黄土高原草地恢复对土壤物理性质的影响

论文摘要

研究草地恢复过程中土壤物理性质的变化对黄土高原生态环境建设和土壤质量评价有重要的科学价值。本文在黄土区选取森林草原带的安塞坊塌流域和草原带的神木六道沟为研究区,采用野外试验和室内分析相结合的方法,研究了近40年草地恢复过程对土壤孔隙度、容重、团聚体等19个土壤物理性质指标的影响;基于统计学方法,筛选草地恢复驱动变化的关键土壤物理特性指标;运用土壤物理质量综合指数定量评价草地恢复对土壤物理性质的影响,旨在为黄土高原植被建设提供科学依据。主要结论如下:（1）草地恢复能显著改变土壤结构性特征。黄土区森林草原带各样地土壤质地无显著差异,均为粉壤土。土壤容重随草地恢复年限的增加而减小,总孔隙度、通气孔隙度、>0.25mm水稳性团聚体含量和团聚体平均重量直径随草地恢复年限的增加而增加。>0.25mm水稳性团聚体含量和团聚体平均重量直径在草地恢复30年后达到稳定状态。土壤容重变化范围为1.041.45g/cm3,与农地相比,10年、20年、30年和40年草地土壤容重减小了4.2%、2.6%、2.2%和5.3%;毛管孔隙度减小了12.1%、32.4%、23.9%和29.5%;总孔隙度增加了1.2%、1.2%、3.8%和6.2%;通气孔隙度增加了9.9%、13.1%、16.7%和20.9%;>0.25mm水稳性团聚体含量增加了49.4%、24.6%、80.2%和83.6%;团聚体平均重量直径增大了108.1%、63.1%、289.0%和271.2%。草原带样地土壤为粉壤土和壤土,土壤容重显著降低,总孔隙度、通气孔隙度、>0.25mm水稳性团聚体含量和团聚体平均重量直径显著增大,毛管孔隙度随草地恢复的进行呈现出波动变化趋势。容重、>0.25mm水稳性团聚体含量和团聚体平均重量直径在草地恢复30年后趋于稳定。草原带土壤容重变化范围为1.261.62g/cm3,10年、20年、30年和40年草地土壤容重减小了3.4%、6.0%、6.1%和11.6%;总孔隙度增加了10.9%、13.2%、12.1%和24.9%;通气孔隙度增大了1.8%、3.1%、11.8%和24.5%,>0.25mm水稳性团聚体含量增加了27.5%、48.8%、72.1%和63.7%,团聚体平均重量直径增大了107.3%、125.5%、155.5%和167.8%。（2）草地恢复过程显著改变了土壤水文物理特征。森林草原带土壤饱和含水率和田间持水量随恢复年限增加而增大,土壤持水性和比水容量均随草地恢复年限的增加表现出先减后增的变化特征。土壤田间持水量在草地恢复20年后达到稳定状态。草原带不同恢复年限草地的土壤饱和含水率和田间持水量随草地恢复年限的增加呈波动性变化。土壤持水性和比水容量呈现先增大后减小的变化特征,且在草地恢复的第10年达到峰值。10年、20年、30年和40年草地土壤饱和含水率分别较农地增加15.4%、22.5%、10.4%和30.5%,田间持水量变化了22.7%、18.3%、-4.7%和-0.6%。（3）草地恢复显著提高土壤的入渗能力。与农地相比,森林草原带10年、20年、30年和40年草地土壤饱和导水率分别增加109.9%、25.9%、148.1%和121.8%;草原带10年、20年、30年和40年草地分别增加83.6%、234.7%、35.1%和73.2%。森林草原带土壤饱和导水率和稳定入渗速率在草地恢复30年后达到稳定状态。Horton模型在森林森林草原带和草原带两个研究区对入渗过程的模拟效果均为最佳,森林草原带稳定入渗速率大小排序为:草地40年（2.089mm/min）>草地10年（1.997mm/min）>草地20年（1.786mm/min）>草地30年（1.777mm/min）>农地（1.729mm/min）;草原带稳定入渗速率大小为:草地40年（1.542mm/min）>草地30年（1.246mm/min）>草地20年（1.181mm/min）>农地（0.923mm/min）>草地10年（0.740mm/min）。（4）构建饱和导水率传递函数。土壤总孔隙度、通气孔隙度、>0.25 mm水稳性团聚体含量、粘粒含量和粉粒含量是影响土壤饱和导水率的主要因素。森林草原带土壤饱和导水率的传递函数可由通气孔隙度（AP）、>0.25mm水稳性团聚体含量（WSA）、粉粒含量（Silt）推求:Ks1=0.005 WSA+0.016 AP-0.015 Silt+0.544（R2=0.534,P<0.01）;草原带土壤饱和导水率的传递函数可由总孔隙度（TP）、>0.25mm水稳性团聚体含量（WSA）、粘粒含量（Clay）推求:Ks2=0.005TP+0.004 WSA-0.011 Clay-0.022（R2=0.439,P<0.01）。