太原及其周边地区人工植被土壤水环境与植被建设

论文摘要

人工植被土壤水环境研究对认识土壤干化原因与土壤干层分布规律有重要科学意义,对认识土壤干化对地下水的影响、防止新的生态退化、成功实施生态环境建设和农林业发展具有重要现实意义。现代黄土高原土壤含水量及其区域变化受已经发生了变化的现代气候控制,植被建设必须能够适应现代土壤含水量状况,所以将土壤中、下部含水量状况作为植树种草以及确定人工林植株密度的依据是科学的、可靠的。因此,本项研究对成功实施太原及其周边地区黄土高原生态建设和确保其环境与经济效益有重要的应用价值。以全球变化为背景,以区域响应作主线,研究太原及其周边地区人工植被土壤水分特征,探讨土壤干层的发生过程、形成机理。本项研究采用实地调查、打钻采取6m深度土层剖面样品、实验分析的方法测定土壤含水量,将野外考证与理论分析、定性分析与定量分析相结合进行综合研究。通过对实验结果的理论分析与模型计算得出以下结论和认识:（1）研究地区季节性土壤干层形成时间主要是在秋、冬、春季。由于太原及其周边地区降水量少,黄土丘陵起伏不平,在四季都可能出现暂时性干层,但在秋、冬、春季暂时性干层发生的几率大。（2）太原及其周边地区的人工植被土壤干化具有普遍性。在长治等晋东南半湿润区人工植被土壤存在弱干层,临猗、芮城等晋南重半干旱区人工植被土壤存在严重干层,太原、忻州、榆次、太谷等晋中、晋北重半干旱黄土丘陵区人工植被土壤存在严重干层,平川地带存在弱干层,寿阳等晋东北轻半干旱地区人工植被大部分存在轻度干层,大同等雁北重半干旱地区人工植被下出现了严重干层,离石等晋西轻半干旱地区人工植被下出现了严重干层。（3）人工乔木林长期性土壤干层的分布深度。在太原及其周边地区绝大多数人工乔木林土壤干层发育深度超过了6m,坡地梯田土壤干层分布深度达到了7m以下。在较干旱区（近年平均降水量395mm）长期性干层分布上界为100cm左右,在一般干旱区（近年平均降水量440-490mm）为150cm左右。（4）太原及其周边地区农田深部存在土壤干层。在太原及其周边地区玉米、小麦等农田中普遍存在轻度或中度干层。在晋中玉米地轻度干层发育到了600cm以下,晋南轻度土壤干层发育深度也达到600cm,晋西玉米地400cm深度接近轻度干化,晋北玉米地轻度干层分布深度超过了600cm。农田季节性干层、深部长期性土壤干层的出现严重影响了农田土壤的水循环,季节性干层的存在是该地区农作物易于发生干旱灾害的主要原因。降水量少是本区农田干层产生的主要原因,但农田生产力提高、作物密度大是不可忽视的因素。（5）运用GIS软件,依据土壤含水量等主要影响因素将太原及其周边地区的土壤水分环境划分为:土壤水分相对丰富区、土壤水分一般区、土壤水分相对缺乏区;依据土壤干层程度将太原及其周边地区人工林的土壤干层划分为:土壤轻微干层区、土壤中等干层区、土壤严重干层区。（6）基于水分消耗的土壤干层指标—水分缺失度模型:水分缺失度R=（田间持水量W-土壤含水量Wh）/田间持水量W（7）太原及其周边地区的植被建设模式。遵循演替规律,自然恢复为主,水分条件好的地方发展人工林。结合植被带的变化,人工植被种类、密度为:在半湿润的长治地区,杨树、核桃及与之耗水接近的落叶阔叶乔木适宜种植密度应略小于1111株/hm2,静乐沟谷和阴坡杨树的种植密度应为500-600株/hm2,岚县平川地杏树的种植密度为600-700株/hm2,梁峁地油松密度为500-600株/hm2。