人工刺槐林降雨再分配特征与土壤养分及结构稳定性的关系

论文摘要

在植被恢复过程中,其冠层对大气降雨进行的再分配可以改变降雨的空间分布并且可降低雨水对土壤的冲击强度,同时植物-土壤的协同作用能够改善土壤结构,减少土壤侵蚀。为明确黄土高原在退耕还林工程后,刺槐在生长恢复过程中其对降雨再分配特征以及土壤的抗侵蚀能力的影响,本研究以黄土丘陵区延安市安塞区五里湾流域中4个不同恢复年限刺槐林（10a,18a,28a与43a）为研究对象,并以低肥无灌溉的农田作为恢复0年的对照,实地调查及测量刺槐林的群落组成特征和降雨再分配特征,并结合室内测定土壤理化性质及颗粒组成。研究结果以期为黄土高原地区人工林植被恢复过程中生态效益过程及其评价提供科学依据。主要结果如下:（1）刺槐在生长过程中其横向生长于28a之前为迅速期,28a后为缓慢期,刺槐林的郁闭度呈先增后减的趋势,于刺槐28a达最大。地上草本植物群落随的演替序列为薹草（Carex scaposa）+阿尔泰狗娃花（Heteropappus altaicus）+草地早熟禾（Poa pratensis）（10a）→异叶败酱（Patrinia heterophylla）+草地早熟禾+铁杆蒿（Artemisia sacrorum）（18a,28a）→铁杆蒿+茭蒿（Artemisia giraldii）+草地早熟禾（43a）,三大功能性植物菊科（Compositae）,禾本科（Gramineae）及豆科（Leguminosae）在不同年限的群落中占比均较大。随着植被的恢复,草本植物群落多样性指数均呈先降低后增加的趋势,凋落物生物量及厚度不断积累中,随着恢复年限的增加呈显著性增加趋势。（2）刺槐林降雨再分配特征中穿林雨、树干茎流及冠层截留平均分别占总降雨量80.37%,1.74%,17.89%,树干茎流及冠层截留随着植被的恢复呈先增后减的趋势,穿林雨呈先减后增的趋势,凋落物有效截留量呈显著性增加趋势,刺槐的地表径流量显著低于农田,并且地表径流量随着刺槐恢复年限的增加呈先降低后增加的趋势。分析发现草本植物多样性及乔木郁闭度是其降雨再分配特征的主要影响因素,其次为凋落物生物量。刺槐人工林的种植能够有效地保持水土,减少地表径流,增加土壤含水量,表层土壤含水量与植物群落多样性呈负相关关系,植物的生长耗水明显。（3）刺槐林地土壤的有机碳（SOC）,全氮（TN）及速效氮（AN）含量均显著高于农田,全磷（TP）及速效磷（AP）含量则低于农田,TP含量变化不大,土壤碳氮比（C:N）变化不显著,碳磷比（C:P）及氮磷比（N:P）均随着年限的恢复而显著增加,刺槐林的恢复逐渐出现P限制。分析发现地表径流与土壤C、N呈极显著负相关,冠层截留、土壤含水量及凋落物有效拦蓄量与AN呈极显著正相关关系,凋落物生物量对土壤养分土壤理化性质有极显著影响。刺槐林土壤大团聚体含量、土壤黏粒、团聚体平均重量直径（mean weight diameter,MWD）及土壤质地分形维数值均高于农田,且随着刺槐的恢复而增加,土壤可蚀性K值均小于农田,且随着刺槐的恢复呈先减少后增加的趋势。SOC对土壤团聚体的形成及粉粒含量的增加有极显著相关性,分析得出凋落物生物量与SOC有显著相关关系,草本,凋落物生物量及刺槐的生长与土壤颗粒组成及抗侵蚀能力有相关性,且与土壤的黏粒及粉粒含量呈正相关关系。综上所述,刺槐林降雨再分配特征中穿林雨量最大,地表径流在刺槐28a时最小,草本植物多样性及乔木郁闭度是降雨再分配的主要影响因子,刺槐可以通过改变降雨再分配影响土壤理化性质,间接影响土壤结构,改善土壤抗侵蚀能力。

论文目录

摘要

ABSTRACT

第一章引言

1.1 选题目的及意义

1.2 国内外研究进展

1.2.1 降雨再分配发生过程研究进展

1.2.2 降雨对林地的养分输入效应研究

1.2.3 降雨再分配特征影响因素研究

1.2.4 降雨再分配特征研究方法

1.2.5 土壤结构稳定性研究进展

1.3 研究内容

1.3.1 不同恢复年限刺槐林群落演替特征

1.3.2 刺槐林植物群落恢复演替特征与降雨再分配特征的关系分析

1.3.3 刺槐林降雨再分配特征对土壤养分及结构稳定性的影响

1.4 技术路线

第二章研究区域概况与试验方法

2.1 研究样地概况

2.2 试验方法

2.2.1 样地选择

2.2.2 植被调查及样品采集

2.2.3 室内测定

2.2.4 刺槐林水文特征测量

2.2.5 数据统计与分析

第三章刺槐林群落演替特征

3.1 不同恢复年限刺槐林乔木植被特征

3.2 不同恢复年限刺槐林林下植被特征

3.3 不同恢复年限刺槐林群落生物量特征

第四章刺槐林降雨再分配特征

4.1 试验区降雨特征

4.2 不同恢复年限刺槐林降雨再分配特征

4.3 不同恢复年限刺槐林凋落物吸水特征及截留量

4.4 不同恢复年限刺槐林及农田地表径流量

4.5 不同恢复年限刺槐林土壤含水量

4.6 不同恢复年限刺槐林对降雨再分配的影响

第五章刺槐林降雨再分配对土壤养分及抗蚀性的影响

5.1 不同恢复年限刺槐林土壤养分演变特征

5.1.1 土壤碳氮磷养分及其化学计量比的演变

5.1.2 土壤速效氮磷养分的演变

5.2 刺槐林土壤抗蚀性

5.2.1 不同恢复年限刺槐林土壤团聚体特征

5.2.2 不同恢复年限刺槐林土壤可蚀性因子

5.3 刺槐林降雨再分配对土壤养分及结构稳定性的影响

5.3.1 不同恢复年限刺槐林降雨再分配对土壤养分的影响

5.3.2 不同恢复年限刺槐林理化性质对土壤抗蚀性的影响

第六章讨论与结论

6.1 讨论

6.2 结论

参考文献

致谢

个人简介

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 乔文静

导师: 杨改河,韩新辉

关键词: 恢复年限,刺槐,降雨再分配,土壤抗侵蚀性

来源: 西北农林科技大学

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

单位: 西北农林科技大学

基金: 国家自然科学基金面上项目“黄土沟壑区脆弱生境土壤-植被协同恢复效应与机理”(编号:41571501),重大研发计划项目“丘陵沟壑区水土保持林结构改善和功能提升技术(编号:2017YFC0504601)

分类号: S714

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