黃土高原植被恢復與土壤種子庫在長期野外實地調查和多年固定樣地監(jiān)測的基礎上，通過對黃土高原7�。ㄗ灾螀^(qū)）200多個典型縣有關資料收集和室內實驗與統(tǒng)計分析及科學推斷等相結合的方法，研究了黃土高原草甸草原、典型草原、荒漠草原和灌叢草原類型區(qū)的植被恢復過程、土壤種子庫與氣候響應的變化關系，分析了土壤種子庫的不同特征及在退化植被恢復過程中的作用機理與潛力，提出了不同地帶植被恢復建設的調控措施，為實現(xiàn)黃土高原植被持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展提供了基礎數據和理論依據。
黃土高原植被恢復與土壤種子庫內容反映了該領域的最新研究成果，對豐富和發(fā)展我國生態(tài)環(huán)境與區(qū)域氣候響應等研究具有重要指導意義，對干旱半干旱區(qū)植被恢復與生態(tài)環(huán)境建設具有重要參考價值，可供科研、生產及高等院校農業(yè)、林業(yè)、牧業(yè)、草業(yè)、土壤、植物、水利、氣候和環(huán)境等相關領域的廣大師生和科技人員參考。
《黃土高原植被恢復與土壤種子庫》共分兩大部分十五章：第一部分為第一章至第九章，綜合闡述黃土高原的自然概況和歷史成因，詳細論述森林、灌叢、草地植被群落的分布規(guī)律和資源特點，揭示主要植物的分布與生態(tài)適應性，論述植被水分生態(tài)特征與調控途徑和植被恢復前景。第二部分為第十章至第十五章，論述土壤種子庫的國內外研究動態(tài)，分析黃土高原森林草原、典型草原和荒漠草原不同地帶土壤種子庫的變化趨勢，揭示植被自然更新、演替和恢復過程中土壤種子庫發(fā)揮的重要作用，以及植被恢復與建造的理論及技術途徑。
前言
第一章 研究動態(tài)
第一節(jié) 研究背景
第二節(jié) 國內外研究概況
一、氣候變化對植被恢復演替的影響
二、氣候變化對草地物種多樣性的影響
三、氣候變化對草地生產力的影響
四、氣候變化對草地群落分布格局的影響
五、氣候變化及人為干擾對草地恢復的影響
六、氣候環(huán)境對草地植被生長的響應
第三節(jié) 研究目的和意義
第二章 研究內容與方法
第一節(jié) 研究目標及內容
一、研究目標
二、研究內容
三、研究方法與技術路線
第二節(jié) 研究材料與方法
一、研究區(qū)自然概況
二、樣地選擇與樣方測定
三、植物與土壤樣品采集測定方法
四、數據分析方法
第三章 黃土高原草地土壤水分地帶性分布特征
第一節(jié) 草地土壤水分地帶性變異
一、草甸草原類型土壤水分變化
二、典型草原類型土壤水分變化
三、荒漠草原類型土壤水分變化
四、灌叢草原類型土壤水分變化
第二節(jié) 草地封禁演替過程與土壤水分變化動態(tài)
第三節(jié) 草地植被與土壤水分典型相關分析
第四節(jié) 討論
第四章 黃土高原草地土壤養(yǎng)分地帶性變化特征
第一節(jié) 草地土壤養(yǎng)分地帶性分布特征
一、封禁與退化草地土壤養(yǎng)分異質性
二、草地土壤養(yǎng)分時空分布特征
第二節(jié) 討論
一、草地土壤養(yǎng)分地帶性變異
二、草地土壤養(yǎng)分時空變異
第五章 黃土高原草原植被分區(qū)及物種豐富度對氣候的響應
第一節(jié) 草原植被沿樣帶植物區(qū)系成分的變化
一、典型植物的地理分布
二、物種豐富度的地帶性分布
三、物種豐富度沿降水梯度的空間異質性
第二節(jié) 討論
一、植被分布的地帶性變化
二、物種豐富度與降水量的相關性
第六章 黃土高原草地生產力沿降水梯度時空變異性
