晋西北黄土丘陵区不同林龄柠条林地土壤水分特征研究

摘要

晋西北黄土丘陵区是半湿润区与半干旱区中非常典型的生态过渡带与环境脆弱区,气候干旱,大气降水是区域土壤水分的唯一可靠来源,同时也是当地植被建设的主要限制性因子之一,进行区域土壤水分的研究对植被恢复具有极其重要的现实意义。本研究以晋西北黄土丘陵区的五寨县张家坪林场作为试验区,在2013年植物生长季期间(4-10月份),以野外试验结合室内分析的方法,对3种不同林龄的柠条林及对照撂荒地的土壤水分进行动态监测,定量研究了试验区不同林龄柠条林0-100cm剖面的土壤水分物理特性,生长季内0-600cm土壤水分的年内变化规律和季节动态变化规律、土壤剖面水分垂直变化规律及其土壤水分有效性,同时结合降水量与土壤水分垂直剖面的变化特征,分析了不同林龄柠条林的干燥化强度、土壤干层厚度及其水分恢复状况,经测定分析,主要研究结论如下:
　　1、不同林龄柠条林的土壤水分物理性质表现出一定的规律性。与撂荒地相比,研究区不同林龄柠条林林下凋落物的矿化和分解及其根系作用,使0-100cm土层剖面的土壤容重、孔隙度(毛管孔隙度、非毛管孔隙度、总孔隙度)和通气度状况得到很大改善,土壤的通气性与透水性显著提高。不同林龄柠条林的土壤容重、毛管孔隙度、非毛管孔隙度和土壤田间持水量随林龄的变化差异达到显著及以上水平(p<0.05),但随土层深度的变化并没有出现显著差异,而土壤总孔隙度、土壤饱和持水量和毛管持水量随林龄的变化差异不显著,却随土层深度的变化表现出不同程度的差异水平。
　　2、不同林龄柠条林地的土壤水分有着明显的时间变化特征和垂直分布特征。研究区内不同林龄柠条林及撂荒地在生长季内的土壤含水量动态变化趋势与降雨的季节变化是基本一致的,各试验样地的土壤水分含量总体表现为:10a柠条>20a柠条>撂荒地>35a柠条。但各样地的年内变化差异较大,除35a柠条林各月土壤含水量之间差异不显著外,其余各样地均达到不同程度的显著水平。生长季内各样地土壤水分动态变化大致分为:生长季初(4-5月)土壤含水量大幅减少;生长季中期土壤含水量显著增加,在8月中旬达最大值;9月土壤含水量则明显减少;生长季末(10月)土壤含水量迅速增加,达到一年内的最大值或者是次大值。
　　不同林龄柠条林及撂荒地0-600cm土层的土壤水分变化,在0-300cm处表现随土层深度的增加土壤水分减少,而在300-600cm处随土层深度逐渐增加,土壤含水量也在增加,并在200-300cm深度为临界点。由于林龄不同使得各林地对土壤水分的利用随土层深度的变化表现出不同的垂直分布特征。各样地均不存在极易效水层,除35a柠条林样地在300cm土层附近含有3.4％的难效--无效水层外,其余样地均不存在难效--无效水层。随着林龄的增加,柠条林地各土壤水分有效级别的平均相对湿度呈减小趋势,易效水土层厚度在减小,中效水土层厚度则在增加。
　　3、不同林龄柠条林及撂荒地土壤储水量的总体变化情况为:20a柠条>10a柠条>35a柠条>撂荒地,除各样地部分土层剖面土壤储水量有少量亏缺外,其余均呈盈余状态。各样地0-600cm土层剖面的平均土壤干燥化指数SDI值介于55%-92%,达到轻度至中度干燥化,且平均土壤干层厚度达447cm,土壤干化程度及干化深度随着林龄的增长呈现增加趋势。研究区各样地剖面土壤干层水分在连续丰水年和连续平水年的情况下经过降水量的补充可自行恢复到土壤稳定湿度时的含水量状态,但在连续欠水年的情况下,则需要至少4a甚至20a以上。综合考虑各降水年型,各样地土壤干层水分恢复所需年限随着林龄的增加而逐渐增加,土壤湿度恢复难度呈增加趋势。

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第一章 引言

1.1 研究背景

1.2 国内外研究动态

1.3 研究目标与内容

1.4 拟解决关键问题

第二章 材料与方法

2.1 试验区概况

2.2 研究方法与样地设置

2.3 分析项目与方法

2.4 数据处理

第三章 不同林龄柠条林土壤水分物理性质研究

3.1 不同林龄柠条林土壤容重与孔隙度特征及其变化

3.2 不同林龄柠条林土壤水分物理特征及其变化

3.3 小结

第四章 不同林龄柠条林土壤水分动态变化规律研究

4.1 不同林龄柠条林土壤水分年内变化和季节动态变化

4.2 不同林龄柠条林土壤水分垂直分布特征

4.3 不同林龄柠条林土壤水分有效性评价

4.4 小结

第五章 不同林龄柠条林土壤干燥化评价

5.1 不同林龄柠条林土壤水分亏缺分析

5.2 不同林龄柠条林土壤干燥化评价

5.3 不同林龄柠条林剖面土壤干层分布

5.4 不同林龄柠条林剖面土壤干层水分恢复

5.5 小结

第六章 结论与讨论

6.1 不同林龄柠条林土壤水分物理性质变化

6.2 不同林龄柠条林土壤水分动态变化

6.3 不同林龄柠条林土壤干燥化评价

6.4 存在的主要问题及需要开展的工作

参考文献

附表

攻读学位期间取得的研究成果

致谢

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