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

发布时间：2020-10-29 17:23

　　 植被恢复是黄土高原坡面治理中防治土壤侵蚀并提高土壤质量的主要措施之一。在坡面植被恢复过程中,植物对土壤理化性质影响重大,其中植物冠幅通过改变土壤微环境影响一系列物理化学生物过程,植物细根是吸收土壤水分和养分的主要器官,因此研究植物冠幅和细根对土壤参数的分布有重要意义。然而,对于坡面尺度植被恢复中,对于植物冠幅和细根对土壤理化性质的影响研究较少。本试验于2014年在位于六道沟小流域的中国科学院水利部水土保持研究所神木侵蚀与环境试验站进行。试验选择一个完整坡面,在坡上中下部位分别种植有杏树和柠条,采用室外调查采样及室内分析的方法,对于不同坡位不同植被下,植物冠幅内外土壤理化性质的垂直分布,冠幅内植物细根的垂直分布及与土壤参数的关系进行了研究,取得了以下五个方面的结果。1.在0~40 cm土层杏树地土壤质量含水量大于柠条地,在0~100 cm土层杏树地土壤饱和导水率大于柠条地,在0~20 cm土层杏树地土壤容重小于柠条地。不同坡位相同植被覆盖下土壤容重差异不显著(P0.05),坡位对土壤饱和导水率和土壤含水量分别在0~100 cm和10~100 cm土层影响显著(P0.05)。两种植物下0~20 cm土层冠幅内土壤容重小于冠幅外,在20~100 cm土层冠幅外容重小于冠幅内;冠幅内外土壤饱和导水率规律与容重相反;杏树地0~40 cm土层冠幅内含水量大于冠幅外,40~100 cm土层相反,柠条地大体表现为冠幅外土壤含水量大于冠幅内。杏树地冠幅内外土壤容重、饱和导水率和含水量的差异均大于柠条地。2.在0~40 cm土层土壤硝态氮含量柠条地大于杏树地,其余养分参数表现为杏树地大于柠条地。植物类型因素对0~10 cm土层铵态氮含量和0~20 cm土层硝态氮和速效磷含量影响显著(P0.05),对其他养分指标影响不显著(P0.05)。坡位因素对20 cm以下土层的土壤有机碳含量、全氮含量、全磷含量、土壤碳氮比和碳磷比,对60~100 cm土层的土壤铵硝态氮含量影响显著(P0.05)。杏树和柠条在不同坡位土壤养分的大小顺序,不同养分参数表现不一致。植物冠幅内外不同土壤养分指标因植物类型和坡位的不同而不同,0~20 cm土层土壤有机碳、全氮和全磷含量表现为冠幅内大于冠幅外。3.在0~100 cm土层杏树地土壤有机碳、全氮、全磷储量(分别为26.92、2.74、8.49Mg ha~(-1))大于柠条地(分别为24.12、2.70、8.17 Mg ha~(-1))。杏树地土壤有机碳和全氮储量0~20 cm土层差异不显著(P0.05),20~100 cm坡下部位最大,而柠条地土壤有机碳和全氮储量坡下部位最小,并且两种植被下土壤全磷储量随坡位的规律与土壤有机碳和全氮储量规律相反。柠条地0~40 cm土层冠幅内土壤有机碳储量大于冠幅外,柠条地0~100 cm土层冠幅内土壤全氮储量大于冠幅外,杏树地0~100 cm土壤全磷储量冠幅内大于冠幅外。在本实验中,是否考虑植物冠幅因素以及植被盖度因素,对土壤有机碳、全氮和全磷储量计算结果影响不显著(P0.05)。4.杏树与柠条植被下细根生物量、根长密度、根系面积随土层加深而减小,在40~80 cm土层变化不大,比根长和直径随土层加深先增大后减小。柠条地细根生物量、根长密度和根系面积大于杏树地,植物细根比根长和直径差异不大。柠条地不同坡位细根参数没有一致规律;杏树地细根生物量、根长密度和根系面积坡中最低,而比根长坡中最高;两种植被下,不同坡位间细根直径没有显著差异(P0.05)。0~80 cm土层细根生物量与根长密度和根系面积存在极显著正相关,和比根长存在极显著负相关(P0.001),细根生物量和细根直径间不存在显著的相关性(P0.05)。5.土壤饱和导水率,含水量,有机碳、全氮、硝态氮和速效磷含量与与0~80 cm土层植物细根生物量、根长密度和根系面积间存在极显著的正相关关系,土壤容重与之极显著负相关(P0.001),其中土壤有机碳和全氮含量与这三个细根参数的相关程度大于土壤物理性质与之相关程度。土壤全磷和铵态氮含量与植物细根参数间不存在显著相关性(P0.05)。对于细根比根长,仅土壤有机碳和全氮含量与之呈显著的负相关(P0.05),所有测定的土壤参数与植物细根直径不存在显著的相关性(P0.05)。本研究结果表明,在黄土高原坡面种植乔灌木这种植被恢复方式下,植物冠幅内外土壤容重和饱和导水率存在显著差异,而木本植物冠幅作用对土壤水分和养分的影响不显著。尽管冠幅内部分土层特定土壤参数大于冠幅外,但是在我们的试验地没有出现本木植物带来的“肥岛效应”,因植物冠幅所引起土壤微环境的差异对土壤理化性质的作用受到植物类型和地形的影响。此外,土壤理化性质影响了植物细根开发土壤资源的能力,土壤有机碳和硝态氮含量影响了植物细根开发土壤资源的效率。通过研究地形条件与植物因素在植被恢复中的作用,补充了完善了坡面植被恢复对土壤性质影响的研究。
【学位单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2016
【中图分类】：S157
【部分图文】：