第一節(jié) 草地生產力沿樣帶梯度變化
一、草甸草原類型
二、典型草原類型
三、荒漠草原類型
四、灌叢草原類型
第二節(jié) 草地生產力沿樣帶空間降水梯度變化
一、草甸草原類型
二、典型草原類型
三、荒漠草原類型
四、灌叢草原類型
第三節(jié) 討論
第七章 黃土高原典型草地與氣候變化響應
第一節(jié) 草地植物優(yōu)勢種分布對降水和氣溫的響應
第二節(jié) 草地重要值對降水和氣溫的響應
第三節(jié) 草地封禁期物種密度對氣候的響應
第四節(jié) 討論
一、典型地區(qū)氣候變化特征
二、草地植被對氣候變化的響應
第八章 黃土高原草地封禁恢復與氣候變化響應
第一節(jié) 草地封禁恢復與氣候變化
一、草地群落密度與降水量及積溫的年際變化
二、草地更新與降水量和積溫的年際變化
三、草地生物量與降水量和積溫年際變化
第二節(jié) 討論
第九章 黃土高原典型種群分布格局與氣候變化響應
第一節(jié) 草甸草原類型
一、白羊草種群
二、黃背草種群
三、鐵稈蒿種群
四、豬毛蒿種群
第二節(jié) 典型草原類型
一、本氏針茅種群
二、大針茅種群
三、賴草種群
四、達烏里胡枝子種群
五、百里香種群
六、星毛委陵菜種群
七、冷蒿種群
八、茭蒿種群
九、茵陳蒿種群
十、阿爾泰狗娃花種群
第三節(jié) 荒漠草原類型
一、短花針茅種群
二、沙生針茅種群
三、芨芨草種群
四、苦豆子種群
第四節(jié) 灌叢草原類型
一、小葉錦雞兒種群
二、檸條錦雞兒種群
三、白刺花種群
四、沙棘種群
五、杠柳種群
六、虎榛子種群
七、刺葉柄棘豆種群
第五節(jié) 討論
一、草甸草原類型
二、典型草原類型
三、荒漠草原類型
四、灌叢草原類型
第十章 土壤種子庫研究動態(tài)
第一節(jié) 研究背景及意義
第二節(jié) 研究依據
第三節(jié) 國內外研究進展
一、土壤種子庫的研究進程
二、土壤種子庫的研究方法
三、目前種子庫研究的主要內容
四、存在的問題
第十一章 研究區(qū)概況及研究內容
第一節(jié) 黃土高原概況
第二節(jié) 研究區(qū)概況
一、典型草原區(qū)
二、森林草原區(qū)
三、荒漠草原區(qū)
第三節(jié) 研究目標
第四節(jié) 研究內容
一、土壤種子庫在典型草原封禁演替過程中的作用
二、森林草原地帶土壤種子庫特征研究
三、荒漠草原地帶土壤種子庫特征研究
四、種子質量、形狀與持久性的關系
第五節(jié) 研究技術路線
第十二章 土壤種子庫在典型草原封禁恢復演替過程中的作用
第一節(jié) 引言
第二節(jié) 材料與方法
一、樣地選擇
二、土壤種子庫野外取樣
三、土壤種子庫室內測定
四、地上植被調查
五、數據統(tǒng)計與分析
第三節(jié) 結果與分析
一、地上植被變化
二、土壤種子庫的物種組成變化
三、土壤種子庫的物種多樣性分析
四、不同樣地土壤種子庫的相似性分析
五、土壤種子庫的密度分析
六、枯落物對土壤種子庫的影響
七、土壤種子庫的空間分布格局
八、地上植被群落演替過程中土壤種子庫變化的梯度分析
九、土壤種子庫與地上植被的關系
第四節(jié) 討論
一、土壤種子庫物種組成在地上植被封禁演替過程中的變化
二、不同封禁年限對土壤種子庫物種多樣性的影響
三、土壤種子庫密度在封禁演替梯度上的變化及空問分布格局變化
四、枯落物對土壤種子庫的影響
五、地上植被與土壤種子庫演替梯度分析
六、土壤種子庫與地上植被的關系以及在草地恢復與預測中的作用
第五節(jié) 結論
第十三章 土壤種子庫在森林草原植被恢復中的作用
第一節(jié) 引言
第二節(jié) 材料與方法
一、樣地選擇
二、土壤種子庫野外取樣
