青藏高原取弃土场草地修复效果评价

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论文字数:26585 论文编号:sb2022041116182246145 日期:2022-04-14 来源:硕博论文网
本文是一篇农业论文,本文论述了取弃土场是否能够通过补播垂穗披碱草的方式恢复、这种恢复是否具有可持续性、以及恢复效果是否会受到海拔的限制。通过对结果的论述,为青藏高原公路建设遗留的取弃土场草地的恢复效果进行了全面的评估,但仍存在诸多不确定性。

第一章 前言

1.1 青藏高原草地修复现状
被称为“世界屋脊”的青藏高原在维系我国区域生态安全起着重要的作用(席新林和许兆义, 2005;孙鸿烈等, 2012)。高寒草地是青藏高原生态系统的主体,该区域的天然草地面积占我国天然草地的 1/3 (张中华等, 2018; 苏迅帆等, 2008)。青藏高原具有独特的高海拔特征和极端的气候条件,但却拥有较高的生物多样性,尤其植物多样性,在生物多样性保育和水资源安全保障方面发挥重要作用,因此成为我国在西部地区的“生态屏障”。
随着西部大开发和一带一路建设走进青藏高原(李午峰和唐祯敏, 2003; 王娟等, 2019),铁路和公路等基础建设不仅改变了青藏高原草地的土地利用方式(党悦霖, 2017; 赵立廷等, 2020),也使得草地生态系统破碎化加剧和遗留大量取弃土场草地亟待恢复。青藏高原草地类型主要以高寒草地和高寒草甸为主,其生态系统十分脆弱(郭兵等, 2018; Guo et al., 2007),一旦遭到破坏,草地群落的组成和结构、生态系统的功能均很难恢复(程昊和陈泽昊, 2003; 周杨和韩丽源, 2019)。公路建设会遗留大量取土迹地,造成裸地的出现,即取弃土场,对当地植被、物种群落和土壤造成一定程度的破坏(王娟等, 2019),即使工程建设后,由政府主导施工方执行的一系列恢复措施会对这些取弃土场进行种草恢复或草皮移植恢复,但与天然草地相比,被恢复草地往往群落组成和结构单一,生产力低下(祝广华等, 2006),且这种被恢复的群落的组成和结构能否维持并不清楚。
针对施工建设导致的破坏草地或裸地,常见的恢复方式为人工辅助和自然恢复。张东旭(2012)提出在不同的地貌类型和地质条件的情况下,综合气候、土壤等条件因地制宜的采取恢复措施,在高山草原带,有许多裸露的碎石,对于该段的采取的恢复措施主要是撒播和喷播。陈桂琛等(2004)发现补播垂穗披碱草对高寒草地的恢复具有一定的效果,在海拔 4500 m 的取弃土场中,垂穗披碱草在播种的第二年,其盖度、生物量超过了该地的原生植被—紫花针茅。
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1.2 高海拔草地恢复的措施和限制因素
青藏高原退化草地恢复工作从上世纪 70 年代开始的(史惠兰等, 2005),相关研究表明青藏高原被破坏草地的恢复会受到各种条件的影响。周杨和韩丽源(2019)表明降水对退化草地的恢复起着至关重要的作用,降雨量越多,草地恢复的效果越好。王娟等(2019)表明海拔对恢复样地植物群落高度、盖度、生物量有一定的影响,在恢复样地中,除禾本科是随海拔上升递减外,其余植物群落经济类群都是先上升再降低的趋势。退化草地的恢复与海拔、降水有关系之外,还与取弃土场工程迹地面积有关,毛亮等(2013)对青藏高原高寒区工程迹地调查和计算,结果表明,工程迹地的大小与恢复样地的高度、盖度、植物群落的多样性有着重要的关系,当面积大于 254 m2 时,植物群落多样性恢复降低,很难恢复;当面积小于 254 m2 时,在经历一段时间后可以恢复到天然草地的维度。
对取弃土场恢复过程中运用了多种方法:蒲智(2003)表明可以通过投资少、简单易操作的植被恢复工程措施维护边坡的稳定性。有的通过补播当地适宜生长的植被类型来恢复取弃土场(董效斌等, 2002),有的利用多种草混播的方式对取弃土场草地进行恢复,并且研究发现这种恢复方式十分可行。但是,目前我国关于对公路造成的取弃土场恢复的研究仍不成熟、不系统(程国栋和赵林, 2000)。
青藏高原海拔高,受低温影响,植物生长季短,生产和繁殖能力差(孙鸿烈等, 2012; Chen et al., 2014; 肖雪君等, 2017),这会直接或者间接的影响草地生态系统的结构(McMahon et al., 2011; Yang et al., 2011)。潘红丽等(2009)表明随着海拔的上升,温度和土壤条件下降,同时,紫外线增强,影响着植物生长发育。处于极端低温的草地生态系统对气候变化,特别是温度变化有着极高的敏感性,例如:温度升高会促进灌木和禾本科的生长(Arft et al., 1999; Walker et al., 2006),但是又会使高海拔地区一些关键种消失(Gedan and Bertness, 2009; Baldwin et al.,2014),同样,杨达等(2021)表明气温对青藏高原植被的生长的作用强于降水。沈渭寿等(2004)表明草地恢复与恢复年限、年降水量呈显著正相关关系,但与湿度无相关关系。Arft et al. (1999)的研究表明植物生长对温度的敏感性较强,低温不利于种子的发芽和植物生长发育。
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第二章 研究区概况及试验方法

