黄土丘陵区植物群落结构与径流输沙的关系

发布时间：2020-04-06 07:53

【摘要】：黄土高原是我国乃至世界上水土流失的最严重的地区之一。为治理水土流失,改善生态环境,该地区自上世纪50年代开始就开展了一系列小流域综合治理工作,在上世纪90年代又实施了退耕还林(草)等生态恢复工程,使得区域植被状况变化显著。然而,土壤侵蚀恶化的趋势并未从根本上得到遏制,这在很大程度上与当前植被恢复过多强调植被覆盖度的提高而忽略了植被结构的合理构建有关。而在植被与水土流失关系研究中,植被盖度仍是采用最为广泛的植被参数,植被结构信息得不到充分反映,在一定程度上也限制了对植被减水减沙机制的认识。为此,本研究拟从植物群落层次结构、物种多样性及功能多样性角度,探寻不同植被结构变化与土壤侵蚀的响应关系,并为选择合适的植被参数提供依据。取得的主要结论如下:1)植物群落功能多样性与产流产沙过程存在较显著的响应关系群落的功能丰富度与坡面的产流时间变化特征拟合的线性回归方程为:y=-368.62 x+93.08,R~2=0.55,表明群落的功能丰富度与坡面径流量之间具有显著的负线性相关关系。结果表现为群落中越多的生态位空间被占据时,群落蓄水减沙的作用也越明显,对降雨的截流作用也越大。其余两种功能多样性指数与径流量线性拟合后的R~2均在0.01左右,表明这两种指数与坡面产流产沙不存在响应关系。2)比较分析了功能多样性与物种多样性指数与产流产沙的敏感性通过与Simpson指数、Shannon-Wiener指数、Pielou指数等表征群落物种多样性的指标比较,群落功能丰富度指数(FRic)与坡面产流量之间回归结果R~20.5,说明二者之间存在显著地相关关系;与Simpson指数拟合的结果为y=-24.75x+82.78,R~2=0.11,说明拟合结果并不好,不存在线性的响应关系;与Shannon-Wiener指数的拟合结果为y=-32.96 x+79.73,R~2=0.08,说明两者并不存在线性的响应关系;与Pielou指数的拟合结果为y=40.21x+57.09,R~2=0.14,说明两者也不存在现行的响应关系。综上可以看出,与物种多样指数的拟合结果,其R~2均在0.1左右,说明坡面的径流输沙量与物种多样性之间并无显著的相关性。因此功能丰富度比物种多样性对坡面产流产沙过程响应更敏感,能更好的反映群落水土保持效益。3)分析了植物群落层次结构与群落产流产沙的响应关系将植物群落结构分为单层、双层和多层结构,并分析其产流产沙过程,结果为单层群落结构的累计净流量分比为66.87L、78.16L、76.73L和81.74L,累计产沙量分别为10.52g、102.98g、10.92g和6.13g;双层群落结构的累计净流量分别为72.48L、64.27L、94.47L和89.69L,累计产沙量分别为4.98g、26.06g、29.15g和12.07g;多层群落结构的累计径流量和累计产沙量分别为16.01L和5.87g。与单层和双层群落结构群落结构相比,多层群落结构相较于其他两种群落减流明显,分别双层群落结构的20.1%和单层群落结构的21.2%。而减沙效益的变化并没有明显的规律,总体水平呈现出比其他两种结构的减沙效益都有不同程度的减少。同时,不同层次结构的平均减沙效益小于平均减流效益,说明群落的层次结构更多的作用是减流蓄沙。
【图文】：

图片,延河流域,温性

图 2-1 研究区（注：图片引自李芬 2008）Fig2-1 Research area延河流域（E108°41′—110°27′，N36°27′—37°58′）位于陕北黄土高原中部，属于黄土高原丘陵沟壑区；总面积约为 7687 km2，其北接清涧河流域，南依云岩河流域，西南部为北洛河流域。延河流域的地势西北高东南低，海拔范围约在500—1800m 之间；主要属于第四纪的黄土岩系，位于华北陆台的鄂尔多斯地带。地貌类型分为黄土丘陵沟壑、黄土台地、河谷及山地等。土壤以黄土母质上发育的黄绵土类型为主，其质地单一，土质疏松，，抗侵蚀能力差。延河流域属于大陆性半干旱季风气候，地跨暖温性森林、暖温性森林草原过渡带和暖温带典型草原3 种地带。年降水量偏少，约为 400~550 mm，主要集中在 6—9 月，降雨的特点是持续时间短而降雨强度大；年平均温度在 8.8~10.2 ℃。流域水土流失严重。从20 世纪 70 年代起，该流域就开展了水土保持治理工作；到了 20 世纪 90 年代，随着退耕还林（草）等重大生态工程的实施，延河流域的生态环境得到了极大改善。径流小区分别设在安塞县沿河湾镇瓦树塌村(北纬 36°44′；东经 109°14′)。研

示意图,群落,层次结构,长芒草

1 达乌里胡枝子，铁杆蒿，长芒草 10 20.5 S 932 长芒草 10 19.6 SW 83.53 达乌里胡枝子，长芒草 10 20.1 S 914 蒙古蒿，长芒草 10 20.8 S 84.25 达乌里胡枝子，铁杆蒿 10 21.0 S 786 铁杆蒿 10 19.1 S 807 长芒草，铁杆蒿 10 19.5 SW 888 达乌里胡枝子 10 19.3 S 879 对照组 10 20.9 SW 18注：达乌里胡枝子(Lespedeza davurica)，铁杆蒿(Artemisia vestita)，长芒草(Stipa bungeana)，蒙古蒿(Artemisia mongolica)同时，将小区划分为 3 种不同的结构组合：单层群落结构、双层群落结构、多层群路结构（图 2-2）（李盼盼等 2017）。多层群落结构处理是保持原有植物群落，双层群落结构处理是在多层群落的基础上分别去除达乌里胡枝子(Lespedezadavurica)、长芒草(Stipa bungeana)、铁杆蒿(Artemisia vestita)，单层群落结构处理只保留一种主要物种。
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S157;Q948

【参考文献】