三、植被調查與種子質量調查
四、幼苗調查
第三節(jié) 結果與分析
一、地上植被群落的基本結構特征
二、土壤種子庫物種組成
三、土壤種子庫物種多樣性
四、不同森林類型土壤種子庫的相似性分析
五、土壤種子庫密度
六、土壤種子庫與地上植被的關系
七、三種林型土壤種子庫中優(yōu)勢樹種種子動態(tài)及命運
第四節(jié) 討論
一、土壤種子庫物種組成與密度
二、土壤種子庫的動態(tài)變化及其種子質量
三、土壤種子庫與地上植被的關系
四、森林更新與管理建議
第五節(jié) 討論
第十四章 荒漠草原地帶土壤種子庫特征研究
第一節(jié) 引言
第二節(jié) 材料與方法
一、樣地選擇
二、野外地上植被調查與土壤種子庫取樣
第三節(jié) 結果與分析
一、地上植被變化
二、土壤種子庫變化
三、土壤種子庫與地上植被的關系
第四節(jié) 討論
一、荒漠草原土壤種子庫特征及與地理位置的關系
二、持久種子庫在荒漠草原植被恢復中的潛力
第五節(jié) 討論
第十五章 黃土高原地區(qū)種子質量、形狀與持久性的關系
第一節(jié) 引言
第二節(jié) 數據收集與方法
一、種子質量、形狀數據的收集
二、種子庫持久性分類方法
三、數據處理分析
第三節(jié) 結果與分析
一、黃土高原植物土壤種子庫分類
二、種子質量與形狀之間的關系
三、種子質量、形狀與持久性之間的關系
第四節(jié) 討論
一、黃土高原植物土壤種子庫的分類
二、種子質量、形狀與持久性之間的關系
第五節(jié) 結論
參考文獻
附件黃土高原主要植物名稱與生境
圖版
第一章 研究動態(tài)
第一節(jié) 研究背景
黃土高原是中華民族的搖籃和發(fā)祥地，在這片古老的土地上，中華民族創(chuàng)造了輝煌的華夏文明；黃土高原又是中國農業(yè)開發(fā)歷史最長的地區(qū)之一，在這片神奇的土地上，既記載了中華民族幾千年的文明史，又反映了中華大地億萬年生態(tài)演變過程，是研究中國自然變化與社會發(fā)展規(guī)律的數據庫。隨著大地構造變化和氣候的變遷，特別是近代人類活動的影響，該區(qū)的植被也經歷了一個漫長而復雜的演變過程（梁一民，2003） 。同時，黃土高原以她獨特深厚的黃土景觀和燦爛而古老的文化，以及嚴重的水土流失而聞名于世。本來，這里是氣候溫和、土層深厚、水草豐盛、林草廣布的森林草原地帶。然而，在漫長的歲月里，由于自然和人為活動的影響，特別是隨著人口的過快增長和土地的不合理利用，毀林毀草和開荒種地常有發(fā)生，地球表面森林、草原植被逐步遭到破壞和掠奪式利用，致使荒漠化加劇，自然災害頻繁，特別是水土流失與干旱缺水疊加，生態(tài)環(huán)境不斷惡化，生態(tài)系統(tǒng)平衡失調，進而影響人類的生存和社會的發(fā)展。所以，在近代植被與全球變化及人類活動的相互影響日益深刻與廣泛的時期，黃土高原植被分布特征、演變過程及恢復重建的前景也受到社會各界的重視和關注。
20 世紀90 年代，“草地”這一長期不受人們重視的領域，在中國社會經濟發(fā)展、生態(tài)環(huán)境惡化和人民生活質量提高的進程中，終于被擺在了應有的位置。城鎮(zhèn)中心社區(qū)大片綠地的建造，為人們提供了良好的活動空間及住宅環(huán)境，體現(xiàn)了人與自然的和諧；江河湖泊的泛濫和消長及揚塵和浮塵天氣的頻繁出現(xiàn)，不得不使人們關注到江河源頭涵養(yǎng)水源的林草植被和干旱半干旱草地植被的恢復；21 世紀營養(yǎng)結構對動植物食品的需求及標志農業(yè)現(xiàn)代化進展的畜牧業(yè)產值比例的提升，呼喚高效而優(yōu)質的飼草飼料行業(yè)迅速的發(fā)展。
