乡土草本植物对干热河谷退化土壤修复的生态效应及机制研究

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1、西南农业大学博士学位论文摘要土壤退化是指在各种自然．特别是人为因素影响下所发生的导致土壤的农业生产能力或土地利用和环境调控潜力，即土壤质量及其可持续性下降。甚至完全丧失其物理的、化学的和生物学特征的过程，包括过去的、现在的和将来的退化过程．是土地退化的核心部分。土壤退化通过降低土壤质量破坏资源库和生态系统的生产力，污染天然水体，并在C、N、S和其它元素循环中改变水和能量平衡，向大气排放温室气体，影响全球气候，从而动摇全球政治和社会的稳定。因此．退化土壤修复成为21世纪农业与环境发展的严峻挑战以及生态学和土壤学的研究热点。土壤退化修复研究在国外重视和开展较早，但主要集中在农业生态系统。针

2、对自然生态系统退化土壤的修复研究为数不多。已有关于退化生态系统恢复的研究多集中在人为改善土壤环境米加速期望植被的恢复，以期实现退化的逆转，而至于如何利用退化土壤自身养分、水分、植物、光能等资源以及土壤一植物系统的自修复能力来改善土壤现状，促进永久、持续生态系统建立的研究与实践很少受到重视。干热河谷是世界极端环境的～种类型，区域内的土壤退化更具严峻性和危险性，并成为近年来恢复生态学的研究热点之一。我国干热河谷主要受地形等气候环境条件对局地气候和水熟平衡状况的剧烈影响，形成极不协调的水热组合。降雨时间短，旱季时间长，降雨与蒸发配比失调，气候十分干旱，加之地形破碎，大部分土地经历着频繁水土流

3、失、不稳定气象水文以及强度A为干扰三大因素的长期迭加，形成集干旱炎热、易于侵蚀和养分贫瘠为一体的特殊土壤生态环境，成为国内植被恢复极端困难的地区之一。数十年来，干热河谷生态恢复研究与实践取得了很大成就，但在技术途径上过分强调人工林建设，忽略草灌植被自然恢复；盲目依靠外来物种、忽略乡土资源；因而，人工植被系统持续性低、维持成本高。在理论上缺乏对限制植被恢复的土壤因子及受损土壤重要功能修复的研究，更缺乏土壤修复及其生态效应的长期定位研究。因此，本研究在典型干热河谷区元谋干热河谷1992年实藏的封禁保护植被之朴素生态学实践基础上，逐步用恢复生态学理论加以完善，开展封禁恢复乡土草本植物对退化土

4、壤修复的生态效应及机制研究。研究采用野外调查、长期定位研究、田间试验与室内分析相统一，宏观与微观、定量与定性相结合的方法，以金沙江干热河谷海拔1000—1350m低丘山地退化土壤为对象，在查明不同退化土壤植物群落特征及乡土革本植物的群落学作用基础上．确定该区不同退化土壤的优势草本植物；针对研究区退化土壤影响该区植被恢复的主导限制因子——干旱和养分贫瘠，在上述长期自然封禁保护区内，选择典型的退化土壤．以lO年封禁恢复乡七草本植物过程中的土壤养分环境动态，恢复10年后土壤水分环境和微生物环境特征的变化，对乡土草本修复燥红土和变性土两类退化土壤的生态效应进行了探讨，并用恢复过程中植物群落动态

5、变化进一步验证这些效应；最后通过优势草本植物在退化土壤中实现种群增长的策略、草被的水土保持作用、优势草本植物枯落物分解过程以及草本植物根系改善土壤结构的定量、定性研究，初步揭示乡土草本植物修复干热河谷退化土壤的机制，在理论上深化了干热河谷退化土壤修复的基础理论，在实践上提供了千热河谷生态修复可持续发展的新途摘要径。研究取得以下结果：1．乡土草本植物在千热河谷低丘山地退化土壤中的群落学特征1．1退化土壤的植物群落特征干热河谷典型区元谋干热河谷退化土壤植物群落构成简单，共有各类植物96种，分属77属，30科。其中草本植物65种，分属52属，14科。不同退化土壤的物种数为1～18种，其中．草

6、本植物比例为53．85％～100．00％。植物群落呈现稀草草丛、斑块草丛甚至裸地的外貌特征。草本植物生物量占群落总生物量的59．53％～100．00％，承担着土壤一植物系统主要的物质循环功能，对维持系统的结构、功能及抵御不良环境起到了重要作用。1．2不同退化土壤草本植物物种组成与生物量燥红土累计共有草本植物62种，分属14科，其中，禾本科共25种，占总物种数的40．32％；蝶形花科12种，占19。35％；菊科7种，占1129％．其它9个科共占29．04％：变性土累计有23种，分属6科，其中，禾本科9种占39．13％；蝶形花科8种^34．78％；大戟科2种．占8．78％；其它3个科共占9

7、．92％。燥红士禾本科物种的生物量占草本植物总生物量的71．19％～100．00％：变性士中占62．85％～95．31％。禾本科草在两类退化土壤上的相对生物量无明显差异。禾本科植物生物鼍与土壤有机质、全N、全P含量正相关，但相关程度均未达显著水平(n=21．r