黄河三角洲贝壳堤典型灌草群落贝壳砂颗粒分形特征及水文物理性能

摘要

为揭示黄河三角洲贝壳堤典型灌草群落的贝壳砂颗粒分形特征及其蓄水性能,以贝壳堤典型滩脊地带的酸枣-蒙古蒿(Ziziphus jujuba var.spinosa-Artemisia mongolica.)、杠柳-砂引草(Periploca sepiumBunge-Messerschmidia sibirica)灌草植物群落和蒙古蒿-芦苇(Artemisia mongolica-Phragmites australis)草本植物群落等三种植被类型为研究对象,并以相同地段的裸地作为对照,采用激光衍射分析技术,测算不同灌草群落的土壤颗粒粒径分布、单重和多重分形特征,并测量其蓄水性能指标.结果表明: (1)不同灌草群落贝壳砂颗粒＞100μm的体积分数分布较高,贝壳砂呈现非均匀分布的特性,具有明显的异质性.不同灌草群落贝壳砂不同土层单重分形维数之间差异显著(P＜0.05),单重分形维数在1.997-2.585之间(均值为2.252),显著高于裸地的1.212-1.982.在0-30cm土层上,贝壳砂颗粒单重分形维数均值表现为酸枣-蒙古蒿灌草群落＞杠柳-砂引草灌草群落＞蒙古蒿-芦苇草本群落＞裸地,分别比裸地增加62.02%、39.29%、38.81%.灌草群落可使土壤质地由粗到细进行转变,灌草群落的这种转变性能好于草本群落,其中酸枣-蒙古蒿灌草群落在0-30cm土层土壤质地较细.贝壳砂不同灌草群落不同土层之间D0、D1、D2、D1/D0、D0-D1差异性显著(P＜0.05).除因裸地的0-10cm、20-30cm土层黏粒含量为0而没有多重分形特征外,贝壳砂不同土层D0在0-30cm的均值表现为酸枣-蒙古蒿灌草群落＞杠柳-砂引草灌草群落＞蒙古蒿-芦苇草本群落＞裸地;不同灌草群落不同土层之间D1表现各不相同,其中10-20cm的D1表现为酸枣-蒙古蒿灌草群落＞杠柳-砂引草灌草群落＞蒙古蒿-芦苇草本群落＞裸地,与裸地相比,3种不同灌草群落分别增加14.93%、14.80%、12.42%. 不同灌草群落下贝壳砂颗粒单重分形维数与黏粒,粉粒的体积分数呈极显著正相关(P＜0.01),与砂粒的体积分数呈极显著负相关(P＜0.01).贝壳砂多重分形参数与土层深度有关.在0-20cm土层D0随贝壳砂黏粒、粉粒含量的增加而增加,随砂粒含量的增加而减小,20-30cm土层D0与颗粒含量的变化与此相反. (2)不同灌草群落下贝壳砂的容重和孔隙度特征差异显著(P＜0.05).不同灌草群落下的贝壳砂容重均低于裸地,0-30cm土层内酸枣-蒙古蒿灌草群落、杠柳-砂引草灌草群落、蒙古蒿-芦苇草本群落的贝壳砂容重均值分别比裸地降低18.84%、15.12%、13.49%.贝壳砂总孔隙度与容重的变化趋势相反,均值大小表现为蒙古蒿-芦苇草本群落＞杠柳-砂引草灌草群落＞酸枣-蒙古蒿灌草群落＞裸地,分别比裸地高31.97%、19.50%、15.67%.酸枣-蒙古蒿灌草群落的毛管孔隙度均值高于蒙古蒿-芦苇草本群落、杠柳-砂引草灌草群落.蒙古蒿-芦苇草本群落的非毛管孔隙度均值最大,涵养水源的能力较好.不同灌草群落的贝壳砂的蓄水性能差异显著(P＜0.05).贝壳砂饱和贮水量、涵蓄降水量均值大小表现为蒙古蒿-芦苇草本群落＞杠柳-砂引草灌草群落＞酸枣-蒙古蒿灌草群落＞裸地,其中贝壳砂饱和贮水量分别比裸地高32.58%、20.05%、16.21%,贝壳砂涵蓄降水量分别比裸地高32.61%、20.04%、16.17%.贝壳砂有效涵蓄量均值表现为蒙古蒿-芦苇草本群落＞裸地＞酸枣-蒙古蒿灌草群落＞杠柳-砂引草灌草群落.相同水吸力下,酸枣-蒙古蒿灌草群落的贝壳砂含水量显著高于杠柳-砂引草灌草群落和蒙古蒿-芦苇草本群落,而蒙古蒿-芦苇草本群落和裸地的含水量较低且差异不显著(P＞0.05). (3)贝壳砂单重分形对贝壳砂容重与孔隙度反映程度不一致,反映程度最大的是非毛管孔隙度,其次是总孔隙度、容重.贝壳砂单重分形对蓄水指标的反映程度也不一样,反映程度最高的是饱和贮水量,对有效涵蓄量反映程度最低,仅在10-20cm土层贝壳砂单重分形随有效涵蓄量的增加而增加.贝壳砂多重分形参数与不同土层容重、孔隙度及蓄水性能的相关性不同,在0-10cm、20-30cm土层多重分形参数与容重、孔隙度及蓄水性能的相关性不显著(P>0.05).在10-20cm多重分形参数D1、D2、D1/D0与容重、孔隙度及蓄水性能呈显著正相关(P<0.05). 贝壳砂的物理、蓄水性能指标间接影响单重分形与多重分形,颗粒组成(黏粒、粉粒、砂粒含量)直接影响贝壳砂的分形维数.黄河三角洲贝壳堤滩脊地带内,不同灌草群落下酸枣-蒙古蒿灌草群落对贝壳砂的蓄水调节能力最好,其次为杠柳-砂引草灌草群落,蒙古蒿-芦苇草本群落最差,但都明显高于裸地,其中灌木草本群落的蓄水调节能力体现在10-20cm土层,草本群落蓄水调节能力体现在0-10cm土层.

