沙棘对砒砂岩区土壤水分入渗的影响研究
砒砂岩主要分布于黄土高原北部晋陕蒙接壤区，受干旱气候条件以及人类活动的影响，该区生态环境极其脆弱。砒砂岩渗透性低、易产生径流，致使降水资源不能很好的利用，给当地植被恢复带来了巨大挑战。实践证明沙棘可以较好的在该区生长，并在退化沙棘林下出现了其他植物，由此可以看出沙棘可以改善当地土壤生境，对该区生态恢复具有重要意义，目前沙棘恢复过程对该区土壤性质及水分入渗过程的作用和机制尚不明确。基于此，本研究以内蒙古自治区准格尔旗不同生长阶段的沙棘林地为研究对象，裸地和草地作为对照，采用双环入渗仪和染色示踪法研究了土壤水分入渗过程和土壤优先流特征，探究了沙棘生长过程对土壤结构及理化性质的影响，揭示了沙棘生长过程对土壤水分入渗性能和土壤优先流的影响机制。得出以下主要结论： （1）沙棘可以有效改善砒砂岩区土壤理化性质，改善效果因生长阶段不同而有差异。壮年沙棘林地可以有效提高土壤持水性能、孔隙度、根系生物量、草本生物量和凋落物蓄积量，降低土壤容重，改良土壤结构。与裸地相比，壮年沙棘林地的饱和含水量、毛管持水量、田间持水量分别增加74.04%、85.14%和86.06%，土壤容重减小18.06%，毛管孔隙度和总孔隙度分别增加52.56%和43.82%，大团聚体含量和团聚体平均重量直径分别增加96.56%和134.45%，根生物量、草本生物量和凋落物蓄积量分别增加5.84倍、161.70%和389.01%。退化沙棘林地可以有效增加非毛管孔隙度、有机碳含量、总氮含量、根长密度、根表面积密度和根体积密度，降低土壤全磷含量。与裸地相比，退化沙棘林地的非毛管孔隙度增大290.61%，有机碳和全氮含量分别增加91.33%和134.45%，全磷含量降低63.72%，根长密度、根表面积密度和根体积密度分别增加95.05%、123.10%和225.71%。 （2）沙棘植被恢复可以促进土壤优先流发育。各样地土壤水分运动形式主要表现为：基质流（裸地）、不稳定流（幼年沙棘林地和草地）、漏斗流（壮年沙棘林地）、大孔隙流（退化沙棘林地）；随土壤深度增加，沙棘林地土壤优先流逐渐显现，退化沙棘林地在表层（0-10cm）开始出现优先流，其次为幼年沙棘林地（10-20cm层）和壮年沙棘林地（20-40cm层），在40cm深度以下，沙棘林地优先流现象消失；土壤质地、养分含量和植被根系是影响土壤优先流的主要因素。黏粒含量和有机碳含量可以预测0-10cm层土壤优先流强度的75.2%，黏粒含量和总磷含量可以预测10-20cm层土壤优先流强度的63.5%，总磷含量和根系生物量可以预测20-40cm层土壤优先流强度的58.1%。 （3）沙棘植被恢复可以提高砒砂岩区土壤水分入渗速率。随沙棘林龄增加，土壤水分入渗速率先增大后减小，壮年沙棘林地的土壤水分入渗效果最好；Philip模型对裸地、壮年和退化沙棘林地的土壤水分入渗过程拟合较好，Kostiakov-Lewis模型对幼年沙棘林地和草地的土壤水分入渗过程拟合较好；0-20cm层土壤基本理化性质和植被根系是影响土壤水分入渗性能的主要因素，直接影响因素是土壤孔隙，间接影响因素是土壤结构和土壤养分，驱动因素是土壤质地和植被根系，20cm层以下土壤基本理化性质和植被根系对土壤水分入渗的影响程度减弱；对初始入渗率、稳定入渗率和平均入渗率预测效果最好的是田间持水量（0-10cm层）、根表面积密度（20-40cm层）和根生物量（10-20cm层）。 本研究表明，沙棘可以有效改善砒砂岩区土壤理化性质，促进土壤水分入渗，进而改善该区土壤生境，改善效果尤以壮龄沙棘林的效果最佳，研究结果可为砒砂岩区植被建设和水土流失防治提供科学依据。
土壤水分入渗;沙棘;砒砂岩区
西北农林科技大学
硕士
环境科学
甄庆
2023
中文
S157
2023-12-04（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）