黄土高原北部人工灌草植被土壤干燥化过程研究
发布时间：2021-04-04 21:53
黄土高原北部水蚀风蚀交错区是典型的生态脆弱区,人工灌草植被土壤干燥化发生频繁。土壤干化层的形成影响生物小循环并削弱水文大循环,严重制约植被建设成效和区域生态稳定。为阐明人工灌草植被土壤干燥化过程,并确定适宜的种植年限,选择该区典型人工灌草植被—柠条和苜蓿为研究对象,分析两种植被土壤水分和地上生物量随生长年限的变化特征。结果表明:2—8年生柠条和1—7年生苜蓿对剖面土壤水分消耗强烈,并随生长年限呈快速下降趋势,9—12年生柠条和8—11年生苜蓿1.0—4.0 m剖面含水量分别降低至8.2%—9.0%和8.5%—10.5%之间,并处于相对稳定状态。4—5年生柠条地1—1.4 m开始产生干层,6年生柠条地干层深度达2.4 m,干层厚度为1.4 m;9—12年生柠条地干层深度超过4.0 m。2—4年生苜蓿地无干燥化;5年生苜蓿生长季末土壤干层深度达3.6 m,干层厚度为2.6 m,且7年生以后土壤干层的深度超过4.0 m。因此,为调控土壤干层,减少深层土壤干化的发生,建议柠条和苜蓿的生长年限分别不要超过6年和5年,其对应的地上最大干生物量分别为5050 kg/hm2和19...
【文章来源】：生态学报. 2020,40(11)北大核心CSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
2004—2014年研究区年降水量的逐年距平值变化图
1—11年生苜蓿地上最大干生物量随生长年限的增长呈先增大后减小,即中间高两头低的趋势(图5)。苜蓿自播种后生长迅速,生长至第6年其地上生物量达到高峰,之后苜蓿产量开始下降,并逐渐开始退化。在第10年(2013年),即使年降水量较大,处于丰水年,生物量依旧减少。11年生苜蓿地多数苜蓿植株趋于生理衰败,加之深层水分的大量消耗殆尽,生物产量极低。研究表明苜蓿地上部生物量与生长年限呈显著的负相关关系,苜蓿草地生长高峰期为第5—6年,苜蓿生长至6—7年之后,产量迅速下降,其经济生长年限一般为10年[15-16]。研究期间的苜蓿生物量较柠条低,但两者的耗水量差异不大,因此,柠条的水分利用效率高于苜蓿。白永红等[17]研究表明,黄土区柠条的水分利用效率显著高于苜蓿(P<0.05),是苜蓿的1.5倍,与我们的研究结果一致。3 讨论
表1 土壤干燥化强度分级划分Table 1 The division of soil desiccation intensity 干燥等级Desiccation grade 无干燥化No desiccation 轻度干燥化Slightly 中度干燥化Medium 严重干燥化Seriously 强烈干燥化Strongly 极度干燥化Extremely SDI值 SDI≥100% 75%≤SDI<100% 50%≤SDI<75% 25%≤SDI<50% 0≤SDI<25% SDI<0观测初期,柠条和苜蓿地土壤水分在1.0—4.0 m剖面上分布比较均匀,1.0—2.0 m,2.0—3.0 m和3.0—4.0 m土层储水量接近,随着植被生长3个土层储水量呈现随深度增加而减小的趋势,且随着生长年限增大3个土层储水量逐年减小(图3)。2—8年生柠条和1—7年生苜蓿,土壤储水量减少量和消耗速率由大到小依次为1.0—2.0 m,2.0—3.0 m和3.0—4.0 m,之后各土层储水量趋于接近。由图3可知,柠条和苜蓿地土壤水分消耗可分为3个阶段,第一阶段:快速消耗阶段(种植前5年),2—6年生柠条地1.0—2.0 m,2.0—3.0 m和3.0—4.0 m土层储水量的消耗速率分别为:24.3 mm/a,21.3 mm/a,16.0 mm/a;1—5年生苜蓿地3个土层对应的储水量消耗速率分别为23.9 mm/a,23.45 mm/a,20.0 mm/a。第二阶段:缓慢消耗阶段(种植6—8年)柠条地各层储水量的消耗速率分别为:1.7 mm/a,10.2 mm/a,12.5 mm/a;苜蓿地中3个土层对应的的储水量消耗速率分别为3.7 mm/a,3.1 mm/a,7.2 mm/a。第三阶段:相对稳定阶段(种植9—11年),柠条和苜蓿地各层土壤水分都处于相对稳定状态,且3个土层储水量差异很小,在80.0—100.0 mm之间变化。在第三阶段,1.0—2.0 m土层水分对年降水量有一定的响应,尤其在2013年,降水较多,1.0—2.0 m土层水分得到补给,且苜蓿地中补给量明显大于柠条地。2.0 m以下土层储水量变化幅度较小。
