黄土区土石混合土壤水分有效性研究

论文摘要

土地资源是自然的产物,它的总量是有限的,由于人为不合理地开发利用导致了大量土地退化,使得人们越来越关注如何保护和利用有限的土地资源,提高土地利用效率。这时,一类重要的土地资源开始被关注:含碎石土壤的土地资源。近年来,关于碎石以及含碎石土壤相关信息的需求量逐渐在增加,因为研究者们意识到除了成土原因外,多种人为活动都可能导致土壤中含有碎石的现象发生。碎石在黄土高原大量分布,强烈的侵蚀和频繁的人类活动导致土壤中的大颗粒（碎石）向上运动,小颗粒（细土）向下运动,加之耕作侵蚀、风侵蚀、水侵蚀的作用,不仅移走了表面土壤的小颗粒,还要导致了土壤养分流失,使得出现大量碎石裸露在地表的现象。虽然国内外关于碎石自身各种性质有一定的研究,但是对于含碎石土壤水分有效性规律和空间变异规律的认识还很有限。本文通过大量试验,对含碎石土壤水分有效性和含碎石土壤水分动态变化进行研究,并对坡面碎石与土壤水分的空间分布及对生物量的影响做了更深入的研究,主要取得以下结论:1.不同碎石覆盖量下土壤水分随着土层深度的增加呈先增大再减小的趋势。对比没有碎石覆盖和碎石覆盖量为最大（55kg）的两个试验,对于表层0-20cm的土壤,有碎石覆盖小区的土壤水分含量小于没有碎石覆盖小区的土壤水分含量;而对于20cm以下的土壤,碎石覆盖的土壤含水量要大于没有碎石覆盖的土壤含水量。不同含量碎石覆盖之间没有明显差异。2.碎石隔层的厚度对土壤水分的变化影响明显,20cm厚的碎石隔层土壤水分的变化大于10cm厚的碎石隔层,而10cm厚的碎石隔层的不同位置对土壤水分的影响几乎相同。另外,土壤中的碎石隔层对土壤水分变化的影响要大于碎石隔层在表面时（表面覆盖碎石）土壤水分的变化。碎石隔层的存在,使得土壤水分呈“S”型变化趋势,即土壤水分含量随土层深度的增加呈现先增大后减小,再增大再减小的趋势。3.不同碎石含量的土石混合土壤的水分变化随着土层深度的增加而呈增大的趋势。纯土处理试验的土壤水分含量和水分波动均明显小于含碎石土壤的试验,这说明碎石的存在增加了土壤水分含量。4.碎石覆盖度、表层20cm土壤碎石重量含量、碎石粒径、表面粗糙度在测定坡面上呈倒“S”型分布,即随着距坡顶距离的增大,它们均呈现先增加后减小再增大的趋势。碎石覆盖度、表层20cm土壤碎石重量含量、碎石粒径、表面粗糙度的分布不仅与坡度有关,他们之间也相互影响,达到极显著相关（相关系数在0.01水平上显著）。对这几个变量的逐步线性回归分析发现,对含量影响最大的是盖度,它对碎石含量分布的解释程度达到了52.3%,其次是坡度和粒径;对盖度影响最大的同样是碎石含量,其次是粗糙度和粒径;对于粗糙度,只有盖度呈现出显著影响。5.土壤水分在坡面上的分布规律是:土壤湿度从坡顶到坡脚越来越大;表层20cm土壤水分高于表层6cm土壤水分含量,表层6cm土壤水分延坡长方向从上到下波动很大。在坡底,未去除表面碎石的表层20cm土壤含水量最高,而是否去除表层碎石对于表层6cm土壤水分的影响不大。四种处理的水分空间变异均属于中等变异水平。6.对含碎石沙地土壤的地下生物量,可用公式Y = 0. 106X+77.698来矫正传统土钻法测定时产生的误差。也可用公式Y = 0 .378X+52.557来推算地上生物量和地下生物量之间的关系。这减轻了野外测定根系生物量的工作量,为沙地土石混合土壤的各种性质研究和植物生理生态研究提供参考。7.黄土高原土石混合的土壤水分有效性在萎焉系数（永久凋萎点）到田间持水量之间随着土壤湿度的增加按对数函数递增。