轻半干旱地区杨树、核桃、油松等植被适宜种植密度应略小于900株/hm2;重半干旱地区的太原平川地段苹果、梨树种植密度应在700-800株/hm2,梧桐应为500-600/hm2,白皮松、柏树应为600-700株/hm2,枣树应略小于1000株/hm2,平川地区杨树应略小于1000株/hm2。在阳曲阴坡、沟谷可以种植密度小于600株/hm2的杨树。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 前言
• 1.1 论文选题的意义
• 1.2 国内外关于土壤干层研究的现状及趋势
• 1.2.1 对人工植被土壤干层的认识
• 1.2.2 人工植被土壤干层形成的原因
• 1.2.3 人工植被土壤干化的防治对策
• 1.2.4 土壤干化的危害
• 1.2.5 关于黄土高原及太原周边土壤水分与土壤干层的研究
• 1.2.6 农田土壤水分、土壤干层研究
• 1.2.7 关于土壤干层标准的研究
• 1.2.8 国外研究现状
• 1.3 研究区概述
• 1.3.1 研究区范围
• 1.3.2 研究区地形地貌
• 1.3.3 研究区的气候特征
• 1.3.4 研究区的土壤
• 1.3.5 研究区的植被
• 1.4 研究方法和研究内容
• 1.4.1 研究方法
• 1.4.2 研究内容
• 1.4.3 主要工作
• 第二章 全球变化与太原及其周边地区的响应
• 2.1 全球变化研究进展
• 2.1.1 全球变化研究趋势
• 2.1.2 全球变化与研究地区的响应
• 2.2 太原及其周边地区近50年来的气候变化
• 2.2.1 气候变化分析
• 2.2.2 太原市气候变化态势分析
• 2.2.3 讨论与总结
• 第三章 太原及其周边地区人工植被水环境变化
• 3.1 土壤干层标准
• 3.2 太原市人工植被土壤含水量
• 3.2.1 太原迎泽区王家峰15龄杨树林地土壤含水量
• 3.2.2 太原迎泽区王家峰15龄苹果林地土壤含水量
• 3.2.3 太原小店区邬城15龄杨树林地土壤含水量
• 3.2.4 太原大营盘22龄杨树林地土壤含水量
• 3.2.5 太原大营盘22龄白皮松、柏树林地土壤含水量
• 3.2.6 太原大营盘11龄梧桐林地土壤含水量
• 3.2.7 太原市杏花岭区小返10龄苹果林地土壤含水量
• 3.2.8 太原市杏花岭区小返20龄苹果林地土壤含水量
• 3.2.9 太原市杏花岭区小返草地土壤含水量
• 3.2.10 太原市柏板7龄杨树林地土壤含水量
• 3.2.11 太原市柏板西南平川15龄、20龄梨树林地土壤含水量
• 3.2.12 太原市柏板坡地梯田20龄梨树林土壤含水量
• 3.2.13 太原市柏板坡地梯田30龄梨树林土壤含水量
• 3.2.14 太原市柏板平川15龄苹果树林地土壤含水量
• 3.2.15 太原市柏板坡地梯田15龄苹果树林土壤含水量
• 3.2.16 太原市柏板12龄苹果林地土壤含水量
• 3.2.17 太原市柏板15龄枣树林地土壤含水量
• 3.2.18 太原市柏板坡地梯田10龄、15龄桃树林地土壤含水量
• 3.2.19 太原市柏板草地土壤含水量
• 3.2.20 太原郝庄淖马玉米地、苹果林地土壤含水量
• 3.3 静乐县人工植被土壤含水量测定结果
• 3.3.1 静乐30龄、25龄杨树林地土壤含水量
• 3.4 娄烦县人工植被土壤含水量