與人們的關系越來越貼近，與社會經濟的發(fā)展也越來越緊密（洪紱曾，2002） 。因此，草地植被是十分重要的自然資源，也是人類生活和生產活動中物質財富的重要源泉，是黃土高原生態(tài)系統(tǒng)恢復和生態(tài)環(huán)境建設的主體。草地植被的恢復與建造取決于氣候、地形、土壤和土地等因素。黃土高原具有明顯的地理過渡帶，其地理位置為青海高原向華北平原和東北平原的過渡帶，氣候為東南濕潤季風氣候向西北內陸干旱氣候過渡，植被為暖溫帶落葉闊葉林向典型草原、荒漠草原植被類型的過渡，也是農林牧業(yè)生產水平較高、農村經濟文化比較發(fā)達向農牧業(yè)生產粗放、農村經濟文化欠發(fā)達的過渡。黃土高原特定的氣候與復雜多變的地貌類型及深厚的黃土中發(fā)育的各種類型的土壤上，形成了多種多樣的植物種類和植被類型（程積民和萬惠娥，2002） 。因此，研究黃土高原特殊的地貌和多變氣候環(huán)境條件下，植被群落的分布及物種的演替與氣候的響應無疑具有深刻的意義。
第二節(jié) 國內外研究概況
生態(tài)退化已成為全球性的環(huán)境問題。世界上有43 % 的陸地地表已發(fā)生生態(tài)退化。
我國生態(tài)退化也是驚人的（梁存柱等，2002） 。特別是在20 世紀的后10 年中，全球范圍的干旱和荒漠化日趨加劇，已經影響到生態(tài)系統(tǒng)種群的穩(wěn)定性和功能的維護，并帶來次生的生態(tài)環(huán)境問題，成為影響經濟社會可持續(xù)發(fā)展的主要限制因素。
植被是生態(tài)恢復的主體，而植被又是土壤類型、地貌特征、氣候變化和人類活動長期相互作用的產物，其分布、組成、發(fā)生和發(fā)展與環(huán)境條件密切相關，特別是受氣候變化的影響，定量描述區(qū)域尺度上植被的演變動態(tài)及其與氣候因子的相互關系是全球變化研究的重要內容（李曉兵和史培軍，2000 ；劉綠柳和肖風勁，2006 ；鄭新奇等，2005 ；范錦龍等，2007） 。同時，植物生態(tài)學的觀點認為主要植被類型表現(xiàn)著植物界對氣候類型的反應，每個氣候類型或分區(qū)都有相應的植被類型。由于氣候是決定地球上植被類型及其分布的最主要因素，因此，在全球變化與陸地生態(tài)系統(tǒng)關系的研究中，氣候唱植被關系的確定具有十分重要的實際意義（崔驍勇，2001 ；李金花，2002） 。
黃土高原植被退化，生態(tài)環(huán)境脆弱，其結構和功能具有很大的不穩(wěn)定性（陳利頂等，2001） ，必然成為全球變化響應的敏感區(qū)域（頡耀文和陳發(fā)虎，2002 ；Zhang et al.，2009b） ，其重度和中度退化草場面積占總面積的56.6 % ，而在半干旱黃土區(qū)，植被退化更為嚴重，如寧夏退化草場面積占草地面積的72 % ，其中固原縣自20 世紀60 年代以來草地面積減少了10.4 萬hm2 ，海原縣減少了14.8 萬hm2 （程積民和萬惠娥，2002） 。許多研究結果表明，氣候與植被的恢復存在著密切關系，植被退化引起了氣候與環(huán)境的大幅度變化，氣候變化導致高山降水格局變化比溫度變化更為明顯，據西藏地區(qū)40 年來的實際觀測顯示，該區(qū)氣候表現(xiàn)出向暖濕型發(fā)展的趨勢，季節(jié)的降水均呈不同程度的上升趨勢（徐宗學等，2007） 。甘肅定西、寧夏固原、陜西延安及內蒙古準格爾旗等十余縣，50 年來平均降水量減少63.3 mm ，氣溫上升1.26 ℃ （程積民和萬惠娥，2002） 。對于脆弱生態(tài)系統(tǒng)而言，植被退化導致氣候變暖和干旱加劇，而氣候變暖和干旱加劇又是加速區(qū)域植被退化的推動力，從而形成惡性循環(huán)。人為干擾及不合理利用又成為植被退化的主要驅動力，而脆弱的生態(tài)環(huán)境卻成為區(qū)域植被退化的自然內營力。因此，在全球變化下，黃土高原草地植被群落分布與氣候環(huán)境變化響應已成為目前亟須研究的重要科學問題，也是各國研究組織和各界人士共同關注的焦點。