值得注意的是,含碎石土壤水分有效性的增加是按照对数函数均匀递增,并没有出现纯土水分有效性在田间持水量附近增加明显变缓的趋势,在田间持水量到萎焉系数之间也没有水分有效性变化的“临界点”。在同等试验条件下,沙打旺比苜蓿更耗水,苜蓿自身的抗旱性能要比沙打旺高。因此,在研究地区相对于沙打旺来说,种植苜蓿更有利于土壤水分的有效利用。另外,在用模拟土柱试验方法研究土壤水分有效性时,对于一年生的植物,建议用高大于1m的土柱以防止植物根系回长。土壤中的碎石通过改变土壤蒸发、土壤入渗、土壤侵蚀、土壤辐射、水量平衡以及温度特性来影响土石混合土壤中水分的运动。本论文通过不同的试验设计,探索了土石混合土壤中水分的运动、水分有效性、空间变异规律以及碎石空间分布规律,得出的一些试验结果有助于提高人们对含碎石土壤的认识,对于改善土石山区水文过程和生态恢复与环境改善有重要的意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究意义
• 1.3 国内外研究进展
• 1.3.1 碎石自身特性的研究
• 1.3.1.1 碎石的定义
• 1.3.1.2 碎石含量的测定
• 1.3.1.3 含碎石土壤含水量的测定
• 1.3.1.4 碎石的空间分布
• 1.3.2 含碎石土壤水分有效性研究进展
• 1.3.2.1 土壤水分有效性的概念
• 1.3.2.2 影响土壤水分有效性的因素
• 1.3.2.3 土壤水分有效性的评价
• 1.4 小结
• 第二章 研究内容和试验设计
• 2.1 研究目的、研究内容和技术路线
• 2.1.1 研究目的
• 2.1.2 研究内容
• 2.1.3 技术路线
• 2.2 试验区概况
• 2.3 研究方法
• 2.3.1 含碎石土壤水分动态
• 2.3.2 碎石的空间分布
• 2.3.3 含碎石土壤水分空间变异
• 2.3.4 土石混合土壤水分有效性试验设计
• 2.3.4.1 试验方法
• 2.3.4.2 理论方法
• 第三章 含碎石土壤水分动态
• 3.1 试验布设和数据监测
• 3.1.1 碎石覆盖小区试验
• 3.1.2 碎石隔层对土壤水分运动的影响试验
• 3.1.3 不同碎石含量处理试验
• 3.2 碎石覆盖对土壤水分变化的影响
• 3.3 碎石隔层对土壤水分动态变化的影响
• 3.4 不同碎石含量对土壤水分变化的影响
• 3.5 小结
• 第四章 坡面碎石与土壤水分的空间分布及对生物量的影响
• 4.1 试验布设和数据监测
• 4.2 坡面碎石的空间分布
• 4.2.1 坡面形态
• 4.2.2 碎石的空间分布
• 4.3 坡面含碎石土壤水分空间变异
• 4.4 坡面碎石与生物量
• 4.4.1 碎石对土钻法测定根密度代表性的影响
• 4.4.2 含碎石土壤地上生物量与地下生物量的关系
• 4.5 小结
• 第五章 含碎石土壤水分有效性
• 5.1 试验布设和数据监测
• 5.2 不同水分处理的两种植物的生长状况和生理指标
• 5.2.1 植物株高与土石混合土壤水分的关系
• 5.2.2 根密度与土石混合土壤水分的关系
• 5.2.3 生物量与土壤水分的关系
• 5.2.4 叶面积指数与土壤水分的关系
• 5.3 不同水分处理的两种植物的蒸腾速率
• 5.4 小结
• 第六章 主要结论及有待进一步研究的问题
• 6.1 主要结论
• 6.2 有待进一步研究的问题
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介