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沟谷地作为黄土丘陵区重要的地貌单元,恢复退化的沟坡植被系统对防止水土流失、改善生态环境及实现该区域生态系统的可持续发展具有重要的现实意义。随着我国西部生态环境建设的逐步实施,植被恢复的生态环境效应研究也已逐渐成为研究人员关注的热点问题。尽管在黄土高原沟谷地植被恢复和重建研究与实践中,科技工作者和劳动人民摸索出大量的植被恢复的途径和方法,但有关沟谷地植被恢复对环境影响的评价研究明显滞后,其影响机制尚不清楚。因此,本研究以黄土丘陵区沟谷地植被恢复的环境影响为研究目标,以安塞县三条典型植被恢复沟谷地为对象,通过定位监测和样带调查,分析了沟谷地植被恢复后的植物群落结构、土壤水分、温度、和土壤理化性质的变化,得到如下主要研究成果:1)沟谷地植物群落调查共记录植物82种,隶属32个科;其中菊科(17.1%)、禾本科(15.9%)和豆科(13.4%)共占总物种数的46.3%。经过20a左右的植被恢复,不同植被恢复模式沟谷地的植物群落均呈现良好演替趋势;人工植被柠条灌丛和刺槐林恢复模式对沟谷地草本层盖度和群落枯落物盖度及生物量方面作用效果较好;而天然草地对沟谷地草本层生物量方面作用效果较好;沟谷地物种多样性指数表现出人工植被恢复模式效果优于自然恢复,而且人工柠条灌丛植被恢复模式优于人工刺槐林植被恢复模式。柠条灌丛沟谷地不同坡位植物种群相似系数较高,而刺槐林沟谷地和天然草地沟谷地不同坡位植物种群相似系数略低;沟谷地的种群相似系数在沟坡上部略高于沟坡下部和沟底,东坡略高于西坡。人工植被建设可以促进黄土丘陵区沟谷地的植被恢复进程,研究建议在今后黄土丘陵区沟谷地人工植被建设过程中,需要再加大乡土树种的引入、提高树种的多样性、合理树种的空间配置和注意灌/乔树种的比例。2)土壤水分和温度是反映土壤环境的重要指标,对土壤中各种生物化学过程具有着重要的影响。通过对不同植被恢复模式和降雨量梯度沟谷地土壤水分和温度0-500 cm剖面及空间分布的研究,主要结果和结论如下:不同植被类型沟谷地土壤水分和温度间存在着显著差异,其中,不同植被恢复模式沟谷地土壤水分含量表现为草地沟>柠条沟>刺槐沟,含水量变异系数表现为刺槐沟>柠条沟>草地沟;不同植被恢复模式沟谷地土壤温度总体表现为刺槐沟>草地沟>柠条沟,变异系数呈现出草地沟>柠条沟>刺槐沟。结果表明不同植被恢复类型可以对沟谷地土壤的水分和温度产生分异,这可能与群落优势种的生物学特性密切相关。不同降雨梯度沟谷地土壤的水分和温度间也存在显著差异。其中,沟谷地土壤水分含量与降雨量呈正相关,沟谷地0-500cm剖面土壤平均含水量表现为西河口>沿河湾>镰刀湾,土层间含水量的变异系数为镰刀湾>沿河湾>西河口;沟谷地0-500 cm剖面土壤温度的平均值表现为镰刀湾>西河口>沿河湾,变异系数呈现出沿河湾>西河口>镰刀湾。结果表明,降雨量差异可以对沟谷地的土壤水分和温度产生显著影响。因此,沟谷地植被恢复过程需要在考虑当地降雨条件下,注意植被类型的空间配置,进而达到该区生态环境的改善和提升。3)沟谷地经过二十年左右的植被恢复后,不同植被恢复模式沟谷地间,土壤中C、N、P(除G-Rp和G-Ck之间)的累积与土壤速效钾的整体水平相似,但土壤的硝态氮、铵态氮、速效磷和土壤p H值水平存在着显著差异;在沟谷地从沟坡上部到沟底,土壤性质呈升高趋势,除在G-Rp沟底。非度量多维标度(NMS)排序和多响应置换过程(MRPP)分析表明,沟谷地间土壤性质的显著差异受到不同植被恢复类型和地形影响。研究表明,通过不同植被恢复模式可以改善沟谷地的土壤性质,而且,人工植被相对于自然恢复草地在提高土壤的速效养分含量方面更具优势。因此,人工植被恢复是控制沟谷地土壤侵蚀的有效措施,有利于改善黄土丘陵区的生态环境。4)三种植被恢复模式对沟谷地土壤有机碳和全氮的含量及储量具有显著的提高作用,对土壤全磷含量及储量略有减少的影响,其中柠条灌丛沟谷地土壤全磷相对于对照(坡耕地)减少达显著差异(P<0.05);土壤碳氮磷的含量及储量在沟谷地的空间分布存在显著差异(P<0.05),总体呈由上到下递增趋势(除了G-Rp沟底);沟谷地土壤碳氮元素间呈正向和极显著的线性相关关系(P<0.0001)。在黄土丘陵区沟谷地地貌单元实施植被恢复,可以显著地提高沟谷地土壤的碳汇和氮素储量,并且对该区域生态系统恢复和环境改善具有重要的积极意义。5)植被和土壤的耦合协调关系是沟谷地植被恢复进入良性演替发展阶段的重要指示标志。研究通过建立9个植被因子和11个土壤因子的2级层次指标体系,采用层次分析法确定各因子的权重,构建沟谷地植被-土壤系统耦合协调模型。结果表明:经过二十多年的植被恢复,不同植被恢复模式沟谷地的植被-土壤系统发展趋势基本处于中级协调发展水平上。其中,刺槐沟处于中级发展模式水平植被土壤同步型,柠条沟和草地沟为中级发展模式水平土壤滞后型;这表明不同植被恢复模式对沟谷地植被-土壤系统的影响存在一定差异,但总体上促进了沟谷地生态系统的协调发展。通过进一步相关分析和逐步回归线性分析,结果表明:植被属性与土壤理化性质之间存在着多种相互关联关系,并且满足良好的线性回归关系。总体上,沟谷地的植被演替过程是植被属性与土壤性质因子间相互影响、相互作用的过程;植被与土壤间的协同演替关系是沟谷地植被恢复健康发展的重要基础。