黄土高原不同土地利用类型的土壤水分亏缺及补偿潜力研究

来源 :西北农林科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yinxiaomei
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土壤水分作为土壤-植物-大气连续体中的一个关键变量,对植被建设的生态效应起决定性作用。近年来随着气候变暖和植被盖度的增加,水资源短缺问题加剧。水分胁迫是造成植被退化甚至死亡的主要原因,植被的退化也必将引起土壤退化。如何维持土壤水环境的可持续是生态环境可持续发展的核心所在。因此,明确土地利用类型与土壤之间的相互作用关系,探究土壤水分的消耗和补给过程,对合理利用有限水资源,改善土壤水环境具有重要意义。本研究以黄土高原林地、灌木地和草地三种土地利用类型为研究对象,以耕地作为对照,对黄土高原地区180个样点进行了大规模的植被调查,土壤样品采集及土壤水分测定。依据研究区降水的地带性分布规律及土壤类型分布特征,将研究区划分为300-400 mm,400-550 mm和550-700 mm三个降水区,包含风沙土、黄绵土及黑垆土三种土壤类型。研究基于不同降水区及土壤类型,定量分析了不同土地利用类型对土壤结构特征和有机质含量的影响,探究了不同土地利用类型下土壤水分的变化规律及亏缺特征,通过量化入渗过程中的水分补给量,阐明了不同土地利用类型的土壤水分补偿潜力。同时,结合土壤特性变化规律,揭示影响土壤水分及入渗过程的主要因素。得出以下主要结论:(1)黄土高原地区在不同降水区下土地利用类型对土壤结构和有机碳储量的影响有所差异。在300-400 mm降水区林地显著降低了土壤中粘粒含量,主要发生在风沙土区。此外,该区林地、灌木地、草地土壤有机碳储量小于耕地,其中,林地的负效应最大,草地最小。在400-550 mm和550-700 mm降水区,草地的非毛管孔隙度最大。在黄绵土区灌木地团聚体稳定性显著高于林地和草地,黑垆土区林地和灌木地显著高于草地,而风沙土区不同土地利用类型间差异不显著。(2)相比于耕地,林地、灌木地和草地土壤水分出现不同程度亏缺。在300-400mm降水区,风沙土中各土地利用类型主要消耗0-200 cm土层的土壤水分,300 cm以下土层中灌木地的土壤水分亏缺度比林地高约28%,是草地的两倍。在400-550 mm降水区,100-300 cm土层土壤水分亏缺度高,其中灌木地的亏缺度最高。而550-700 mm降水区同样也是灌木地的土壤水分亏缺度最高。风沙土区,200 cm土层以下的土壤水分相对亏缺为正。在550-700 mm降水区,相同土地利用类型下黄绵土区的水分亏缺度高于黑垆土区。黑垆土区草地土壤水分相对亏缺最小;黄绵土区灌木地比林地、草地分别高约20%和57%。降水、土壤类型和土地利用类型对土壤水分含量均具有显著影响。影响土壤水分的主要因素为粘粒含量、粉粒含量,总孔隙度、毛管孔隙度,团聚体稳定性以及0.5-5mm水稳性大团聚体。在同一土壤类型下,除上述因子外,降水量、温度、潜在蒸散量均对土壤储水量具有显著影响。(3)土壤入渗速率与累积补给量显著正相关。在300-400 mm降水区,不同土地利用类型下土壤入渗性能大小依次为:林地>灌木地>草地,林地和灌木地的补给量比草地分别高约34%和18%。在400-550 mm降水区,黄绵土中不同土地利用类型下土壤入渗性能依次为:灌木地>草地>林地,灌木地补给量比草地和林地高约30%。在550-700 mm降水区,黑垆土中草地的入渗速率比林地、灌木地分别高约39%和48%。随降水量的增加以及由风沙土-黄绵土-黑垆土过渡,土壤入渗速率呈下降趋势,影响入渗速率的参数增加。在400-550 mm降水区及黄绵土区土壤团聚体及有机质与入渗速率相关性显著。在550-700 mm降水区及黑垆土区团聚体颗粒组成、孔隙结构及水稳性团聚体与入渗速率显著相关。综合分析表明,入渗速率与粘粒、粉粒含量及3-0.25mm水稳性团聚体显著负相关。随着入渗过程的延长,总孔隙度对入渗速率的影响越来越大,毛管孔隙度与入渗速率显著负相关,非毛管孔隙度与入渗速率显著正相关。(4)300-400 mm降水区,部分灌丛密度的维持是以消耗土壤水分为代价,说明种植密度过高。在400-550 mm降水区,林地和灌木地当前种植密的维持度亦是以消耗土壤水分为代价,该区林地和灌木地的种植密度普遍偏高。综合收益也表明,灌木地的各项收益相对较低,因此在该区种植灌木时应考虑其适宜性。在550-700 mm降水区部分林分密度的维持是以消耗土壤水分为代价的。因而在植被建设中要考虑种植密度与土壤水分的关系,才能维持土壤水环境可持续。本研究表明,在<400 mm降水区,林地土壤中粉粒及有机碳储量小于耕地、灌木地和草地。气候条件、土壤结构特征以及土壤类型对土壤水分的空间分布特征具有重要影响。林地、灌木地及草地土壤水分亏缺程度不同,其中林地和灌木地普遍高于草地。不同降水区及土壤类型下各土地利用类型的入渗补给潜力存在差异。在植被建设过程中应依据区域降水情况综合考虑各土地利用类型对土壤水分的消耗情况以及水分补偿潜力,以实现区域生态环境建设的可持续。
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