黄土丘陵区林地植物根系与土壤优势流关系研究

【摘要】： 动物的活动、植物根系的伸展或腐烂以及土壤物理和化学作用，导致土壤孔隙的不均匀性，存在许多的大孔隙，水及其溶质可通过大孔隙在土壤中快速迁移，形成优势流。大孔隙是土壤中普遍存在的现象，优势流广泛存在于土壤中，在土壤水分入渗过程中起主导作用。研究土壤优势流可以加深对土壤水分入渗和溶质的迁移规律认识。土壤优势流会进一步影响到产流、土壤水分补给和土壤侵蚀，因此在水土保持、土壤水分和地下水的研究中占重要地位，成为农业科学、环境科学、生态科学研究的主要内容之一。植物根孔是土壤大孔隙的一个重要类型，对根系的空间分布及其土壤优势流效应的研究，可以加强土壤优势流形成机理的认识，同时也为水土保持综合治理提供科学依据。 本文以陕北黄土丘陵区山杨林、油松林和灌木林三种林地为研究对象，在0～30cm的土层里，采用挖掘法对植物根系的空间分布作了调查，利用染色法对土壤优势流作了研究，并对根系与土壤流关系作了分析。研究结果表明： (1)三种林地根长密度、根体积和根系数量之间存在较大的差异，均表现为：山杨林＞油松林＞灌木林。根长密度和根系数量随深度有递减的趋势，根系体积的这种变化在油松林地并不明显。从不同径级的根系特征来看，＜3mm的细根系占林地根系长度和根系数量的比例较大，根体积则是＞3mm的根系占较大比例，即细根特征主要体现在根系长度和根系数量，粗根体现在体积上。 (2)三种林地根系生态位指数随深度的增加呈现较明显的下降趋势。山杨林地和油松林地的根系生态位指数出现细根部分和粗根部分高，而中等根径部分生态位指数低的特点，生态位指数随根系径级分布呈明显的不等高U型特征，灌木林地根系生态位随径级的分布表现出明显的反J型特征。群落根系生态位指数为：山杨林＞油松林＞灌木林。 (3)从根系的离散程度来看，三种林地根系离散程度随深度的增加有明显的差异。其中灌丛和山杨林根系在15cm深处离散指数均达到最大值，而油松林的变化没有明显规律。无论是表层或是深层，三种林地最近邻点指数最大值都不超过1，说明林地根系在土壤中是呈聚集分布。 (4)三种林地土壤都存在明显的优势流现象。由于土壤优势流的存在，使一部分降水较快地入渗到土壤中，补充了土壤水分，一定程度地削弱了地表径流。从研究结果来看，黄土丘陵区土壤优势流的入渗深度一般为20～40cm，大孔隙是产生土壤优势流的主要原因，由植物根系形成的大孔隙对黄土丘陵土壤水分的运动影响明显，而植物根系主要集中在土壤浅层，因此，土壤优势流的入渗深度也较浅，影响了深层土壤水分的大量快速的补给。 (5)土壤优势流入渗的最大深度因不同植被类型而异。从研究结果来看入渗的最大深度是山杨林地最大，其次为灌木林地，最浅的是油松林地，分别为44cm、40cm和30cm。这是由于山杨林根系丰富形成了更多的植物根孔加强了水分的入渗，而灌木林地土壤优势流的入渗深度较大，除植物根系的影响外，还由于土壤上层受坡麓沉积作用的影响，含有较多的砾石和砂粒，可能形成较多的大孔隙。不同的喷洒方式对土壤优势流的影响是不同的。当喷洒强度大地表集水时，土壤优势流入渗的更深，超过缓慢喷洒时影响，说明降水强度对土壤水分入渗有影响。 (6)在垂直剖面上，根系数量多且集中分布的区域，亮蓝迁移较深，染色区面积也大。样方染色区和非染色区的根系差异非常显著，根系数量、体积和根长密度在染色区几乎都显著高于非染色区，说明根系对土壤水分的入渗有明显的增强作用。 (7)根长密度、根系数量和根体积单因子对土壤水分入渗影响的显著程度均表现为：山杨林地＞灌木林地＞油松林地。无论是山杨林地、油松林地还是灌木林地，根系密度和根系数量对土壤水分入渗的影响大于根体积的影响。不同径级的根系影响不同，粗根对土壤优势流的影响不如细根，林地细根对土壤水分的入渗的增强作用明显高于粗根。从根长密度、根系数量和根体积的综合特征根系生态位指数来看，表现为：作为乔木的山杨和油松林地根系对水分的入渗影响大于灌木林地。

【关键词】：黄土丘陵区 根系 优势流 染色
【学位授予单位】：西南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：S714
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