黄土高原不同植被类型土壤特性与生产力关系研究
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摘要
黄土高原地处半干旱半湿润向干旱荒漠的过度地带。由于蒸发潜势远大于降雨量，而地下水埋藏又很深，致使土壤水分经常处于水分亏缺状态，加之水土流失严重，土壤贫瘠，基础肥力低，有效养分缺乏，生态环境十分恶劣。研究黄土高原的土壤水分与土壤养分背景，对于该地区的植被恢复演变与重建具有十分重要的意义。
本研究针对黄土高原水分生态环境研究的现状，黄土高原的生态建设和植被恢复中存在的问题，主要致力于以下几个方面的研究：陕北黄土高原不同立地条件下人工刺槐林土壤水分与土壤养分背景和生产力关系研究；黄土高原退耕地不同撂荒年限草地的群落动态与土壤性质演变分析。经过两年的野外实地调查、取样、室内分析以及对数据的统计、分析，得出以下结论：
1．黄土高原属土壤水分亏缺型，不同立地条件之间，人工刺槐林土壤含水量从大到小为：半阴坡＞半阳坡＞阳坡。不同土层深度之间，O-40cm、40-100cm、100-220cm三个土层土壤含水量易受立地条件、生长时期的影响。从生长初期至生长末期，各立地类型除0-40cm土层土壤含水量有回升外，其它土层土壤含水量并未得到补偿。不同生长时期，土壤含水量变化的速度不同，生长初期和生长旺季的规律相似，但速度出现负的最大和正的最大所在的土层深度不同，速度递增和递减拐点所在的土层深度也不同，速度出现负值，说明随着土层深度的加深，土壤含水量在增加，速度为正值，说明随着土层深度的加深，土壤含水量在减少；生长末期速度均为正值，表层最大，随土层深度的加深，速度递减，到460-600cm处速度略有增加。
2．11年人工刺槐林土壤养分在垂直剖面上的变化规律表现为土壤有机质的含量O-40cm土壤有机质显著高于其它土层，40-100cm土层土壤有机质略低于100-220cm土层，从220cm处开始，随着土层深度的增加，土壤有机质含量随着减小。刺槐林土壤全氮、有效氮含量表现出和有机质相似的变化规律，表层土的全氮、有效氮含量最高，随着土层深度的增加，土壤全氮、有效氮含量随着减小。不同立地条件下刺槐林地土壤速效磷含量的变化规律和有机质、全氮、有效氮的规律相反，表层土的速效磷含量低，中间土层深度的含量高。速效钾含量在各立地条件之间有着相同的趋势，生长初期、生长末期，表层土速效钾含量略高，40cm以下土层土壤速效钾含量稳定在60mg／kg左右。
3．不同立地条件下土壤有机质、全氮、有效氮、速效磷和速效钾含量差异不显著，但刺槐的株高、冠幅、胸径、新枝却有明显的差异，无论是5月份、7月份还是9月份、其株高、冠幅、胸径、新枝长度从大到小顺序均是：半阴坡＞半阳坡＞阳坡。对11年人工刺槐林土壤含水量变化规律的研究表明，三个立地类型的刺槐林土壤含水量差异显著，其土壤含水量从大到小的顺序为：半阴坡＞半阳坡＞阳坡，因此就可以断定，在黄土高原现有的土壤养分背景下，引起不同立地类型生产力差异的主要原因不是土壤养分，土壤含水量是引起黄土高原人工刺槐林生产力差异的主要原因。在不同的土地类型条件下，刺槐林的生长状况与土壤水分条件有着密切的关系，它已成为制约该区林木生长的
主要因素。因此，在安排林草布局时，必须审慎考察不同立地条件的土壤水分生态环境。
4.为了探索陕北黄土高原地区群落演替的趋势和规律，本研究在前人研究的基础上，
用空间序列代替时间序列，选择退耕2年、5年、8年、12年和巧年、生态环境条件相
似的撂荒地，对其种类、多度、盖度、生物量进行定点观测，同时对其土壤有机质、全
N、速效N、速效K、速效P进行取样测定，分析植物群落演替与土壤肥力演变的关系。
在本研究的演替过程中，表层O一60cm除土壤速效钾含量的变化比较特别外，土壤含水
量、速效磷、有机质、全氮、有效氮表现出相似的规律，呈现退耕2年的含量高，5年
的含量低，8年的高，12年的低，巧年的含量又高的上下波动趋势。在调查点高桥乡，
在黄土高原自然条件下，虽然弃耕地演替过程已进行了巧年，群落仍不稳定，处于变
化演替之中。
总之，黄土高原的土壤水分生态环境总体上处于干旱缺水的状态，在这种水分背景
下，水分作为植物生存的基本生活因子，在黄土高原地区具有其特殊的生态学意义，它
不仅影响植物的个体发育，而且决定着植物的类型，并限制植被的分布。因此，在进行
植被和生态建设工作时，结合土壤养分背景，着重考虑水分生态环境。
The loess plateau of china located at a transitional area where the semi-humid climate is changing into the semi-arid and arid climate. Because the evaporation is great more than rainfall, and the ground water is deep, soil water is always in the step of wane condition and the soil nutrient are also leanness and available nutrients are scantily, which makes the eco-environment of the plateau very fragile. Study on the issues of soil water's eco-environment and soil nutrient's background have very important signification to vegetation recovering in this area.
Based on the achievement of related previous studies on this issue and the unsolved problems, here three aspects are concentrated in this dissertation for the issue. They are: Study on the Variation Law of Soil Water and soil nutrients' background and productivity of the Artificial Locust Woodland in northern shaanxi province;The characters of the communities restoration and soil properties change of different barren grassland in loess plateau.The objectives are approached both by field survey and lab analysis. The following results are obtained based on field data and analyses:
