河水漫溢对荒漠河岸林植被及土壤的影响

论文摘要

本文依托塔里木河下游生态输水工程,针对不同漫溢方式下天然植被生态响应的差异,重点研究塔里木河下游地区在实施河水漫溢条件下天然植被生态恢复的机理性问题,分析河水漫溢的持续时间、频次、水量与地表植被群落生物多样性的关系;探讨漫溢过程中土壤理化性质变化的特点以及不同土地利用下的土壤可溶性有机物（DOM）的荧光特性;研究河水漫溢过程对河岸林植被分布的影响和对植被恢复的作用。河水漫溢区的物种、植被盖度、植物个体密度都高于非漫溢区。通过对比塔里木河下游在生态输水过程中形成的漫溢区和非漫溢区土壤表层的盐分含量,探讨了不同漫溢干扰方式对土壤盐分的影响,目的是为解释河水漫溢后天然植被出现明显响应的原因。结果显示:（1）塔里木河下游的土壤含盐量较高,总体属重盐土类型。这对于下游天然植被的分布和长势造成了影响。（2）漫溢干扰后,土壤表层盐分发生了明显的变化,主要表现在不同漫溢区的土壤含盐量均出现明显下降,例如:大西海子和阿拉干漫溢区土壤总盐均降低了60%以上;（3）漫溢方式对土壤表层盐分含量的方差分析表明,多次漫溢后,土壤总盐含量与漫溢前的差异达极显著,少次漫溢和冲刷区为显著,而长期渍水区则不显著,说明漫溢方式对土壤盐分的影响是显著的;（4）通过对不同漫溢持续时间和漫溢频次的漫溢干扰对土壤表层盐分变化以及地表植被多样性指数的讨论,我们认为,适度漫溢干扰更有利于表层土壤盐分的淋洗和植被的恢复。河水漫溢使土壤的物理性质发生变化,河水漫溢区的土壤颗粒组成以粉沙和极细沙为主,非漫溢区的颗粒组成以极细沙和细沙为主,土壤颗粒在漫溢区呈较细颗粒分布,漫溢方式对颗粒组成的影响最为显著。从漫溢干扰对土壤颗粒的扰动上显示,多次漫溢在地表形成短期渍水是比较好的漫溢方式。每年漫溢频次在3-5次时,对粉沙、粘粒物质影响最显著。不同断面土壤的容重较漫溢前都有所增加,漫溢后土壤变得较为紧实。各个断面漫溢区土壤的全氮、全磷、全钾的含量小于非漫溢区。不同的漫溢方式对土壤有机质含量影响显著。实验表明,研究区农田、林地、的可溶性有机物（DOM）的荧光特性不同,尽管土壤的DOM来源不同,但其荧光强度与溶解的有机碳之间有比较好的相关性, DOM荧光特性可以表征土壤有机碳的特性。然而漫溢区和非漫溢区的可溶性有机碳的含量差异不显著,这可能与此区域的土壤质地类似有关。温度对农田、林地、漫溢区、非漫溢区的DOM的荧光特性影响表明,各类土壤的荧光峰在高温处理后都发生了不同程度的偏移,可溶性有机物发生变化,反应物质向相对稳定的方向发展。林地、河水漫溢区、非漫溢区的DOM荧光强度在15℃时均达到最高值,之后缓慢下降。在整个温度梯度内,非漫溢区的DOM荧光强度变化较漫溢区的DOM荧光强度变化趋缓。重金属汞与土壤DOM荧光基团的相互作用过程主要是静态猝灭过程。紫外照射下与高温处理的土壤样品DOM荧光特性的变化是类似的。pH等于7是土壤DOM荧光强度变化的一个拐点。以塔里木河下游尾闾区218国道1090-2016段长约26km的公路两侧为实验研究区段,通过对土壤种子库萌发实验、土壤养分和盐分等分析,探讨了不同来水方式下地表植被长势的差异,以及河水漫溢过程对植被恢复的影响。结果显示: （1）在塔里木河下游尾闾区,盐分是限制本区植物种子萌发最重要的限制因子,在特定环境中它比水分的作用更突出;（2）从漫溢区和非漫溢区土壤种子库密度和种类的对比看,漫溢干扰对种子库密度的影响要远大于对种类的影响;（3）通过对比河水漫溢区和非漫溢区的土壤理化性质,可以发现漫溢作用对土壤的影响突出地表现在对表层土壤盐分的淋洗上。漫溢前表层土壤总盐含量为50.2 g/kg,漫溢后则降低到25.0 g/kg,而地下水抬升区表层土壤的盐分非但没有下降反而升高到116.4 g/kg,由此造成漫溢前与漫溢后及地下水抬升区的地表植被出现截然不同的响应,表明漫溢干扰在植被恢复过程中对盐分的淋洗作用意义重大。从胡杨空间分布的特点看,胡杨出现得频次与表层土壤盐分含量有显著的相关关系,并且当表层土壤的电导值大于7 ms/cm时,胡杨种子基本无法萌发,在实地的表现为较大区域没有胡杨,表明塔里木河下游表层土壤的盐分含量是影响胡杨分布的一个非常重要的因素通过实验研究和分析认为,保留河流的自然生态功能和创造河水漫溢条件是实现本区大范围生态恢复的关键。从以胡杨林为代表的河岸林植被的恢复看,输水的时间必须在种子的落种期,从乔、灌木植被恢复的时间看,最佳过水时间在7-10月。从漫溢的频次、强度、持续的时间对土壤物理性质、化学性质、植被变化特点看,合适的漫溢频次、持续时间和强度还有待进一步确认。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 问题的提出
