巨桉林草复合种植模式初期土壤水分生态研究

摘要

本文采用宽行窄株栽植模式，共设5种林分密度，即巨桉株距均为1.5 m，行距分别是3 m、4 m、5 m、6 m、8 m(对应密度分别为2 222株·hm<'-2>、1667株·hm<'-2>、1333株·hm<'-2>、1 111株·hm<'-2>、833株·hm<'-2>)，分别以行距3 m、行距4 m、行距5 m、行距6 m、行距8 m表示，与牛鞭草、鸭茅、白三叶组成林草复合种植模式：巨桉+牛鞭草(简称模式Ⅰ)、巨桉+鸭茅(模式Ⅱ)和巨桉+白三叶(模式Ⅲ)。以定位观测为主要方法，重点研究了巨桉幼龄林阶段不同林分密度3种林草复合种植模式对土壤水分生态的影响以及林草生长对此的响应。主要研究结果如下： 1)同一时间段内，3种模式土壤水分含量存在差异。在3～5月，模式Ⅲ土壤水分含量明显低于其他两种模式，6月土壤水分含量尚未呈现出规律性，7月表现为模式Ⅰ>模式Ⅲ>模式Ⅱ，8月则有比较明显的密度分化特征，在中高密度(行距3 m、4 m、5 m)表现为模式Ⅲ>模式Ⅱ>模式Ⅰ，而在低密度(行距6 m与行距8 m)表现为模式Ⅰ>模式Ⅲ>模式Ⅱ。土壤水分含量与大气降水量分布规律基本一致，5月平均土壤水分含量最低，7月平均值最高。在干旱状态下，上层(0～15 cm)土壤水分含量具有明显的日变化，从早晨到下午呈降低趋势。 2)3～5月，土壤水分含量受林草植被生长及林草系统结构特征影响较大，呈现出明显的冠层效应，表现为树冠下土壤水分含量明显低于树冠外。6～8月土壤水分含量受降雨影响大，冠层效应表现不明显。 3)模式Ⅰ(巨桉+牛鞭草)对土壤水分的影响不仅表现在上层(0～15 cm)土壤，同时对下层(15～30 cm)土壤也构成了一定的影响，出现了下层土壤干旱化现象，土壤水分含量上下层间差异与距离树干远近有关，该差异树干周围大于树冠外；而模式Ⅱ(巨桉+鸭茅)下层土壤水分含量高于上层，树冠外上下层间差异大于树干周围。 4)林草复合系统对降雨进行再分配，系统截留作用受降雨特征以及植被本身干湿状态影响较大，表现为巨桉对降雨截留起主要作用，牧草的截留率较低。 5)3种模式土壤容重均表现为上层低于下层，树冠下低于树冠外，8月最低。方差分析表明，同一位置上下层问差异达显著水平(P<0.05)；5月模式间差异达显著水平(P<0.05)；同一模式不同密度间差异不明显。11月，土壤总孔隙度模式I最低，毛管孔隙度模式Ⅲ最高，而非毛管孔隙度模式Ⅱ明显优于其他两种模式。3种模式土壤有机质与水碱氮、有效磷、速效钾等含量均表现为上层高于下层：经一个生长季，土壤有机质含量有不同幅度的上升，3种速效养分则表现为下降。 6)3种模式产草量差异显著(P<0.05)，产草量大小顺序为：模式Ⅰ>模式Ⅲ >模式Ⅱ。其中模式Ⅰ与模式Ⅲ单位面积产革量与密度的关系均表现为随密度降低，单位面积产草量增加，而模式Ⅱ中二者关系则表现为单峰型，即在中等密度(行距5 m)最大。巨桉生长表现出明显的周期性，3种模式中巨桉胸径增长最快阶段为5～8月，其次为3～5月，最慢为8～11月；树高生长同样表现为5～8月生长最快，其他两个阶段生长差异不大。综合林草生物量与密度间的关系、相邻密度间林草生物量增幅及土地利用效率等因素，初步认为模式Ⅰ(巨桉+牛鞭草)为最适模式，行距5 m即1.5 m×5.0m为最佳林分种植密度。 7)巨桉林草系统对减少地表径流、降低土壤侵蚀、防止土壤养分流失具有重要意义。在相同情况下裸地、农耕地(玉米地)、荒草地、巨桉林地等坡地利用方式产流产沙差异显著(P<0.05)，径流深依次是裸地(250.9 mm)>农耕地(232.9 mm)>荒草地(175.4 mm)>经干扰的巨桉林地(170.5 mm)>未经干扰的巨桉林地(141.3mm)；产沙量大小依次为：农耕地(313.63 t·km<'-2>)>裸地(176.8 t·km<'-2>)>荒草地(94.45 t·km<'-2>)>经人为干扰的巨桉林地(90.58 t·km<'-2>)>未经干扰的巨桉林地(36.37 t·km<'-2>)；各坡地利用方式养分流失差异显著(P<0.05)，其流失量大小顺序均为钾素>磷素>氮素；其中，氮素与磷素流失以水溶态为主，平均为96.16％与69.45％，钾素以颗粒态(与泥沙结合态)为主，平均为74.93％。不同坡地产流产沙主要影响因素不同，裸地与农耕地受降雨影响较大，而荒草地与巨桉林地受人为干扰因素较大。调整农事活动、改善经营措施与减少人为干扰对防止坡地产流产沙以及养分流失具有重要作用。

目录

文摘

英文文摘

声明

前言

1文献综述

1.1林草复合生态系统研究

1.1.1林草复合种植的概念及发展

1.1.2构建林草复合生态系统的意义

1.1.3林草复合生态系统的理论基础

1.2林地土壤水分研究概况

1.2.1林地土壤水分的影响因素

1.2.2林地土壤水分与林草生理特征研究

1.2.3林草植被建设中的土壤水分研究

1.3研究目的与意义

2试验地概况与研究内容

2.1试验地概况

2.2研究内容

3材料与方法

3.1巨桉林草复合种植模式土壤水分生态特征研究

3.1.1试验材料

3.1.2试验模式设计

3.1.3试验内容

3.1.4研究方法

3.2巨桉林地与其他坡地利用方式产流产沙及养分流失特征

3.2.1试验小区植被情况与经营特征

3.2.2研究方法

4结果与分析

4.1巨桉林草复合种植模式土壤水分生态特征研究

4.1.1土壤水分含量的测定

4.1.2林草复合系统中树干茎流与树冠截留对降雨的再分配

4.1.3土壤理化性质变化特征

4.1.4 3种林草复合模式林草生物量比较

4.2巨桉林地与其他坡地利用方式产流产沙及养分流失特征

4.2.1产流特征分析

4.2.2产沙特征分析

4.2.3养分流失特征分析

4.2.4推移质及其养分流失分析

4.3小结与建议

4.3.1小结

4.3.2建议

5全文主要结论与进一步研究的内容

5.1全文主要结论

5.2进一步研究的内容

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表文章