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干热河谷属于我国典型的生态系统退化区,植被恢复是干热河谷退化生态系统整治的重要手段。本研究在全面调查元谋干热河谷植被恢复特征的基础上,选取干热河谷具有典型性和代表性的三种植被恢复模式(印楝模式、新银合欢模式和桉树模式)作为研究对象,通过分析植被恢复前后土壤结构和功能的差异性,揭示植被恢复对土壤功能的影响机制;同时,通过研究不同土壤类型和土壤不同肥力、结构处理对植被生长性状的影响规律,揭示土壤功能对植被的影响机制。主要研究结论有如下4个方面:
(1)植被恢复对土壤结构的影响
通过测定三种植被恢复模式与其对照地的土壤颗粒组成、微团聚体、容重、孔隙状况等指标,对比分析植被恢复前后土壤结构的变化规律以及植被根际与非根际土壤结构的变化规律,运用灰色关联度模型,对土壤结构指标进行灰色关联程度的综合评价,得出土壤结构关联度排序依次为桉树＞新银合欢＞印楝,表明桉树和新银合欢恢复后对土壤结构的改善作用明显,印楝恢复后未起到改善土壤结构的作用。三种恢复模式根际土壤结构显著优于非根际,表明植被根系生长对土壤结构有明显的改良作用,能提高土壤粒径分布范围的广度和均匀程度,从而改善土壤的通气性、土壤持水性等多种土壤物理特性。
(2)植被恢复对土壤水源涵养功能的影响
通过测定土壤的水分特征曲线,运用Gardner幂函数θ=aS-b模型,研究土壤吸力和含水量之间的关系,拟合模型的a值和a·b值分别代表持水能力和供水能力,持水能力和供水能力由强到弱依次为桉树＞新银合欢＞印楝。通过土壤总孔隙度和非毛管孔隙度测算土壤的最大蓄水量和有效蓄水量,三种植被恢复模式的土壤最大蓄水量和有效蓄水量依次为印楝＞新银合欢＞桉树。对土壤结构与土壤水源涵养功能进行简单相关分析得出土壤结构中容重和孔隙状况是影响土壤水涵养功能的主要因素。
通过枯落物的浸水试验、抑制土壤蒸散发试验和截留试验,得出枯落物持水能力和截留能力依次为印楝＞新银合欢＞桉树,抑制土壤蒸散发的效应依次为桉树＞新银合欢＞印楝。
(3)植被恢复对土壤养分供给功能的影响
通过测定土壤pH、有机质、C/N比、阳离子交换量、全量养分、速效养分以及酶活性等指标,对比分析三种恢复模式与其对照地以及恢复植被根际与非根际的土壤养分变化规律。结果表明,与对照地相比,印楝恢复模式土壤有机质、C/N比、阳离子交换量、全氮、全钾、速效钾含量有所降低;新银合欢恢复模式土壤阳离子交换量、全磷、全钾、速效钾含量有所降低;桉树恢复模式pH、阳离子交换量、全量养分、速效养分含量均有不同程度的降低。三种恢复模式根际土的养分指标和酶活性都高于非根际土。
运用Olson指数衰减模型(Y=ae-kt)能较好的模拟三种枯落物分解残留量随时间的变化规律,由此测算出半衰期和完全分解期长短依次为印楝＞桉树＞新银合欢。
根系分泌物测定是根据树根浸提液和根际土浸提液在GC/MS中总离子流图,对匹配指数800以上的化合物进行了鉴定和峰面积归一化计算各组分相对百分含量,根与根际土浸提液的相同组分即为根系分泌物。研究结果表明三种植被的根系分泌物均存在化感物质。
(4)土壤功能对植被的影响
通过不同土壤类型和土壤不同肥力和结构处理对植被生长性状的影响试验,结果表明黄棕壤中柱花草生长最好,适宜的施肥条件和合理的土壤结构有利于植被的生长。运用典型相关分析法,研究表明土壤的粉粒、粘粒含量、平均重量直径、颗粒分形维数,以及全氮、全钾、有机质、阳离子交换量、pH等土壤功能指标是影响植物生长的主要因素。