毛烏素沙地東南緣沙漠化演變機制與植物的耐脅迫性研究.pdf

1、沙漠化作為當今世界社會、經濟和環(huán)境的重大問題，在國內和國際社會引起了廣泛的關注。本研究以陜北榆林地區(qū)毛烏素沙地東南緣沙質草地沙漠化演替階段空間序列為主線，通過實地觀測和實驗分析，從自然狀態(tài)下土壤、植被性質的變化展開沙漠化演變機制的研究，探討在不同沙漠化階段土壤因子的響應機制與植物群落結構、功能的演變機制，并闡明二者在維持植被和生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性方面的作用；基于植物逆境生理響應的耐脅迫類型劃分突出了植物種群對生態(tài)系統(tǒng)的適應性關系，為不同沙漠化

2、階段植被的修復提供理論依據；最后，運用RS和GIS手段將過程的研究提升為對過程的格局研究，基于NDVI提取植被蓋度，并據此對不同沙漠化類型草地進行劃分，提出不同沙漠化類型區(qū)治理和保護的建議和措施。
　　 以此為研究主線，得出研究結論如下：
　　 (1)沙漠化過程中，土壤的物理、化學和生物學性質均呈現出規(guī)律性響應。隨沙漠化程度的加劇，土壤沙粒含量、容重、C/N增加，土壤粘粒、粉粒、含水量、有機質、有機碳、全氮、脲酶、過氧化

3、氫酶、多酚氧化酶呈降低趨勢；對土壤各指標的相關性分析表明，土壤物理、化學和生物學特性存在密切的內在相關性。對土壤物理、化學和生物學性狀的演變規(guī)律進行分析發(fā)現，隨沙漠化程度的加劇，土壤結構的穩(wěn)定性和功能的完備性均遭到破壞，土壤質量下降，土壤環(huán)境惡化；同時，土壤退化也使得沙漠化程度進一步加劇。
　　 (2)沙漠化過程中，植被結構和功能特征退化，植被穩(wěn)定性狀況不斷變差。隨沙漠化程度的加劇，植被群落發(fā)生了逆行演替，從非沙漠化階段的多年生

4、禾草類逐步演變?yōu)橹囟壬衬A段的一年生雜草類；植被蓋度、密度、物種豐富度、多樣性指數均呈下降趨勢，地上生物量呈先升高后降低趨勢；混合植物(優(yōu)勢種)有機質含量變化規(guī)律不明顯，全氮含量在沙漠化進程中逐漸降低；植被穩(wěn)定性指數不斷降低，穩(wěn)定性狀況變差。
　　 (3)對沙漠化過程中土壤、植被的演變特征分析發(fā)現，土壤、植被要素是相互依賴、協同演進的。植被的進展演替依賴于良好的土壤環(huán)境，而土壤環(huán)境同樣需要處于進展演替中的植被來不斷改善，因此，

5、土壤——植被系統(tǒng)之間的相互作用決定了沙漠化的正、逆過程。沙漠化過程中，眾多土壤屬性指標的測定值在Ⅱ、Ⅲ階段出現了增降幅的突變，植被屬性指標的觀察和測定值在Ⅲ、Ⅳ或Ⅳ、Ⅴ階段出現了降幅的突變，表明沙漠化過程是一個漸變到突變的過程，由于植被對土壤環(huán)境的內在適應性，使得植被退化過程滯后與土壤的退化過程；分析發(fā)現，土壤、植被屬性突變的關鍵銜接階段為Ⅲ階段，即輕度沙漠化階段，說明該階段是沙漠化嚴重或恢復的重要轉折階段，故維持或營造該階段土壤——植

6、被系統(tǒng)的和諧與穩(wěn)定是沙漠化修復的關鍵。
　　 (4)沙漠化過程中，不同植物在不同階段對沙漠化的響應不同，表現出的受損程度和抗逆性能也有所差異。本氏針茅(Stipabungeana)葉片含水量、葉綠素a、葉綠素b、總葉綠素和類胡蘿卜素含量均呈降低趨勢，質膜相對透性和丙二醛含量持續(xù)增加，脯氨酸含量也在波動中上升，超氧化物酶、過氧化氫酶和過氧化物酶活性也反應敏感，呈先增加后迅速降低的趨勢，表明其在沙漠化進程中生理受損嚴重，對生存環(huán)境要