• 3.4.1 娄烦10龄、20龄杨树林地土壤含水量
• 3.4.2 娄烦草地土壤含水量
• 3.5 阳曲人工植被土壤含水量测定结果
• 3.5.1 阳曲10龄杨树林地土壤含水量
• 3.5.2 阳曲20龄杨树林地土壤含水量
• 3.5.3 阳曲草地土壤含水量
• 3.6 岚县人工植被土壤含水量测定结果
• 3.6.1 岚县18龄杨树林地土壤含水量
• 3.6.2 岚县9龄杏树林地土壤含水量
• 3.6.3 岚县20龄杏树林地土壤含水量
• 3.6.4 岚县15龄杏树林地土壤含水量
• 3.6.5 岚县20龄油松树林地土壤含水量
• 3.6.6 岚县12龄油松树林地土壤含水量
• 3.7 忻州人工植被土壤含水量测定结果
• 3.7.1 忻州30龄苹果林地土壤含水量
• 3.7.2 忻州玉米地土壤含水量
• 3.8 寿阳县人工植被土壤含水量测定结果
• 3.8.1 寿阳20龄油松林地土壤含水量
• 3.8.2 寿阳20龄杨树林地土壤含水量
• 3.8.3 寿阳20龄核桃树林地土壤含水量
• 3.8.4 寿阳玉米地土壤含水量
• 3.9 芮城县人工植被土壤含水量测定结果
• 3.9.1 芮城22龄梧桐林地土壤含水量
• 3.9.2 芮城22龄榆树林地土壤含水量
• 3.9.3 芮城45龄槐树林地土壤含水量
• 3.10 太谷县人工植被土壤含水量测定结果
• 3.10.1 太谷县浒濮乡龙门村附近山楂林地土壤含水量
• 3.11 临猗县人工植被土壤含水量测定结果
• 3.11.1 临猗49龄柿子林地土壤含水量
• 3.11.2 临猗12龄苹果林地土壤含水量
• 3.11.3 临猗小麦地土壤含水量
• 3.12 离石人工植被土壤含水量测定结果
• 3.12.1 离石14龄苹果林地土壤含水量
• 3.12.2 离石11龄核桃林地土壤含水量
• 3.12.3 离石农田土壤含水量
• 3.13 榆次人工植被土壤含水量测定结果
• 3.13.1 榆次16龄苹果林地土壤含水量
• 3.13.2 榆次玉米地土壤含水量
• 3.14 长治人工植被土壤含水量测定结果
• 3.14.1 长治7龄、20龄杨树林地土壤含水量
• 3.14.2 长治42龄核桃林地土壤含水量
• 3.14.3 长治玉米地土壤含水量
• 3.15 大同人工植被土壤含水量测定结果
• 3.15.1 大同20龄小叶杨林地土壤含水量
• 3.15.2 大同40龄小叶杨林地土壤含水量
• 3.15.3 大同15龄油松林地、胡麻地土壤含水量
• 第四章 不同气候条件下土壤干层发育强度与含水量差异
• 4.1 重半干旱地区土壤干层发育强度及土壤含水量
• 4.1.1 芮城梧桐、榆树、槐树林地土壤干层发育强度与深度
• 4.1.2 临猗苹果、柿子林地土壤干层发育强度
• 4.1.3 太原杨树、苹果树、梨树、桃树、枣树林地土壤干层发育强度
• 4.1.4 太谷山楂林地土壤干层发育强度
• 4.1.5 榆次苹果林地、玉米地土壤干层发育强度、深度与水循环
• 4.1.6 忻州苹果、玉米地土壤干层发育强度
• 4.1.7 阳曲杨树林地土壤干层发育强度
• 4.1.8 大同油松、小叶杨、胡麻地土壤干层发育强度及土壤水环境
• 4.2 轻半干旱地区人工植被土壤干层发育强度
• 4.2.1 离石苹果、核桃林地、农田土壤季节性、长期性干层发育强度
• 4.2.2 寿阳油松、杨树、玉米地土壤干层发育强度
• 4.3 半湿润地区土壤干层发育强度
