典型草原退化演替中植被—土壤特征变化及化感影响机制研究

发布时间：2017-08-05 07:49

  本文关键词：典型草原退化演替中植被—土壤特征变化及化感影响机制研究

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【摘要】：长期过度放牧利用是草地退化演替的主要驱动因素。内蒙古典型草原植物群落退化演替具有趋同的规律,演替模式为：羊草或克氏针茅→冷蒿→星毛委陵菜。随着退化演替的进行,地上植被的生产力越来越低,牧草的饲用品质也愈加降低。冷蒿和星毛委陵菜却能在草地退化演替的不同阶段中生长繁殖成为优势物种,并形成单一优势群落。近年来,越来越多的研究表明植物化感作用机制是影响植物群落分布格局和演替过程的重要因子。植物分泌的次生代谢产物通过适合的途径进入土壤或空气中影响周围植物的正常生长,进而影响植物群落的结构和物种组成,同时也影响土壤的微环境,最终影响群落演替。研究者们已经对草地植被退化演替的机制做了大量的研究,主要从过度放牧利用、家畜的选择性采食、牧草的可塑性、繁殖策略和资源再分配等方面进行了研究,但是从植物间化学干扰的角度研究草地演替的报道还比较少。研究化感作用对我国北方典型草原群落演替中的影响具有重要的生态学意义,并且对草原退化演替过程中关于植被—土壤特征变化也是研究的重点问题。 因此,本试验主要验证两个假设：(1)在过度放牧利用下,冷蒿、星毛委陵菜植物的化感作用机制影响典型草原植物群落的结构和演替进程；(2)沿着典型草原植被退化演替序列：羊草或克氏针茅→冷蒿→星毛委陵菜,土壤状况随着地上植被演替而不断恶化。研究内容包括：通过室内生物检测的方法探究星毛委陵菜的叶、根和根系土壤浸提液对典型草原原优势物种羊草、克氏针茅和冷蒿种子萌发和幼苗生长的影响；调查天然退化草地中,冷蒿和星毛委陵菜对植物群落的物种结构组成的影响,并研究其植物群落下方土壤的物理、化学和微生物的特征响应变化。试验的主要结果如下： 1.星毛委陵菜的叶、根和根系土壤浸提液以“剂量效应”抑制受试植物种子的发芽率,延迟发芽时间。低浓度(0.025g ml-1)的叶和根系土壤水浸提液对种子的发芽率没有显著影响,随着浸提液浓度增大,抑制作用增强。 2.星毛委陵菜的叶、根和根系土壤浸提液对羊草和冷蒿幼苗茎的生长表现出“低促高抑”的现象。当叶的浸提液浓度≤2mg ml-1时,显著促进冷蒿幼苗茎的生长,根系和根系土壤浸提液≤4mgm1-1时促进冷蒿幼苗茎的生长。叶、根和根系土壤浸提液浓度≤4mg ml-1时,显著促进羊草幼苗茎的生长。随着浓度增强,抑制作用显著增强。以“剂量效应”显著抑制克氏针茅幼苗茎和根的生长以及3种受试植物幼苗根的生长。受体植物幼苗根的生长比茎的生长对星毛委陵菜的化感作用的敏感性更强。克氏针茅对星毛委陵菜的化感作用最敏感,其次是羊草和冷蒿。星毛委陵菜根系浸提液的化感作用最强。 3.在天然退化草地生态系统中,冷蒿和星毛委陵菜植物群落中羊草和克氏针茅植株的生长受到限制,植株生长高度显著受到抑制。随着演替序列：羊草或克氏针茅→冷蒿→星毛委陵菜,植物群落的物种数增多,香农-威纳指数和均匀度指数显著增大,并且禾本科牧草的比例下降,杂类草的数量增多。 4.在天然草地植物群落演替过程中,草地优势物种从羊草或克氏针茅→冷蒿→星毛委陵菜,以克氏针茅、冷蒿和星毛委陵菜为优势物种的植物群落为研究对象,其群落着生的土壤状况并没有随着地上植被的退化而继续恶化。与冷蒿植物群落群落土壤相比,演替末期的星毛委陵菜植物群落着生的土壤特征有显著的提高和改善,尤其在0-10cm的表层土壤中最为突出。主要包括提高土壤肥力、土壤湿度、SOC和MBC含量、无机氮含量、细菌和真菌含量,显著降低土壤温度、容重、PH。 5.与克氏针茅和冷蒿群落着生的土壤相比,星毛委陵菜群落下方的土壤具有更高的土壤呼吸,可能与其较高的土壤SOC、MBC和微生物含量密切相关。我们认为,在干旱半干旱退化草地,在土壤湿度不成为限制因素时,土壤温度对土壤C02的排放通量有影响；当土壤湿度较低时,土壤CO2的排放通量与湿度呈显著正相关关系,与土壤温度无显著性关系。 