宁夏东部荒漠草原灌丛引入过程中土壤水分、碳氮空间演变及水分阈值研究

发布时间：2020-11-12 18:15

　　 草地灌丛化是全球干旱半干旱地区面临的重要生态问题,对地表生境、生态系统功能与结构产生巨大影响。为改善宁夏退化荒漠草原脆弱的生态环境,旱生灌木锦鸡儿属柠条(Caragan korshinskii)栽培种被广泛用于植被恢复,随之伴随土壤旱化、草本多样性降低等一系列草原功能的弱化现象。鉴于此,本文在对宁夏荒漠草原近30年不同年限(3 y、12 y、22 y)和间距(40 m、6 m、2 m)引入灌丛地与封育草地、放牧地群落尺度土壤特性研究的基础上(即草原-放牧-灌丛引入过程),进而利用经典统计学、地统计学、地理信息系统方法在宁夏东部草原研究区尺度上展开荒漠草原草地灌丛引入现阶段(草地-灌丛地转变:草地、草地-灌丛交错带、灌丛地)的土壤水分、土壤碳氮的空间演变格局以及地上生物量对土壤水分的阈值效应分析和预测,以期为荒漠草原人工植被恢复可持续性提供科学依据和数据支撑。主要结论如下:(1)在草原-放牧-不同年限和间距灌丛引入过程中,灌丛地由于深层土壤水分消耗加剧,与封育草地、放牧地随0～200 cm 土层加深土壤水分增加的垂直动态相比,灌丛地深层次土壤水分无明显增加,无显著垂直动态,且与封育草地、放牧地季节动态(春季返潮、显著生长消耗和降雨补充)相比无明显春季返潮土壤水分上升期,土壤含水量显著低于封育草地、放牧地(P0.05);除封育草地外,其他样地均存在亏缺,相对亏缺量为6.69～97.16 mm,相对亏缺指数(CSWDI)值呈波动变化,为0.03-12.10,样地土壤水分相对亏缺指数(PCSWDI)值均随着灌丛引入年限和密度的增加呈增大趋势。(2)灌丛引入研究区尺度空间分析得出0～200cm深层次土壤水分干(7月)、湿(10月)季均表现为草地-灌丛过渡带草地灌丛地,整体较为干旱,空间变异系数为32.59%～101.97%,呈中等变异以上。干季7月3者各层土壤含水量变程为1.42～133.87 km,空间异质性大小(Magnitude of spatial heterogeneity,MSH)[C/(C0+C)]为0.104～1.000,3者的MSH随着土层的加深分别呈增大、降低和增大趋势。湿季10月3者各层土壤含水量变程为3.52～78.81 km,MSH为0.179～1.000,3者的MSH随着土层的加深均呈降低趋势。草地(0.866)向灌丛地(0.796)转变过程中0～200cm 土壤水分的整体空间异质性呈增大趋势。(3)在草原-放牧-灌丛引入过程0～10 cm 土层土壤有机碳(Soil organic carbon,SOC)表现为逐渐增加的趋势,灌丛地显著高于放牧、封育地,为0.506～3.229 g·kg-1,但0～100cm 土层则为灌丛均较放牧地有显著增加(P0.05),但与封育草地SOC无显著差异(P0.05)。灌丛引入空间分析得出0～100cm 土层SOC含量在水平方向上表现为灌丛地草原-灌丛过渡带草地,在垂直方向上随着土层的加深SOC含量均呈增加趋势,变异系数为54.44%～78.82%,呈中等变异以上;3者各土层SOC变程为4.11～56.50 km,MSH为0.203～1.000,3者的MSH随着土层的加深分别呈增大、增大和降低趋势。草地(0.836)向灌丛地(0.871)转变过程中0～100cm 土壤有机碳的整体空间异质性呈降低趋势。(4)在草原-放牧-灌丛引入过程0～10 cm 土层全氮(Soil total nitrogen,STN)表现为逐渐增加的趋势,为0.050～0.209gg-1,0～100cm土层STN与SOC变化趋势相同。灌丛引入空间分析得出0～100cm 土层STN含量垂直动态为增加趋势,在水平空间则为草原-灌丛过渡带草原灌丛地,但差异不显著(P0.05),变异系数为42.23%～55.42%,呈中等变异;3者各土层STN变程为1.39～42.22 km,MSH为0.320～1.000,3者的MSH随着土层的加深分别呈降低、不变和增大趋势。草地(0.970)向灌丛地(0.864)转变过程中0～100cmSTN的整体空间异质性呈增大趋势。(5)灌丛引入过程中灌丛地的地上生物量远大于草地,研究区干(7月)、湿(10月)季的土壤水分与地上生物量的生态阈值点分别为[8.11%,0.07 kg.m-2]和[14.19%,0.06 kg.m-2],土壤水分阈值区间为[8.110%～14.19%]。
【学位单位】：宁夏大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：S812
【部分图文】：

