黄土高原丘陵沟壑区燕沟流域植被恢复对土壤质量的影响研究

摘要

本文以黄土高原丘陵区燕沟流域土壤质量随植被恢复过程的演变特征为切入点，采用野外调查采样和试验分析相结合的研究方法，较深入研究了近100年植被演替及其对土壤物理、化学和微生物性质的影响；通过主成分分析和相关分析，筛选了评价土壤质量的指标，计算了表征土壤质量的综合指数(SQI)，研究结果加深了对植被恢复与土壤质量相互作用的认识，为黄土高原生态修复提供了重要科学依据。主要结论如下： 1)燕沟流域植被自然恢复过程中群落演替特征为：狗尾草+猪毛蒿+虫实(植被恢复4a)-铁杆蒿+披针叶黄花(植被恢复8a)-铁杆蒿+长芒草+白羊草(植被恢复16a)-铁杆蒿+杠柳(植被恢复29a)-狼牙刺+杠柳(植被恢复55a)-杜梨林(植被恢复100a以上)。随着植被恢复年限的增加，物种丰富度指数呈现先增加(0-16a)后减少(16-55a)再增加(55-100a)的变化。 2)植被恢复对土壤物理性状有变化明显改善作用，以田间持水量和团聚体稳定性表现最为突出。同对照农地相比，随着植被的恢复，0-20cm土层的田问持水量比当年对照农地增加16.74％～43.41％植被恢复55年后，改进Yoder湿筛法测定的大于0.25mm水稳性团聚体含量增加66.31％，MDW也由植被恢复4年的0.65mm增加到植被恢复100年的2.41 mm。同改进Yoder湿筛法、LB快速湿润法和震荡法相比，LB慢速湿润法更能代表团聚体结构稳定性。 3)随着植被的恢复，土壤有机碳、全氮、碱解氮、碱性磷酸酶、脲酶和蔗糖酶活性逐渐增加。在土壤剖面上，有机质、全氮、碱解氮、速效磷、碱性磷酸酶活性、酶活性和蔗糖酶活性均表现出显著的表聚现象，即随着土层深度的增加，土壤养分含量和酶活性逐渐降低，其中0-5cm明显大于5.10cm和10-20 cm，而5-10cm和10-20 cm的差异较少，但明显大于20-40cm。 4)植被恢复过程中真菌数量、呼吸速率和微生物量碳、氮、磷随植被恢复年限的增加而增加。在土壤剖面上，真菌数量、呼吸速率和微生物量碳、氮、磷均表现出显著的表聚现象，其变化规律与土壤养分和酶活性变化规律相同。 5)有机碳、全氮、碱解氮之间呈极显著的线性关系，速效磷与总孔隙度有显著的线性关系，碱性磷酸酶活性、脲酶活性、蔗糖酶活性、呼吸速率、微生物量氮、磷与有机碳和全氮呈极显著线性相关，呼吸速率、微生物量磷与碱解氮呈极显著的线性相关，碱性磷酸酶活性、蔗糖酶活性、微生物量氮与碱解氮呈显著线性相关，微生物量碳氮之间呈极显著的线性相关，微生物量氮磷之间也呈极显著的线性相关。 6)通过相关分析和主成分分析，筛选了有机碳、碱解氮、LB慢速湿润MWD、蔗糖酶活性、真菌和微生物量磷6个土壤质量敏感因子作为土壤质量评价指标，计算出不同植被恢复年限下土壤质量综合指数(SQI)。SQI整体上随植被恢复年限的增加呈逐渐上升的趋势，植被恢复100a比当年对照农地增加541.00％。土壤质量随植被恢复的响应分为三个阶段，第一阶段(0-16a)是土壤质量显著上升阶段，土壤质量综合指数从0.01增加到0.45；第二阶段(16-55a)土壤质量变化平稳阶段，发生在植被恢复16-55a期间，土壤质量综合指数从0.45变化到0.47；第三阶段(55-100a，)土壤质量又开始缓慢增加，并呈现出逐渐稳定的状态，土壤质量综合指数从0.47增加到0.73。表明植被恢复对土壤质量有显著的提高作用。

