半干旱黄土区不同土地利用方式对土壤生态水文性质的影响

摘要

黄土高原区域在我国既是生态环境脆弱的地区，又是经济不发达的地区。水资源短缺、沙漠化严重等自然问题严重制约着当地的发展。随着可持续发展和退耕还林还草政策的提出，建立一个可持续的土地利用方式将是非常必要的。农业学和自然科学等学科的研究已经证实，最适合西北干旱地区的土地利用方式是牧业或以牧业为主的农牧结合。紫花苜蓿是一种优良的人工牧草，被称为牧草之王，长期以来一直被认为是退耕还草的首选牧草。虽然对退耕还林还草工程的成果报道有很多但大都集中在改善生态环境和增加经济效益等方面，对其水分特性的研究相对较少。在黄土高原地区水分是制约植物生长的关键性因子，土壤水分有效性是评价植物对土壤水分的利用程度,以及水分胁迫对植物生长影响的重要指标,是判断黄土高原地区退耕还草工程成功与否的重要因素。本文共2个实验，利用野外采样和室内分析相结合的方法。第一年以撂荒草地、天然草地、小麦地和苜蓿地为实验对象，测定含水量、土壤容重、水分特征曲线和氯离子研究不同土地利用方式下的水分入渗，第二年以农田地和苜蓿地为研究对象，分别测定其土壤粒径、孔隙度、容重、饱和导水率、田间持水量、凋萎含水量、饱和含水量、有机质、pH、水分特征曲线等指标，从土壤的物理性质、化学性质和水分特性三方面进行比较,分析了农田退耕为苜蓿后土壤性质的差异，以期为这一地区植被的合理建植和可持续发展提供理论依据。　　结果发现，在不同的利用方式下，Van—Genuchten(VG)模型的相关系数均大于0.99，残差均小于0.005；Gard ner模型的相关系数均大于0.95，残差均小于0.01，说明VG模型和Gardner模型对研究区均有较好的适用性，但VG模型的模拟效果更好。　　与撂荒草地、天然草地和小麦地相比，苜蓿地的含水量明显较低，干燥化程度严重。撂荒草地的基质势和水势在5m以上波动较大，水分运动的方向变化剧烈，水势随深度的增加呈增加的趋势，水分主要向上移动。天然草地在4m以上的水势变化剧烈，水分运动方向变化剧烈，4m以下水势几乎不变，无水分入渗。小麦浅层的水势大于深层的水势，水分主要向下移动。苜蓿地的水势在整个剖面上波动均较剧烈说明水分运动的方向改变比较频繁，苜蓿地的基质势远远小于撂荒草地、天然草地和小麦地，干燥程度更严重。　　几种利用方式下氯离子剖面有明显差异，撂荒草地氯离子的含量随深度的增加呈递增趋势，土壤水中氯离子含量的最大值为691.28mg/L。天然草地的氯离子含量在1m处出现一个大峰，峰值为2073.38 mg/L，之后氯离子含量逐渐下降，4m以下基本不变，无深层入渗。自然植被转化成雨养农业后，小麦地氯离子剖面被冲刷，深层补给量增加到2.13mm/yea r，占年平均降雨量的0.7％。苜蓿地与小麦地相比，苜蓿地氯离子累积到了4m。　　在整个剖面上苜蓿地和农田地的容重、孔隙度、水分常数、土壤质地、SOC含量和 pH值均没有显著性差异，苜蓿地的饱和导水率显著性高于农田地（P<0.05），农田地含水量极显著高于苜蓿地（P<0.01）。分层来看，农田地和苜蓿地的容重、孔隙度和水分常数的差异主要表现在浅层，而饱和导水率的差异主要表现在深层。在0-0.2m苜蓿地的容重显著性大于农田地（P<0.05），孔隙度和饱和含水量显著性小于农田地（P<0.05）；在0.2-0.4m处农田地的容重极显著大于苜蓿地容重（P<0.01），孔隙度和饱和含水量极显著小于苜蓿地（P<0.01）；苜蓿地的饱和导水率1.2-1.4m、1.4-1.6m处显著高于农田地的饱和导水率（P<0.05）。在0-1.8m的剖面上苜蓿地地的饱和含水量、田间持水量和凋萎含水量均高于苜蓿地。垂直分层看农田地的含水量高于苜蓿地的显著性差异主要表现在0-1m。　　对土壤水分性质的分析发现，苜蓿地的土壤持水能力大于农田，而农田地的土壤供水能力和水分有效性较好；对土壤水分类结果发现，研究区有效水的上限对应的基质势是-0.1bar，与黄土高原大多数地区不同。农田地的有效水含量和速效水含量大于苜蓿地，而迟效水含量相等；比水容量随含水量的变化曲线可以发现，苜蓿地和农田地的比水容量均是在田间持水量附近时变化较快，而在田间持水量的50%-60%变化缓慢。

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第一章 文献综述

1. 1 选题背景

1. 2 国内外研究现状

1.2.1 不同的土地利用方式对土壤理化性质的影响

1.2.2 土壤水分的研究

1.2.3 土壤水分有效性

1.2.4 地下水分补给

1. 3 研究内容与意义

第二章 不同耕作方式对土壤水分性质的影响

2. 1 研究区概况

2. 2 野外试验设计

2. 3 指标测定

2.3.1 土壤含水量

2.3.2 土壤水分特征曲线

2.3.3 土壤容重

2.3.4 饱和导水率

2.3.5 土壤氯离子

2. 4 数据处理

2. 5 结果

2.5.1 水分特征曲线的拟合

2.5.2 不同土地利用方式下土壤水分、基质势和水势分布

2.5.3 不同土地利用方式下氯离子剖面

2. 6 讨论

2.6.1 水分特征曲线的拟合

2.6.2 不同土地利用方式下土壤水分、基质势和水势分布

2.6.3 不同土地利用方式下氯离子剖面分布

第三章 农田和苜蓿地土壤性质的比较

3. 1 野外试验设计

3. 2 指标测定

3.2.1 土壤含水量

3.2.2 土壤有机质

3.2.3 土壤水分特征曲线

3.2.4 土壤容重

3.2.5 土壤饱和含水量

3.2.6田间持水量

3.2.7 凋萎含水量

3.2.8 饱和导水率

3.2.9 孔隙度

3.2.10 土壤粒径

3.2.11 土壤pH

3. 3 数据统计及分析

3. 4 研究结果

3.4.1 土壤容重和孔隙度

3.4.2 土壤水分常数

3.4.3 饱和导水率和土壤粒径

3.4.4 含水量、有机质和pH

3.4.5 土壤水分特征曲线的拟合和比水容量

3.4.6 土壤水分有效性

3.4.7 比水容量变化曲线

3. 5 讨论

3.5.1 土地利用方式对容重和孔隙度的影响

3.5.2 土地利用方式对水分常数的影响

3.5.3 土地利用方式对饱和导水率和土壤质地的影响

3.5.4 土地利用方式对SOC、pH和含水量的影响

3.5.5 利用方式对土壤持水特性和供水特性的影响

3.5.6 土地利用方式对土壤水分有效性分类结果的影响

3.5.7 土地利用方式下比水容量的变化曲线

第四章结论

4. 1 主要结论

4. 2 研究展望

参考文献

在学期间科研成果

致谢