黄土区典型人工植被演替过程植物-土壤水养过程及耦合

The Loess Plateau is one of the most serious soil erosion areas. In order to reduce the soil erosion and improve the ecological environment, a lot of artificial vegetations have been built in the Loess Plateau. These vegetations have improved the ecological environment, but at the same time, some new ecological problems have been there,such as the soil desiccation and the vegetation degradation. So that the estimation of the artificial plants ecological benefit is very necessary. Therefore, In this project, the communities (the Robinia pseucdoacacia , the Caragana Korshinskii Kom and the Medicago sativa) which are the typical artificial plants in the Loess Plateau have been studied. Based on the investigation of the community characteristics, the coupling relationgship between the vegetation productivity and the water or nutrients process have beeb studied using the hydrogen isotope techniques and ecological stoichiometry theory. From this study we can understand the source of the plant water and the change of the soil moisture reservoir. This study can clarify the relationship between the above or below productivity and water or nutrients process in the different successional stages. From this study, we also can proved the process of the litter decomposition and the contribution to the soil nutrient. From all of this, we can reveal the interaction mechanis between the vegetation and soil during the succession process of the artificial vegetations which can be sued to estimate the vegetation capacity in the Loess Plateau. The results can be used to guid the vegetation construction and sustainable management.

黄土高原是我国乃至世界水土流失最严重的地区之一，大量人工植被建设有效减少了土壤侵蚀，改善了生态环境，但也出现了土壤干化、植被退化等一些新的生态问题，亟需开展人工植被建设生态效应研究工作。鉴于此，本项目以黄土高原三种典型人工植被演替过程形成的主要群落（刺槐、柠条、苜蓿）为研究对象，在调查群落特征的基础上，借助氢氧同位素技术及生态化学计量学理论，围绕三种植被演替过程中水分养分利用过程及植被地上地下生产力等特征与水分、养分过程耦合关系展开研究，明确不同季节植被利用的水分来源及土壤水库的动态变化；阐明人工植被不同演替阶段地上和地下生产力等特征与水养过程的耦合关系，探明凋落物分解过程及对土壤有效养分的贡献率，揭示人工植被演替过程中植被-土壤生境互作机制；估算黄土高原土壤生境对不同人工植被的承载力，为该区人工植被建设和可持续管理提供科学依据。

针对黄土高原植被恢复过程中出现问题，本项目开展了人工植被恢复生态效应研究。本项目选择了不同年限的刺槐、柠条和苜蓿为研究对象，通过定位实验获得如下结果：.刺槐林地0-200 cm土壤含水量均值呈逐渐减少趋势，同一月份，各林龄土壤平均含水量呈现的变化趋势为：10年与15年均无显著性差异，25年与40年相差不大，0-200 cm土壤含水量在3、5、8、10月呈逐渐下降趋势；土壤含水量均高于萎焉系数6.2%，说明种植密度适宜。.利用化学计量方法分析养分在土壤-植物之间转化表明随植被恢复年限增加，土壤中有机C、全N、速效P和速效N含量均为先减小后增大，全P和全K逐渐增大，土壤化学计量比值总体偏低。叶片C: N比随年限呈波动变化， C: P比随年限增长先增加后减少， N: P比随年限增加逐渐增大。土壤C、N、P含量与植物叶片C、N、P含量无明显相关性(P>0.05)，根系化学计量比与土壤和叶片均有一定的关系。.分别利用二氯甲烷和乙酸乙酯提取紫花苜蓿的根系分泌物，得到分泌物主要为烷烃类、酯类、醇类、酸类、酚类、酮类、醚类化合物，二氯甲烷和乙酸乙酯提取到的化合物中烷烃类化合物所占比重均在75%以上，且均以二十一烷相对含量最大。10年和20年化合物种类数量几乎相同，30年化合物种类显著高于1年(P <0 .05)。土壤中添加不同浓度苜蓿根系分泌物后，土壤微生物炭、硝态氮、速效磷、速效钾含量相比对照都有不同程度的提高(P <0 .05)。在酶活性方面，在低、中、高浓度处理下，脲酶的含量相比对照显著降低(P <0 .05)；蔗糖酶含量则中、高浓度显著降低(P <0 .05)；碱性磷酸酶含量在中浓度处理下相比对照显著降低，但在高浓度处理下显著增加(P <0 .05)； .用PLFA方法分析了土壤微生物量和群落结构。结果表明不同年龄刺槐林、柠条林和苜蓿样地土壤中，分别捡到97种、92种、91种的PLFA单体，PLFA单体含量主要在土壤表层聚集。PLFA单体16:0含量最高，为一优势单体。不同植被土壤PLFA总量及其它菌群（细菌、真菌、G+、G-、放线菌）PLFA含量明显受植被生长年限和土层深度影响。