综上,冷蒿和星毛委陵菜种群的数量动态伴随着典型草原退化演替的各个阶段,成为典型草原群落退化演替的主要标志之一的主要原因除了过度放牧利用下,植株本身具有很强的克隆繁殖能力以抵抗放牧外,还在于这两种植物能通过淋溶、根系分泌等途径向土壤中释放化感物质,改变草地的微生境条件。冷蒿和星毛委陵菜的化感作用通过抑制伴生物种的种子萌发和幼苗生长,从而影响种群植物群落更新和结构组成,这可能是推动典型草原植物群落演替的因素之一。随着地上植物群落退化演替变化,演替末期的星毛委陵菜群落对严重退化草地有很强的生态适应性,能够保护土壤减少风蚀,显著提高表层土壤养分、湿度,改善土壤微环境。
【关键词】：群落退化演替 化感作用 土壤特征变化 土壤呼吸
【学位授予单位】：中国农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S812
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 缩写词表11-12
• 第一章 文献综述12-25
• 1.1. 研究的目的及意义12-13
• 1.2. 演替的概述13-14
• 1.2.1. 演替的定义13
• 1.2.2. 演替的理论和学说13-14
• 1.3. 草地退化演替的驱动因子研究14-19
• 1.3.1 放牧对草地退化演替的影响15-17
• 1.3.2 植物化感作用对草地退化演替的影响17-19
• 1.4. 草地演替过程中,植物群落对土壤特征的影响19-22
• 1.5 拟解决的科学问题22-25
• 1.5.1 科学假说22
• 1.5.2 研究的主要内容及目标22-23
• 1.5.3 技术路线图23-24
• 1.5.4 试验地描述24-25
• 第二章 星毛委陵菜化感潜力的研究25-42
• 2.1 前言25-26
• 2.2. 星毛委陵菜叶、根、根际土壤对受体植物种子萌发和幼苗生长的影响26-28
• 2.2.1 试验材料26
• 2.2.2 试验方法26-28
• 2.3 数据分析28
• 2.4 试验结果28-39
• 2.4.1 星毛委陵水浸提液对受体植物种子萌发的影响28-33
• 2.4.2 星毛委陵的化感潜力对伴生幼苗生长的影响33-39
• 2.5 讨论39-41
• 2.6 结论41-42
• 第三章 草地退化演替中植被-土壤特征变化研究42-67
• 3.1 前言42-44
• 3.2 试验材料与方法44-48
• 3.2.1 试验样地描述44-46
• 3.2.2. 试验方法46-48
• 3.3 数据分析48
• 3.4 试验结果48-63
• 3.4.1 3单优植物群落结构差异48-53
• 3.4.2 土壤温、湿度,PH,EC,容重,质地结构特征53-55
• 3.4.3. 土壤碳、氮特征55-59
• 3.4.4 土壤微生物群落结构特征59-63
• 3.5. 讨论63-66
• 3.6. 结论66-67
• 第四章 草地退化演替过程中不同植物群落土壤呼吸动态变化67-77
• 4.1 前言67-69
• 4.1.1 土壤呼吸概述67
• 4.1.2 国内外研究进展67-68
• 4.1.3 研究的目的及意义68-69
• 4.2 土壤呼吸测定方法69
• 4.3. 结果与分析69-74
• 4.3.1 不同演替阶段植物群落土壤呼吸的差异69-71
• 4.3.2 土壤温度和湿度与气体通量的关系71-74
• 4.4. 讨论74-76
• 4.4.1 不同植被演替群落对土壤呼吸的影响74-75
• 4.4.2 土壤呼吸和环境变量的关系75-76
• 4.5. 结论76-77
• 第五章 结论和展望77-79
• 5.1 研究结论77
• 5.2 存在的问题及展望77-79
• 参考文献79-92
• 致谢92-93
• 个人简历93

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：623798