五台山典型植被群落湿沉降过程中水质变化特征

发布时间：2020-10-17 16:19

　　 氮(N)是水体富营养化和酸化的诱因之一,五台山是多条河流发源地,在N沉降不断增加和气候变化背景下,其亚高山草甸和森林生态系统对流域水质的影响应得到重视。本论文结合国家自然科学基金项目“基于水文过程和冻融循环的高山植被土壤氮动态研究”,初步研究了五台山典型亚高山植被群落湿沉降过程中不同空间层次及不同时间N浓度变化特征及对径流水质的影响,以期为海河流域亚高山水源涵养区植被保护与经营提供依据,为气候变化对亚高山草甸及森林水化学过程影响研究提供基础数据。本文选取研究样地3个:亚高山草甸(CD)、华北落叶松(HL)、华北落叶松×云杉混交林(YH)。于2015~2017年期间,对实验地区降雨、积雪、林内雨、林内积雪、枯落物渗滤液、地表径流及融雪径流的N浓度进行监测与分析。首先通过对生长季降雨、林内雨、枯落物渗滤液及地表径流,对季节冻融期积雪、林内积雪、融雪径流的分析,揭示典型植被群落不同层次(林冠层、枯落物层、土壤层)对N的截留效应及影响水质变化原因。其次,通过对各时期地表径流及融雪径流的分析,揭示时间变化对径流N浓度大小的影响。最后,使用单因子评价法、综合指数法和灰色关联度法对典型植被群落地表径流及融雪径流输出的水质状况进行综合评价。结果表明:(1)从2015年~2017年在五台山东台至北台一线林区所监测的大气降雨平均pH为6.89,该值高于我国北方降雨pH均值5.6,酸雨情况不明显。(2)典型植被群落不同层次的水质变化特征分析表明:1)生长季,降雨经过HL和YH林冠层、土壤层及CD土壤层后水体pH都增大,且土壤层对水体pH的缓冲作用更大,同时HL对水体pH缓冲效果更好。季节冻融期,积雪融化形成融雪径流,CD、HL和YH融雪水pH都增大,且HL对水体pH缓冲效果依然优于CD和YH;2)生长季,HL林冠层截留降雨中TN和NH_4~+,YH林冠层则向水体释放了TN、NH_4~+、NO_3~-;HL枯落物层截留林内雨中NO_3~-,YH枯落物层则截留林内雨中NH_4~+;HL和YH土壤层都削减了枯落物渗滤液中TN、NH_4~+、NO_3~-,且YH土壤层的削减效果较HL更好,但HL林内雨、枯落物渗滤液和地表径流中TN、NH_4~+、NO_3~-浓度全部低于YH,因此,HL对水体中N的截留能力优于YH。而降雨经过CD后,其地表径流TN、NH_4~+、NO_3~-浓度与HL和YH相比更小,因此,CD对净化水质的效果更好,且土壤层是改善水质的主要层次。季节性冻融期,CD土壤层截留融雪水中TN、NO_3~-和NH_4~+,而HL和YH则向融雪径流释放TN、NO_3~-,因此,CD对改善融雪径流水质效果依然优于HL和YH。(3)典型植被群落不同时间径流水质变化特征分析表明:1)各植被群落年径流pH(CD:7.12~8.38,HL:7.02~8.06,YH:6.80~7.91)时间变化幅度较小,季节冻融期较大,生长季较小,总体上都呈现弱碱性;2)各植被群落径流TN、NH_4~+浓度生长季较高,季节冻融期较低,其径流TN浓度变化范围(CD:1.27~4.11mg/L,HL:2.01~4.36mg/L,YH:1.33~5.34mg/L),径流NH_4~+浓度变化范围(CD:0.04~3.38mg/L,HL:0.03~3.53mg/L,YH:0.06~3.39mg/L);CD、YH径流NO_3~-浓度生长季较高,HL径流NO_3~-浓度则季节冻融期较高,其径流NO_3~-浓度变化范围(CD:0.51~1.99mg/L,HL:1.47~1.93mg/L,YH:0.19~3.43mg/L)。且从年径流各形态N浓度输出情况来看,NH_4~+浓度输出主要集中在生长季,而TN、NO_3~-浓度输出尽管生长季任占重要地位,但季节冻融期不容忽视。(4)对地表径流和融雪径流的水质综合评价表明,该区域植被群落径流水质偏差,可能会造成一定的流域水质污染,且生长季更易受到N元素的危害,使得水体富营养化。但是,该评价所选取的指标TN、NH_4~+、NO_3~-均是植物生长所必需的营养元素,也说明了该区域植被群落拥有充足的养分,其释放养分供应植物生长的能力较强,对五台山亚高山人工林及天然次生林的恢复起促进作用。
【学位单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：X52
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 研究目的及意义
    1.2 国内外森林水质研究进展
        1.2.1 国外研究概述
        1.2.2 国内研究概述
    1.3 森林对水质的影响
        1.3.1 对水化学成分的影响
        1.3.2 对河流泥沙含量的影响
        1.3.3 对溶解氧(DO)、病原体的影响
        1.3.4 人类活动对水质的影响
    1.4 国内外水质评价研究进展与方法
    1.5 研究内容和技术路线
        1.5.1 研究内容
        1.5.2 技术路线
第二章 研究区概况及研究方法
    2.1 研究区概况
        2.1.1 地理位置
        2.1.2 气候特征
        2.1.3 地质地貌
        2.1.4 水文特征
        2.1.5 土壤植被特征
    2.2 研究方法
        2.2.1 实验区设置
        2.2.2 水样品采集与测定方法
        2.2.3 土壤、枯落物样品采集与测定方法
    2.3 数据处理
第三章 典型群落不同空间层次水质特征变化分析
    3.1 生长季各群落不同层次水质变化特征
        3.1.1 pH值在典型群落各层次间的变化
        3.1.2 EC在典型群落各层次间的变化
        3.1.3 TDS在典型群落各层次间的变化
        3.1.4 各形态N在典型群落各层次间的变化
    3.2 季节性冻融期各群落积雪-融雪过程水质变化特征
        3.2.1 pH值在典型群落积雪-融雪过程的变化
        3.2.2 EC和 TDS值在典型群落积雪-融雪过程的变化
        3.2.3 各形态N在典型群落积雪-融雪过程的变化
    3.3 小结
第四章 典型群落径流水质不同时间特征变化
    4.1 不同时间典型群落径流水质变化过程
        4.1.1 径流pH值的变化
        4.1.2 径流EC和TDS值的变化
        4.1.3 径流各形态N浓度的变化
    4.2 小结
第五章 典型群落径流水质综合评价
    5.1 水质评价
        5.1.1 单因子评价
        5.1.2 综合指数评价
        5.1.3 灰色关联度评价
    5.2 不同径流水质评价对比
第六章 结论及建议
    6.1 结论
    6.2 建议
参考文献
致谢
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本文编号：2845030