7、求嚴格；糙隱子草(Cleistogenessquarrosa)的生理響應與本氏針茅相似，表現出較差的耐脅迫性；達烏里胡枝子(Lespedezadavurica)葉片含水量最初基本穩(wěn)定，Ⅳ階段后降低，葉綠素a、葉綠素b、總葉綠素和類胡蘿卜素含量均減少，質膜相對透性和脯氨酸含量均上升，丙二醛含量呈先增后降再增的趨勢，但變幅較小，超氧化物酶、過氧化氫酶活性變化趨勢與丙二醛一致，過氧化物酶活性反應不敏感，表明其膜系統(tǒng)受到一定程度的損傷，但自身具

8、有適應性反應，受損程度較??；油蒿(Artemisiaordosica)葉片含水量最初有所降低，Ⅱ階段后回升，葉綠素a、葉綠素b、總葉綠素和類胡蘿卜素含量也表現出先減少后增加的趨勢，質膜相對透性和脯氨酸含量先有所上升，Ⅲ階段后基本穩(wěn)定，丙二醛含量輕微波動，變化不大，超氧化物酶、過氧化氫酶和過氧化物酶活性反應一致，均呈現出先升后降再升的變化趨勢，協同抑制膜質過氧化作用，膜受損并不明顯；牛心樸子(Cynanchumkomarovii)各生理指

9、標的響應與油蒿基本一致。
　　 (5)對共有種各生理指標進行相關性分析發(fā)現，植物種自身生理指標之間存在著密切的內在聯系和相互作用規(guī)律，但不同植物種的相關性分析結果存在較大差異，表明不同植物種是通過不同的內部適應機理來形成抗性機制的。在分析了共有種各生理指標之間錯綜復雜的應變關系基礎上，運用主成分分析對每種植物種提取三種負荷最大的生理指標作為其耐脅迫類型劃分的依據，對五種共有植物種進行分類：本氏針茅和糙隱子草為敏感受損型，其最初都

10、能對沙漠化脅迫做出積極的應對反應，但當脅迫達到一定程度，植物全面受損；達烏里胡枝子為積極耐受型，其在沙漠化過程中表現出輕度的受損性狀，但能通過積極的應對來適應沙漠化環(huán)境，使其并未遭受不可逆轉的傷害，脅迫程度在其承受閾值之內；油蒿和牛心樸子為真正的抗逆型植物，其抗性指標能協同作用，受損性狀不明顯，對較為嚴重的沙漠化具有良好的適應性。
　　 (6)應用RS和GIS手段，選取典型區(qū)進行沙質草地沙漠化程度空間格局劃分。以沙漠化土壤、植被

11、演替分析和植物耐脅迫性研究為理論基礎，根據沙漠化程度類型劃分圖，提出沙漠化保護和治理建議：非沙漠化階段和潛在沙漠化階段區(qū)域應加強保護；輕度沙漠化階段和中度沙漠化階段區(qū)域應注重飛播育草，增加植被，防風固沙，改善土壤；重度沙漠化階段區(qū)域應使用工程措施設置沙障固沙。
　　 在開展沙漠化演變機制與植被耐脅迫類型的研究中，主要從以下幾個方面實現了對以往研究內容和方法的突破：
　　 (1)從土壤、植被的共同變化深入揭示了沙漠化的演變

12、過程，并認為輕度沙漠化階段是沙漠化恢復和轉變的關鍵階段。
　　 (2)以植物生理指標作為植物耐脅迫類型的劃分依據，并應用主成分分析方法找出貢獻最大的三種生理指標，是對植物群體分類的新嘗試。
　　 (3)通過對過程的格局的研究，實現了具體理論研究與不同沙漠化類型區(qū)治理的結合。
　　 綜上所述，本研究一方面通過對沙漠化過程中土壤性質、植被結構、功能和穩(wěn)定性等方面的變化研究系統(tǒng)揭示了沙漠化的演變機制；另一方面以植物生理