三峡山地不同植被覆盖下的土壤结构与水分特征研究

摘要

为揭示土壤涵养水源的机制，并为山区生态治理提供依据，以三峡库首大老岭和白水头为研究区，采集温性落叶阔叶林、温性针叶林、次生混交林和茶园地的原状土样，测定土壤团聚体、孔隙度等土壤结构参数，分析土壤水分特征参数，建立土壤水分特征曲线模型，并揭示土壤结构与水分特征的变化规律。研究结果如下:
　　(1)三峡山地不同植被覆盖下的土壤机械组成差异大。砂粒和粉粒含量所占比重较大，粘粒含量则较小。砂粒含量表现出随土层深度的增加而增大的规律，粉粒与粘粒含量均表现出与砂粒含量相反的规律，即随土层深度的增加而减小。温性落叶阔叶林的砂粒含量的平均值最大，是其他样地的1～4倍。温性针叶林砂粒含量的平均值(26.33％)在这4个养地中最小;粉粒(52.37％)与粘粒(21.30％)的平均值均为这4个样地中的最大值。次生混交林的砂粒、粉粒和粘粒含量在不同土层之间的差异较小，含量较为稳定。茶园地跟林地土壤相比，砂粒、粉粒、粘粒含量在不同土层之间的变化幅度较小。
　　(2)孔隙度与毛管孔隙度随土层深度的增加，整体呈现出逐渐递减的趋势。除了茶园地之外，孔隙度的最大值均出现于表层(0～10 cm)，是其他土层的1.05～1.76倍，最小值则出现在各个样点的最下层。温性针叶林毛管孔隙的平均值(12.4％)最大，是其它三个样地的1.38～2.14倍。就表层来看，大孔隙以温性针叶林体积比最大，其次是次生混交林和温性落叶阔叶林，茶园地最小。与林地土壤相比，茶园地各土层大孔隙的分布比例差异较小，数量分布较为均匀。
　　(3)用干湿筛法研究了不同植被覆盖下的土壤团聚体结构。＞0.25mm的干团聚体含量即R025（干）的变化范围是94.54～99.05％，变化幅度小且含量较高。＞0.25mm的水稳性团聚体含量即R025(湿)在不同土层之间的变化范围是60～93.31％，变化幅度较大，表明不同土层的水稳性差异较大。分析样地的R0.25、平均重量直径(MWD)和几何平均直径(GMD)得出下层土壤的结构稳定性较上层好。对土壤团聚体指标R0.25、MWD、GMD与体积质量、有机质、孔隙结构指标进行相关性分析，相关性均显著，即体积质量、有机质和孔隙结构是土壤团聚体结构稳定性的重要影响因素。
　　(4)通过离心法分析并用模型拟合土壤水分特征曲线。结果表明三峡山地土壤随水吸力增大，含水率呈现出先迅速降低，后趋于平缓的变化规律。森林土壤表层的含水率变化较大，在14.2％～66.53％之间;低吸力阶段，即S＜20 KPa时各样地曲线较陡，含水量变化较快，而在20＜S＜200KPa时各样地曲线近似平行，含水量变化较小。温性针叶林的特征曲线在图中高于其他样地，表明在各吸力段的含水量均大于其他样地，持水能力好。森林土壤相比较，温性针叶林相对于其他两类林地土壤有着更强的持水性。与林地相比，茶园地不同土层之间水分特征曲线高度变化小，几乎重叠，持水能力比温性针叶林差，与次生混交林和温性落叶阔叶林差异较小。用van Genuchten(VG)模型研究不同植被覆盖下的土壤水分特征曲线，决定系数R2均大于0.96，模型拟合效果好。拟合参数n值的差异较大，表明其释水性不同。
　　(5)对土壤结构指标与土壤水分特征指标做相关性分析。砂粒与水分特征参数的负相关性达到显著水平(P＜0.05)，粉粒与田间持水量极显著正相关(P＜0.01)，粘粒与饱和含水量、田间持水量、有效水含量的正相关性均达到极显著水平（P＜0.01），即砂粒含量少，粉粒和粘粒含量大的土壤含水量较高，持水性更好。R0.25（干）与饱和含水量、田间持水量、有效水含量负相关性显著(P＜0.05)。干筛下的MWD和GMD均与饱和含水量显著负相关（P＜0.05），即机械稳定性团聚体的几何平均直径越小，土壤的饱和含水量越大。GMD(湿)与田间持水量显著负相关(P＜0.05)，水稳性大团聚体的几何平均直径大，则田间持水量大，那么土壤的持水性能就好。毛管孔隙度、总孔隙度、0.03～0.06 mm大孔隙以及＞0.06 mm大孔隙均与田间持水量、饱和含水量、有效水含量极显著正相关(P＜0.01)。分析得出影响水分特征最主要的因素是粘粒和土壤孔隙结构。

目录

声明

摘要

1．1 研究背景和研究意义

1．1．1 研究背景

1．1．2 研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 土壤结构研究

1．2．2 土壤水分特征研究

1．2．3 土壤结构与水分特征关系的研究

2 研究内容与方法

2．1 研究区概况

2．1．1 三峡地区自然地理概况

2．1．2 试验区概况

2．2 研究内容

2．3 研究方法

2．3．1 土壤样品的采集

2．3．2 土壤团聚体测定

2．3．3 水分特征曲线的测定

2．3．4 土壤孔隙的测定

2．3．5 土壤理化性质的测定

2．4 数据分析

2．5 技术路线

3 土壤结构特征研究

3．1 土壤机械组成分析

3．2 土壤孔隙结构分析

3．2．1 土壤孔度

3．2．1 毛管孔隙结构

3．2．2 大孔隙结构

3．3 土壤团聚体结构特征

3．3．1 机械稳定性团聚体结构

3．3．2 水稳定性团聚体结构

3．3．3 土壤团聚体结构评价指标

3．3．4 土壤结构稳定性影响因素分析

4 土壤水分特征研究

4．1 土壤水分特征曲线

4．1．1 不同植被覆盖下的土壤水分特征曲线分析

4．1．2 森林土壤不同垂直剖面的水分特征曲线分析

4．2 土壤水分特征曲线模型

4．3 土壤水分特征参数

4．3．1 饱和含水量

4．3．2 田间持水量

4．3．3 有效水含量

5 土壤结构与水分特征关系研究

5．1 土壤理化性质对水分特征的影响

5．2 土壤团聚体对水分特征的影响

5．3 土壤孔隙结构对水分特征的影响

6 结论与讨论

6．1 结论

6．2 不足之处

6．3 展望

参考文献

硕士期间参与课题和发表论文

致谢