砒砂岩区不同林龄油松林林下生物多样性及土壤生态特征

砒砂岩区不同林龄油松林林下生物多样性及土壤生态特征

论文摘要

砒砂岩区生态环境恶劣,水土流失极为严重,人工林生态修复是改良该区生态环境的重要措施。为探讨砒砂岩区不同林龄油松林生态特征(植被多样性、土壤持水、保肥性能)的变化规律及影响因素,以空间替代时间的方法,选取合同沟小流域5a、10a、15a和20a油松林为研究对象,以自然草地为对照,通过野外生物学调查、土壤采集与室内测试,研究林龄对生物多样性、土壤持水保肥性能和土壤PSD特征的影响,并结合分形理论探讨土壤PSD和土壤持水保肥性能的分布特征及相互关系,揭示不同林龄油松林植被恢复和土壤改良效应的差异及影响机制,结果表明:(1)砒砂岩区不同林龄油松林林下草本植被密度、根系干重、林下草本α多样性指标均优于自然草地,随林龄增加植株密度整体呈上升趋势,在5a~10a阶段各项指数增长幅度在所有生长阶段中均为最高,是油松林林下植被恢复和演替最快速的阶段。随林龄增加林下植被演替序列变化明显,植被演替方向为从禾本科—豆科—藜科植物并存,到禾本科—豆科—菊科植物并存,最终发展为禾本科—豆科并存的群落配置,其伴生物种经历了由藜科→菊科→豆科的演替过程。(2)随林龄的增加,油松林土壤的中、细砂粒区间颗粒逐渐细化转移到粉粒区间。不同林龄对土壤PSD的影响有一定差异,油松PSD分布范围、离散程度和土壤细化程度均高于自然草地,并整体呈随林龄增加而增加的趋势(Δα均值随林龄增加呈波浪式增长)。随土层深度增加,不同林龄油松林土壤粒径分布特征及分形参数变化规律各异。(3)油松林可以明显提高土壤的持水性能和养分含量,除5a生油松林饱和导水率低于自然草地外,其余油松林土壤持水性能均高于自然草地,在各持水性能指标中油松林对土壤饱和导水率的提升作用最大,5a和20a油松林表层土壤的持水性能优于深层土壤,10a、15a油松林与之相反。随林龄增加土壤碳、氮含量及储量明显增加,5a和10a生油松林土壤碳、氮含量及储量低于自然草地,15a、20a油松林与之相反。5a、10a和15a生油松林表层土壤碳、氮积累低于底层土壤,自然草地和20a油松林与之相反。(4)容重、田间持水量、饱和导水率和碳、氮含量及储量与土壤PSD分布特征及分形参数均表现出较好的相关性,土壤有机质含量与容重、田间持水量和饱和导水率是影响土壤持水性能的最主要因素。黏粒和粉粒是决定本地区土壤持水性能及养分含量的细粒土壤,中细砂粒是决定本地区土壤持水性能及养分含量的粗粒土壤。

论文目录

  • 符号说明
  • 中文摘要
  • Abstract
  • 1 引言
  •   1.1 研究目的与意义
  •   1.2 研究进展与现状
  •     1.2.1 生态修复对生物多样性的影响
  •     1.2.2 生态修复对土壤PSD分布特征的影响
  •     1.2.3 生态修复对土壤持水保肥性能的影响
  •     1.2.4 土壤PSD分布对土壤持水保肥性能的影响
  • 2 材料与方法
  •   2.1 研究区概况
  •     2.1.1 地理位置
  •     2.1.2 地质地貌
  •     2.1.3 土壤
  •     2.1.4 气候
  •     2.1.5 水文
  •     2.1.6 植被
  •   2.2 研究内容
  •   2.3 研究方法
  •     2.3.1 样地设置
  •     2.3.2 测试方法
  •   2.4 技术路线
  • 3 结果与分析
  •   3.1 不同林龄油松林对生物多样性的影响
  •     3.1.1 油松人工林植被特征
  •     3.1.2 油松人工林林下植被生物量特征
  •     3.1.3 油松人工林林下生物多样性特征
  •   3.2 不同林龄油松林下土壤PSD分布特征
  •     3.2.1 不同林龄油松林土壤颗粒分布特征
  •     3.2.2 不同林龄油松林土壤多重分形维数
  •   3.3 不同林龄油松林土壤持水性能特征
  •     3.3.1 油松林土壤容重分布特征
  •     3.3.2 油松林田间持水量分布特征
  •     3.3.3 油松林饱和导水率分布特征
  •   3.4 油松林土壤保肥性能特征
  •     3.4.1 油松林土壤碳、氮含量
  •     3.4.2 不同林龄油松林土壤碳、氮储量特征
  •     3.4.3 不同林龄油松林土壤碳氮比
  •   3.5 不同林龄油松林土壤持水保肥性能的影响因素
  •     3.5.1 土壤PSD组成及分形参数对土壤持水性能指标的影响
  •     3.5.2 土壤有机质含量对土壤持水性能指标的影响
  •     3.5.3 土壤PSD组成及分形参数对土壤保肥性能指标的影响
  • 4 讨论
  •   4.1 油松林林下生物多样性及其演替过程与林龄的关系
  •   4.2 不同林龄油松林对土壤PSD特征的影响
  •   4.3 不同林龄油松林对土壤持水保肥性能的影响
  •   4.4 土壤PSD特征与土壤持水保肥性能的相互关系
  • 5 结论
  • 6 参考文献
  • 7 致谢
  • 文章来源

    类型: 硕士论文

    作者: 仇苏倩

    导师: 李红丽

    关键词: 砒砂岩区,生态修复,持水性能,土壤养分,分形维数

    来源: 山东农业大学

    年度: 2019

    分类: 基础科学,农业科技

    专业: 自然地理学和测绘学,农业基础科学,林业,林业

    单位: 山东农业大学

    基金: 内蒙古自治区科技计划项目(201601062),十三五国家重点研发计划(2016YFC0500504),国家自然科学基金青年科学基金项目(41701327,51879155,31870708)

    分类号: S718.5;S714

    总页数: 64

    文件大小: 3973K

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