荒漠草原沙芦草群落土壤种子库及其种群繁殖分配对围封的响应

摘要

为了更好的恢复与重建荒漠草原退化生态系统，以宁夏盐池县四墩子荒漠草原沙芦草群落为研究对象，以室内实验和野外调查相结合的方法，通过研究群落围封内外的土壤、地上植被、土壤种子库特性及沙芦草繁殖分配的变化差异及相关性，揭示围封对地上植被与土壤种子库之间的关系有何影响及沙芦草如何通过最佳资源分配格局来适应环境，为荒漠草原生态系统的恢复与重建提供理论依据参考。研究结果如下:
　　1.围封可以促使土壤颗粒细化，对土壤养分有不同程度的影响。围封样地黏粒(＜2μm)、粉粒（2-50μm）含量占主导地位，未围封样地以极细砂粒(50-100μm)所占比例最大，而中砂粒(＞250μn)的比例几乎为0。围封样地0-10cm、10-20cm、20-40cm土层的土壤黏粒含量均显著增加，极细砂粒含量显著减少(P＜0.05)，粉粒和细砂粒(100-250μn)含量的变化在各土层均不显著(P＞0.05)。研究区土壤粒径分布在0-250μm之间。围封后0-10cm土层土壤有机碳、全N、全P含量均有所增加，全N、全P含量的变化显著;10-40cm土层的土壤养分均表现为不同程度的降低趋势，而碱解氮、速效磷含量显著降低(P＜0.05)。
　　2.围封使地上植被盖度大大提高，物种总数增加，其中多年生草本植物增加，一年生草本植物减少。围封与未围封样地植被总覆盖度分别为75％、40％，围封样地的植被总盖度比未围封样地提高了35％;未围封样地上植被物种数为28种，围封样地为32种，围封使地上植被植物种数增加了14.0％，其中围封样地多年生草本植物增长了8.5％，一年生草本植物降低了6.9％。
　　3.围封对沙芦草群落土壤种子库特性具有显著影响。未围封样地土壤种子库密度为(1052±273)有效种子数.m-2，围封样地土壤种子库密度为（1885±100）有效种子数.m-2，围封使土壤种子库密度增多了79.0％。其中，一年生草本植物种数减少了8.2％，但其土壤种子库密度上升了44.0％。
　　4.围封对沙芦草群落地上植被和种子库各多样性指数无显著影响，而可以使群落的不同生活型功能群多样性发生变化。围封后，沙芦草群落土壤种子库和地上植被的Shannon-Wiener指数、Margalef丰富度指数、Pielou均匀度指数及Simpson优势度指数均有增大趋势，但差异不显著(P＞0.05);从不同相关功能群来看，围封对二者物种多样性有不同程度的影响。其中，地上植被多年生植物的Shannon-Wiener指数、Pielou均匀度指数和一年生植物的Margalef丰富度指数、Simpson优势度指数显著提高，而地上植被和土壤种子库一年生植物的Shannon-Wiener指数显著降低。
　　5.围封与未围封样地土壤种子库与其地上植被的Sorensen相似性系数均为中等不相似，围封(0.33)略低于未围封(0.35)。围封与未围封样地土壤种子库之间相似性高达0.71，两个样地地上植被之间的相似性为0.62，说明外界干扰对土壤种子库的影响要弱于对地上植被的影响。
　　6.围封对沙芦草种群构件生物量及其分配格局有显著的影响。围封后，沙芦草种群的高度、丛幅、盖度以及株丛生物量显著提高，提高比例依次为78.96％(P=0.040)、63.50％(P=0.013)、50.89％(P=0.032)、205.38％(P=0.022)，而密度无明显变化(P=0.330)。围封对沙芦草种群各构件生物量具有显著影响。与未围封样地相比，围封样地沙芦草种群的根、叶、穗生物量显著提高，提高比例依次为183.52％(P=0.020)，334.09％(P=0.011)，381.25％(P=0.005);且围栏内外均表现为根生物量最大（围封为38.53g，未围封为13.59g），穗生物量最小（围封为6.16g，未围封为1.28g）。围封后，沙芦草种群的生物量分配比发生了不同程度的变化。其中，生殖枝和叶的生物量分配比显著增大，分别增大了31.45％和4.20％，而营养枝生物量分配比和根冠比显著降低，降低比例分别为281.62％和13.33％。除营养枝生物量与丛幅间表现为显著负相关关系外(P=0.039)，沙芦草种群各构件生物量间以及各构件生物量与株高、丛幅之间均存在显著或极显著的正相关性。说明围封是植物维持其种群持续更新能力和恢复其在群落中地位的重要措施之一。
　　7.围封影响沙芦草各构件的营养元素和热值的权衡分配。围栏封育显著降低了根的全C、全N、全P、穗的全N、全P及叶的全N含量，显著提高了穗的全C含量，提高比例为9.78％。沙芦草不同构件之间的C、N、P含量存在不同程度差异，其中根的C、N、P含量最低，穗的最高。围封与未围封样地沙芦草各构件热值大小表现为穗＞叶＞茎＞根。围栏内外相比，穗、根的热值显著提高，提高比例依次为0.92％和1.60％，叶的显著降低，降低比例为0.70％。沙芦草各构件的热值与各构件碳含量（除叶）呈显著或极显著的正相关，与氮、磷含量之间不存在一致的相关关系。说明植物茎、叶等非生殖器官与果、花、穗等生殖器官对营养元素的和热值的权衡配置是植物种群对特定环境的进化适应。

目录

论文说明

声明

摘要

缩略词对照表

第一章引言

1．1研究背景与意义

1．2围封对草原的影响研究进展

1．3土壤种子库的研究进展

1．4繁殖分配对策的研究进展

第二章研究区概况及研究方案

2．1研究区自然概况

2．2技术路线

2．3实验设计

2．4研究内容

2．5研究方法

2．6创新点

2．7数据处理

第三章围封对沙芦草群落土壤、植被特性的影响

3．1围封对沙芦草群落土壤粒径分布的影响

3．2围封对沙芦草群落土壤理化性质的影响

3．3围封对沙芦草群落地上植被结构特征的影响

3．4围封对沙芦革群落地上植被多样·I生的影响

3．5物种多样性指数与土壤理化性质的关系

3．6讨论

第四章围封对沙芦草群落土壤种子库特征的影响

4．1围封对沙芦草群落土壤种子库数量特征的影响

4．2围封对沙芦草群落土壤种子库多样性的影响

4．3围封对土壤种子库和地上植被相似性的影响

4．4讨论

第五章围封对沙芦草种群构件生物量分配对策的影响

5．1围封对沙芦草种群特性的影响

5．2围封对沙芦草种群各构件生物量的影响

5．3围封对沙芦草种群各构件生物量分配比的影响

5．4围封对沙芦草种群根冠比的影响

5．5沙芦草种群株高、丛幅及其各构件生物量间的相关性

5．6讨论

第六章围封对沙芦草种群构件物质和能量分配的影响

6．1围封对沙芦草营养物质的生殖分配的影响

6．2围封对沙芦草各构件能量的生殖分配的影响

6．3沙芦草各构件热值与营养元素含量之间相关关系分析

6．4讨论

第七章结论

参考文献

致谢

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