黄土高原降水梯度带刺槐SPAC系统水分传输对干旱环境的适应性
发布时间：2021-09-03 13:53
在黄土高原地区,为了减轻土壤侵蚀和提升环境质量,刺槐（Robinia pseudoacacia L.）常被作为植被恢复的先锋树种大范围种植。然而,在种植刺槐后深层土壤含水量普遍产生严重亏缺,发生严重的土壤干燥化,干旱胁迫的频率和强度均显著增强,导致植物生长衰退和干旱死亡风险升高,对刺槐林的可持续性构成严重威胁。干旱胁迫下植物形态、结构的适应性调整可有效调节土壤—植物—大气连续体（SPAC）水分传输过程,维持植物体内在水分平衡以及提高水分传输安全性,从而提高植物的生存能力。因此,研究黄土高原降水梯度带刺槐SPAC系统水分传输过程的适应性对于评估和促进黄土高原人工林的可持续性具有重要意义。本研究通过黄土高原降水梯度带调查,研究了区域尺度刺槐叶片和个体水平性状的变异性;在人工气候室条件下通过不同供水量模拟降水梯度,进一步解析不同降水条件下植物性状的演变过程;利用不同土质的刺槐土柱试验,检验了存在土壤干层情况下植物供应—需求水力学模型（Sperry模型）对刺槐水分传输过程的预测精度,利用模型定量分析了根区土壤水分垂向异质性对刺槐水分传输安全性的影响;采用Sperry模型修改了生物地球化学模型（...
【文章来源】：西北农林科技大学陕西省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：95 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
黄土高原降水等值线、研究断面、研究点及代表性研究点位置
西北农林科技大学博士学位论文18人工气候室实验于2017年3~7月在西北农林科技大学水土保持研究所干旱模拟大厅内进行。气候室内人工光源波长为400～700nm，光照强度设置为700±100μmolm-2s-1，昼夜时间为14h/10h，昼夜温度为28℃/20℃，相对湿度为60%/80%。土壤取自杨凌地区0-20cm表层土壤，土质为塿土。土壤过2mm筛去除石块等杂质后，以容重为1.35gcm-3装入土柱（高度为90cm,直径为23.5cm）。土柱表面覆盖3cm厚、直径为4~8mm的石英砂以抑制土壤蒸发（Zhouetal.2016）。在土柱的20cm、40cm、60cm、80cm深度处安装时域反射仪探针（长度为15cm），用于监测土壤含水量变化。于2019.6.25至2019.7.24（JD207~236）在西北农林科技大学玻璃温室（34.27°N，108.07°E）实施塿土和黄绵土土柱垂直分根实验。研究地点位于黄土高原南部，气候类型属于暖温带季风半湿润区，多年平均降水量为639.8mm，多年平均气温为13.5℃。两种土质的基本物理性状如表2-1所示。塿土和黄绵土的装土容重分别为1.35gcm-3和1.3gcm-3，土质分别属于壤黏土和砂壤土。土柱中间铺设3cm厚、直径为4~8mm的石英砂将土柱分为上、下两层（图2-2），各土层厚度均为40cm。实验期间在上层土壤表面覆盖3cm厚、直径为4~8mm的石英砂抑制土壤蒸发。在下层土壤顶部附近的侧壁上设置灌水孔，通过塑料软管以滴灌方式补水。在各层的10cm、30cm深度处安装TDR探针，用于测定土壤含水量。玻璃温室在顶部开窗，通过侧壁的轴流风机促进内外空气循环。实验期间温室内温度、湿度变化如图2-3所示。图2-2土柱垂向分根试验示意图Fig.2-2Schematicrepresentationoftheexperimentalapplicationofverticalpartialroot-zonedrying
第二章研究内容与方法19表2-1塿土和黄绵土土壤物理性质Table2-1SoilphysicalpropertiesofLousoilandHuangmiansoil塿土黄绵土容重(gcm-3)1.351.30土壤颗粒组成砂粒含量(%)32.211.7粉粒含量(%)63.155.5粘粒含量(%)4.732.8土壤水分特征曲线参数残留含水量(cm3cm-3)0.0480.000饱和含水量(cm3cm-3)0.4630.426α(cm-1)0.010780.07041n1.5921.135田间持水量(cm3cm-3)0.2870.224萎蔫系数(cm3cm-3)0.1220.061图2-3实验期间空气温度（a）、相对湿度（b）和饱和水汽压差（VPD,c）变化Fig.2-3Timecoursesofairtemperature(a）,relativehumidity(b)andvaporpressuredeficit(VPD,c)duringtheexperimentalperiod
