施氮对白羊草群落特征及土壤侵蚀过程的影响

发布时间：2019-11-28 23:09

【摘要】：大气氮沉降是目前全球变化研究最受关注的问题之一。氮沉降的日益加剧势必会改变草地生态系统群落特征,进而对其水土保持功能产生显著影响。本文选取黄土高原丘陵沟壑区地带性植物白羊草为研究对象,以人工种植模拟白羊草群落和连续3年氮添加实验为基础,采用人工模拟降雨的试验方法,系统研究了土壤有效氮升高对草地群落地上特征、根系特征和土壤理化性质的影响,以及上述因子之间的耦合作用对坡面产流、产沙过程的影响。取得了以下主要结论:(1)施氮量对白羊草花序数量和株高的影响存在阈值,2.5g N m-2yr-1施氮量下白羊草花序数量和株高最大。白羊草地上生物量和盖度均随施氮量的增加而增加。施氮量较高时,根系只需要较小的吸收面积就可以满足自身生长需求,表现为根系总表面积、比表面积和根冠比随施氮量的增加而降低,5g N m-2yr-1施氮量下白羊草根系生物量密度最大。(2)在白羊草生长期(6~9月),有机质含量在前期没有显著变化,而后显著增加;随白羊草的生长,铵态氮表现为增加趋势,硝态氮含量整体呈下降趋势,这也在一定程度上使得全氮含量无显著变化;土壤全磷随时间整体并无显著差异,而速效磷随时间总体表现为增加趋势。对于不同土层深度,土壤有机质、全氮和铵态氮随土层深度的增加而降低;土壤表层的硝态氮含量低于深层含量,相反,铵态氮不易淋溶进入较深层土壤,使得其在表层土壤含量较高;随土层深度的增加,速效磷也表现为增大趋势。对于不同施氮处理,随着施氮量的增加,土壤有机质含量整体表现为先增后减,速效磷含量则整体呈递减的趋势;此外白羊草坡面的铵态氮含量显著降低;不同施氮处理间土壤中全氮、全磷及硝态氮均无显著差异。(3)白羊草群落特征可显著影响坡面产流产沙过程。不同施氮处理下坡面初始产流时间与白羊草盖度和降雨强度关系密切,随着盖度的增加和降雨强度的减小,坡面初始产流时间显著延长(77~195s)。60mm/h降雨强度下,各施氮处理白羊草累积产流量和产流速率均小于N0和CK处理;随着降雨强度的增加,累积产流量和平均产流速率均有所增加,但不同处理间并无显著差异。不同处理下累积产沙量、产沙速率和含沙量均随降雨强度的增大而增大,且N5处理的累积产沙量、产沙速率和含沙量分别为5.8g,0.07g/min和0.05g/L,均小于其他处理。不同处理下累积产沙量均随累积产流量的增大而增加,增幅由大到小依次为N0N2.5N10N5;累积产沙量随植被盖度和根系生物量密度的增加而减小,最终可表示为累积产流量、植被盖度和根系生物量密度的幂函数(R2=0.85,p0.01)。(4)白羊草群落具有明显的季节变化特征,进而显著影响坡面产流产沙过程。在白羊草整个生长期(6~9月),所有处理初始产流时间逐渐增加(50~190s),7~9月份累积产流量和产流速率无显著差异,但均较6月份显著减小;高施氮处理(N10和N5)累积产流量和产流速率整体大于低施氮处理(N2.5和N0);所有处理累积产沙量、产沙速率和含沙量均随着白羊草生长时间的增加呈减小趋势,且总体表现为N0处理最小,N2.5处理最大。所有处理累积产沙量随累积产流量的增加呈幂函数增大,但各施氮处理增加幅度不尽相同,总体表现为N2.5增幅最大,较N0(最小)增加了24.4%~92.1%。不同施氮处理下白羊草坡面产流产沙具有明显的年际变化特征,白羊草生长第3年累积产流量和稳定产流速率较第2年增加了4.1%和8.2%,而累积产沙量和稳定产沙速率则减小了75.0%和68.7%。(5)不同施氮量可显著影响生物结皮发育,表现为高施氮水平可促进藻类结皮发育,而在很大程度上抑制苔藓结皮生长,不同类型生物结皮可进一步对其水稳性产生影响。生物结皮可显著影响坡面产流产沙过程,无结皮坡面的初始产流时间较有结皮时减小了27.4%~59.6%;累积产流量和产流速率没有明显差异,总体减小了4.3%;累积产沙量和平均产沙速率增加了97.2%,含沙量增加了87.3%。总体而言,累积产沙量与生物结皮厚度、植被盖度和径流速率关系密切,且随生物结皮厚度和植被盖度的增大呈幂函数减小。
【图文】：

图 2-1 试验土槽示意图Fig. 2-1 Schematic diagram for soil bins标测定及数据统计 植物指标花序数量：以单个花序为单位，人工数出花序数量；株高：用卷尺直接测量小区内所有植株高度，取其平均高度；盖度：垂直照相法结合图片分析软件；地上生物量：在植物基部剪取地上部分，置于 65℃烘箱内烘干并称重。 地下根系圆柱铁皮环（直径 16cm）取 0～20cm 根系土样，水洗法收集土样中根系取部分植物根系样平铺于透明胶片上扫描（EPSON PERFECTION 4490PHOnRHIZO 软件分析扫描图像，，计算根长、根表面积、根体积等根系形态特征系烘干（65℃）称重，得到根系生物量密度。 土壤样品次施氮前，在不需降雨的同等施氮处理土槽中，用直径为 2.5cm 的小根钻

第三章 不同施氮水平下白羊草种群特征 第三章 不同施氮水平下白羊草个体生长特征氮沉降通过影响土壤养分含量进而影响白羊草个体生长特征。白羊草是原区的地带性植被，该区土壤有效氮含量较低，是研究土壤有效氮升高代表性区域。尤其是该区实施大规模退耕还林（草）工程后，植被状况化，然而有关氮沉降对植被恢复的影响相对滞后。鉴于此，本章以黄土地带性植被白羊草群落为研究对象，通过不同梯度的氮添加模拟氮沉降氮升高对白羊草生长特征的影响。对白羊草地上特征的影响序数量
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S157.1;S543.9

【参考文献】

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本文编号：2567192