高寒草甸土壤裂缝形成原因及其生态学影响评估研究
本文选题：高寒草甸 切入点：土壤裂缝 出处：《甘肃农业大学》2017年硕士论文 论文类型：学位论文
【摘要】：青藏高原是全球生物多样性和地质学研究的热点区域,高寒草甸是其最主要的生态系统。当前该区域草地生态系统退化日益严重,而基于气候变暖大背景下的人为活动干扰是关键诱因之一。放牧作为高寒草甸植被最主要的人为干扰方式,显著影响着植物群落组成,并直接影响着土壤结构。本研究在野外观察中发现,过度放牧的高寒草甸土壤发生大面积开裂现象,导致草地植物群落的异质性。土壤裂缝作为一门新兴的研究领域,其发育过程、发生机理等基本问题尚不甚明确。基于野外的大量观察,本研究从裂缝发生的原因和可能造成的生态学影响两个主要方面着手,首先2013年在青藏高原东缘典型的高寒沼泽、高寒草甸和高寒草原区开展调查研究,从不同气候带和景观尺度调查裂缝的发生区域,发现只有在高寒草甸有裂缝现象,并以斑块状镶嵌分布,且在一年中有开裂和愈合两个时期,裂缝愈合期的斑块形成了愈合裂缝凹槽和内部凸出部位两个明显不同的微生境类型。以此调查结果为基础,于2013-2015年,选择高寒草甸小尺度研究区,对应设置裂缝和非裂缝区3个重复样地开展研究。每个样地采用系统随机取样法,首先确定裂缝指标的取样样方以及对应的土壤、植被取样样方,取样之后将样方固定以便后续取样和对比分析,以此来明晰放牧干扰下高寒草甸土壤裂缝的发育规律和发生原因。之后于裂缝愈合时期,在每个裂缝区,选取9块裂缝斑块,在裂缝凹槽和斑块凸出部位设置样方,进行植被和土壤取样。最终从高寒草甸土壤和植被两个方面,探讨愈合裂缝形成后可能造成的生态学影响。结果表明:1.在景观尺度的调查发现,土壤裂缝仅发生在年均温度0.25±1.05℃和年均降雨550.11±60.60 mm的高寒草甸区,气温和降雨两个气候因素是形成土壤裂缝的主要原因。高寒草甸土壤的开裂和愈合时间在一年中基本不变,即每年10月底开始裂开,次年3月裂缝达到最大(宽度可达3cm,深度可达30cm),5月初开始愈合,且开裂位置均在往年开裂处。在植被生长旺盛期的8月,裂缝的开裂面积占整个试验样地面积的17.96±1.15%。DCA排序表明,裂缝区样方在排序轴上的位置与非裂缝区样方的位置已发生明显的分化,植物种在裂缝区与非裂缝区的组成比例已发生极大的变化。非裂缝区杂类草和禾本科植物重要值显著高于裂缝区(P0.05),而裂缝区莎草科和菊科植物重要值较高。在8月植物生长盛期,裂缝区植物群落高度、盖度和地上生物量显著高于非裂缝区(P0.05)。非裂缝区表层土壤(0-25cm)温度在每个月份均高于裂缝区。裂缝区和非裂缝区土壤有机碳含量差异性不显著,非裂缝区土壤容重和紧实度显著低于裂缝区(P0.05),而土壤质量含水量显著高于裂缝区(P0.05)。非裂缝区20-30cm的0.25-2mm土壤团聚体含量显著高于裂缝区(P0.05)。RDA综合分析发现,土壤紧实度(10-40cm)、土壤含水量(10-30cm)和地上生物量的综合作用导致了土壤裂缝的形成。2.在裂缝愈合期,对比愈合裂缝和非裂缝斑块凸出部位,分析裂缝造成的生态学影响可知,愈合裂缝凹槽的土壤中存储了大量种质资源,种子数量是斑块凸出部位同等面积储存量的3.15倍。在5月-10月愈合裂缝0-25cm土壤温度高于斑块凸出部位,而在10月至次年1月愈合裂缝0-10cm土壤温度在中午时间低于斑块凸出部位,而10-25cm土壤温度高于非裂缝区。愈合裂缝内部土壤紧实度和容重显著低于非裂缝区(P0.05),而毛管孔隙度和质量含水量显著高于斑块凸出部位(P0.05)。愈合裂缝10-30cm土层1mm的土壤团聚体含量显著高于斑块凸出部位(P0.05)。愈合裂缝内富集大量的土壤营养成分,愈合裂缝内部土壤有机质,全N、速效P、速效K含量均显著高于凸出部位(P0.05)。这为植物群落的定植和扩散提供了基础。进一步分析发现,愈合裂缝内部植物群落的物种丰富度、高度、盖度均显著高于凸出部位。植物分布也出现了明显的分化,植物倾向于向愈合裂缝处转移,以矮嵩草(Kobresia humilis)、线叶嵩(Kobresia capillifolia)和冷地早熟禾(Poa crymophila)为优势种的植物群落在愈合裂缝处大量分布。CCA排序表明,愈合裂缝导致土壤紧实度和容重显著低于凸出部位,对植物异质性分布造成最显著影响,同时为种子储存和萌发提供了场所,为植物群落恢复提供了新的微生境。综得,高寒草甸大面积土壤裂缝的形成是因为在青藏高原特殊的气候条件下,由于过度放牧导致土壤紧实度增加,地上生物量降低,土壤孔隙降低。在一年中气温降低时,土壤中固体颗粒的体积基本不变,但土壤中水分由于低温结冰,体积增大,发生冻融交替,进而导致土体移动,最终土壤裂开。但在气温回升后,裂缝重新愈合,由于形成位置相对较低的微地形,导致水肥愈合裂缝处富集,且土壤温度较高,温差较小,形成了植被生长的适宜生境,进而导致植物向愈合裂缝边缘转移,最终引起植物的差异性分布。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：甘肃农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S812.2
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