黄河源区高寒草甸退化的生态学过程及其驱动力分析

NWIPB OpenIR

	黄河源区高寒草甸退化的生态学过程及其驱动力分析; Aanalysis of ecological process and driving forces of alpine meadow degradation in headwater region of the Yellow River
	Qiao YM(乔有明)
	2009-06-02
摘要	黄河源区位于青藏高原中东部的三江源自然保护区的核心区，是我国和东南亚国家生态系统安全和区域可持续发展的生态屏障。随着人类活动干扰和气候变化对青藏高原的影响，导致该区生态系统平衡失调，草地退化日趋严重。由于黄河源区生态系统的特殊性和植被、土壤、气候因子和人类活动之间相互作用的复杂性，对于高寒草甸退化的机制和驱动力还缺乏系统的研究。本项研究旨在通过对黄河源区退化高寒草甸的植物群落特征和土壤特征调查，揭示植物和土壤养分对土地退化的响应；对源区人口及牲畜数量和国内生产总值，气候变化特点等因子的分析，量化人为干扰因子和自然因子的贡献率以及各因子之间的数量关系；以及对草地退化驱动力分析以及原生草地植被封育、人工草地、半人工草地的自然演替变化规律的研究，为高寒草甸退化草地恢复与重建提供科学依据。本研究采用常规的生态学野外调查、土壤实验室分析、气象资料的整理，主成分分析和多元回归分析等方法，通过对黄河源区植被、土壤、人为干扰因子和主要气象因子变化以及草地退化的生态学过程和驱动力分析，得到以下主要结论： 1. 不同退化演替阶段高寒草甸群落的物种组成有明显的不同。重度退化草地的指示种主要是细叶亚菊（Ajania tenuifolia）、兰石草（Lancea tibetica）、西伯利亚蓼（Polygonum sibiricum）、高原毛茛（Ranunculus tanguticus）和紫花地丁（Viola yedoensis）等，它们的指示值显著高于其它物种（P<0.01），而且均为杂类草。中度退化高寒草甸的指示植物有阿尔泰狗哇花（Heteropappus altaicus）、矮嵩草（Kobresia humilis）、黑边假龙胆（Gentianella azurea）和毛茛（Ranunculus japonicus）等。随着高寒草甸退化程度加重，原生植被的优势种逐渐减少，优势度降低，草地间的相似性指数减小。群落物种丰富度指数随退化程度的加深而减少，依次为轻度退化草地>中度退化草地>重度退化；不同退化草地间Shannon-Weiner多样性指数差异极显著，大小顺序为轻度退化>中度退化>重度退化；物种均匀度指数由高到低依次为轻度退化>中度退化>重度退化。多样性和均匀性指数与草甸质量盖度指数之间关系的可以分别用二次方程式进行描述，当高寒草甸的草地质量指数在15%以下时，多样性和均匀性指数均较低，介于15%～45%之间时两者都很高，大于45%后，有下降的趋势；物种丰富度与草甸质量盖度指数之间的关系可用三次方程式进行描述。当莎草和禾类草所占盖度大于20%时，物种丰富度和草甸质量指数之间没有明显的相关关系。 2．随着退化程度的加剧，土壤容重在各层均呈现增加的趋势。轻度退化草地的土壤含水量明显高于重度退化草地土壤含水量。土壤平均有机碳含量(0～30cm)由高到低表现为：轻度退化>中度退化>重度退化；在0～10cm土层，随着退化程度的增加，土壤有机碳含量逐渐减少，其中轻度退化与中度退化和重度退化高寒草甸间差异极显著（P<0.01），10 cm以下各土层有机碳含量不存在差异极显著性（P>0.05）。土壤全氮含量与有机碳含量的变化规律基本相似，0～30cm土体平均土壤全氮含量由高到低表现为：轻度退化>重度退化>中度退化>人工草地。所有草甸不同土层的C/N比较接近。 3.