由坡底至坡顶每相距约80 m选择一个样点，坡顶，坡中，坡底分别种植杏树（Armeniacasibirica）和柠条（Caragana Korshinskii），由下至上分别标号为A1~A6。样地示意图如图2-1，样地具体信息见表2-1。经过走访当地村民，我们了解到杏树和柠条约有35年的种植史。在种植之前，坡面上主要有长芒草（Stipa bungeana Trin.）和少量的达乌里胡枝子（Lespedeza daurica (Laxm.) Schindl.）及阿尔泰狗娃花（Heteropappus altaicus (Wild.）Novopokr.）。

第二章 研究方法与研究内容 1160~80，80~100cm收集根系，通过洗根法获得根系。即本实验采集根系样品3×6×4×6=432个。土壤样品采集点和根系样品采集点见示意图2-2。图 2-2 土壤样品和根系样品采集示意图Fig. 2-2 The sketch of soil sampling and root sampling at individual scale2.3.4 中子管的埋设在2014年7月，每个样地中间位置打10 m土钻，埋设中子管，长期监测土壤水分。中子管水分测定时间为：2014年10月10日、12月13日，2015年3月12日，4月16日，5月15日，6月25日，7月19日

60~80 1.5±0.03 1.41±0.01 1.53±0.03 1.46±0.0180~100 1.52±0.04 1.43±0.02 1.52±0.03 1.46±0.01由图3-1可以更直观地看到冠幅对每个土层土壤容重的影响。由其中A图描述了两种植被冠幅内外土壤容重在所有坡位的平均值，对于杏树和柠条地，0~10 cm土层和0~20cm 土层植物冠幅内容重小于冠幅外容重，可能因为冠幅外土壤更易受到动物和人类踩踏压实、更大的雨滴打击压实作用，也可能因为冠幅外土壤更易受到土壤侵蚀，疏松的表层土壤流失而更紧实的次表层土壤露出土面，而冠幅内土壤由于杏树和柠条根系作用容重降低；20~80 cm土层土壤冠幅内外容重相对变化大于0，呈现出冠幅内土壤容重大于冠幅外的规律，并且随土层深度的增加，容重相对变化值增大，表明随土层深度增加，杏树和柠条根系不仅向下伸展，同时向外辐射生长，同时使表层冠幅外土壤容重降低的压实和侵蚀因素随土壤深度增加减弱。对于40~100 cm土层
【参考文献】

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本文编号：2861217