• 1.2 国内外研究进展
• 1.2.1 国外的相关研究
• 1.2.2 国内相关研究
• 1.3 研究意义
• 1.4 研究目标
• 1.5 研究思路和技术路线
• 1.6 论文的创新点
• 第二章 研究区概况和研究方法
• 2.1 研究区概况
• 2.1.1 流域地貌
• 2.1.2 气候特征
• 2.1.3 植被状况
• 2.1.4 土地沙漠化与盐渍化状况
• 2.2 研究方法
• 2.2.1 不同漫溢条件的对比调查
• 2.2.2 植被调查
• 2.2.3 土壤盐分调查
• 2.2.4 土壤养分测定
• 2.2.5 土壤可溶性有机物（DOM）测定
• 2.2.6 土壤颗粒组成分析
• 2.2.7 河水漫溢方式设置
• 2.2.8 植被多样性和重要值计算
• 2.2.9 水盐胁迫及种子萌发试验
• 2.2.10 数据分析
• 第三章 生态输水前后天然植被的变化
• 3.1 塔里木河下游生态输水概况
• 3.2 塔里木河下游输水前的植被状况
• 3.3 生态输水后的植被变化特点
• 3.4 基于CBERS /CCD的土地覆盖变化
• 第四章 河水漫溢对土壤理化性质的影响
• 4.1 塔里木河下游土壤及其盐分的空间分布
• 4.1.1 塔里木河下游沙样的矿物组成
• 4.1.2 塔里木河下游表层土壤盐分的空间分布
• 4.2 河水漫溢对塔里木河下游土壤颗粒组成的影响
• 4.2.1 塔里木河下游土壤粒度组成的基本特征
• 4.2.2 漫溢前后土壤粒度组成的变化
• 4.2.3 不同漫溢方式下土壤颗粒组成变化规律
• 4.2.4 漫溢持续时间对土壤颗粒的影响
• 4.2.5 漫溢频次对粒径变化的影响
• 4.3 漫溢对土壤养分的影响
• 4.3.1 漫溢与否对土壤养分的影响
• 4.3.2 漫溢方式对土壤养分的影响
• 4.4 漫溢对表层土壤盐分的影响
• 4.4.1 河水漫溢区与非漫溢区土壤盐分的变化
• 4.4.2 漫溢对不同深度土壤盐分的影响
• 4.4.3 漫溢方式对盐分的影响
• 4.4.4 漫溢持续时间和频次对土壤盐分的影响
• 4.4.5 土壤盐分空间分布特点影响植被分布
• 4.4.6 漫溢对盐分淋洗的作用和植被反应
• 4.5 漫溢干扰对土壤容重的影响
• 4.5.1 漫溢干扰下的土壤容重的变化
• 4.5.2 漫溢方式对土壤容重的影响
• 4.5.3 土壤容重变化的分析
• 4.6 小结
• 第五章 土壤中溶解性有机物（DOM）对河水漫溢的响应
• 5.1 不同土地利用类型下土壤的DOM荧光特性
• 5.2 温度对土壤的DOM荧光特性的影响
• 5.3 UVB 照射对土壤DOM的影响
• 5.4 不同PH对土壤DOM的影响
• 5.5 小结
• 第六章 河水漫溢方式对天然植被的分布及恢复的作用
• 6.1 漫溢频次对地表植被的影响
• 6.2 漫溢持续时间对地表植被的影响
• 6.3 漫溢强度对地表植被的影响
• 6.4 漫溢过程中微地貌差异的影响
• 6.5 河水漫溢对植被恢复的影响
• 6.6 河水漫溢对天然植被分布的影响
• 6.7 小结
• 第七章 主要结论与讨论
• 7.1 主要结论
• 7.1.1 河水漫溢对土壤理化性质的影响
• 7.1.2 漫溢干扰与人为扰动对土壤DOM荧光特性的影响
• 7.1.3 漫溢干扰对植被的影响
• 7.2 讨论
• 7.2.1 河水漫溢的适度干扰讨论
• 7.2.2 塔里木河下游合理输水时间的讨论
• 7.2.3 保持河流生态功能的重要性
• 7.3 存在问题
• 参考文献
• 在读博士期间发表论文清单
• 致谢