陕北黄土高原土壤水环境变化与植被建设

论文摘要

摘要：针对黄土高原的土壤干层现象和人们对黄土高原植被建设存在问题的关注本文以陕北黄土高原为研究区,以土壤含水量的测量为主要研究手段,综合运用野外考察和实验分析,对土壤干层的评价标准、土壤干层的形成原因、土壤干层的形成机制和空间分异、土壤干层形成的动态过程、土壤干层的补偿与恢复、黄土高原环境退化的自然背景、黄土高原植被建设途径等进行了系统研究。期望能为黄土高原尤其是陕北黄土高原的植被建设提供决策依据。通过研究,获得的主要进展和新认识包括：（1）陕北黄土高原人工林地普遍有土壤干层发育,榆林地区土壤干层的发育强度高于延安地区。土壤干层的空间分异在年降水量550mm和400mm附近表现出两个突变现象,具体表现是：在年降水量400mm的榆林靖边县荒地没有土壤干层发育,而年降水量329mm的定边县荒地有土壤干层发育；在年降水量500mm延安北部延川县18龄苹果林地出现接近稳定凋萎湿度的强烈干层,而年降水量550mm的甘泉县20龄苹果林地出现的是较弱的干层。（2）洛川人工林地土壤水分的动态过程表现为春季显著失墒期、夏季显著增墒期、秋季稳定失墒期和冬季稳定增墒期。由于春季降水少、气温高、蒸发蒸腾作用强,春季失墒现象表现尤其突出,失墒现象以17龄中老龄苹果林地最为显著。土壤含水量的下降不仅在地表2米以上表现明显,在2米以下同样很显著。春季显著失墒期是土壤干层的主要形成时期。（3）2004年1月的土壤含水量测定结果表明,洛川地区极端丰水年的降水入渗使得人工林地土壤水分得到了较好恢复。17龄乔化苹果林地、17龄矮化苹果林地和8龄乔化苹果林地土壤水分恢复深度分别达到4米、5米和6米,不同的恢复深度取决于土壤干层的发育深度和发育强度。连续一年的土壤含水量测定表明,极端丰水年降水能够在短期内将土壤干层恢复到田间持水量水平,但是只具有2至3年的短期补偿效应,并不能从根本上减轻或消除土壤干层的危害。（4）实验分析表明,重力水带土层在充分湿润或者比较湿润的情况下,土壤水的运动可以到达较大深度,能够补给薄膜水带的土壤水分亏缺,不会形成土壤干层,因此黄土高原土壤干层的形成原因在于土壤表层干旱。土壤表层干旱一方面使得重力水的入渗深度在正常降水条件下保持在2米深度范围内,重力水带含水量较低也导致薄膜水的运动速度变得很慢,使得薄膜水带的土壤水分一旦被利用就很难得到补给最终导致土壤干层的形成。（5）研究了陕西扶风全新世黄土剖面的土壤学和地层学特征,全新世古土壤S0与黄土L0之间显著的界面代表了一次季风气候转型。3100a BP是全新世大暖期结束的时间,黄土L0磁化率低,而pH值很高,表明在其堆积形成过程中气候比较干旱,土壤水分缺乏。这次气候转型标志着黄土高原由全新世大暖期相对暖湿的气候转变为相对干冷的气候,这就导致了黄土高原3100年以来水分不足的状况,这样的状况延续到现今,加上当今暖干化的影响,就不可避免地导致黄土高原植被的退化和土壤干层的发育。（6）经过对前人详细的土壤干层评价标准进行系统分析,发现不同土壤地带土壤水分常数和土壤干层评价标准之间存在吻合得很好的比例关系,由此提出土壤干层指数（土壤干层指数=土壤稳定湿度÷土壤含水量）作为土壤干层的定量化指标。以1.0、1.3、1.6、1.9、2.2作为划分非干层、弱干层、较弱干层、中等干层、较强干层和强干层的分级标准,并且以生长更新速率和生长发育过程的受影响程度为依据,对五种类型土壤干层的特点进行了分析。（7）通过对洛川地区土壤水分动态研究提出了耗水指数Ic=（W1-W2）/W1,其中,Ic表示耗水指数,即植被对土壤水分的消耗程度,w1和W2分别表示研究时段初始含水量和终了含水量。运用耗水指数这一指标可以对每一个测量深度的土壤含水量进行分析计算,从而反映每一深度层次土壤水分的差别。耗水指数意义明确、计算方便,是土壤水分动态研究和土壤水分分异研究中的一个定量化分析指标。（8）陕北黄土高原林场空间分布与河流存在密切的空间关系,是黄土高原森林植被非地带性的显示。长安县少陵塬修建水平梯田的坡地土壤水分含量存在斜坡下部较高而斜坡上部较低的现象,说明降水产生的径流在坡面上的重新分配是一个普遍现象。