关中平原全新世土壤和土壤水环境研究

摘要

目前黄土高原地区正在大规模地进行以植树种草为主的生态环境建设，而且在延安以南地区主要是恢复森林植被。如果该区不是森林发育的地带，那么不仅会出现造林不成林的现象，造成经济上的巨大损失，而且会导致植被退化和土壤干燥化。现代气候是全新世气候的延续和发展，因此，研究全新世黄土高原中南部塬区有无较广泛的森林发育，对现代的植树造林工作有重要的参考价值。 在黄土高原地区，由于地下水埋深大，该区植被的发育主要依靠来自大气降水入渗形成的土壤水分，所以土壤水分的多少是决定不同类型植被发育的最关键因素。人们对黄土高原土壤水分进行了很多研究，已经认识到较严重的土壤干层是造成延安及以北地区人工林生长不良的主要原因。已有的研究表明，土壤中重力水的入渗深度能够指示土壤干层的有无和发育强弱，是决定植被类型的最主要和最关键的因素。现代黄土高原地区的重力水入渗深度一般不能到达2m，2m以下是入渗、运移很缓慢、含量低的薄膜水，所以容易形成长期性土壤干层和严重的水分不足。 为此，我们选择和现代气候联系紧密的全新世作为研究时段，采取野外考察，室内实验相结合的方法，通过CaC03含量与微量元素测定、颗粒成分分析、土壤微结构鉴定等多项指标，对关中平原全新世黄土、土壤和全新世土壤水环境进行了研究，获得的主要认识有： (1)应用CaC03淀积深度模型，结合土壤水分的运移规律和水分在土体分布中的格局及其有效性，对关中平原全新世土壤水进行了研究，并利用现代降水量进行验证。研究得出，全新世土壤S0发育时期，秦岭山前地带王庄剖面的重力水入渗深度达到3m；关中平原中部安村剖面和西杨万村剖面的重力水入渗深度达到2.12m；关中平原西部岐山雍川镇剖面的重力水入渗深度达到2.3m，重力水入渗深度指示当时的年降水量为800mm左右。根据重力水入渗深度和重力水带之下厚约1m的毛管水带的分布可知，S0发育时关中平原基本没有土壤干层发育，土层中的有效水分布深度可以满足森林植被生长的需要，表明关中平原全新世中期古土壤发育时的植被类型应为森林。 (2)通过对迷鹿村全新世古土壤下部木本植物根孔充填物的颜色、粒度成分和矿物组成的研究，发现根孔充填物与全新世古土壤粘化层基本相同，应该是发育在全新世古土壤形成的中、后期，当时古土壤的发育已经成熟。植物根孔的分布深度和充填物的迁移深度指示全新世中期重力水的入渗深度有时可以达到4m，全新世中期古土壤发育时深部土层含水量高，能够满足森林植被发育的需要。植物根孔的分布和重力水的入渗深度表明当时植被应为森林，全新世中期古土壤发育时深部土层含水量高。 (3)通过对关中平原全新世古土壤微结构和超微结构的鉴定以及CaC03含量测定、CaC03迁移深度研究以及元素分析，发现关中平原全新世中期的成壤强度比现代关中平原和华北平原显著强，当时形成的土壤与发育弱的黄棕壤基本相同。据此判断当时的年降水量为800mm左右，那时暖湿气团的活动强度大，能够较频繁地越过秦岭到达关中平原。 (4)关中平原全新世晚期黄土经历了明显的风化成壤作用，具备土壤的结构和特点，具有残积—淀积粘化特征，表明L0是在相对冷干气候条件下形成的土壤，该层黄土成壤强度与温带褐色土类似，具碱性褐土的性质。 (5)通过微量元素在剖面各层中的分布分析，可以看出S0发育时期降水较丰富，植被发育较好，风化成壤作用较强，表层土壤较高含水量的阶段持续时间较长，土层深部含水量较高。 (6)Sr元素迁移深度和CaCO3迁移深度一样具有指示重力水入渗深度的作用。Sr含量表明全新世中期古土壤发育时基本没有土壤干层发育，当时有利于森林植被发育。 (7)通过对颗粒成分的计算分析，发现全新世古土壤S0发育时的环境较现代温湿，粘化作用较强，生物活动较强，指示土壤深部含水量较高，重力水分布深度较大。 (8)粘粒含量、微量元素含量、CaCO3含量和微结构特征表明，全新世晚期黄土L0发育时气候相对冷干，降水量较全新世中期明显减少，当时深部土层含水量较低，有土壤干层发育。虽然土层粘化特征表明森林发育是可能的，但森林发育不会太好。

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

第二章研究地区概况

第三章渗透重力水入渗模型

第四章关中平原全新世土层CaCO3含量与土壤水环境

第五章现代关中平原地区土壤水分的运移

第六章全新世微量元素含量与土壤和土壤水分带

第七章全新世古土壤下部木本植物根孔的特征与土壤水环境

第八章全新世古土壤结构与土壤水环境

第九章关中平原全新世颗粒成分与土壤和土壤水环境

1颗粒成分分析方法

2颗粒成分在剖面中的分布

3剖面中的粒度参数特征

4颗粒成分指示的土壤和土壤水环境

5粒度参数特征指示的土壤水环境

6全新世黄土L0的性质

7小结

第十章主要结论

参考文献

致谢

攻读博士学位期间的科研成果和参加的科研项目