2.1 研究区概况
共玉高速(33.03 ~ 36.27°N,96.97 ~ 100.61°E)是我国在青藏高原冻土区建成的第一条高速公路,2010 年开始修建,2017 年 8 月正式通车,跨越青海省三江源地区(胡坤等, 2019),东至共和,西至玉树,途径果洛藏族自治州、海南藏族自治州、玉树藏族自治州,共经 5 县 12 镇,呈东北—西南走向,全长 634.8 km,海拔跨度从 2900 m 到 4700 m,冻土区占公路总长的 36% (祁文斌, 2013)。该地区属于典型的大陆性半干旱气候,冰冻期时间长,主要植被类型为高寒草原、高山草甸山地灌丛,全年平均气温为-0.5℃,平均降水为 386 mm,降水集中在 5到 9 月,昼夜温差大,地势高俊,气候严寒,空气稀薄,含氧量比平原地区低40%,有大量的野生动物,植被组成简单,物种较为单一,植被生长高度低,生物量产量低,但植物生长耐力强,根系发达,该地区植被退化比较严重,退化率不断上升,平均退化率接近 5% (张磊等, 2016)。地下水资源丰富,地形地貌复杂,有大量冻土草甸和少量的热融塘湖(符进等, 2016)。
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2.2 试验设计和样带调查
沿共玉高速选择 30 处取弃土场恢复草地,并在附近选择配对的天然草地作为对照。为尽可能排除公路建设对天然草地的影响,所选择的对照天然草地距离公路超过 500 m。因此,沿海拔跨度 2905 ~ 4605 m,共设置取弃土场恢复和天然草地对照的 30 个配对样地。这些天然草地类型为塔拉滩草地和高寒草地,具体试验位置见图 2-1。
30 个样地在共玉高速通车之前(2017 年 4 ~ 5 月)进行播种,主要以播种垂穗披碱草(Elymus nutans)为主,并于恢复第一年对取弃土场恢复草地进行定期灌溉(1200 m3∙ha-1∙a-1)和施肥(尿素:79.5 kg∙ha-1;磷酸二铵:225 kg∙ha-1)促其恢复。在2018 年(播种 1 年后)和 2020 年(播种 3 年后)的生长季(8 ~ 9 月)对天然草地和恢复样地进行植物群落调查,为确保调查样方距离的一致,我们在对照和处理样地分别设置 20 m × 20 m 调查样地,对所有取弃土场恢复草地及其配对的天然草地样地的四角与其对角线中心分别设置 5 个 1 m × 1 m 的调查样方,对天然草地和恢复草地群落进行群落系统调查。
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第三章 取弃土场草地恢复效果及其可持续性评价.............................9
3.1 恢复草地植物高度................................9
3.1.1 草地群落高度........................... 9
3.1.2 不同功能群高度............................... 10
第四章 取弃土场草地恢复效果的海拔梯度格局...............................28
4.1 恢复草地植物群落高度和盖度...............................28
4.2 恢复草地植物群落物种多样性..................................29
4.3 讨论..............................30
第五章 结论与展望.......................... 33
5.1 主要结论...................................33
5.2 研究展望.................................34