發(fā)達國家在20 世紀30 年代就開始了大規(guī)模的植被恢復運動，美國（Jordan et al ．，1987） 、英國（李永宏，1994a） 、澳大利亞（ Hobbs ，1996a）和日本（宋永昌，1997）先后開展了退化草地恢復、改良與氣候變化方面的試驗研究；70 年代，美國召開了“受損生態(tài)系統(tǒng)恢復”國際研討會議，第一次專門討論了受損生態(tài)系統(tǒng)恢復與重建問題；80 年代，Jordan總結了世界各地有關恢復生態(tài)學的研究進展，出版了?恢復生態(tài)學：生態(tài)研究的一種綜合途徑?一書；90 年代，在瑞士蘇黎世召開了第一屆“恢復生態(tài)學與可持續(xù)發(fā)展”國際會議（Choi and Wali ，1999） ，開展了對恢復生態(tài)學的理論基礎與有關概念的探討。目前國際上已將恢復生態(tài)學與全球變化作為生態(tài)學研究的前沿領域之一，重點開展植被生態(tài)恢復與氣候效應，恢復演替過程與氣候影響重構演替序列，預測預報氣候變化下植被演替趨勢及植被恢復人為控制方面的研究。
我國在植被生態(tài)退化、恢復改良與氣候變化研究方面起步較早，20 世紀50 年代在全國草地資源狀況調查的基礎上已注意到草地退化問題；60 ~ 70 年代開始了劃區(qū)輪牧、以草定畜及植被退化成因與氣候變化等方面的工作；80 年代探討有關理論及防治退化的措施及技術；90 年代以來，國家從政策上對退化草地恢復與生態(tài)保育給予了重視，針對西部地區(qū)自然氣候條件進行草地工程建設；而真正把草地生態(tài)系統(tǒng)退化與氣候環(huán)境、生物多樣性保護聯(lián)系起來，進行專業(yè)性的退化及恢復機制的研究則是從20 世紀末期開始的（梁存柱等，2002） ，相繼在西部及黃土高原地區(qū)開展了植被退化現(xiàn)狀、恢復建設與綜合治理等研究，特別是在退化植被群落演替過程、恢復機理及其人為干擾（補播、施肥、改良、刈割和放牧）與氣候變化等方面取得了重要研究進展。
一、氣候變化對植被恢復演替的影響
植物群落的演替是對其初始狀態(tài)的異化過程，不但體現(xiàn)在種類組成和結構上，也體現(xiàn)在環(huán)境的改變上（曲國輝，2003） 。20 世紀初期，對植物群落演替的研究基本上是描述性的。隨著生態(tài)學的發(fā)展和科學研究的不斷深入，草地演替的研究方法逐漸轉變?yōu)槎糠治�，Dysterhuis （1949） 提出草地狀況定量分析法，作為放牧草地植被的定量分析指標。
在呼倫貝爾天然草地所進行的不同放牧試驗研究表明，演替度定量化是確定草地植被退化的重要指標（王德利等，1996） ，由此可見，根據草地植被演替度的變化，可以進行草地利用狀況評價或診斷（孫海群等，1999） 。
