石羊河流域下游在我国的生态安全中占有十分重要的地位。近几十年来,由于人为及自然环境的变化,该区域大面积农田退(弃)耕,形成植被性次生草地,它是草原向荒漠过渡的一类十分脆弱的旱生化草原生态系统。这类次生草地如果不及时保护,长时间大面积撂荒,就会风蚀沙化,成为新的沙尘源,形成恶性循环,使次生草地土壤生态系统再遭破环,其结果加剧和导致石羊河中下游成为全国的沙尘源区和特级告急的生态危机区,不利于石羊河流域综合治理工程的实施。因此,如何保护石羊河流域中下游绿洲退耕区次生草地,促进该地区生态环境的保护、修复和改善是亟待解决的新课题。本研究以石羊河流域中下游的民勤绿洲不同年限(1 a、2 a、3 a、4 a、5 a、8a、15 a、24 a及31 a)退耕区次生草地为研究对象,运用时空替代法,研究植被组成以及土壤的物理特性、化学特性、生物学特性和土壤酶活性在不同土层(0-10cm、10-20cm、20-30cm及30-40cm)及季节(春夏秋冬)的变化,研究各因子之间的关系,分析退耕区次生草地土壤系统演变规律及主要驱动因素,探讨该地区次生草地人工干预恢复技术对策,为退耕区次生草地的保护与利用提供了理论依据与科技支撑,获得如下主要结果:(1)不同年限退耕区次生草地植被群落自然演变过程中,物种丰富度指数和多样性指数呈先增大,后减小的变化趋势,均匀度则呈逐渐增大的变化规律。样地共发现植物34种,其中草本植物28种、灌木植物6种,隶属14科;表现出“多数种属于少数科、少数种属于多数科”的特点,大部分植物种为单属单科。植被演变过程可分为4个时期,即:一年生草本和多年生草本快速生长期(退耕1~3a)、一年生草本向多年生草本演变期(退耕3~8a)、多年生草本向灌木演变期(退耕8~24a)和以灌木为主的植被稳定期(退耕24~31a)。(2)不同年限退耕区次生草地土壤含水量随土层深度增加表现出“先增后减”的变化规律。表层土壤(0~20 cm)含水量变化幅度较大,下层土壤(20~40 cm)含水量差别不明显。细砂粒含量在50%以上,粘粒含量小于10%,土壤类型为沙土。随着次生草地自然恢复年限的延长,土壤粘粒逐渐减少,砂粒不断增加,变化幅度最大的土层为0~10 cm。随着退耕时间的延长,土壤孔隙度也出现了变化,但差异不明显。(3)在退耕区次生草地土壤系统演变过程中,随着植被恢复年限的延长,土壤中的大部分营养元素(有效钾、缓效钾、铵态氮、有效磷、全氮、速效磷)与有机质逐渐减小,而全盐量与ph明显增大,特别是盐分在退耕初期(1~4a)含量较低,在退耕5年后含量明显升高,表聚现象突出,说明土地盐渍化严重,土壤质量有下降的趋势。(4)土壤细菌、真菌及放线菌数量在退耕区次生草地自然恢复过程中表现为:细菌﹥放线菌>真菌,细菌是优势菌群,随土层加深与恢复年限的延长,微生物数量逐渐减小。随着恢复年限的延长,土壤微生物生物量碳与生物量氮逐渐减小,而生物量磷呈增加趋势;随土层加深,土壤微生物生物量碳、生物量氮及生物量磷逐渐减小,0~10cm微生物生物量在4层微生物总生物量中占有较大的比例,表现出明显的表聚性。(5)退耕区次生草地土壤过氧化物酶、脲酶、蔗糖酶和磷酸酶活性均表现出随土层加深而逐渐减小的趋势,且0~10cm酶活性在4层总酶活性中占有较大的比例。随着退耕区次生草地恢复年限的延长,脲酶和过氧化氢酶活性逐渐减小,蔗糖酶和磷酸酶变化不明显。(6)不同年限退耕区次生草地,土壤各相关因子都表现出季节动态变化规律,虽然不同因子变化规律不同,但大体可以归纳为2类。第一类:夏秋季较高,冬春季较低。如:土壤含水量、ph值、电导率、全氮、全磷、全钾、有效磷、硝态氮、有机质、mg2+、ca2+、微生物生物量碳、微生物生物量氮、微生物生物量磷、过氧化氢酶和磷酸酶活性等。第二类:春冬季在土壤中含量较高,夏秋季含量较低。如:土壤速效磷、有效钾、速效钾、缓效钾、hco3-、cl-和so42-等。(7)canoco是国际上一种比较成熟而且应用较为广泛的专门做排序的软件。排序作用就是将样方或植物种排列在一定的空间,使得排序轴能够反映一定的生态梯度,从而能够解释植被或植物种分布与环境因子之间的关系。通过典范对应分析方法(cca)研究表明:土壤粘粒、含水量、ph值、全钾、速效钾、速效磷、硝态氮、cl-、有机质、微生物生物量磷、脲酶、蔗糖酶等因素是退耕区次生草地土壤系统演变的主要驱动因子。其次有效钾、硝态氮、有效磷、钾离子、氯离子、全盐量、微生物生物量碳、微生物生物量氮、微生物数量、碳酸氢根离子、全氮及电导率等因子也与土壤系统演变有显著的相关性。(8)聚类分析表明:退耕区次生草地土壤系统演变过程中,5a、8a及15a左右分别是三个关键时期。在民勤退耕区次生草地保护过程中,从退耕第5a左右就要引起高度重视,进行人工有效干预,否则到第8 a左右就难以修复,到第15 a以后,土壤质量发生了质的变化,进一步加大了修复及保护难度,修复相当困难。