晋西基岩山地与黄土丘陵区生态过渡带植被特征及生态恢复机理研究

摘要

本文以晋西中阳县为研究对象，主要对基岩山地与黄土丘陵区之间的生态过波地带植被特征和恢复机理进行了研究。研究内容及结论主要包括以下几方面： 1.分别对黄土高原植被恢复的前景和目标、植被恢复总体策略以及植被建设分区几方面的研究进展进行了综述。针对植被恢复的前景和目标，分别从历史地理学、黄土地质学、植被分布现状及规律总结3个方面的研究结论进行了对比分析，并围绕“黄土高原是否曾经发育过大面积的森林植被”以及“黄土高原恢复森林植被景观有没有潜在的可能性”这两个焦点问题，进行了探讨和分析。 2.提出“基岩山地与黄土丘陵区生态过渡带”的概念，所谓过渡带就是指“基岩山地天然次生林区与黄土丘陵农业耕作区的区域过渡地带”。对于晋西地区来讲，就是指吕梁山地(次生林区)与吕梁以西黄土丘陵区(农耕区)的景观过渡地带。过渡带可以划分为两部分，一是黄土丘陵边缘区，与黄土丘陵农耕区腹地不同，边缘区还残存有部分天然次生乔灌木群落。二是基岩山地区，主要指与黄土丘陵毗邻的区域。 3.对晋西中阳县基岩山地与黄土丘陵区生态过渡带的植物区系特征进行了详细分析。结果表明，中阳县基岩山地带，共计有64科，204属，354种植物。植物区系以北温带成分为主，有87属，占总属数的42.56％。世界广布类型和旧世界温带分布、东亚分布和泛热带分成分也均在10属以土。其它分布类型的属较少。同时，与其它地区的植物区系带谱进行了对比分析。 中阳县黄土丘陵边缘区，共计有种子植物134种，93属，42科。分别占整个中阳县基岩山地37.85％、45.59％、65.63％。从维持生物多样性的角度来讲，基岩山地次生林区应该是重点保护的区域。 4.根据中国植被的分类原则，对中阳县基岩山地与黄土丘陵区生态过渡带的主要植被类型进行了划分。并对主要植被类型的空间分布特征进行了分析。 运用双向指示种分析(TWINSPAN)方法，对基岩山地主要的天然乔灌木群落类型进行了更为详细的数量分类。以群落的木本植物为分类依据，利用32个样地和43个木本植物种形成32×43数据矩阵，将32个样地划分为13个类型，划分结果与实际样地分布位置和类型比较一致，取得了较好的分类效果 黄土丘陵边缘地区目前仍残存有少量天然次生乔木林。这种残存的天然乔木林，是否可以作为黄土丘陵地区能够生长天然次生林的佐证，还有待于进一步研究。 5.分别对基岩山地与黄土丘陵区的植物群落的优势种组成及物种多样性空间分异规律进行了分析和研究。基岩山地天然植物群落乔灌木层优势种沿海拔呈现较强的规律性，乔木树种资源较为丰富。从群落的α多样性指数来看，木本植物丰富度(S)沿海拔梯度升高呈下降趋势，乔木树种在较高海拔地段丰富度指数较大，灌木树种则是在低海拔地段丰富度指数较大。群落木本植物多样性指数也是较高海拔地段较大。而就群落间的β多样性指数来讲，各海拔群落间的Cody指数和Whittaker指数，多以与其相邻海拔群落间的指数值最小，群落间海拔差异越大指数值越大。而群落相似性系数Jacard和Sorensenr指数则表现相反的规律。 黄土丘陵区不同植被类型以及不同地形条件下的群落物种多样性也表现很强的规律性，灌丛群落物种丰富度(s)和shannon多样性指数要大于人工林，阴坡灌丛群落多样性指数要高于阳坡群落。