黄土丘陵沟壑区林草间作地土壤水分特征研究

论文摘要

本研究以地处黄土丘陵区的庄浪县为试验基地,以该县境内的油松（Pinus tabulaeformis）+紫花苜蓿（Medicago Sativa）、沙棘（Hippophae rhamnoides）+紫花苜蓿、油松+红豆草（Onobrychis viciacfolia）、仁用杏（Prunus armeniaca）+紫花苜蓿、仁用杏+红豆草五种林草间作模式为研究对象,于2005年4月中旬、7月中旬和10月中旬三个植被主要生长阶段,采用定位观测法,以土壤水分变化规律为核心,比较测定几种林草间作模式地土壤水文物理性质,分析研究各种模式地土壤水分时空动态规律和土壤持水性能,结果表明:（1）五种模式地土壤容重变化在1.17～1.40g/cm3之间,但各模式间差异显著。其中,油松+紫花苜蓿模式地土壤容重变化在1.27～1.38g/cm3之间,在60cm层达到最大为1.38g/cm3,随土层深度的增加呈先增后减的变化趋势;沙棘+紫花苜蓿模式地土壤容重从表层向下呈逐层增加,到100cm达到最大为1.40g/cm3;油松+红豆草模式地土壤容重随深度有先减后增的趋势,在60cm层最小,仅为1.18g/cm3;仁用杏+紫花苜蓿模式表层土壤容重较大,并随深度缓慢降低;仁用杏+红豆草模式地土壤容重变化在1.17 g/cm3～1.25 g/cm3范围内,在0～80cm层变化较为剧烈,80cm层以后变化平稳。（2）各林草间作模式地土壤总孔隙度变化在49.73%～54.48%之间,其中,以沙棘+紫花苜蓿模式地土壤总孔隙度相对较低,仅为49.73%,仁用杏+红豆草模式土壤总孔隙度最大,达到54.48%;油松+紫花苜蓿和油松+红豆草模式地土壤非毛管孔隙度随深度有增加趋势,到60cm层达到最大（分别为:8.46%,15.24%）;沙棘+紫花苜蓿模式地土壤非毛管孔隙度以表层最大（达到11.11%）,随土壤深度而逐渐降低。仁用杏+紫花苜蓿和仁用杏+红豆草模式地土壤非毛管孔隙度随土壤深度有先增后减的趋势,在40cm层达到最大值（分别为:6.46%,5.65%）。（3）五种模式地田间持水量以油松+紫花苜蓿模式为最大,在各土层都高于其他模式,其表层土壤田间持水量最大值达到36.87%,并随土壤深度的增加而降低;仁用杏+紫花苜蓿模式地土壤田间持水量在0～60cm层内变化趋势与油松+紫花苜蓿模式相同,但在60cm层仅为18.80%。沙棘+紫花苜蓿模式地土壤田间持水量随土壤深度有增加的趋势,在60cm层最大（28.92%）;油松+红豆草和仁用杏+红豆草模式地田间持水量在0～60cm层是先减后增,到40cm层达到最低值（分别为:22.26%,24.26%）。（4）五种模式土壤饱和含水量差异显著,仁用杏+红豆草和仁用杏+紫花苜蓿模式土壤饱和含水量大于其他三种模式,其中以仁用杏+紫花苜蓿模式表层土壤饱和含水量为最大（为51.60%）。油松+紫花苜蓿和沙棘+紫花苜蓿模式地土壤饱和含水量随土壤深度的增加而逐渐降低;油松+红豆草和仁用杏+紫花苜蓿模式地土壤饱和含水量随土层深度的增加呈现先减后增的趋势,变化幅度较大,达到16.40%;仁用杏+红豆草模式地土壤饱和含水量在0～60cm内有先增后减的趋势,并且在40cm和60cm层的土壤饱和含水量较其他模式高。（5）各林草间作模式地0～100cm层土壤含水量的垂直差异显著。油松+紫花苜蓿、沙棘+紫花苜蓿和仁用杏+红豆草模式地土壤含水量随深度的增加而逐渐减少,在0～100cm土深内,0～20cm层为土壤水分易变层、20～80cm层为土壤水分利用层、80～100cm层为土壤水分稳定调节层;油松+红豆草和仁用杏+紫花苜蓿模式在0～60cm层为土壤水分易变层,60～80cm土层为土壤水分利用层,80～100cm层为土壤水分稳定调节层。（6）除仁用杏+紫花苜蓿模式外,各林草间作模式地土壤含水量的季节变化与当地降雨量变化趋势相一致,为先增后减,在7月份达到峰值。但仁用杏+紫花苜蓿模式在7月份的土壤含水量则最低。（7）仁用杏+紫花苜蓿模式地在整个生长季节土壤含水量相对较低,在80～100cm有出现临时土壤干层的趋势。（8）各林草间作模式地土壤含水量与龄级、坡度之间存在极显著的线性相关关系,其模拟方程为:Y=25.95-0.49X2-0.27X7（Y为含水量,X2为龄级、X7坡度）,R=0.999。（9）各林草间作模式地土壤的水分特征曲线可以用方程S = aθ?b经验公式进行拟和。各模式表层土壤持水力较大,60cm层土壤持水能力最差;五种模式相比,以仁用杏+红豆草模式地的土壤持水能力最强;各模式地土壤比水容量变化范围较大,其中,油松+紫花苜蓿模式地土壤比水容量在-80KPa吸力时出现10-2级,其供水能力最弱;而仁用杏+红豆草模式各层土壤在-10KPa吸力时的释水能力是-50 KPa吸力时释水能力的14.4～29.5倍,在五种模式中释水能力最高,供水能力最强。（10）研究表明,仁用杏+红豆草模式地土壤持水能力和供水能力均较强,可作为当地植被恢复建设中林草间作的首选模式。