1 .This paper showed the variation law of soil water content in eleven-year locust stands in different growth stages under different site types in Loess Plateau. There is lack of rainfall in experimental region. During its growth period, soil water content among different site types was: semi-shady >sunny > semi-sunny. Soil water content in three depths( 0 - 40cm, 40 -100cm, 100 - 220cm )was easily affected by the site type and the stage of growth. During its growth period, soil water condition couldn't be compensated except that of the depth of 0-40cm slightly raised again in terminal growth stage. Soil water content varies in different stages. The law was alike between initial stage and the peak of growth, but the rates reaching maximum of negative and positive were in the different soil depths, and the inflexions of increment and decrement by degrees were also different. The soil water content in terminal stage increased positively, and in surface reached the maximum, but decreased with the depths, except
a little increment in the depth of 460 - 600cm.
2.The contents of soil organic matter of 0-40cm is greater than other layers in eleven-year locust and 40-100cm are little low than 100-220cm. The contents of soil organic matter from 220cm are decreasing to end.The total N and available N is same disciplinarian as soil organic matter. Surface layer content is great than sub layer. Soil available P content is different from soil organic matter, total N and available N in eleven-year locust stands under different site types. The contents of available P are increasing along with depth increasing.The contents of soil available K have the similar trend under different site types, that is, the contents surface layer about 0-40cm is higher than sub layer. Under 40cm, the contents are
about 60mg/kg.
3.Under the different site types, the contents of soil organic matter, total N, available N, P, K have no obviously difference. But the height of the Robinia pseudoacacia, the cap of the Robiniapseudoacacia, the diameter of the Robinia pseudoacacia above one meter of ground, the length of new branch have the similar disciplinarian: Semi-shady >sunny > semi-sunny no matter what May, July, September. We study the regular of soil water contents in 11 years Artificial Locust Woodland. The results showed that soil water contents are semi-shady >sunny > semi-sunny. So we can draw the conclusion that the reason of differential productivity of Artificial Locust Woodland in different site types is soil water content rather than soil nutrients. The growth condition of Artificial Locust Woodland has the consanguineous relativity between soil water content, which have been the key factor effected forest growth, so we must saw about the soil water eco-environment in different site types when arraying the forest and grass
construction.