• 4.3.1 静乐、岚县、娄烦人工林地土壤干层强度
• 4.3.2 长治中壤带地区土壤水环境
• 第五章 土壤干层形成机制
• 5.1 气候与土壤水的存在形式对干层的影响
• 5.1.1 降水量与土壤含水量的定量关系
• 5.1.2 土壤水的存在形式对干层的影响
• 5.2 植被条件对土壤水环境的影响
• 5.2.1 静乐、岚县、娄烦人工林地树龄对干层发育强度的影响
• 5.2.2 不同植被密度对土壤水分的影响
• 5.2.3 人工乔木强耗水深度与土壤干层的形成
• 5.2.4 人工林地长期性土壤干层的上下界
• 5.2.5 耐旱枣树林地的土壤水分分析
• 5.2.6 植被类型对土壤干层的影响
• 5.3 地形对土壤水分的影响
• 5.3.1 坡地梯田的保水作用
• 5.3.2 坡向、地形对干层发育的影响
• 5.4 土壤质地、黄土厚度对土壤水分及植被恢复的影响
• 5.4.1 粘土隔水层与土壤水分特征
• 5.4.2 黄土厚度对土壤水分及植被恢复的影响
• 5.5 暂时性干层出现的季节分析
• 5.6 土壤干层的突变
• 5.7 关于土壤干化指标的讨论
• 5.7.1 田间持水量的意义
• 5.7.2 基于水分消耗的土壤干化指标—水分缺失度模型
• 第六章 太原及其周边地区农田土壤干化问题探讨
• 6.1 农田长期性干层存在的普遍性与等级
• 6.2 季节性干层发育强度和对农作物的影响
• 6.3 农田含水量垂向变化和长期性干层发育深度
• 6.4 农田土壤干层对水循环的影响
• 6.5 农田土壤干层发育原因
• 6.6 研究地区防治农田土壤干层发生的对策
• 6.7 本章小结
• 第七章 基于GIS的太原及其周边地区水分环境分析
• 7.1 水分分区研究进展
• 7.2 空间技术及GIS技术的应用
• 7.3 影响黄土丘陵区水分的主要影响因素分析及指标确定
• 7.3.1 降水
• 7.3.2 植被
• 7.3.3 土壤质地
• 7.3.4 黄土厚度
• 7.3.5 地形、地貌
• 7.3.6 干燥度
• 7.3.7 土壤水分入渗
• 7.3.8 坡度、坡向
• 7.3.9 土壤含水量
• 7.4 GIS在太原及其周边地区土壤水分环境分析中的应用
• 7.4.1 判别规则分析及确定
• 7.4.2 数据类型及数据源
• 7.4.3 数据处理
• 7.5 数据分析
• 7.5.1 空间叠加
• 7.5.2 属性分析
• 第八章 太原及其周边地区的植被建设
• 8.1 植被建设的方式与植被类型
• 8.2 退耕还林还草的选择
• 8.3 临猗、芮城、、忻州、太原现有人工植被的不适宜性
• 8.4 研究地区适于发展的植被密度及树种类型
• 第九章 主要结论与展望
• 9.1 主要结论
• 9.1.1 揭示了不同气候条件下人工林土壤水分特征及干层的强度
• 9.1.2 确定了研究区农田深部土壤干层的存在、等级与成因
• 9.1.3 认识到了研究区人工林长期性土壤干层的发育深度
• 9.1.4 土壤干层的形成季节
• 9.1.5 土壤水分环境、土壤干层程度的GIS分析
• 9.1.6 提出了基于水分消耗的土壤干化指标—水分缺失度模型
• 9.1.7 提出太原及其周边地区的植被建设模式
• 9.1.8 认识到研究区近50年来对全球变化下的响应是变暖、变干
• 9.2 未来工作展望
• 参考文献
• 攻读博士学位期间的科学研究成果及学术活动
• 致谢