【参考文献】：
期刊论文
[1]刺槐木质部栓塞脆弱性检测的方法比较[J]. 安瑞,孟凤,尹鹏先,杜光源. 植物生态学报. 2018(11)
[2]树木吸收利用深层土壤水的特征与机制:对人工林培育的启示[J]. 席本野,邸楠,曹治国,刘金强,李豆豆,王烨,李广德,段劼,贾黎明,张瑞娜. 植物生态学报. 2018(09)
[3]黄土高原人工刺槐林生长衰退的生态生理机制[J]. 韦景树,李宗善,冯晓玙,张园,陈维梁,伍星,焦磊,王晓春. 应用生态学报. 2018(07)
[4]考虑植被对降雨变化响应的流域水量平衡[J]. 莫康乐,丛振涛. 清华大学学报(自然科学版). 2017(08)
[5]黄土高原不同林龄刺槐林碳、氮、磷化学计量特征[J]. 马任甜,安韶山,黄懿梅. 应用生态学报. 2017(09)
[6]生态水文模型开发和应用:回顾与展望[J]. 徐宗学,赵捷. 水利学报. 2016(03)
[7]黄土高原土壤干层研究进展与展望[J]. 邵明安,贾小旭,王云强,朱元骏. 地球科学进展. 2016(01)
[8]基于SWAT模型的渭河流域干旱时空分布[J]. 赵安周,刘宪锋,朱秀芳,潘耀忠,李宜展. 地理科学进展. 2015(09)
[9]中国干旱区恢复生态学研究进展及趋势评述[J]. 李新荣,赵洋,回嵘,苏洁琼,高艳红. 地理科学进展. 2014(11)
[10]甘肃泾川3种径级刺槐林的冠层截留降雨作用[J]. 王安民,任烨,王彦辉,韩芬,张俊明. 林业科学. 2014(03)
博士论文
[1]黄土高原土壤大孔隙特征及其对土壤水分的影响[D]. 李同川.西北农林科技大学 2017
[2]黄土高原北部典型灌丛降水再分配特征及其蒸散耗水规律[D]. 杨宪龙.西北农林科技大学 2016
[3]北京山区主要优势树种森林生态系统生态水文过程分析[D]. 史宇.北京林业大学 2011
[4]黄土区土壤水分对典型植物有效性的研究[D]. 吴元芝.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
[5]黄土高原刺槐人工林生长特征及其天然化程度评价[D]. 刘江华.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） 2008
[6]苹果园土壤-植物-大气系统水分传输动力学机制与模拟[D]. 龚道枝.西北农林科技大学 2005
硕士论文
[1]黄土高原坡面植被恢复中植物冠幅及细根对土壤理化性质的影响[D]. 姚毓菲.西北农林科技大学 2016
[2]中国东北样带生态水文最优性研究[D]. 李沁书.清华大学 2016
[3]三个树种抗旱生理生态特性的研究[D]. 徐莲珍.西北农林科技大学 2008
[4]水曲柳天然林枯落物层水文功能动态与格局[D]. 贲越.东北林业大学 2008
本文编号：3381234
【文章来源】：西北农林科技大学陕西省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：95 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
黄土高原降水等值线、研究断面、研究点及代表性研究点位置
西北农林科技大学博士学位论文18人工气候室实验于2017年3~7月在西北农林科技大学水土保持研究所干旱模拟大厅内进行。气候室内人工光源波长为400～700nm，光照强度设置为700±100μmolm-2s-1，昼夜时间为14h/10h，昼夜温度为28℃/20℃，相对湿度为60%/80%。土壤取自杨凌地区0-20cm表层土壤，土质为塿土。土壤过2mm筛去除石块等杂质后，以容重为1.35gcm-3装入土柱（高度为90cm,直径为23.5cm）。土柱表面覆盖3cm厚、直径为4~8mm的石英砂以抑制土壤蒸发（Zhouetal.2016）。在土柱的20cm、40cm、60cm、80cm深度处安装时域反射仪探针（长度为15cm），用于监测土壤含水量变化。于2019.6.25至2019.7.24（JD207~236）在西北农林科技大学玻璃温室（34.27°N，108.07°E）实施塿土和黄绵土土柱垂直分根实验。研究地点位于黄土高原南部，气候类型属于暖温带季风半湿润区，多年平均降水量为639.8mm，多年平均气温为13.5℃。两种土质的基本物理性状如表2-1所示。塿土和黄绵土的装土容重分别为1.35gcm-3和1.3gcm-3，土质分别属于壤黏土和砂壤土。土柱中间铺设3cm厚、直径为4~8mm的石英砂将土柱分为上、下两层（图2-2），各土层厚度均为40cm。实验期间在上层土壤表面覆盖3cm厚、直径为4~8mm的石英砂抑制土壤蒸发。在下层土壤顶部附近的侧壁上设置灌水孔，通过塑料软管以滴灌方式补水。在各层的10cm、30cm深度处安装TDR探针，用于测定土壤含水量。玻璃温室在顶部开窗，通过侧壁的轴流风机促进内外空气循环。实验期间温室内温度、湿度变化如图2-3所示。图2-2土柱垂向分根试验示意图Fig.2-2Schematicrepresentationoftheexperimentalapplicationofverticalpartialroot-zonedrying