３．１荒漠草原－放牧－灌丛引入过程中的土壤水分、碳氮变化特征??３．１．１?土壤水分垂直动态??由图３－ｌａ可知，在草原－放牧－不同年限灌丛引入过程中，ＳＷ垂直动态表明，ＦＹ、ＦＭＯ？２００??ｃｍ?土层中土壤平均含水量分别为１３．４２％和１１．７６％，显著高于ＮＸ３、ＮＸ１２、ＮＸ２２灌丛地??ＳＷＣＰｃＯ．ＯＳ），平均土壤含水量分别为９．４４％、８．７８％和８．１８％；其中各样地０￣１００ｃｍ?土层较为稳??定处于低值，土壤含水量为３．９９％？１１．５４％，随着土层的加深，１００￣２００?ｃｍ的ＳＷ呈波动增加，??ＦＹ、ＦＭ样地ＳＷ随着土壤深度的增加呈显著增加趋势〇Ｐ＜０．０５），为９．５６％￣２２．５６％，具显著的垂??直动态，而不同年限灌丛地ＳＷ随土层垂直动态不显著，土壤含水量为３．９９％￣１０．２３％，显著低??于ＦＹ、ＦＭ（Ｐ＜０．０５）。由图３－ｌｂ可知，草原－放牧？不同间距灌丛引入过程中，ＦＹ、ＦＭ０？２００ｃｍ??土层中土壤平均含水量显著高于Ｊｈ、ＪＪｚ样地ＳＷ平均土壤含水量，分别为７．６８％、７．８４％??和７．７８％；其中各样地０￣１００ｃｍ?土层较为稳定处于低值，ＦＹ、ＦＭ的ＳＷ（９．５６％？２２．５６％）显著高??于其他不同间距灌丛地（７．１１％￣１３．４０％）〇Ｐ＜０．０５），随着土层的加深，１００￣２００ｃｍ的ＳＷ呈波动增??加具显著的垂直动态，而不同间距灌丛地与不同年限灌丛地相似，深层ＳＷ处低值，垂直动态不??明显，显著低于ＦＹ、ＦＭ。??

宁夏大学硕士学位论文???由图３－２可知，在草原－放牧－不同年限引入灌丛地水分含量具有显著性差异（Ｐ＜０．０５），?ＦＹ、??ＦＭ地ＳＷ季节动态表现为；春季返潮上升期到夏季生长消耗降低期（７？８月）进而秋季雨水补充增??加期的变化趋势，不同年限灌丛地由于深层次ＳＷ消耗较多，在春季ＳＷ返潮效果较弱，表现为??较低的５＾／，？丫、？＼１在３￣４月春季返潮期５＼＾含量分别达到最高值１６．０９％、】４．０９％，而＾３、??ＮＸＩ２与ＮＸ２２均ＳＷ出现最小值，分别为６．９９％，８．７６％和７．４１％，表现为春季返潮不强夏季消耗??秋季雨水补充的季节动态变化；各样地间土壤含水量差异较大，在３月最高值ＦＹ与最低值ＮＸ１２??样地ＳＷ含量相差８．９１％。在１０月两处理间相差４．５９％，差值减少了?４．３２％，各个阶段的草地ＳＷ??季节动态，由于地上植被的生长和地表蒸发，到达７￣８月呈现ＳＷ的最低值，不同年限引入灌丛??引入ＳＷ的季节动态无显著差异，由于对土壤深层次水分的消耗，使得春季ＳＷ深层返潮效果较??差

Ｆｉｇ．?３－３?Ｓｅａｓｏｎａｌ?ｄｙｎａｍｉｃｓ?ｏｆ?ｓｏｉｌ?ｍｏｉｓｔｕｒｅ?ｉｎ?ｇｒａｓｓｌａｎｄ－ｇｒａｚｉｎｇ－ｓｈｒｕｂ?ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ?ｗｉｔｈ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｐｌａｎｔｉｎｇ－ｓｐａｃｅｓ??３．１．３?土壤水分相对亏缺??从图３－４可以看出，不同年限、间距灌丛地０￣］００ｃｍ?土壤储水量在１１７．７３￣２０８．２０?ｍｍ，低??于ＦＹ（３２３．０７?ｍｍ）和对照样地／ＦＭ（２１４．８９ｍｍ）。土壤有效储水量表现为：随着不同年限和间距灌??丛引入，有效储水量降较低且低于ＦＹ，但在２２年种植的灌丛地（ＮＸ２２）和２２年２米间距灌丛地??卬２）０？１００〇１１土壤有效储水量略有升高，分别为１８．７０和７．４６１１１１７１，但均低于？丫（３４．６７１１１１１１），但??大于ＦＭ（－５．〗２ｍｍ）。灌丛引入过程中ＳＷ相对亏缺量除ＦＹ外，各年限、间距灌丛地均存在不同??程度的亏缺
【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 黄海■;黄桂烨;黄宏智;;基于多线程并发的自动土壤水分观测处理平台[J];气象水文海洋仪器;2019年04期

