黄土高原石家岔小流域带状植物篱土壤水分空间分异特征

发布时间：2017-10-13 11:30

  本文关键词：黄土高原石家岔小流域带状植物篱土壤水分空间分异特征

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【摘要】：黄土高原是世界上水力侵蚀最严重的地区之一,降雨及径流是导致土壤侵蚀的主要动力,由于地形条件和水量的时空不均,水分成为了制约黄土高原植被恢复与生态环境建设的主要因素。带状植物篱由于其能拦蓄径流、调蓄水分、改良土壤等作用成为黄土高原最有效的水土保持措施之一。然而过去的研究对带状植物篱的结构重要性认识不足,对带状结构植物篱土壤水分空间特征缺乏系统、深入的探讨。本研究以黄土高原常见的柠条(Caragana korshinskii)和山杏(Armeniaca sibirica)两种带状植物篱为研究对象,通过对植物篱系统中土壤水分连续2年的动态监测以及土壤水分物理性质、土壤有机质、水稳性团聚体、机械组成的测定,分析结果表明:(1)柠条植物篱系统内各部位土壤容重、最大持水量、非毛管孔隙度、总孔隙度差异显著(P0.05);山杏植物篱系统与梯田土壤毛管孔隙度和非毛管孔隙度差异显著(P0.05);各部位间土壤水分物理性质因植物篱类型不同而分异明显。两种带状植物篱系统土壤小团聚体(粒径0.25~2.00mm)和微团聚体(粒径0.25mm)各部位分异显著(P0.05),植物篱对粒径2.00mm的水稳性团聚体空间分异产生明显影响。(2)两种带状植物篱土壤砂粒(粒径0.05~2mm)、粉粒(粒径0.002~0.05mm)、粘粒(粒径0.002mm)含量差异均不显著(P0.05),但植物篱能改变砂粒、粉粒、粘粒的相对组成。柠条植物篱系统内各部位土壤有机质表现为带内(3.57%、Ⅱ级)带后(3.09%、Ⅱ级)带间(2.72%、Ⅲ级)带前(2.64%、Ⅲ级),且各部位间分异明显;山杏植物篱系统土壤有机质表现为带间(1.47%、Ⅳ级)带内(1.41%、Ⅳ级),分异不明显;不同植物篱类型间有机质分异不同。(3)两种带状植物篱带内、带前、带间、带后表层土壤水分有效性均差异显著(P0.05)。柠条植物篱土壤水分有效性随距植被带距离的增加而提高,而山杏植物篱土壤水分有效性随距植被带距离的增加而降低。土壤水分有效性分级比较表明,柠条植物篱带间表层土壤水分为中效水,带后、带前、带内均为难效水,而山杏植物篱带内表层土壤水分为易效水,带后和带间均为中效水。(4)在土层20-100cm内,柠条植物篱各部位土壤体积含水量除在土层40cm处差异不显著外,在其他各土层均差异显著(P0.05)。在表层(20cm处)表现为带内带后带前带间,随着土层深度的增加带内土壤体积含水量逐渐降低,带间土壤含水量逐渐增加。山杏植物篱各部位土壤体积含水量基本相同且增减变化一致,土壤含水量不受距植被带距离的影响。在降水条件下,柠条植物篱各部位土壤水分有效性空间动态变化表现为带间带后带前带内,山杏植物篱各部位土壤水分有效性动态变化表现为带内带后带间。(5)两种物篱系统土壤水库吸持库容和总库容均表现为山杏植物篱(1255.67、1358.07 t/hm2)柠条植物篱(1140.90、1253.95 t/hm2)梯田(907.20、1176.20t/hm2);土壤滞留库容表现为梯田(269.00 t/hm2)柠条植物篱(113.05 t/hm2)山杏植物篱(102.40 t/hm2);植物篱能显著增强土壤贮水性能,且在不同植物篱类型之间差异表现明显。植物篱系统各部位间土壤体积含水量、实际贮水量、水库贮水效率均差异显著(P0.05)。土壤实际贮水量和水库贮水效率均随降雨发生动态变化,降雨是土壤实际贮水量和土壤水库贮水效率变化的驱动因子。(6)土壤水库总库容与土壤容重呈极显著负相关(P0.01),与土壤毛管孔隙度和总孔隙均呈显著正相关(P0.05);与土壤非毛管孔隙、机械组成、水稳性团聚体、有机质均无明显相关关系;土壤结构对土壤水库贮水性能影响明显。植物篱土壤水库贮水效率与土壤因子的逐步回归方程为Y=29.30-0.44 X3+0.13 X5-1.50 X7+0.30 X8(R2=0.98,P0.05);对土壤水库贮水效率的直接作用排序为水稳性团聚体(X8,0.84)粘粒(X7,-0.67)非毛管孔隙(X3,-0.40)砂粒(X5,0.22)。(7)植物篱系统土壤含水量在不同部位间和生长期内各月份间均差异显著(P0.05);各部位间剖面土壤含水量分布分异明显,且均小于梯田土壤含水量;柠条植物篱系统带内和带间在土层20-200cm内为干层,梯田在土层60-200cm内为干层;植被对干层的厚度及分布范围有着明显的影响,干层化程度表现为柠条植物篱带内带间梯田;植物篱能显著加剧土壤干旱程度,并能加深土壤稳定干层厚度。(8)植物篱系统各部位间土壤水分恢复程度在生长期内和垂直剖面上存在分异;与梯田相比,植物篱能减弱土壤水分恢复的程度;土壤水分恢复受到植被、降雨、土层深度的限制。进行植被恢复重建时应考虑当地的降水变化、土壤理化性质、植被类型,选择适宜的植被类型,并合理设置种植密度才能减少由土壤干化引起的土壤水分亏缺对植被恢复重建的影响。
【关键词】：带状植物篱 土壤水分 理化性质 水分有效性 土壤水库
【学位授予单位】：甘肃农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S157
【目录】：