目录

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第一章绪论

1.1研究目的和意义

1.2选题依据

1.3.国内外研究进展

1.3.1土壤质量及评价指标的研究进展

1.3.2植被恢复的研究进展

1.3.3植被恢复与土壤质量的关系

1.3.4存在问题

1.4.研究内容

1.4.1退耕地植被演替特征

1.4.2植被恢复对土壤质量的影响

1.4.3土壤质量评价指标的筛选与土壤质量综合指数的计算

1.5技术路线

1.6工作流程

1.7研究区概况与研究方法

1.7.1研究区域概况

1.7.2研究方法

第二章燕沟流域植被自然恢复及其物种多样性

2.1退耕地植被演替特征

2.2物种多样性

2.2.1物种多样性指数计算

2.2.2植被自然恢复及其物种多样性变化

2.3 小结

第三章植被恢复过程中土壤物理性质动态变化特征

3.1土壤容重对植被恢复的响应

3.2土壤孔隙度对植被恢复的响应

3.3田间持水量对植被恢复的响应

3.4土壤结构对植被恢复的响应

3.5 Le Bissonnais方法测定土壤团聚体稳定性

3.6 Le Bissonnais方法与湿筛方法对比研究

3.7 小结

第四章植被恢复过程中土壤化学性质动态变化特征

4.1土壤有机碳对植被恢复的响应

4.1.1植被恢复过程中土壤有机碳含量的变化

4.1.2有机碳在土壤剖面上的特征

4.2土壤全氮对植被恢复的响应

4.2.1植被恢复过程中土壤全氮含量的变化

4.2.2全氮在土壤剖面上的特征

4.3土壤碱解氮对植被恢复的响应

4.3.1植被恢复过程中土壤碱解氮的变化

4.3.2碱解氮在土壤剖面上的特征

4.4土壤速效磷对植被恢复的响应

4.4.1植被恢复过程中土壤速效磷的变化

4.4.2速效磷在土壤剖面上的特征

4.5 小结

第五章植被恢复过程中土壤酶活性动态变化特征

5.1土壤碱性磷酸酶对植被恢复的响应

5.1.1植被恢复过程中土壤碱性磷酸酶活性的变化

5.1.2碱性磷酸酶活性在土壤剖面上的特征

5.2土壤脲酶对植被恢复的响应

5.2.1植被恢复过程中土壤脲酶活性的变化

5.2.2脲酶活性在土壤剖面上的特征

5.3土壤蔗糖酶对植被恢复的响应

5.3.1植被恢复过程中土壤蔗糖酶活性的变化

5.3.2蔗糖酶活性在土壤剖面上的特征

5.4土壤过氧化氢酶对植被恢复的响应

5.4.1植被恢复过程中土壤过氧化氢酶活性的变化

5.4.2过氧化氢酶活性在土壤剖面上的特征

5.5 小结

第六章植被恢复过程中土壤微生物学性质动态变化特征

6.1土壤微生物数量对植被恢复的响应

6.1.1微生物总量对植被恢复的响应

6.1.2细菌数量对植被恢复的响应

6.1.3真菌数量对植被恢复的响应

6.1.4放线菌数量对植被恢复的响应

6.2土壤微生物生物量对植被恢复的响应

6.2.1土壤呼吸速率对植被恢复的响应

6.2.2土壤微生物生物量碳对植被恢复的响应

6.2.3土壤微生物生物量氮对植被恢复的响应

6.2.4土壤微生物生物量磷对植被恢复的响应

6.2.5土壤微生物呼吸熵

6.3 小结

第七章植被恢复过程中土壤质量指标相互关系分析

7.1土壤化学指标间的关系

7.2土壤物理与土壤化学指标间的关系

7.3土壤化学指标与酶活性指标间的关系

7.4土壤化学指标与微生物学指标间的关系

7.5小结

第八章植被恢复过程中土壤质量评价

8.1主成分分析的原理

8.2评价指标的选择

8.3主成分分析及土壤质量指标权重的确定

8.4评价指标隶属度的计算

8.5土壤质量综合指数(SQI)计算

8.6 小结

第九章结论与讨论

9.1主要结论

1.植被自然恢复及其物种多样性研究

2.植被恢复过程中土壤物理性质动态变化特征

3.植被恢复过程中土壤化学性质动态变化特征

4.植被恢复过程中土壤酶活性动态变化特征

5.植被恢复过程中土壤微生物学性质动态变化特征

6.植被恢复过程中土壤质量指标间相互关系

7.植被恢复过程中土壤质量评价

9.2讨论

参考文献

致 谢

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