【参考文献】：
期刊论文
[1]模拟干化土壤中的植被生长及土壤水分变化[J]. 白永红,高志永,陆静,汪有科,董建国. 西北林学院学报. 2018(05)
[2]Response of soil water dynamics to precipitation years under different vegetation types on the northern Loess Plateau, China[J]. LIU Bingxia,SHAO Ming’an. Journal of Arid Land. 2016(01)
[3]黄土高原不同植被坡地土壤无机磷形态分布研究[J]. 张素霞,吕家珑,杨瑜琪,符孟虎. 干旱地区农业研究. 2008(01)
[4]半干旱黄土丘陵区柠条林水分生产力和土壤干燥化效应模拟研究[J]. 李小芳,李军,王学春,赵玉娟,程积民,邵明安. 干旱地区农业研究. 2007(03)
[5]黄土高原不同干旱类型区苜蓿草地深层土壤干燥化效应[J]. 李军,陈兵,李小芳,程积民,郝明德. 生态学报. 2007(01)
[6]黄土高原北部紫花苜蓿草地退化过程与植被演替研究[J]. 李裕元,邵明安,上官周平,樊军,王丽梅. 草业学报. 2006(02)
[7]宁南旱区苜蓿草地土壤水分消耗规律及粮草轮作土壤水分恢复效应研究[J]. 刘沛松,李军,贾志宽,于亚军,刘世新. 中国农学通报. 2005(09)
[8]半干旱区柠条生长与土壤水分消耗过程研究[J]. 程积民,万惠娥,王静,雍绍萍. 林业科学. 2005(02)
[9]黄土丘陵区紫花苜蓿生长与土壤水分变化[J]. 程积民,万惠娥,王静. 应用生态学报. 2005(03)
[10]黄土区土壤干化研究进展[J]. 王力,邵明安,王全九,贾志宽,李军. 农业工程学报. 2004(05)
博士论文
[1]黄土高原地区土壤干层的空间分布与影响因素[D]. 王云强.中国科学院研究生院（教育部水土保持与生态环境研究中心） 2010
[2]陕北黄土区陡坡地土壤水分植被承载力研究[D]. 王延平.西北农林科技大学 2009
[3]黄土高原水蚀风蚀交错带小流域植被恢复的水土环境效应研究[D]. 佘冬立.中国科学院研究生院（教育部水土保持与生态环境研究中心） 2009
本文编号：3118558
【文章来源】：生态学报. 2020,40(11)北大核心CSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
2004—2014年研究区年降水量的逐年距平值变化图
1—11年生苜蓿地上最大干生物量随生长年限的增长呈先增大后减小,即中间高两头低的趋势(图5)。苜蓿自播种后生长迅速,生长至第6年其地上生物量达到高峰,之后苜蓿产量开始下降,并逐渐开始退化。在第10年(2013年),即使年降水量较大,处于丰水年,生物量依旧减少。11年生苜蓿地多数苜蓿植株趋于生理衰败,加之深层水分的大量消耗殆尽,生物产量极低。研究表明苜蓿地上部生物量与生长年限呈显著的负相关关系,苜蓿草地生长高峰期为第5—6年,苜蓿生长至6—7年之后,产量迅速下降,其经济生长年限一般为10年[15-16]。研究期间的苜蓿生物量较柠条低,但两者的耗水量差异不大,因此,柠条的水分利用效率高于苜蓿。白永红等[17]研究表明,黄土区柠条的水分利用效率显著高于苜蓿(P<0.05),是苜蓿的1.5倍,与我们的研究结果一致。3 讨论