第二章研究内容与方法19表2-1塿土和黄绵土土壤物理性质Table2-1SoilphysicalpropertiesofLousoilandHuangmiansoil塿土黄绵土容重(gcm-3)1.351.30土壤颗粒组成砂粒含量(%)32.211.7粉粒含量(%)63.155.5粘粒含量(%)4.732.8土壤水分特征曲线参数残留含水量(cm3cm-3)0.0480.000饱和含水量(cm3cm-3)0.4630.426α(cm-1)0.010780.07041n1.5921.135田间持水量(cm3cm-3)0.2870.224萎蔫系数(cm3cm-3)0.1220.061图2-3实验期间空气温度（a）、相对湿度（b）和饱和水汽压差（VPD,c）变化Fig.2-3Timecoursesofairtemperature(a）,relativehumidity(b)andvaporpressuredeficit(VPD,c)duringtheexperimentalperiod
【参考文献】：
期刊论文
[1]刺槐木质部栓塞脆弱性检测的方法比较[J]. 安瑞,孟凤,尹鹏先,杜光源. 植物生态学报. 2018(11)
[2]树木吸收利用深层土壤水的特征与机制:对人工林培育的启示[J]. 席本野,邸楠,曹治国,刘金强,李豆豆,王烨,李广德,段劼,贾黎明,张瑞娜. 植物生态学报. 2018(09)
[3]黄土高原人工刺槐林生长衰退的生态生理机制[J]. 韦景树,李宗善,冯晓玙,张园,陈维梁,伍星,焦磊,王晓春. 应用生态学报. 2018(07)
[4]考虑植被对降雨变化响应的流域水量平衡[J]. 莫康乐,丛振涛. 清华大学学报(自然科学版). 2017(08)
[5]黄土高原不同林龄刺槐林碳、氮、磷化学计量特征[J]. 马任甜,安韶山,黄懿梅. 应用生态学报. 2017(09)
[6]生态水文模型开发和应用:回顾与展望[J]. 徐宗学,赵捷. 水利学报. 2016(03)
[7]黄土高原土壤干层研究进展与展望[J]. 邵明安,贾小旭,王云强,朱元骏. 地球科学进展. 2016(01)
[8]基于SWAT模型的渭河流域干旱时空分布[J]. 赵安周,刘宪锋,朱秀芳,潘耀忠,李宜展. 地理科学进展. 2015(09)
[9]中国干旱区恢复生态学研究进展及趋势评述[J]. 李新荣,赵洋,回嵘,苏洁琼,高艳红. 地理科学进展. 2014(11)
[10]甘肃泾川3种径级刺槐林的冠层截留降雨作用[J]. 王安民,任烨,王彦辉,韩芬,张俊明. 林业科学. 2014(03)
博士论文
[1]黄土高原土壤大孔隙特征及其对土壤水分的影响[D]. 李同川.西北农林科技大学 2017
[2]黄土高原北部典型灌丛降水再分配特征及其蒸散耗水规律[D]. 杨宪龙.西北农林科技大学 2016
[3]北京山区主要优势树种森林生态系统生态水文过程分析[D]. 史宇.北京林业大学 2011
[4]黄土区土壤水分对典型植物有效性的研究[D]. 吴元芝.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
[5]黄土高原刺槐人工林生长特征及其天然化程度评价[D]. 刘江华.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） 2008
[6]苹果园土壤-植物-大气系统水分传输动力学机制与模拟[D]. 龚道枝.西北农林科技大学 2005
硕士论文
[1]黄土高原坡面植被恢复中植物冠幅及细根对土壤理化性质的影响[D]. 姚毓菲.西北农林科技大学 2016
[2]中国东北样带生态水文最优性研究[D]. 李沁书.清华大学 2016
[3]三个树种抗旱生理生态特性的研究[D]. 徐莲珍.西北农林科技大学 2008
[4]水曲柳天然林枯落物层水文功能动态与格局[D]. 贲越.东北林业大学 2008
本文编号：3381234
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