基于土壤种子库的人工促进退化土地植被自然恢复与重建技术研究
南大洼沙荒地位于河北省北部的围场县，地处北方干旱半干旱地区，长期以来由于人类不合理的生产活动、干旱多风的气候条件以及该地脆弱的生态系统，土地荒漠化严重，而干旱、土壤贫瘠、种子库种源不足等因素又限制了该地区沙荒地植被恢复。迁安市位于河北省东部，铁储量大，素有“钢铁迁安”之称，随着铁矿的开采，铁尾矿也大量堆积，造成了严重的环境问题，且植被恢复困难。因此，南大洼沙荒地和迁安铁尾矿成为研究植被自然恢复与重建的两种典型退化土地。本文在南大洼沙荒地设置客土（以覆土的形式捐赠土壤种子库）、客土加入保水剂、原状沙荒地穴播种子、原状沙荒地穴播并加入保水剂和沙荒地对照区5种处理，通过借用退化沙荒地附近种源地土壤种子库和人工补充种源的方式，分析不同土壤处理措施对退化沙荒地土壤和植被恢复的作用，研究基于土壤种子库的近自然植被恢复;同时，以该项技术为基础，选用植被恢复更为困难的迁安铁尾矿作为盆栽土壤基质，在校内利用无机肥、有机肥和土壤以不同比例与铁尾矿混合，设置12种不同处理的盆栽实验，在盆栽中播入油松、樟子松、苜蓿和紫穗槐4种植物种子模拟天然土壤种子库，分别调查了土壤理化特征及植被特征，分析了不同改良措施在土壤及植被恢复过程中的作用，得出如下结论:
(1)种子库物种数目是种源地＞沙荒地，均以多年生草本植物为主，且双子叶植物居多，未发现乔灌木植物种子。种子密度种源地＞沙荒地。
(2)不同改良措施下草本α物种多样性表现为:1）Margalef丰富度指数，客土加保水剂处理地＞客土地＞沙荒地。2）Pielou均匀度指数，客土地与客土加保水剂处理地相差不大，但都明显高于沙荒地。3）Simpson多样性指数，客土加保水剂处理地最大，其次是客土地，最后是沙荒地。4)Shannon-wiener多样性指数，客土加保水剂处理地＞客土地＞沙荒地。
(3)客土和客土加保水剂处理样地的生物量，无论是地上部分还是地下部分都要远远的高于沙荒地的生物量，客土地的生物量（937.80g/m2）是沙荒地生物量(287.11g/m2)的3.27倍。从根冠比来看:沙荒地1.85＞客土地1.69＞客土加保水剂地1.04。
(4)土壤有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、速效磷、速效钾含量变化趋势大体相同，均表现为:在0-10cm土层中3种速效养分以客+保处理地＞客土地＞沙荒地(ck)，而10-20cm、20-40cm土层，3个样地的速效养分含量无明显差异。
(5)盆栽实验的物理性质:铁尾矿、铁尾矿+无机肥(100kg/hm2N、50kg/hm2P、50kg/hm2K)和铁尾矿+无机肥(200kg/hm2N、100kg/hm2P、100kg/hm2K)容重相差不大;掺土处理中，铁尾矿+25％土＞铁尾矿+50％土＞铁尾矿+75％土＞100％全土;猪粪处理铁尾矿+1％猪粪＞铁尾矿+5％猪粪＞铁尾矿+10％猪粪，随着猪粪施用量的增加，铁尾矿容重也略微降低。铁尾矿、铁尾矿+无机肥(100kg/hm2N、50kg/hm2P、50kg/hm2K)和铁尾矿+无机肥(200kg/hm2N、100kg/hm2P、100kg/hm2K)3种无机肥处理的持水量相差不大;100％全土＞铁尾矿+75％土＞铁尾矿+50％土＞铁尾矿+25％土，掺土量越大对持水量的影响越大;铁尾矿+10％猪粪＞铁尾矿+5％猪粪＞铁尾矿+1％猪粪，有机肥施用量的增加有利于提高铁尾矿的持水量。
(6)施用无机肥处理的电导率是铁尾矿+无机肥(200kg/hm2N、100kg/hm2P、100kg/hm2K)＞铁尾矿+无机肥(100kg/hm2N、50kg/hm2P、50kg/hm2K)＞铁尾矿;掺土处理的电导率也表现为100％全土＞铁尾矿+75％土＞铁尾矿+50％土＞铁尾矿+25％土;猪粪处理的电导率是铁尾矿+10％猪粪＞铁尾矿+5％猪粪＞铁尾矿+1％猪粪。
(7)阳离子交换量铁尾矿、铁尾矿+无机肥(100kg/hm2N、50kg/hm2P、50kg/hm2K)和铁尾矿+无机肥(200kg/hm2N、100kg/hm2P、100kg/hm2K)相差不大;随着掺土比例的增加，矿砂的阳离子交换量逐渐增加，表现为100％全土＞铁尾矿+75％土＞铁尾矿+50％土＞铁尾矿+25％土;猪粪对于矿砂阳离子交换量的改善较差，铁尾矿+1％猪粪、铁尾矿+5％猪粪、铁尾矿+10％猪粪和铁尾矿+5％猪粪+无机肥(100kg/hm2N、50kg/hm2P、50kg/hm2K)4个处理的阳离子交换量都处在较低的水平。
(8)苜蓿和紫穗槐的叶绿素含量，在无机肥处理中，叶绿素含量表现为铁尾矿+无机肥(200kg/hm2N、100kg/hm2P、100kg/hm2K)＞铁尾矿+无机肥(100kg/hm2N、50kg/hm2P、50kg/hm2K)＞铁尾矿，随着客土比例的增加，两种植物的叶绿素含量也逐渐增加;在全土处理中，叶绿素含量均达到最大值;有机肥处理对植物叶绿素含量也有一定的影响。
(9)苜蓿和紫穗槐植物蛋白含量均随无机肥施用量、掺土比例、猪粪施用比例的增大而增大，其中掺土对两种植物的蛋白含量影响最大，苜蓿在铁尾矿+25％土+无机肥(100kg/hm2N、50kg/hm2P、50kg/hm2K)处理中达到最大值(5.59％)，紫穗槐在全土处理中达到最大值(4.83％)。
(10)油松、樟子松、苜蓿、紫穗槐的生物量均随无机肥施用量及掺土比例的增大而增大，油松、樟子松、紫穗槐均在全土处理中达到最大值，分别为12.11g、1.21g和14.62g，苜蓿在铁尾矿+5％猪粪处理中达到最大值(12.89g)。
(11)在裸尾矿上生长的油松、樟子松和苜蓿的根冠比均较低，分别为0.301、0.300、0.326，紫穗槐的根冠比较高为0.972;在全土处理中，4种植物根冠比均达到最大值(0.918、0.911、0.989、1.780)。
土壤种子库;植被自然恢复;沙荒地;重建技术
河北农业大学
硕士
生态学
李玉灵
2013
中文
Q948.15
70
2013-12-31（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）