天然侧柏林主要布于干旱阳坡地段，其物种丰富度及shannon多样性指数均较低。 最后提出了黄土丘陵边缘区不同地形条件下分布的天然乔灌木树种资源30余种。这些植物材料在本地区或黄土高原其它类似地区，经过先期的科学试验后，都可以考虑在植被建设中推广应用。 6.分析了基岩山地区与黄土丘陵边缘区植物群落演替现象以及先锋植物种的组成。同时，对基岩山地次生林群落演替过程中的群落高度结构、径级结构以及群落复杂性动态变化规律进行了研究。按高度级计算的群落复杂性H(X，Y)随着群落的演替，群落复杂性呈先增加后减小的趋势。根据群落演替过程中乔木更新层的数量特征，对群落的演替趋向进行了预测和分析。 7.对于黄土丘陵边缘区两种最主要的人工造林树种—油松和刺槐的林分平均胸径和树高的增长速度进行了分析。并与全国及黄土高原其它地区同类林分生长状况进行了对比，对其生态适宜性进行了初步评价。分析了这两种人工林在栽培与经营中存在的主要问题。同时，编制了油松适宜密度表。根据林分的郁闭情况，参考此表可以决定林分抚育的时间和强度。 8.分别对晋西中阳县基岩山地与黄土丘陵区主要植被类型的群落生物量进行了系统研究，对不同植被类型间的生物量差异性进行了对比分析。通过黄土丘陵边缘区人工林乔木层生物量的分析表明，在水分优越的阴坡地段，黄土基质条件下，人工林分仍然可以达到较高的生物产量。 从下木层及地被物层总生物量来看，针叶林具有较高的枯枝落叶层生物量。阔叶林枯枝落层生物量较低，但是其下木及活地被层发育良好，同样可以发挥较高的生态效益等。针叶林枯枝落叶层分解较慢，加之黄土高原地区气候干旱，使地表形成较厚的枯枝落叶层。而阔叶林枯枝层分解较快，养分循环较快，林分郁闭度又较小，使得林下灌草植被发育良好。 9.对晋西中阳县的降水资源及时间分布特征进行了简要分析。同时，对基岩山地带以及黄土丘陵边缘地带的土壤水分空间分布特征进行了分析。通过黄土丘陵边缘区的不同植被类型条件下土壤水分含量的差异进行对比研究。 对基岩山地和黄土丘陵边缘区主要植被类型的土壤养分含量特征进行了对比分析。通过基岩山地与黄土丘陵区主要植被类型的土壤养分含量平均值对比分析，结果表明，基岩山地各种主要植被类型的土壤全N、碱解性N、有机质含量均明显大于黄土丘陵边缘区的各植被类型平均值。土壤速效K和速效P含量两类区域相差不大，甚至黄土丘陵区的土壤平均速效K含量要略大于基岩山地。从土壤pH值指标来看，黄土丘陵区pH平均值为8.45，而基岩山地平均为7.92。土壤养分元素含量的这种差异性是否是造成当前两类区域植被差异的原因，或者其影响有多大，是值得进一步研究的重要内容。 10.通过对生态过渡带的植被特征和恢复机理研究，同中国森林生态网络体系”面”中生态脆弱地区的植被恢复原则相一致，指出基岩山地次生林区也应实行“封山育林为主，辅之以人工促进措施”植被恢复策略。在土层浅薄、坡度较陡的生态脆弱地段，需要进行长期的植被封育。而在土层深厚而且坡度平缓地段，可适当辅之以人工措施，包括人工抚育，以及补植或补造有经济价值的乡土树种等。而黄土丘陵边缘区应该实行封禁山地，禁牧(或轮牧)、实行围栏圈养以及陡坡地退耕还林等措施，这是植被恢复的前提和基础。