第四章 取弃土场草地恢复效果的海拔梯度格局

4.1 恢复草地植物群落高度和盖度
将恢复后一年(2018 年)恢复草地植物群落高度的自然对数响应比(RR)分别与海拔、温度、降水做一般线性回归(图 4-1)。恢复后一年(2018 年)草地植物群落高度的 RR 随海拔的升高显著升高(R2 = 0.14, P < 0.05);草地植物群落高度的RR 随温度升高而显著降低(R2 = 0.16, P < 0.05);草地植物群落高度的 RR 与降水的关系并不显著(R2 = -0.06, P = 0.67)。将恢复后三年(2020 年)恢复草地植物群落高度的自然对数响应比分别于与海拔、温度、降水做一般线性回归(图 4-1)。恢复后三年(2020 年)草地植物群落高度的 RR 随海拔的升高显著升高(R2 = 0.08, P <0.05);草地植物群落高度的 RR 随温度升高而显著降低(R2 = 0.09, P < 0.05);草地植物群落高度的 RR 与降水的关系并不显著(R2 = -0.06, P > 0.05)。
农业论文参考
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第五章 结论与展望


5.1 主要结论
(1)取弃土场高度和盖度的恢复效果
恢复后一年,恢复草地群落平均高度显著高于天然草地,而恢复草地平均盖度显著低于天然草地;恢复后三年,恢复草地群落平均高度与天然草地群落平均高度差异不显著。若仅以群落高度这一指标,衡量青藏高原取弃土场是否能够恢复到天然草地水平,结论是恢复后一年,因补播垂穗披碱草草种,恢复效果在群落高度层面达到甚至超过天然草地,但这种恢复效果在三年后不复存在。
相比于群落高度,群落盖度能更加客观和直接的评价群落恢复效果,结果证实恢复草地群落盖度显著低于天然草地;且恢复后三年显著低于恢复后一年,若以群落盖度这一指标衡量恢复效果,可推论恢复草地群落盖度在恢复后一年,达不到但接近天然草地水平,但恢复第三年,恢复效果降低。
(2)取弃土场植物物种多样性恢复效果
恢复后一年和恢复后三年,恢复草地群落平均丰富度显著低于天然草地,但是,恢复后三年,恢复草地群落丰富度显著高于恢复后一年;恢复后一年和恢复三年,恢复草地植物群落辛普森多样性指数都比天然草地显著降低,综上,恢复草地植物群落物种多样性随时间的延长,可以得到一定恢复,但离天然草地还有一定距离,从各植物群落来看,恢复后一年,恢复草地禾本科丰富度显著高于天然草地,豆科、莎草科、杂类草丰富度显著低于天然草地。恢复后三年,恢复草地禾本科丰富度显著高于天然草地,豆科、莎草科、杂类草丰富度显著低于天然草地。相比恢复后一年,恢复后三年禾本科丰富度高于恢复后一年,但结果不显著,莎草科丰富度显著低于恢复后一年,杂类草丰富度显著高于恢复后一年,而豆科的丰富度低于恢复后一年,但不显著。
参考文献(略)


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