表1 土壤干燥化强度分级划分Table 1 The division of soil desiccation intensity 干燥等级Desiccation grade 无干燥化No desiccation 轻度干燥化Slightly 中度干燥化Medium 严重干燥化Seriously 强烈干燥化Strongly 极度干燥化Extremely SDI值 SDI≥100% 75%≤SDI<100% 50%≤SDI<75% 25%≤SDI<50% 0≤SDI<25% SDI<0观测初期,柠条和苜蓿地土壤水分在1.0—4.0 m剖面上分布比较均匀,1.0—2.0 m,2.0—3.0 m和3.0—4.0 m土层储水量接近,随着植被生长3个土层储水量呈现随深度增加而减小的趋势,且随着生长年限增大3个土层储水量逐年减小(图3)。2—8年生柠条和1—7年生苜蓿,土壤储水量减少量和消耗速率由大到小依次为1.0—2.0 m,2.0—3.0 m和3.0—4.0 m,之后各土层储水量趋于接近。由图3可知,柠条和苜蓿地土壤水分消耗可分为3个阶段,第一阶段:快速消耗阶段(种植前5年),2—6年生柠条地1.0—2.0 m,2.0—3.0 m和3.0—4.0 m土层储水量的消耗速率分别为:24.3 mm/a,21.3 mm/a,16.0 mm/a;1—5年生苜蓿地3个土层对应的储水量消耗速率分别为23.9 mm/a,23.45 mm/a,20.0 mm/a。第二阶段:缓慢消耗阶段(种植6—8年)柠条地各层储水量的消耗速率分别为:1.7 mm/a,10.2 mm/a,12.5 mm/a;苜蓿地中3个土层对应的的储水量消耗速率分别为3.7 mm/a,3.1 mm/a,7.2 mm/a。第三阶段:相对稳定阶段(种植9—11年),柠条和苜蓿地各层土壤水分都处于相对稳定状态,且3个土层储水量差异很小,在80.0—100.0 mm之间变化。在第三阶段,1.0—2.0 m土层水分对年降水量有一定的响应,尤其在2013年,降水较多,1.0—2.0 m土层水分得到补给,且苜蓿地中补给量明显大于柠条地。2.0 m以下土层储水量变化幅度较小。
【参考文献】：
期刊论文
[1]模拟干化土壤中的植被生长及土壤水分变化[J]. 白永红,高志永,陆静,汪有科,董建国. 西北林学院学报. 2018(05)
[2]Response of soil water dynamics to precipitation years under different vegetation types on the northern Loess Plateau, China[J]. LIU Bingxia,SHAO Ming’an. Journal of Arid Land. 2016(01)
[3]黄土高原不同植被坡地土壤无机磷形态分布研究[J]. 张素霞,吕家珑,杨瑜琪,符孟虎. 干旱地区农业研究. 2008(01)
[4]半干旱黄土丘陵区柠条林水分生产力和土壤干燥化效应模拟研究[J]. 李小芳,李军,王学春,赵玉娟,程积民,邵明安. 干旱地区农业研究. 2007(03)
[5]黄土高原不同干旱类型区苜蓿草地深层土壤干燥化效应[J]. 李军,陈兵,李小芳,程积民,郝明德. 生态学报. 2007(01)
[6]黄土高原北部紫花苜蓿草地退化过程与植被演替研究[J]. 李裕元,邵明安,上官周平,樊军,王丽梅. 草业学报. 2006(02)
[7]宁南旱区苜蓿草地土壤水分消耗规律及粮草轮作土壤水分恢复效应研究[J]. 刘沛松,李军,贾志宽,于亚军,刘世新. 中国农学通报. 2005(09)
[8]半干旱区柠条生长与土壤水分消耗过程研究[J]. 程积民,万惠娥,王静,雍绍萍. 林业科学. 2005(02)
[9]黄土丘陵区紫花苜蓿生长与土壤水分变化[J]. 程积民,万惠娥,王静. 应用生态学报. 2005(03)
[10]黄土区土壤干化研究进展[J]. 王力,邵明安,王全九,贾志宽,李军. 农业工程学报. 2004(05)
博士论文
[1]黄土高原地区土壤干层的空间分布与影响因素[D]. 王云强.中国科学院研究生院（教育部水土保持与生态环境研究中心） 2010
[2]陕北黄土区陡坡地土壤水分植被承载力研究[D]. 王延平.西北农林科技大学 2009
[3]黄土高原水蚀风蚀交错带小流域植被恢复的水土环境效应研究[D]. 佘冬立.中国科学院研究生院（教育部水土保持与生态环境研究中心） 2009
本文编号：3118558
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