為解決氣候變化下退化生態(tài)系統(tǒng)植被恢復問題，國內外學者進行了多方面的研究工作，尋找合理恢復和改良退化草地的途徑和方法，在已有的各種方法中，對于大面積的退化草原來講，圍欄禁牧是一種有效且簡便易行的方法（閆玉春和唐海平等，2007） ，目前國內外已開展了許多有關封育措施對草地植被恢復影響方面的研究。退化草地封禁后，優(yōu)良多年生禾本科牧草的優(yōu)勢地位逐漸增加，多年生雜類草的競爭能力減弱，優(yōu)勢地位逐漸下降，說明退化草地圍封后草地牧草的質量顯著提高。封育改變了植物群落的地上和地下生物量的垂直分布變化，使群落結構優(yōu)化，植物分布向更高空間或更深土層延伸，從而增加植物對光能、水分及養(yǎng)分的利用（單貴蓮等，2010） 。諸多的試驗研究表明，對退化草地實行圍欄禁牧讓其自然恢復，不僅可以快速恢復天然植被，顯著提高草地生產力，而且在一定程度上也可起到恢復土壤的作用，還可以明顯改善草地不同退化程度的植物種類組成、蓋度、密度、高度和生物量，逐步恢復退化草地群落結構和功能，是改良退化草地最普遍和有效的措施之一，在國內外已經得到較為廣泛的應用（ Yan et al ．，2003 ；Zhou etal ．，2004 ；Wang et al ．， 2005） 。
受全球氣候變暖影響最明顯的生態(tài)系統(tǒng)是高緯度和高海拔地區(qū)（IPCC ，2007） 。有關研究表明，內蒙古典型草原退化群落類型――冷蒿，在圍封10 年后基本恢復到其原生群落類型，即以羊草和大針茅為主的優(yōu)勢種群落（康博文等，2006） 。半干旱典型草原區(qū)植被自然恢復演替過程基本經歷了百里香+ 雜草、本氏針茅+ 百里香、本氏針茅+ 鐵稈蒿、本氏針茅+ 大針茅群落不同階段（鄒厚遠等，1998） 。在典型草原區(qū)降水量450 mm 左右，封育條件下的演替過程為：草甸草原封育3 ~ 4 年后演替成較穩(wěn)定的草地→ 灌叢（黃櫨）群落；典型草原封育4 ~ 5 年后演替為草地→ 灌叢（檸條錦雞兒）群落和草地→ 灌叢（鬼箭錦雞兒）群落等；荒漠草原封育4 ~ 5 年后演替為草地→ 灌叢（檸條錦雞兒）群落等（程積民，1998） 。在森林草原區(qū)降水量550 mm 左右，植被在演替的第二階段，有大量的賴草種群出現(xiàn)，并形成伴生種占據了較大面積，與其他物種形成過渡性的演替類型，其后的演替出現(xiàn)了較多的達烏里胡枝子和冷蒿群落，形成本氏針茅+ 達烏里胡枝子、本氏針茅+ 冷蒿或冷蒿等相對穩(wěn)定的群落類型，部分地方還出現(xiàn)白羊草群落（溫仲明等，2005） ，表明草地群落演替受氣候變化的影響，植物組成發(fā)生了較大變化。由此看出，草地在封育條件下，進行其自然恢復，明顯改變了植被群落的結構，提高了草地生物量，充分顯示出封育措施在植被恢復中的重要作用。但長期封禁對草地植被的群落結構和生物量有不同程度的影響。內蒙古典型草原圍封26 年，地上現(xiàn)存量為309.5 g ? m- 2 ，明顯低于圍封7 年，群落高度、蓋度、密度和頻度等指標也表現(xiàn)出同樣的變化趨勢，表明圍封7 年的草地已經達到或接近其生產潛力的峰值，繼續(xù)圍封將不利于其維持較高的生產力（閆玉春和唐海平，2007） 。半干旱典型草原區(qū)封禁27 年，草地生物量為332.2 g ? m- 2 ，明顯低于封禁10 ~15 年的草地（程積民和萬惠娥，2006） 。因而，植被生態(tài)可持續(xù)性是指一定時空尺度上的生態(tài)系統(tǒng)在提供生態(tài)服務功能的同時，保持其自身組成、結構和過程的穩(wěn)定性。因此，研究氣候變化下的草地植被長期恢復演替與發(fā)生發(fā)展過程，對黃土高原乃至西部生態(tài)系統(tǒng)恢復與環(huán)境建設具有重要意義。
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