目录

论文说明：图表目录

第一章绪论

1引言

2晋西基岩山地与黄土丘陵区生态过渡带概念的界定及意义

2.1“生态过渡带”概念的研究概述

2.2晋西黄土丘陵区与基岩山地生态过渡带概念界定及意义

3研究综述

3.1黄土高原植被恢复的前景和目标研究进展

3.2关于植被恢复总体策略的几种观点

3.3黄土高原植被建设生态分区研究

第二章研究内容与方法

1研究目的及内容概述

2研究区概况

3研究材料与方法

第三章生态过渡带植物区系特征分析

1黄土高原植物区系特征及其在中国植物区系中地位

2晋西中阳县基岩山地植物区系特征分析

2.1植物区系科的组成及分布区类型

2.2植物区系属的组成及分布区类型

2.3与其它地区植物区系成分对比分析

3黄土丘陵边缘区植物区系特征分析

4小结

第四章生态过渡带主要植被类型及其空间分布特征

1基岩山地主要植被类型及空间分布特征

2黄土丘陵边缘区主要群落类型及空间分布特征

2.1黄土丘陵边缘区主要植被类型及分布特征概述

2.2黄土丘陵边缘区残存天然次生乔木林和乔木树种分布特征

3各种植被类型群落特征简述

4植被群落类型的数量分类

5小结

第五章生态过渡带植物群落优势种及物种多样性研究

1基岩山地植物群落优势种及物种多样性空间分异

1.1基岩山地群落优势种空间分异特征-沿海拔梯度分布格局

1.2群落α多样性沿海拔梯度的变化

1.3 β多样性分析沿海拔梯度变化

2黄土丘陵边缘区不同类型群落优势种组成及物种多样性分析

2.1黄土丘陵区群落优势种组成空间分异特征

2.2黄土丘陵区植物群落物种多样性空间分异特征

3黄土丘陵边缘区残存天然乔灌木树种资源及其应用前景

4小结

第六章生态过渡带植被自然恢复演替规律分析

1植物群落演替理论研究进展概述

2基岩山地与黄土丘陵区生态过渡带群落演替分析

2.1群落演替过程中先锋植物种分析

2.2群落演替外貌特征的判别

3植物群落演替过程中结构特征变化规律分析

3.1植被恢复演替序列的选择

3.2植被恢复和演替过程中群落高度级结构变化规律研究

3.3群落演替过程中群落径级结构变化动态

3.4群落演替过程中群落复杂性的变化规律

3.5乔木树种更新的数量特征及演替趋向分析

4小结

第七章生态过渡带人工植被生态适宜性评价

1人工油松林生态适宜性评价

1.1黄土高原油松人工林生态适宜性区划研究进展

1.2晋西黄土丘陵边缘地区油松人工林生态适宜性评价

1.3人工油松林植被建设中的主要问题分析及对策

2人工刺槐林生态适宜性评价

2.1黄土高原刺槐人工林生态适宜性区划研究进展

2.2晋西中阳县黄土丘陵区刺槐生态适应评价

2.3刺槐人工林建设中存在的主要问题及对策

3小结

第八章生态过渡带植被恢复现阶段群落生物量研究

1晋西基岩山地主要植被类型生物量研究

2黄土丘陵边缘区主要植被类型生物量研究

2.1油松人工林生物量现存量

2.2其它主要植被类型生物量

3小结

第九章植被恢复的土壤水分、养分生态环境特征研究

1植被恢复的土壤水分生态环境特征研究

1.1降水资源及其时间分布特征

1.2基岩山地区土壤含水量空间分布格局分析

1.3黄土丘陵边缘区土壤含水量空间分布格局分析

1.4土壤水分含量的时间变化

2植被恢复的土壤养分生态环境分析

2.1基岩山地不同植被类型的土壤养分含量差异

2.2黄土丘陵边缘区不同植被类型的土壤养分含量差异

2.3基岩山地与黄土丘陵区土壤养分含量对比分析

3小结

第十章生态过渡带植被恢复前景及措施

1基岩山地区

1.1植被恢复前景

1.2植被恢复措施

2黄土丘陵边缘地区

2.1植被恢复前景

2.2植被恢复措施

第十一章结论与讨论

参考文献

附表

攻读博士学位期间发表论文情况及参加的科研项目

致谢

附图