2 许桂玲;罗强鑫;王晓珂;彭金凤;冯跃华;;控制水稻盆栽土壤水分的新方法[J];农业科技通讯;2019年12期

3 韩家琪;毛克彪;葛非凡;郭晶鹏;黎玲萍;;分类回归树算法在土壤水分估算中的应用[J];遥感信息;2018年03期

4 陈宇承;余锐颖;朱艳怡;李业谦;;太阳能无线地面土壤水分检测系统[J];现代计算机(专业版);2018年24期

5 王吴娟;;浅谈自动土壤水分观测仪维护与维修[J];科技展望;2016年34期

6 解智涵;;农作物对表层土壤水分的影响[J];太原师范学院学报(自然科学版);2017年01期

7 范生晔;范婷婷;李艳明;;农作物高产适宜土壤水分指标的分析[J];农业与技术;2017年09期

8 郭旭;龙柯吉;赵旋;黄晓龙;宋雯雯;;四川地区自动土壤水分站数据质量控制方法研究[J];高原山地气象研究;2017年02期

9 徐朝霞;高艳芹;;自动土壤水分观测仪的日常维护及常见故障排除[J];黑龙江气象;2015年04期

10 袁学所;葛庆云;周礼清;王刚;;凤阳一次强降雨过程自动土壤水分观测数据分析[J];安徽农学通报;2016年11期

相关博士学位论文 前10条

1 姚盼盼;微波遥感土壤水分时空扩展研究[D];中国科学院大学(中国科学院遥感与数字地球研究所);2018年

2 姜红涛;全球长时序9km土壤水分遥感估算研究[D];武汉大学;2018年

3 任爱霞;山西小麦不同栽培模式土壤水分积耗规律与水肥高效利用机理比较研究[D];山西农业大学;2018年

4 陈玮婧;状态—参数同步估计框架下的土壤水分同化研究[D];武汉大学;2017年

5 索立柱;黄土高原不同空间尺度土壤水分动态变化影响因素分析与随机模拟[D];西北农林科技大学;2019年

6 李祥东;西北干旱区土壤水分时空变异特征及其影响因素研究[D];中国科学院大学(中国科学院教育部水土保持与生态环境研究中心);2019年

7 靳梦杰;林下土壤水分微波遥感反演关键技术研究[D];中国科学院大学(中国科学院东北地理与农业生态研究所);2019年

8 李虹辰;黄土丘陵区鱼鳞坑覆盖组合措施枣树水分耗散机制研究[D];西北农林科技大学;2018年

9 马春芽;基于遥感和模型耦合的人民胜利渠灌区冬小麦土壤墒情研究[D];中国农业科学院;2018年

10 陈智芳;基于多源信息融合的灌溉决策方法研究[D];中国农业科学院;2018年

相关硕士学位论文 前10条

1 王雅;晋西北两种耕作方式下玉米产量及土壤水分养分模拟研究[D];山西大学;2019年

2 任小云;黄土高原丘陵沟壑区雨养梨园垄沟覆地布效应的研究[D];山西农业大学;2018年

3 李新尧;基于Sentinel-1 SAR数据的表层土壤水分遥感反演[D];西北大学;2019年

4 刘静;土壤水分产品降尺度及验证研究[D];长安大学;2019年

5 王雅婷;基于SVR的鄂尔多斯风沙滩地区土壤水分遥感反演方法研究[D];长安大学;2019年

6 张延成;干旱半干旱地区植被覆盖地表土壤水分反演研究[D];长安大学;2019年

7 马威;主动微波遥感矿区地表土壤水分反演实验研究[D];河南理工大学;2018年

8 马战林;Mironov介电常数模型对土壤水分反演误差的定量研究[D];河南理工大学;2018年

9 关韵桐;基于SAR与光学数据的高原湿地土壤水分反演研究[D];云南师范大学;2019年

10 聂红梅;基于多源数据和机器学习算法的土壤水分预测[D];西北大学;2019年

本文编号：2881070