典型黑土区土壤导气率与土壤结构的研究

发布时间：2020-06-28 20:34

【摘要】：为了系统研究典型黑土区土壤退化、土壤恢复引起的导气率及土壤结构指数变化规律,分别以未经开垦天然次生林(0a)和开垦年限为17a、30a、40a耕地土壤为研究对象,以退耕还林模式为落叶松林、糖槭林、家榆林、旱柳林、小黑杨林地土壤及林边耕地土壤为研究对象,以恢复年限为14a、36a、50a落叶松人工林土壤及林边耕地土壤为研究对象,研究开垦干扰、不同恢复林型、不同恢复年限对土壤导气率及广义土壤结构指数的影响。采用PL-300型土壤导气率测定仪测定土壤垂直、水平方向导气率并计算其各向异性,测定土壤垂直、水平容重,非毛管孔隙度/毛管孔隙度(NCP/CP)、广义土壤结构指数(GSSI)并计算其各向异性,分析开垦年限、不同退耕还林模式林型、恢复年限对土壤导气率及土壤结构性特征在不同方向的影响,以期为进一步研究典型黑土区土壤气体运输与土壤结构变化提供理论支持。研究结果表明:土壤水平、垂直导气率均随开垦年限的增加而显著减少(P0.05);与未开垦天然次生林相比,土壤垂直导气率下降22.44%~95.44%,土壤水平导气率下降40.45%~92.50%;不同开垦年限土壤水平、垂直导气率均呈现出随土层的加深而降低的一致规律。不同开垦年限土壤导气率各向异性表现出随着开垦年限增加逐渐增大的趋势,并在30、40a表现出显著性(P0.05)。土壤导气率与容重呈极显著负相关,与孔隙度、非毛管空隙度、有机质均呈极显著正相关。可以认为,黑土土壤的气体传输能力随开垦年限逐渐降低,容重、孔隙度、非毛管空隙度、有机质均显著影响黑土土壤导气率。开垦显著增大了土壤垂直、水平容重,并表现出随着开垦年限增大逐渐增大的趋势(P0.05),垂直方向两土层容重分别增幅20%~22%、8%~23%,下层土壤容重增幅大于表层土壤,表现出开垦对表层土壤容重影响的滞后性;垂直方向容重增幅3%~17%,水平容重增幅0.5%~13%,表现出开垦对容重垂直方向的影响大于水平方向;容重各向异性大于1,水平容重大于垂直容重。NCP/CP随开垦年限增大表现出在17a先增大后减小的规律,垂直平均变化幅度0.17~0.26,仅开垦17a达到显著水平(P0.05),水平平均变化幅度0.06~0.2,NCP/CP各向异性小于1,随开垦年限增加逐渐降低。随开垦年限增大GSSI值逐年降低,垂直平均变化范围90.16~95.,水平平均范围83.97~94.79,土壤固相比、气相比逐年降低,液相比逐年增大。可以认为,土壤开垦对土壤结构的影响增大了液相比,降低了气相比使得GSSI值远离理想状态。水平方向GSSI值小于垂直方向。不同恢复林型土壤导气率垂直、水平导气率均显著高于耕地(P0.05),垂直方向以旱柳林改良效果最优,水平反向以小黑杨林效果最好,不同恢复林型导气率各向异性家榆林、旱柳林小于1,落叶松林、糖槭林、小黑杨林大于1。对于土壤NCP/CP的改良表现出垂直、水平NCP/CP均有所增加,垂直方向增幅12.5%~87.5%水平方向增幅14.29%~157.14%,水平NCP/CP的改良效果比垂直明显,糖槭林、旱柳林、小黑杨林NCP/CP各向异性显著大于耕地(P0.05),且各向异性大于1。不同恢复林型下土壤三相比均有不同程度改变,固相、液相比没有明显变化规律,气相比显著增大(P0.05),GSSI值显著增大,可以认为,不同恢复林型林型主要通过增大土壤气相比的方式增大GSSI。对土壤GSSI的改善垂直方向以落叶松效果最好,水平反向以糖槭最好,并且对于GSSI的改善大在水平方向比垂直方向明显。土壤三相比、GSSI在垂直、水平方向存在微小差异,各向异性值在1附近浮动但不为1,,也反映出土壤的不均质性。不同恢复年限落叶松人工林土壤导气率垂直、水平方向均显著大于耕地,且表现出随着恢复年限增大逐年增大的现象,垂直方向导气率增长6.06~10.69倍,水平增长2.76~6.21倍,说明植被恢复对导气率的恢复在垂直方向比水平方向明显,导气率各向异各林龄性落叶松林显著大于耕地(P0.05),水平导气率大于垂直导气率。土壤固相比随恢复年限增大逐渐降低,气相比显著增大(P0.05),各恢复年限落叶松林GSSI值显著大于耕地,并逐年增大,但林分内未达到显著水平,STPSD表现出与GSSI相反的变化规律。对于土壤结构的恢复垂直方向50a依然略有增长,水平方向在36a是达到平稳状态,说明垂直方向存在滞后性。
【学位授予单位】：东北林业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S714

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