4.In order to exploit the trend and rule of vegetation
本研究针对黄土高原水分生态环境研究的现状，黄土高原的生态建设和植被恢复中存在的问题，主要致力于以下几个方面的研究：陕北黄土高原不同立地条件下人工刺槐林土壤水分与土壤养分背景和生产力关系研究；黄土高原退耕地不同撂荒年限草地的群落动态与土壤性质演变分析。经过两年的野外实地调查、取样、室内分析以及对数据的统计、分析，得出以下结论：
1．黄土高原属土壤水分亏缺型，不同立地条件之间，人工刺槐林土壤含水量从大到小为：半阴坡＞半阳坡＞阳坡。不同土层深度之间，O-40cm、40-100cm、100-220cm三个土层土壤含水量易受立地条件、生长时期的影响。从生长初期至生长末期，各立地类型除0-40cm土层土壤含水量有回升外，其它土层土壤含水量并未得到补偿。不同生长时期，土壤含水量变化的速度不同，生长初期和生长旺季的规律相似，但速度出现负的最大和正的最大所在的土层深度不同，速度递增和递减拐点所在的土层深度也不同，速度出现负值，说明随着土层深度的加深，土壤含水量在增加，速度为正值，说明随着土层深度的加深，土壤含水量在减少；生长末期速度均为正值，表层最大，随土层深度的加深，速度递减，到460-600cm处速度略有增加。
2．11年人工刺槐林土壤养分在垂直剖面上的变化规律表现为土壤有机质的含量O-40cm土壤有机质显著高于其它土层，40-100cm土层土壤有机质略低于100-220cm土层，从220cm处开始，随着土层深度的增加，土壤有机质含量随着减小。刺槐林土壤全氮、有效氮含量表现出和有机质相似的变化规律，表层土的全氮、有效氮含量最高，随着土层深度的增加，土壤全氮、有效氮含量随着减小。不同立地条件下刺槐林地土壤速效磷含量的变化规律和有机质、全氮、有效氮的规律相反，表层土的速效磷含量低，中间土层深度的含量高。速效钾含量在各立地条件之间有着相同的趋势，生长初期、生长末期，表层土速效钾含量略高，40cm以下土层土壤速效钾含量稳定在60mg／kg左右。
3．不同立地条件下土壤有机质、全氮、有效氮、速效磷和速效钾含量差异不显著，但刺槐的株高、冠幅、胸径、新枝却有明显的差异，无论是5月份、7月份还是9月份、其株高、冠幅、胸径、新枝长度从大到小顺序均是：半阴坡＞半阳坡＞阳坡。对11年人工刺槐林土壤含水量变化规律的研究表明，三个立地类型的刺槐林土壤含水量差异显著，其土壤含水量从大到小的顺序为：半阴坡＞半阳坡＞阳坡，因此就可以断定，在黄土高原现有的土壤养分背景下，引起不同立地类型生产力差异的主要原因不是土壤养分，土壤含水量是引起黄土高原人工刺槐林生产力差异的主要原因。在不同的土地类型条件下，刺槐林的生长状况与土壤水分条件有着密切的关系，它已成为制约该区林木生长的
主要因素。因此，在安排林草布局时，必须审慎考察不同立地条件的土壤水分生态环境。
4.为了探索陕北黄土高原地区群落演替的趋势和规律，本研究在前人研究的基础上，
用空间序列代替时间序列，选择退耕2年、5年、8年、12年和巧年、生态环境条件相
似的撂荒地，对其种类、多度、盖度、生物量进行定点观测，同时对其土壤有机质、全
N、速效N、速效K、速效P进行取样测定，分析植物群落演替与土壤肥力演变的关系。
在本研究的演替过程中，表层O一60cm除土壤速效钾含量的变化比较特别外，土壤含水
量、速效磷、有机质、全氮、有效氮表现出相似的规律，呈现退耕2年的含量高，5年
的含量低，8年的高，12年的低，巧年的含量又高的上下波动趋势。在调查点高桥乡，
在黄土高原自然条件下，虽然弃耕地演替过程已进行了巧年，群落仍不稳定，处于变
化演替之中。
总之，黄土高原的土壤水分生态环境总体上处于干旱缺水的状态，在这种水分背景
下，水分作为植物生存的基本生活因子，在黄土高原地区具有其特殊的生态学意义，它
不仅影响植物的个体发育，而且决定着植物的类型，并限制植被的分布。因此，在进行
植被和生态建设工作时，结合土壤养分背景，着重考虑水分生态环境。
The loess plateau of china located at a transitional area where the semi-humid climate is changing into the semi-arid and arid climate. Because the evaporation is great more than rainfall, and the ground water is deep, soil water is always in the step of wane condition and the soil nutrient are also leanness and available nutrients are scantily, which makes the eco-environment of the plateau very fragile. Study on the issues of soil water's eco-environment and soil nutrient's background have very important signification to vegetation recovering in this area.
Based on the achievement of related previous studies on this issue and the unsolved problems, here three aspects are concentrated in this dissertation for the issue. They are: Study on the Variation Law of Soil Water and soil nutrients' background and productivity of the Artificial Locust Woodland in northern shaanxi province;The characters of the communities restoration and soil properties change of different barren grassland in loess plateau.The objectives are approached both by field survey and lab analysis. The following results are obtained based on field data and analyses:
