黄土高原半干旱区典型人工草地与天然草地土壤水分平衡研究

摘要

黄土高原干旱半干旱区植被恢复受土壤水分限制，天然降水是土壤水分的唯一补给源，不合理的植被恢复方式加剧土壤水分亏缺，限制植被的长期发展，考虑到黄土高原土壤水分状况，在植被恢复中多以建设人工草地或自然恢复的方式为主。为探究黄土高原典型人工草地和天然草地土壤水分平衡特征，本研究以甘肃省兰州市大洼山人工种植的柠条灌木草地（Caragana korshinskii）、紫花苜蓿草地（Medicago sativa）、冰草草地（Agropyron cristatum）以及自然恢复的针茅草地(Stipa capillata)为研究对象，比较研究与分析了在相同自然降水条件下典型人工草地和天然草地土壤水分动态变化、蒸散量变化、水分利用效率、土壤储水亏缺补偿度以及水分平衡特征，得出以下结论:
　　(1)人工草地耗水量大于天然草地，豆科草地耗水量高于禾本科草地。人工草地土壤水分季节变化剧烈层(0-100 cm)比天然草地(0-30 cm)深。豆科草地土壤含水量呈先增加后降低的变化趋势，禾本科草地呈先增加后降低最后缓慢增加的变化趋势。与第一个生长季相比，天然草地平均土壤含水量增加，人工草地降低，其中豆科草地降低3％-6％，禾本科草地降低1％。人工草地持续消耗土壤水分。
　　(2)人工草地较高的降水和土壤水分利用率，促进地上生物量增加。生物量增长高峰期，蒸散量达峰值。6月天然草地的蒸散量高于人工草地，进入生长旺盛期及末期（7、8、9月），人工草地的蒸散量高于天然草地，8月蒸散量最高。第一个生长季降水少，蒸散量超出同期降水量，天然草地土壤水分基本保持平衡，人工草地土壤水分呈不同程度的负平衡。第二个生长季降水增加，禾本科人工草地土壤水分负平衡。
　　(3)年限增加，人工草地生长季末土壤储水亏缺度增加，豆科人工草地耗水量高，土壤储水亏缺度大于禾本科人工草地。与第一个生长季相比，豆科人工草地土壤储水亏缺度增加4％，禾本科人工草地增加0.5％，天然草地降低2％。生长季初到季末土壤储水亏缺度先增加后降低，8月土壤储水亏缺达最大值。生长季末，各草地群落土壤储水亏缺均未得到完全补偿，禾本科草地土壤水分亏缺补偿度高于豆科草地。
　　(4)人工草地入渗速率高于天然草地，豆科人工草地高于禾本科人工草地。豆科草地入渗速率比禾本科草地高30％。地下生物量、总孔隙度、毛管孔隙度、土壤有机质含量和水稳性团聚体是决定入渗率的主要因素，表层土壤毛管孔隙度和水稳性团聚体对土壤入渗率产生了显著的负效应，10-30 cm土层地下生物量对入渗速率有显著提升。豆科草地显著提高土壤入渗速率，但干旱半干旱区降水少，限制了豆科草地这一优势。
　　人工草地对土壤水分的消耗高于天然草地。较高的入渗率使人工草地的降水利用效率高，相同降水条件下，人工草地能够获取更多地上生物量，加剧土壤储水亏缺。年限增加，人工草地土壤水分亏缺持续加剧，天然草地耗水少，对土壤水分具有一定保育效应。豆科草地退化后，发展成以禾草为主的草地，土壤水分消耗量降低，较高的入渗速率增加降水对土壤水分补充，从而改善土壤水环境。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 国内外研究进展

1．1．1 土壤水分动态变化研究

1．1．2 蒸散量动态变化研究

1．1．3 土壤水分平衡研究

1．1．4 土壤水分入渗过程研究

第二章 研究内容与方法

2．1 研究目的

2．2 研究内容

2．2．1 不同草地群落土壤水分动态变化特征

2．2．2 不同草地群落土壤水分平衡特征

2．2．3 不同草地群落土壤入渗性能

2．3 技术路线

2．4 研究方法

2．4．1 研究区概况

2．4．2 野外调查

2．4．3 测定项目及方法

第三章 不同草地群落土壤水分动态变化特征

3．1 结果与分析

3．1．1 年降水量变化特征

3．1．2 不同草地群落土壤水分垂直变化

3．1．3 不同草地群落土壤储水量变化

3．2 讨论

3．3 小结

第四章 不同草地群落土壤水分平衡特征

4．1 结果与分析

4．1．1 不同草地群落地上生物量季节变化特征

4．1．2 不同草地群落蒸散量变化特征

4．1．3 不同草地群落土壤水分平衡特征

4．1．4 不同草地群落水分利用效率

4．1．5 不同草地群落土壤水分亏缺与补偿

4．2 讨论

4．3 小结

5．1 结果与分析

5．1．1 不同草地群落土壤特征

5．1．2 不同草地群落土壤入渗率

5．1．3 土壤理化性质对土壤入渗率的影响

5．2 讨论

5．3 小结

第六章 结论与展望

6．1 主要结论

6．2 研究展望

参考文献

致谢

作者简介