红砂植被恢复期间群落结构、土壤微生物和养分特性动态及其相互关系的研究

摘要

土壤作为生态系统中一个重要因子，对于植物多样性的分布和空间格局有着决定性的作用，土壤微生物和生态系统的初级生产力紧密相关，对土壤的发育和功能以及土壤营养的循环起重要的作用。土壤质量的恢复与保育是黄土高原半干旱丘陵区植被建设及生态环境可持续发展的关键之一。探讨黄土高原半干旱地区植被自然恢复期间植被-土壤-微生物的变化规律，对于指导该地区的人工生态恢复具有重要的理论价值与实际意义。本研究围绕兰州南北两山地区“雨养”生态系统恢复重建的重大科学问题，以自然恢复的红砂群落为研究对象，探讨黄土高原红砂植被恢复期间群落结构、土壤微生物和养分特性动态及其相互关系，为“雨养”生态系统保育恢复与重建技术与模式提供理论支撑。该研究运用5级盖度分类法对植物群落和对应的土壤做分析研究，结果表明：
　　 1.红砂的个体大小与冠幅有十分密切的关系，与植株高度相关不明显。红砂冠幅(长与宽的乘积，x)与个体地上生物量(y)线性关系非常显著：y=0.764x-0.016(R2=0.8709 P＜0.001)。
　　 2.植被盖度和地上生物量逐渐增大的同时植物物种多样性也逐渐增大，总盖度在48.73％(地上生物量为35.62 g/m2)后虽然植被盖度和地上生物量继续增大，但是植物物种多样性有所降低，个别物种消失，物种多样性分布呈正态型。护理效应可能对物种多样性变化产生了影响。
　　 3.植被盖度、地上生物量增加，土壤有机碳(SOC)和全氮(TN)、土壤微生物碳(MBC)和微生物氮(MBN)都有所提高，但是当总盖度超过48.73％(地上生物量35.62g/m2)之后， SOC、TN、MBC、MBN增加比较缓慢，而且增加的差异不显著。
　　 4.相关分析表明，地上生物量与土壤微生物碳、氮(P＜0.05)；SOC和TN与植被盖度、地上生物量、土壤含水量(P＜0.05)以及SOC与TN之间(P＜0.05)均有显著的正相关性。SOC和TN与地下微生物量碳、氮均显示正相关(P＜0.05)，MBC和MBN呈正相关(P＜0.05)。MBC与SOC、TN间的相关性表明地上群落结构变化过程中土壤微生物生物量与土壤养分状况关系密切。
　　 5.土壤细菌多样性随植被盖度有所增加，在达到48.73％后多样性维持在彼此接近的水平，尽管微生物多样性群落结构有差异。虽然许多相关研究表明，植被决定土壤微生物群落的组成，土壤微生物多样性与覆盖于土壤上的植物群落多样性呈正相关，但是本研究却表明土壤微生物多样性与植物物种多样性不相关。
　　 这些结果说明，在植被稀疏、物种多样性较低的干旱地区，植被盖度和生物量的变化对土壤微生物和理化特性有关键性的影响，植被盖度和生物量的增加明显改善了土壤生态功能，但是片面追求植被盖度的增加，对土壤特性改善有限。

目录

文摘

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论文说明：缩略词表

声明

第一部分文献综述

1.2退化生态系统恢复的理论研究与进展

1.2.1概述

1.2.2恢复生态学的理论研究

1.2.3退化生态系统特征及退化原因研究

1.2.4恢复演替过程中植被恢复的理论与实践研究

1.2.5生态恢复对土壤理化特性影响的研究

1.3生态恢复中土壤微生物及多样性研究

1.3.1土壤微生物的作用

1.3.2微生物的生物量

1.3.3土壤微生物量作为土壤质量的评价指标

1.3.4土壤微生物量的研究方法

1.3.5土壤微生物多样性的概念

1.3.6土壤微生物多样性研究方法

1.3.7土壤微生物多样性的测度与评估

1.4土壤微生物与环境因子

1.4.1土壤微生物与土壤

1.4.2土壤微生物与植被

1.4.3土壤微生物与气候因素

1.5土壤退化与土壤微生物多样性的关系

1.6黄土高原生态恢复及问题

1.6.1黄土高原生态系统退化原因与恢复策略

1.6.2黄土高原干旱半干旱区生态恢复应考虑的问题

1.7本研究的内容与技术路线

1.7.1研究背景

1.7.2研究目的和内容

1.7.3技术路线

1.8本研究的创新点

第二部分材料与方法

2.1研究区概况

2.2样地设置

2.3地上植被调查

2.4土壤采样

2.5土壤理化性质、养分、微生物量以及细菌多样性的测定

2.5.1土壤理化性质和养分测定

2.5.2土壤微生物量的测定

2.6数据分析

第三部分结果

3.1红砂地上生物量的估测

3.2盖度和植物物群落结构变化

3.3土壤理化性质以及养分的的变化

3.4土壤微生物量

3.5土壤微生物多样性

3.5.2土壤微生物细菌类群多样性

第四部分讨论

4.1红砂地上生物量的精确估测

4.2干旱条件下荒漠植物种群的动态分布格局

4.3红砂植被恢复期间群落物种多样性变化

4.3.1红砂种群繁殖特性及自然恢复能力

4.3.2红砂群落结构变化与护理效应

4.3.3红砂群落物种多样性的变化机制

4.4.土壤养分特性的变化

4.4.1生境对土壤养分特性的影响

4.4.2植被对土壤养分特性的影响

4.5土壤微生物量的变化

4.6土壤细菌多样性

4.7植物地上生物量及物种多样性与土壤理化性质、微生物量和细菌多样性之间的关系

4.7.1植物地上生物量及物种多样性与土壤理化性质关系

4.7.2植物生物量及物种多样性和土壤微生物量的关系

4.7.3植物生物量及物种多样性和土壤细菌多样性的关系

第五部分主要结论

参考文献

发表的论文情况