华北土石山区不同密度人工油松林地土壤水分入渗研究

摘要

华北土石山区是我国林业生态建设的重点区域。由于华北土石山区土层浅薄、土壤水分、养分供应不足，显著影响林木生长。而森林经营可有效促进林木生长、改善并提高森林生态系统服务功能。其中，森林经营对生态系统的水分循环、水量平衡的影响是学者所关注的主要内容之一。本文以八达岭林场油松人工林为研究对象，通过野外入渗实验观测、数据采样，以及数据分析、模型模拟等方法，对比不同植被密度土壤入渗，主要结论如下:
　　(1)随着植被密度增大，土壤含水率变异系数在低密度和高密度样地上较大，并且低密度与高、中密度之间的差异显著(α＜0.05);容重随植被密度增大而增大，但差异不显著;土壤总孔隙和毛管孔隙均随着植被密度的增大而逐渐增大，而非毛管孔隙影响因素众多，变化情况较复杂。
　　(2)由于密度较大的样地根系分布较多，土壤孔隙度较大，通透性较好，导致随着植被密度的增大，土壤初始入渗率(i0)呈增大趋势，且差异显著(α＜0.05)∶1058株/顷（9.56±8.83mm/min）＜1444株/顷（12.11±5.89mm/min）＜1746株/顷（14.69±5.59mm/min）;土壤稳定入渗率(ic)也随着植被密度的增大而增大:1058株/顷（6.33±5.86mm/min）＜1444株/顷（6.33±4.04mm/min）＜1746株/顷（10±5.51mm/min）。土壤达到稳渗时间(t)也随密度的增大而逐渐增加:1058株/顷(16.52min)＜1444株/顷(18min)＜1746株/顷(20min)，推断这主要由于在高密度样地上土壤初始含水量较小，导致土壤湿润锋和吸水力较弱使得入渗过程缓慢。主成分分析表明:高密度样地上的入渗性能最好，低密度样地上的入渗性能最低(低、中、高密度对应土壤入渗综合判别值分别为-0.8467、-0.2554、1.10300)。
　　(3)影响平均入渗的因子主要为容重、总孔隙度、初始含水量、有机质、非毛管孔隙度以及砂砾含量。低密度上影响初始入渗和稳定入渗的主要因子为初始含水量，在高密度样地上则为毛管孔隙度。低密度样地上的初始含水量显著高于中、高密度样地，其通过影响土壤湿润锋来影响土壤吸水能力，在低密度样地上对入渗速率起主要作用;高密度样地上的孔隙度显著高于中、低密度样地，其通过增加入渗路径来影响入渗速率，导致在高密度上毛管孔隙度对入渗有主要影响作用。
　　(4)比较Horton模型、Kostiakov模型以及Philip模型，其中Horton模型的平均拟合精度最高(R2=0.9630)，平均误差最小(ε=0.4132);基于Horton模型的入渗模拟分析表明，土壤初始入渗速率和稳定入渗速率均随着植被密度的增大而明显增大。

目录

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摘要

第1章 绪论

1．1 选题背景

1．1．1 土壤入渗研究现状

1．1．2 影响土壤入渗的因素

1．1．3 土壤入渗的模型应用

1．2 本课题的主要研究内容

1．3 本课题的主要研究目的和意义

1．4 本课题研究创新点

第2章 材料和方法

2．1 研究区概况

2．2 研究内容和方法

2．2．1 试验小区的布设

2．2．2 实验观测

2．2．3 实验设备及入渗装置

2．2．4 技术路线

2．2．5 样本采集及测定方法

第3章 不同密度油松林土壤物理性质

3．1 土壤自然含水率对比

3．2 土壤容重对比

3．3 土壤粒径分布对比

3．4 土壤孔隙度对比

3．5 本章小结

第4章 不同密度油松林土壤水分入渗分析

4．1 土壤入渗特征比较

4．2 土壤入渗过程比较

4．3 土壤入渗性能综合分析

4．4 本章小结

第5章 不同密度油松林土壤入渗影响因子分析

5．1 土壤入渗影响因子的主成分分析

5．2 低密度林地入渗影响因子

5．3 中密度林地入渗影响因子

5．4 高密度林地入渗影响因子

5．5 本章小结

第6章 不同密度油松林土壤入渗模拟

6．1 土壤入渗模型结构

6．2 模型参数

6．3 不同模型拟合精度对比

6．4 模型模拟误差

6．4．1 不同入渗阶段的模拟误差判别

6．4．2 模型误差总体判别

6．5 不同林分密度上的入渗行为

6．6 本章小结

第7章 结论与展望

7．1 结论

7．2 展望

参考文献

附录

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

致谢