1 不同密度播种对植物群落的作用 种子来源为坝上适生草种无芒雀麦( b r o m u s i n e r m i s ) 和垂穗披碱草( e l y m u s n u t a n ) ， 试验共设5 个密度处理，每个处理面积0 0 9 m 2 。每个处理栽植种子数分别为：l o 粒、2 5 粒、8 0 粒、3 0 0 粒、1 5 2 0 粒，每个处理3 次重复( 另外再设一重复，以免实际测定植株单 株重肘，由于割除苗株而影响处理间的一致环境) ，群体生物量利用收割法测定。每隔一个 月测定一次。单株生物量、苗高等指标，每隔1 5 天测定次播种在春季发芽前进行，以 后不再进行其它人为干扰措施。 无芒雀麦和垂穗披碱草密度研究试验设计见表i 。 襄1 密度试验设计 t a b l e 1e x a m i n a t i o nd e s i g no i - d e n s i t y 3 4 2 不同均匀度播种对植物群落的作用 均匀度试验设计见袭2 。在总密度为4 0 0 0 栋2 不变的情况下，研究不同均匀度对无芒雀 麦和垂穗披碱草的影响，试验共设5 个处理，即l ：1 、1 ：2 、1 ：5 、1 ：l o $ d 1 ：1 5 。试验测 定方法同3 4 1 。 7 翌j ! 查些查兰堡圭堡塞 表2 均匀度试验设计 t a b l e 2e x a m i n a t i o nd e s i g no fe v e n n e s s 草牟植物种 均匀度比例 无芒雀麦125 1 0 1 5 垂穗披碱草 11 ll 1 3 5 小流域水文调查 3 5 1 降水状况的观测 1 ) 历次降水的降水量观测在小尔沟流域随机布设三个雨量筒，进行降水量的观测。 2 ) 降水输入养分含量的测定，把各次降水分别收集起来，带回室内进行降水养分含量 的测定。测定内容为n 、p 、k 、c a 、n a 、m g 、s 、c t 、s i 等。其中k 、c a 、n a 、m g 利用原子吸 收法测定，n 用蒸馏法、p 用钼蓝比色法、s 用铬酸钡比色法、c l 用硝酸汞容量法、s i 用铝酸 铵比色法测定。 3 5 2 土壤水分状况观测 土壤含水量的常规观测，每月的1 0 、2 0 、3 0 日在小东沟流域进行采土，分别在小东沟 内部、中部及外部的阴阳坡及谷地采集土样，坡地分为上坡、中坡、下坡连同谷地均分为 0 1 5 c m 和1 5 3 0 c m 两层用土壤环刀取土，并立即装入土壤盒中，标号，带回室内利用烘 下法进行最测。 3 5 3 地表径流状况观测 1 ) 常年径流量的观测，于各月1 0 、2 0 、3 0 日利用体积法进行常年径流量的观测。 2 ) 径流输出养分含量的测定，于各月1 0 、2 0 、3 0 日用细口塑料瓶在流域出口处河流 内收集河水，带回室内测定n 、p 、k 、c a 、n a 、m g 、s 、c l 、s i 等的含量。方法同3 5 1 。 8 河北丰宁坝上地区植被恢复研究 4 结果与分析 4 1 退耕地及其周围地段植物种类的野外调查研究 物种多样性为人类提供了宝贵的生物资源，具有重要的经济价值。随着人类活动范围的 扩大和资源利片j 强度的加深，全球各类生态系统不断受到破坏，生境破碎化，物种多样性加 剧丧失，威胁到人类的可持续发展。退化生态系统的恢复和生物多样性的保护得到世界各国 的关注和普遍重视“”i 。 植物多样性的恢复是退化生态系统恢复与重建的重要内容与标志。植物群落的组成结构 是指群落总体组成水平，可通过测定群落的物种多样性特征指标来反映，对物种多样性的研 究可更好地认识群落的组成、结构、变化和发展。在生态系统中，生物多样性是建立在植物 多样性基础上的，在植被 然演替过程中，由于植物多样性的增加，群落的稳定性逐渐增强， 群落生产力逐渐提高。 4 1 1 阴坡的植物多样性特征 4 1 1 1 物种多样性调查 通过调查，在阴坡纵向( 海拔) 所设七个样方中共出现了5 1 种草本植物。计算所得的 各样方物种丰富度、s h a n n o n w i e n e r 指数、均匀度以及优势度见f 图2 。 2 5 2 。 萋，s 。 5 o 1 7 0 0 m1 t 5 0 _1 8 0 0 h1 8 5 0 11 9 0 0 1 9 5 0 m1 9 7 0 m 海拔抖度( m ) 一丰富度- 一s a n n o n - - w i r - 一均匀魔1 0 卜- 优势度1 5 围2 阴坡多样性指标示意圉 f i g 2s k e t c hm a p o fl u n a rs l o p e sd i v e r s i t yi n d i c a t o r s 9 河北农业大学硕士论文 由上图可以看出：沿着纵向海拔梯度的增加，丰富度指数逐步增加，且在第5 样方， 达到最大值，随后由于各种环境条件的制约，形成一个下降的过程，第1 样方由于处于阴 坡沟谷底部，阴冷潮湿，人和牲畜干扰较小，所以其丰富度相对较高。而s a n n o n - - w i e n e r 指数、均匀度差异不显著。生态优势度在一定程度上度量次生演替的稳定程度。即某一特 定的演替序列中，生态优势度高，则表明群落不稳定，反之则表明群落的稳定性较高。在 位于山顶的第7 样方中优势度较高，因为这个样方中披针叶苔草( c a r e x l a n c e o l a m b o o t t ，) 占有绝对优势，说明这个群落具有不稳定性。 4 11 2 物种多度的分布 研究植物物种的多度对理解群落的结构具有十分重要的意义，本试验将物种的多度级 用个体数目的逐步倍加值来表示( 即取咀2 为底的对数作为每一个多度级) ，则多度级序列 为：2 ，4 ，8 ，1 6 ，1 0 2 4 ，每一级包含的个体数分别为：l 2 ，3 4 ，5 8 ， 1 0 2 5 2 0 4 8 ，。 也一 图3 阴坡物种多度的分布示意囤 f i g 3d i s t r i b u t i n gs k e t c hm a po fl u n a r s p e c i e sr i c h n e s s 频度) 6 0 的物种数 5 0 0 0 0 1 频度 8 0 的物种致 2 ( 4 0 0 ) 仅在一个样方中出现2 2 ( 4 4 0 0 、 的物种数 表3 明坡物种频度特征 t a b l e 3t h ec h a r a c t e ro fl u n a r s p e c i e sf r e q u e n c y 由图3 和表3 可知，阴坡植被分布很不均匀，主要以低多度级和中多度级物种占多数， 仅在一个样方中出现的物种数高达4 4 0 0 ，可见当地虽有较多的物种，但许多的个体数 ( 3 0 ) 仅为1 2 株( 丛) ，频度、均匀度均较小。 4 1 ，2 阳坡的植物多样性特征 4 1 2 1 物种多样性调查 通过阳坡调查，纵向( 沿海拔高度) 所设九个样方中共出现了6 3 种草本植物。计算所 得的各样方物种丰