黄河源区四县53年间将近增加了7万人，呈直线增加趋势，每年增加人口的速度为2.05%，即平均每年大约净增加1350人左右；源区各县牲畜数量经历了前期的迅速增长和后期的缓慢下降过程，从60年代初的84.75万头至70年代末的287.55万头，到2005年的149万头。 4.黄河源区的年平均气温近50年来总体呈上升趋势，各县的平均增温情况不同，玛多县的温度增速平均达0.0321℃/年，玛沁县的温度增速最小，为0.0216℃/年，甘德和达日两县的平均温度增速相近居于前两者之间，分别是0.0266℃/年和0.0276℃/年。源区4县多年降水量无明显的变化趋势，均在多年平均值上下波动。源区的蒸发量总体上没有明显的增加或降低的趋势，但20世纪70年代末、80年代初，源区四县的蒸发量呈现了下降趋势。1984年后各县的蒸发量开呈现上升的趋势。平均风速在20世纪80年代前波动上升，80年代后呈现波动下降态势。玛多、达日和玛沁的日照时数呈现线性增加趋势，以玛多县的最为明显，甘德县的日照时数无明显的变化趋势。 5.主成分分析提取的各县主成分累积贡献率均在75%以上，人为因子均在第一主成分内。对黄河源区四县的合并数据分析，共提取了3个主成分，累积贡献率达到了83.21%，其中第一主成分贡献率达43.08%，主要因子载荷的大小顺序依次为人口数量>牲畜总数>国内生产总值>平均风速。第二主成分的贡献率为22.74%主要影响因子是年降水量和年蒸发量。第三主成分贡献率之和为17.40%，显著影响因子是年均气温和日照时数。表明人为因素是源区植被退化的主导因素，超载过牧直接了导致草地退化。通过多元回归分析得到了反映各县及整个地区退化与驱动因子之间关系的多元线性方程，但每个因子被提取的频率不同，所提取各因子对退化面积增加的相对重要性不同。在5个方程中，人为因子被提取了10次，而自然因子只被提取了6次；人口数量在玛沁、甘德、达日和整个地区的4个方程中均处于最大的位置，牲畜数量在玛多县是最重要的因子，人为因素均被证明是各地草地退化的最重要因子。合并数据的四元线性回归方程中有人口数量和牲畜数量两人为因子，年蒸发量和年平均风速两个自然因子。入选变量对退化面积增加的相对重要性大小顺序是人口数量(0.7958)> 平均蒸发量(0.1694)>牲畜数量(0.0874)>平均风速(0.0792)。 6.原始封育草甸的土壤含水量远高于人工混播草地的，原始高寒草甸涵养水源能力最强，退化草地的水源涵养能力最差（P<0.01）；演替时间短的人工草地，在生长旺季由于土壤水分蒸发和植物蒸腾作用会导致土壤水分的下降。封育原生草甸、人工混播草地、半人工补播草地和退化草地群落的土壤容重、不同功能群地上部分的含碳量和全氮含量，以及土壤有机碳和全氮含量因演替时间长短不同而异。土壤根系含碳量也受演替时间长短影响，但含氮量的规律比较明显，以退化草地的最高，原生封育草地的最低。人工混播草地土壤有机碳和全氮比原生封育草地有明显降低（P<0.01）。 7. 制定科学的放牧制度，控制牲畜数量，减轻对草地的长期压力，草地以休养生息的机会，是促进轻度退化草地植被自然恢复的最有效途径；人工补播是中度退化草地生态恢复的主要措施；人工草地建植是重度和极度退化草地生态恢复的主要手段；加强草地管理与监测是保障。
文献类型	学位论文
条目标识符	http://210.75.249.4/handle/363003/36565
专题	中国科学院西北高原生物研究所
推荐引用方式 GB/T 7714	乔有明. 黄河源区高寒草甸退化的生态学过程及其驱动力分析, Aanalysis of ecological process and driving forces of alpine meadow degradation in headwater region of the Yellow River[D],2009.