论文目录

• 摘要
• Summary
• 前言
• 1 文献综述
• 1.1 林草复合系统土壤水分研究进展
• 1.2 土壤水文物理性质研究
• 1.3 土壤水分动态研究
• 1.3.1 土壤水分时间变化（季节和年际）
• 1.3.2 土壤水分空间变化
• 1.4 影响土壤水分特征的环境因子
• 1.4.1 土壤特性
• 1.4.2 气象因子
• 1.4.3 地形因子
• 1.4.4 植被及土地利用方式
• 1.5 土壤干层
• 1.6 土壤水势特征研究
• 2 研究区概况
• 2.1 研究区自然条件
• 2.2 研究区社会经济状况
• 3 研究内容及方法
• 3.1 研究内容
• 3.2 研究方法
• 3.2.1 数据收集
• 3.2.2 野外考察
• 3.2.3 典型模式调查
• 3.2.4 土壤水文物理性质测定方法
• 3.2.5 土壤水势测定方法
• 3.3 数据处理及方法
• 4 结果与分析
• 4.1 林草间作地土壤水分物理特性分析
• 4.1.1 土壤容重、孔隙度、田间持水量和饱和持水量比较
• 4.1.2 土壤水分物理性质垂直变化
• 4.2 林草间作地土壤蓄水性能及变化规律研究
• 4.2.1 土壤水分的垂直变化规律
• 4.2.2 土壤水分季节变化规律
• 4.2.3 土壤干层问题探讨
• 4.3 土壤持水性能研究
• 4.3.1 不同模式土壤水分特征曲线
• 4.3.2 不同模式土壤的持水性
• 4.3.3 影响土壤持水性的土壤因子
• 4.3.4 土壤比水容量比较
• 5 结论
• 5.1 林草间作将能在一定程度上改善土壤的水分物理特性
• 5.2 各林草间作模式地土壤蓄水性能及变化规律有所不同
• 5.3 林草间作能不同程度地改善土壤的持水性能
• 6 讨论
• 6.1 林草间作对土壤水文物理性质影响问题
• 6.2 林草间作地土壤水分年际变化问题
• 6.3 土壤水的分类问题
• 致谢
• 参考文献
• 作者简介
• 导师简介