目录

声明

1引言

1.1研究目的与意义

1.2国内外研究现状

1.2.1贝壳砂研究进展

1.2.2土壤分形维数研究进展

1.2.3土壤分形维数与土壤物理性质研究进展

2材料与方法

2.1研究区概况

2.1.1地理位置

2.1.2自然环境特征

2.2研究内容

2.2.4不同灌草群落贝壳砂蓄水调节能力

2.3研究方法

2.3.1样地设置

2.3.2典型灌草群落数量特征调查与测定

2.3.3贝壳砂样品处理与指标测定

2.3.4数据处理与分析

2.4技术路线

3结果分析

3.1不同灌草群落贝壳砂颗粒分形特征

3.1.1不同灌草群落贝壳砂粒径分布特征

3.1.2不同灌草群落贝壳砂粒径分布的单重分形特征

3.1.3不同灌草群落贝壳砂粒径分布的多重分形特征

3.1.4贝壳砂颗粒分形维数与贝壳砂不同粒级颗粒含量的关系

3.2不同灌草群落不同土层贝壳砂水分生态特征

3.2.1不同灌草群落不同土层贝壳砂物理特征

3.2.2不同灌草群落不同土层贝壳砂蓄水性能

3.2.3不同灌草群落贝壳砂持水性能

3.3贝壳砂的分形维数与水分生态指标相关性

3.3.1单重分形与贝壳砂物理性能指标相关性

3.3.2单重分形与贝壳砂蓄水性能指标相关性

3.3.3多重分形参数与贝壳砂物理性能指标相关性

3.3.4多重分形参数与贝壳砂蓄水性能指标相关性

3.4不同灌草群落贝壳砂蓄水调节能力

3.4.1不同灌草群落的贝壳砂蓄水指示因子分析

3.4.2不同灌草群落的蓄水调节指标隶属度值

4讨论

4.1贝壳砂颗粒分形维数与其粒径组成的关系

4.2贝壳砂颗粒分形维数与其物理参数的关系

4.3贝壳砂颗粒分形维数与其蓄水性能的关系

4.4 贝壳砂蓄水调节能力的影响因素

4.5土壤分形维数的方法探讨

5结论

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表论文