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《西北农林科技大学》 2010年
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土壤水分对黄土高原主要造林树种细根表面积季节动态的影响

王迪海  
【摘要】:水分是黄土高原植被建设及恢复的主要限制因子。近年来,该地区广泛出现的土壤干化现象引起了人们的高度关注。刺槐、侧柏、油松是黄土高原水土保持林的主要造林树种,前人对这些树种的细根(长度、生物量)垂直分布和季节动态做了许多的研究工作。但是,有关细根表面积的研究不多。细根表面积是根系与土壤之间进行营养交换的界面,与水分吸收密切相关。根系表面积是研究水分吸收或养分吸收的重要参数之一。因此,开展树木细根分布、季节动态及其与环境因子关系研究,对于揭示黄土高原土壤干层形成的机理,科学地选择造林树种,加快西北山川秀美工程建设具有十分重要的意义。 本研究根据黄土高原降水量的区域分异特征,以位于半干旱地区的陕西省安塞县和位于半湿润地区的陕西省长武县、甘肃省泾川县为研究区域,以现有刺槐、油松和侧柏人工林为研究对象,于2006年和2007年生长季采用土钻法获取根样和土样,从水分生态区大尺度和林地生态环境小尺度,研究土壤水分对黄土高原主要造林树种细根表面积季节动态的影响。主要研究结果如下: (1)半湿润气候区的长武县2006年生长季内、泾川县2007年生长季内,阳坡、阴坡立地刺槐林地0~150 cm土层的土壤含水量变动较大,有87.6%以上的细根表面积分布。长武县阳坡和阴坡刺槐林地土壤含水量动态变化均为4月10月7月,刺槐细根表面积的动态变化均为4月7月10月;泾川县阳坡和阴坡刺槐林地土壤含水量动态变化均为10月4月6月8月,刺槐细根表面积的动态变化均为4月6月8月10月。 半干旱气候区的陕西省安塞县2007年生长季内,阴坡刺槐、侧柏、油松林地0~200 cm土层的土壤含水量变动较大,有82.4%以上的细根表面积分布。刺槐、侧柏、油松林地土壤含水量的动态变化均表现为10月4月6月8月。刺槐、油松细根表面积在6月出现1个高峰,侧柏在6月和10月各出现1个高峰。 安塞县、长武县、泾川县不同树种细根表面积垂直分布都表现为随土层深度的增加而逐渐减小,数学模型S =Ah~B(C+Dh+Eh~2+Fh~3)可以较好地拟合安塞县、长武县和泾川县不同树种细根表面积的垂直分布,拟合决定系数R~2均在0.85以上。生长季内土壤含水量变动较大的土层具有较多的树木细根表面积分布。但是,安塞县、长武县、泾川县不同树种细根表面积季节动态与土壤含水量的季节动态不完全一致。 (2)安塞和泾川刺槐细根垂直分布深度、细根表面积数量和季节动态均有一定的差异。0~200 cm和0~150 cm土层分别为安塞和泾川刺槐细根表面积的主要分布层,分别有86.5%和87.6%的细根表面积分布。2007年生长季内,泾川和安塞刺槐细根表面积的峰值分别出现在4月和6月。但是,6月份安塞与泾川刺槐的累积细根表面积差异不显著。与泾川刺槐细根表面积特征相比,安塞刺槐细根表面积表现为,单位土体内细根表面积数量较小,细根垂直分布深度较大,以此维持树木生长所需要的细根表面积总量。 (3)安塞县、长武县、泾川县不同树种细根表面积垂直分布与剖面土壤水分间呈显著正相关(p0.05)。总体上树木细根表面积季节动态滞后于林地土壤含水量变化。这表明土壤水分明显影响着树木细根表面积的垂直分布,但是,树木细根表面积季节动态不仅受土壤水分的影响,还受到温度、养分和树种本身遗传特性等因子的综合影响。 (4)树木细根垂直分布土层(长武县和泾川县为0~200 cm土层,安塞县为0~300 cm土层)的土壤含水量变异系数明显大于深层土壤中(长武县为220~380 cm土层,泾川县为220~500 cm土层,安塞县为320~500 cm土层)的土壤含水量变异系数。依据林地土壤含水量变异系数的垂直分布,可将林地土壤垂直划分为水分变化活跃层(长武县和泾川县为0~200 cm土层,安塞县为0~300 cm土层)和水分变化稳定层(长武县为220~380 cm土层,泾川县为220~500 cm土层,安塞县为320~500 cm土层)。 水分变化活跃层树木细根表面积变异系数与树木细根垂直分布层(长武县和泾川县为0~200 cm土层,安塞县为0~300 cm土层)下1米处土层(长武县和泾川县为210~300 cm土层,安塞县为320~400 cm土层)和2米处土层(长武县和泾川县为320~400 cm土层,安塞县为420~500 cm土层)土壤含水量变异系数均呈显著负相关(p0.05),与细根垂直分布层下3米处土层(泾川县420~500 cm土层)土壤含水量变异系数相关不显著(p0.05)。这表明树木根系对深层土壤水分有一定的影响,但是其影响深度在黄土高原不同水分生态区有所不同,在安塞县的影响深度明显大于泾川县。 综上所述,土壤水分是黄土高原主要造林树种细根表面积季节动态的重要影响因子。全面了解树木细根季节动态的机理,还需对水分、温度、养分和树种本身遗传特性等影响因子进行综合研究。
【学位授予单位】:西北农林科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:S714

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