• 摘要2-5
• SUMMARY5-12
• 第1章 绪论12-25
• 1.1 前言12-13
• 1.2 国内外研究现状13-21
• 1.2.1 植物篱的相关研究及述评13-18
• 1.2.2 退耕植被与土壤水分18-21
• 1.3 植物篱研究存在的问题21-22
• 1.4 研究目标和研究内容22-23
• 1.4.1 科学问题与研究目标22
• 1.4.2 研究内容22-23
• 1.5 技术路线23-24
• 1.6 数据处理方法24-25
• 第2章 试验材料与方法25-30
• 2.1 研究区概况25
• 2.2 试验方法25-30
• 2.2.1 样方设置25-26
• 2.2.2 土壤采集26
• 2.2.3 土壤理化性质测定26
• 2.2.4 土壤水分动态测定26-27
• 2.2.5 土壤供水系数和水分亏缺度计算27-28
• 2.2.6 土壤水库库容计算28
• 2.2.7 土壤干层指标及分级28-29
• 2.2.8 土壤干层水分恢复及分级29-30
• 第3章 带状植物篱土壤理化性质空间分异特征30-41
• 3.1 引言30
• 3.2 结果与分析30-36
• 3.2.1 两种带状植物篱土壤水分物理性质空间分异特征30-32
• 3.2.2 两种带状植物篱土壤水稳性团聚体空间分异特征32-33
• 3.2.3 两种带状植物篱土壤机械组成空间分异特征33-34
• 3.2.4 两种带状植物篱土壤有机质空间分异特征34-35
• 3.2.5 带状植物篱土壤因子间相关性分析35-36
• 3.3 结论36-37
• 3.4 讨论37-41
• 第4章 带状植物篱土壤水分有效性空间分异特征41-50
• 4.1 引言41
• 4.2 结果与分析41-47
• 4.2.1 两种植物篱土壤水分有效性空间差异分析41-43
• 4.2.2 两种带状植物篱各部位土壤水分动态变化43-45
• 4.2.2.1 两种带状植物篱各部位表层土壤水分随降水动态变化43-44
• 4.2.2.2 柠条植物篱系统各部位土壤含水量差异性分析44-45
• 4.2.3 两种带状植物篱土壤水分有效性在降雨条件下动态变化45-47
• 4.2.3.1 两种植物篱土壤供水系数在降水条件下动态变化分析45-46
• 4.2.3.2 两种植物篱土壤水分有效性在降水条件下动态变化分析46-47
• 4.3 结论47-48
• 4.4 讨论48-50
• 第5章 带状植物篱土壤水库空间特征50-61
• 5.1 引言50-51
• 5.2 结果与分析51-57
• 5.2.1 带状植物篱土壤水库贮水分析51-53
• 5.2.1.1 植物篱系统土壤水库贮水能力51-52
• 5.2.1.2 植物篱系统内各部位土壤水库空间分异性52-53
• 5.2.2 带状植物篱土壤水库对降雨的动态响应53-56
• 5.2.2.1 带状植物篱土壤贮水量对降雨的动态响应53-54
• 5.2.2.2 带状植物篱土壤水库贮水效率对降雨的动态响应54-56
• 5.2.3 土壤性质对植物篱土壤水库性能的影响分析56-57
• 5.2.3.1 土壤因子对土壤水库库容的影响56-57
• 5.2.3.2 土壤因子对土壤水库功能的影响57
• 5.3 结论57-58
• 5.4 讨论58-61
• 第6章 带状植物篱土壤干层特征61-71
• 6.1 引言61-62
• 6.2 结果与分析62-68
• 6.2.1 研究时段内月降雨特征62
• 6.2.2 生长期内植物篱系统各部位土壤水分差异性62-63
• 6.2.3 植物篱系统各部位剖面土壤水分分布特征63-64
• 6.2.4 植物篱系统土壤干层生长期内动态特征64-66
• 6.2.4.1 植物篱系统坡面尺度土壤干层动态分析64-65
• 6.2.4.2 植物篱系统各部位分层土壤干层动态特征65-66
• 6.2.5 植物篱土壤干层恢复分析66-68
• 6.2.5.1 植物篱系统各部位生长期内土壤干层恢复66-67
• 6.2.5.2 植物篱系统各部位剖面土壤干层恢复67-68
• 6.3 结论68
• 6.4 讨论68-71
• 第7章 对带状植物篱的展望71-73
• 参考文献73-91
• 致谢91-93
• 作者简介93-94
• 导师简介94-95

【参考文献】

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本文编号：1024626