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《西北农林科技大学》 2004年
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黄土丘陵半干旱区土壤水分植被承载力研究

郭忠升  
【摘要】:黄土高原地区植被稀疏、生态环境恶化、水土流失严重。为了改善生态环境,近 50 年以来,开展了大面积植树造林工作,取得了重大进展。在多年生林草地出现了以 土壤旱化为主要特征的土壤退化现象。如何合理利用水土资源,确保人工林生态系统 健康已成为林草植被建设的重大科学问题之一。本项研究针对林草植被建设中的土壤 水资源问题,在黄土高原半干旱地区的宁夏固原生态站上黄试区,以典型植被群落人 工柠条林为例,对人工林冠层截留、地表径流、土壤水分和植物生长等进行野外定位 观测,研究了土壤水分植被承载力,主要结论如下: 1、柠条林冠截留量变化在 0.25 mm(2003 年 5 月 31 日)—18.52mm(2003 年 8 月 25 日到 26 日)之间,平均截留量为 2.25 mm (2002 年 6 月 20 日-10 月 30 日) -2.41 mm (2003年4月13-10月30日);林冠截留率为2.2%-83.82%,年平均为20.9%。 林冠截留随降水量的增加而增加、而林冠截留率降低,它们二者的相关系数较低。 2、柠条林密度大,林冠郁闭程度高,地表径流量占降雨量的比率变动在 1.1%— 6.8 %。地表径流(Run)与林外降雨量(P2)关系为 Run=0.01P2 +0.18。林地降雨的最大 入渗深度 170cm(偏旱年)—210cm(丰水年)。土壤水分补给量(SWS)与林外降雨量 (P2)的关系为:SWS =0.79* P2+0.15。 3、柠条林平均高(H)和平均基径(D)随时间(t)变化符合 Logistic 方程: H = 109 . 79 D = 8 . 83 1 + e ( ? 0 . 0234 t ? 1 . 7466 ) 1 + e( ? 0 . 0331 t ? 2 . 2073 ) 通过对高、基径与生物量和叶量实测结果的单因素和双因素比较分析,采用双因 素 Allometry方程来描述柠条林生长和生物量关系效果较好。16 年生柠条林根量(Wr) 随深度(Z)的变化为:Wr = 2.3409e?1 .122Z,二年生根径(Dr)随深度(Z)变化可 用Dr = 61.464Z ?1.1022来描述。 4、一年内柠条林生长与土壤水分相互关系大致可以分为四个阶段:第一阶段为 柠条开始萌发到大量展叶进入速生前这段时间,在研究区时间大致在 4 月中旬到 6 月 中、下旬。在这一阶段柠条生长消耗水分较少,对土壤水分胁迫反映不敏感。第二阶 段为速生阶段,柠条生长对土壤水分变化敏感期,从植物完全展叶(6 月底)到 8 月 底。这一阶段是林木大量耗水期,土壤水分一般不能满足林分生长的需要,柠条生长 表现不良。第三阶段为林木进入落叶期到完全落叶,即 9 月到 10 月这段时间。第四 个阶段为不敏感期,从柠条落叶后到第二年柠条萌生前,此时土壤水分对柠条生长的 影响很小。 5、林地土壤水分消耗与补给量的变化主要发生在降水最大渗深以内。偏旱年随 WP=9 郭忠升博士学位论文:黄土丘陵半干旱区土壤水分植被承载力 iv 着林分生长并进入速生阶段,需水量较大,4-8 月土壤储水量连续出现负平衡。柠条 出现大量落叶后,林生长不良,土壤水分消耗量减少。此时就需要对柠条林冠结构进 行调控以减少林冠截留和土壤水分消耗,增加土壤水分补给。丰水年林地土壤储水量 增加 121mm。 6、偏旱年一年生柠条林出现不同程度旱化,高密度小区(播种量为 2.0 公斤 /100m2)土壤储水量下降了 72.3mm,1.5 小区下降了 51.3 mm,撂荒地下降了 53.7mm, 低密度的 1.0 小区和 0.5 小区分别下降了 42.8mm 和 22.8mm。如果以撂荒地土壤水分 储量降低值作为正常值,则只有高密度出现土壤旱化。2003 年为丰水年,不同密度二 年生柠条林地土壤水分增加,这说明影响土壤旱化的主要因素为降雨,其次为林分密 度和林龄。 7、防治土壤旱化,必须针对形成土壤干层的两个重要方面,要么以需定水, 即采用灌溉补充土壤水分以满足植物生长发育需要;要么以水定需,按照现有雨水资 源和土壤水分状况,加强林分抚育管理,调整土壤水分与植物生长关系。由于黄土高 原人工林草植被多为生态林,而且面积较大,应该采用以水定需防治土壤旱化。 8、以水定需的措施较多,可分为密度调控措施和非密度调控措施。非密度调控 措施会影响林冠截留、地表径流、降水入渗、土壤蒸发等,从而影响到土壤水分的补 给量和消耗量、土壤水分平衡状况。但是非密度调控措施只能缓解土壤水分与植物生 长的关系。密度调控就是通过调整林分密度来调节林分生长与土壤水分的关系,其理 论依据是土壤水分植被承载力,就需要进一步研究土壤水分植被承载力。 9、土壤水分植被承载力是水分制约型植被承载力,是土壤水分承载植物的最大 负荷。它是指在较长时期(1~多年)内,在现有的条件下,当植物根系可吸收和利用 土层范围内土壤水分消耗量等于或小于土壤水分补给量时,所能维持植物群落健康生 长的最大密度,即雨水资源中补给土壤的部分水量所能维持植物健康生长的最大数 量。一年内土壤水分植被承载力称为临时土壤水分植被承载力,多年平均值为稳定土 壤水分植被承载力。同一地区(或区域)不同立地条件下土壤水分植被承载力的集合 构成了该地区(或区域)土壤水分植被承载力。在表示土壤水分植被承载力时,除传 统的承载力用密度表示外,还应说明地理位置和年份。为了便于生产上的合理利用, 还应该说明立地条件,植被类型及其生长发育阶段,生物量及其构成。 10、一定时期内不同密度林地土壤水分补给和消耗关系比较复
【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】:2004
【分类号】:S714

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