黄土高原土壤水分的坡下富集特点导致森林植被常延沟谷分布。（9）环境胁迫、水分胁迫和人口胁迫造成了黄土高原生态环境恶化,黄土高原生态建设与经济建设脱离造成了生态环境建设的缓慢。黄土高原地区应以退耕还林还草为契机,以特色农业、林果业和草畜业等生态适宜型产业基地建设为重点,全面实施产业结构调整战略,建立以土壤水分植被承载力为依据的生态适宜型产业结构模式,实现生态经济可持续发展的根本目标。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• §1.1 研究意义
• §1.2 国内外研究现状
• 1 黄土高原环境演变研究
• 2 黄土高原水土保持研究
• 3 黄土高原土壤干层研究
• 4 黄土高原土壤水资源可持续利用研究
• §1.3 研究内容与研究方案
• 1 研究区基本概况
• 2 研究目标
• 3 研究方案
• 4 主要工作
• 第二章 陕北黄土高原的土壤水环境变化
• §2.1 榆林地区的土壤水环境
• 1 榆阳区土壤含水量
• 2 靖边县土壤含水量
• 3 定边县土壤含水量
• §2.2 延安地区的土壤水环境
• 1 洛川县土壤含水量
• 2 甘泉县土壤含水量
• 3 宝塔区土壤含水量
• 4 延川县土壤含水量
• §2.3 洛川凤栖镇附近土壤含水量季节特征
• 1 2003特大丰水年冬季土壤含水量
• 2 2004年春季土壤含水量
• 3 2004年夏季土壤含水量
• 4 2004年秋季土壤含水量
• 5 2004年冬季土壤含水量
• 第三章 土壤干层的形成和分异
• §3.1 黄土高原土壤干层的形成原因
• 1 土壤干层形成的气候原因
• 2 土壤干层形成的土壤物理原因
• 3 土壤干层形成的植被因素
• 4 水土流失与土壤干层
• 5 地貌条件与土壤干层的形成
• 6 土壤干层形成的时间因素
• §3.2 延安地区土壤水分生态与植被建设
• 1 延安地区概况及采样
• 2 结果分析
• 3 讨论
• 4 小结
• §3.3 半干旱榆林地区的土壤干层
• 1 荒地和农田的土壤干层
• 2 苜蓿地的土壤干层
• 3 油松林地的土壤干层
• 4 苹果林地的土壤干层
• 5 白杨树林地的土壤干层
• 6 讨论
• 7 结论
• §3.4 特大丰水年洛川人工林地土壤水分特征
• 1 人工植被土壤含水量
• 2 讨论
• 3 结论
• §3.5 渭北旱塬洛川地区土壤水分动态
• 1 人工植被土壤含水量动态变化
• 2 讨论
• 3 结论
• §3.6 黄土高原人工林草地土壤干层量化指标
• 1 土壤干层量化指标
• 2 土壤干层的分级评价
• 3 延安地区中龄苹果林地土壤干层的分级评价
• 4 结论
• §3.7 土壤干层形成机制和分异规律
• 1 研究方法
• 2 结果与分析
• 3 讨论
• 4 结论
• §3.8 土壤干层对区域水循环的可能影响
• 1 20%的人工植被耗水强度
• 2 14%的土壤干层上限含水量
• 3 5%的地下水循环参与率和43mm的径流深度
• 3的径流损失和对黄河径流2.9%的影响率'>4 13亿m³的径流损失和对黄河径流2.9%的影响率
• 5 结论
• §3.9 黄土高原土壤水环境定量测评模型
• 第四章 陕北黄土高原植被建设
• §4.1 陕西扶风黄土台塬全新世成壤环境变化
• 1 研究地点、地层划分和年代
• 2 磁化率和pH值指示的成壤变化
• 3 粒度成分与成壤环境变化
• 4 讨论与结论
• §4.2 陕北黄土高原森林植被空间分布特征与植被建设
• 1 陕北黄土高原森林分布的空间特征
• 2 陕北林场空间分布成因分析
• 3 讨论
• 4 结论
• §4.3 黄土高原生态适宜型产业战略选择
• 1 当前生态建设中的主要问题
• 2 发展生态适宜型产业
• 3 以产业基地建设推动生态经济可持续发展
• 4 生态适宜型产业必须“量水而行”
• 第五章 主要结论与展望
• 1 主要结论
• 2 未来工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读博士学位期间的研究成果