（5）草地恢复显著提高土壤物理质量,且土壤的容重、通气孔隙度、>0.25mm水稳性团聚体含量、田间持水量和土壤饱和导水率是响应黄土区草地恢复的关键土壤物理特性指标。与农地相比,森林草原带10年、20年、30年和40年草地土壤物理质量综合指数分别增加657.4%、928.1%、936.9%和957.4%;草原带10年、20年、30年和40年草地土壤物理质量综合指数分别较农地增加5139.2%、4613.5%、11004.5%和17438.6%。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
•   1.1 研究目的与意义
•   1.2 国内外研究进展
•     1.2.1 植被恢复对土壤结构性的影响
•     1.2.2 植被恢复对土壤水文物理特征的影响
•     1.2.3 植被恢复对土壤入渗的影响
•   1.3 研究目标与内容
•     1.3.1 研究目标
•     1.3.2 研究内容
• 第二章 材料与方法
•   2.1 研究区选择
•   2.2 样点选择
•   2.3 样地植被状况
•     2.3.1 安塞坊塌小流域
•     2.3.2 神木六道沟小流域
•   2.4 试验方法
•     2.4.1 有机碳
•     2.4.2 土壤机械组成
•     2.4.3 土壤容重
•     2.4.4 土壤总孔隙度
•     2.4.5 水稳性团聚体
•     2.4.6 土壤水分特征曲线
•     2.4.7 饱和导水率
•     2.4.8 初始及稳定入渗速率
•     2.4.9 土壤含水率
•   2.5 数据处理
•     2.5.1 土壤田间持水量、凋萎系数、持水性
•     2.5.2 土壤各级孔隙的计算
•     2.5.3 团聚体平均重量直径
•     2.5.4 入渗公式
•     2.5.5 土壤物理质量综合指数
•     2.5.6 统计分析
•   2.6 技术路线
• 第三章 草地恢复对土壤结构性的影响
•   3.1 森林草原带土壤结构性对草地恢复过程的响应
•     3.1.1 土壤质地
•     3.1.2 容重与孔隙度
•     3.1.3 团聚体
•   3.2 草原带土壤结构性对草地恢复过程的响应
•     3.2.1 土壤质地
•     3.2.2 容重与孔隙度
•     3.2.3 团聚体
•   3.3 小结
• 第四章 草地恢复对土壤水文物理特征的影响
•   4.1 森林草原带土壤水文物理特征对草地恢复过程的响应
•     4.1.1 土壤含水率
•     4.1.2 饱和含水率和田间持水量
•     4.1.3 水分特征曲线
•     4.1.4 饱和导水率
•     4.1.5 入渗
•   4.2 草原带土壤水文物理特征对草地恢复过程的响应
•     4.2.1 土壤含水率
•     4.2.2 饱和含水率和田间持水量
•     4.2.3 水分特征曲线
•     4.2.4 饱和导水率
•     4.2.5 入渗
•   4.3 小结
• 第五章 草地恢复对土壤物理性质的影响评价
•   5.1 土壤物理性质各因素关联性分析
•     5.1.1 各土壤特征指标相关性分析
•     5.1.2 土壤饱和导水率与土壤特征指标的关系
•     5.1.3 主成分分析
•   5.2 土壤物理质量对草地恢复的响应
•   5.3 小结
• 第六章 结论与展望
•   6.1 结论
•   6.2 论文创新点
•   6.3 论文不足与研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 谭学进

导师: 穆兴民,高鹏

关键词: 草地恢复,土壤结构,土壤水文,入渗能力,黄土高原

来源: 西北农林科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学,农业科技

专业: 自然地理学和测绘学,畜牧与动物医学

单位: 西北农林科技大学

基金: 国家自然科学基金:黄土区植被恢复对土壤物理特性及其产流特征的驱动效应(41671285),国家重点研发计划课题:黄河流域水沙变化机理与趋势预测(2016YFC0402401)

分类号: S812.2

总页数: 74

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