1 .This paper showed the variation law of soil water content in eleven-year locust stands in different growth stages under different site types in Loess Plateau. There is lack of rainfall in experimental region. During its growth period, soil water content among different site types was: semi-shady >sunny > semi-sunny. Soil water content in three depths( 0 - 40cm, 40 -100cm, 100 - 220cm )was easily affected by the site type and the stage of growth. During its growth period, soil water condition couldn't be compensated except that of the depth of 0-40cm slightly raised again in terminal growth stage. Soil water content varies in different stages. The law was alike between initial stage and the peak of growth, but the rates reaching maximum of negative and positive were in the different soil depths, and the inflexions of increment and decrement by degrees were also different. The soil water content in terminal stage increased positively, and in surface reached the maximum, but decreased with the depths, except
a little increment in the depth of 460 - 600cm.
2.The contents of soil organic matter of 0-40cm is greater than other layers in eleven-year locust and 40-100cm are little low than 100-220cm. The contents of soil organic matter from 220cm are decreasing to end.The total N and available N is same disciplinarian as soil organic matter. Surface layer content is great than sub layer. Soil available P content is different from soil organic matter, total N and available N in eleven-year locust stands under different site types. The contents of available P are increasing along with depth increasing.The contents of soil available K have the similar trend under different site types, that is, the contents surface layer about 0-40cm is higher than sub layer. Under 40cm, the contents are
about 60mg/kg.
3.Under the different site types, the contents of soil organic matter, total N, available N, P, K have no obviously difference. But the height of the Robinia pseudoacacia, the cap of the Robiniapseudoacacia, the diameter of the Robinia pseudoacacia above one meter of ground, the length of new branch have the similar disciplinarian: Semi-shady >sunny > semi-sunny no matter what May, July, September. We study the regular of soil water contents in 11 years Artificial Locust Woodland. The results showed that soil water contents are semi-shady >sunny > semi-sunny. So we can draw the conclusion that the reason of differential productivity of Artificial Locust Woodland in different site types is soil water content rather than soil nutrients. The growth condition of Artificial Locust Woodland has the consanguineous relativity between soil water content, which have been the key factor effected forest growth, so we must saw about the soil water eco-environment in different site types when arraying the forest and grass
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引文
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