氮(N)是水體富營養(yǎng)化和酸化的誘因之一,五臺山是多條河流發(fā)源地,在N沉降不斷增加和氣候變化背景下,其亞高山草甸和森林生態(tài)系統(tǒng)對流域水質(zhì)的影響應得到重視。本論文結(jié)合國家自然科學基金項目“基于水文過程和凍融循環(huán)的高山植被土壤氮動態(tài)研究”,初步研究了五臺山典型亞高山植被群落濕沉降過程中不同空間層次及不同時間N濃度變化特征及對徑流水質(zhì)的影響,以期為海河流域亞高山水源涵養(yǎng)區(qū)植被保護與經(jīng)營提供依據(jù),為氣候變化對亞高山草甸及森林水化學過程影響研究提供基礎數(shù)據(jù)。本文選取研究樣地3個:亞高山草甸(CD)、華北落葉松(HL)、華北落葉松×云杉混交林(YH)。于2015~2017年期間,對實驗地區(qū)降雨、積雪、林內(nèi)雨、林內(nèi)積雪、枯落物滲濾液、地表徑流及融雪徑流的N濃度進行監(jiān)測與分析。首先通過對生長季降雨、林內(nèi)雨、枯落物滲濾液及地表徑流,對季節(jié)凍融期積雪、林內(nèi)積雪、融雪徑流的分析,揭示典型植被群落不同層次(林冠層、枯落物層、土壤層)對N的截留效應及影響水質(zhì)變化原因。其次,通過對各時期地表徑流及融雪徑流的分析,揭示時間變化對徑流N濃度大小的影響。最后,使用單因子評價法、綜合指數(shù)法和灰色關聯(lián)度法對典型植被群落地表徑流及融雪徑流輸出的水質(zhì)狀況進行綜合評價。結(jié)果表明:(1)從2015年~2017年在五臺山東臺至北臺一線林區(qū)所監(jiān)測的大氣降雨平均pH為6.89,該值高于我國北方降雨pH均值5.6,酸雨情況不明顯。(2)典型植被群落不同層次的水質(zhì)變化特征分析表明:1)生長季,降雨經(jīng)過HL和YH林冠層、土壤層及CD土壤層后水體pH都增大,且土壤層對水體pH的緩沖作用更大,同時HL對水體pH緩沖效果更好。季節(jié)凍融期,積雪融化形成融雪徑流,CD、HL和YH融雪水pH都增大,且HL對水體pH緩沖效果依然優(yōu)于CD和YH;2)生長季,HL林冠層截留降雨中TN和NH_4~+,YH林冠層則向水體釋放了TN、NH_4~+、NO_3~-;HL枯落物層截留林內(nèi)雨中NO_3~-,YH枯落物層則截留林內(nèi)雨中NH_4~+;HL和YH土壤層都削減了枯落物滲濾液中TN、NH_4~+、NO_3~-,且YH土壤層的削減效果較HL更好,但HL林內(nèi)雨、枯落物滲濾液和地表徑流中TN、NH_4~+、NO_3~-濃度全部低于YH,因此,HL對水體中N的截留能力優(yōu)于YH。而降雨經(jīng)過CD后,其地表徑流TN、NH_4~+、NO_3~-濃度與HL和YH相比更小,因此,CD對凈化水質(zhì)的效果更好,且土壤層是改善水質(zhì)的主要層次。季節(jié)性凍融期,CD土壤層截留融雪水中TN、NO_3~-和NH_4~+,而HL和YH則向融雪徑流釋放TN、NO_3~-,因此,CD對改善融雪徑流水質(zhì)效果依然優(yōu)于HL和YH。(3)典型植被群落不同時間徑流水質(zhì)變化特征分析表明:1)各植被群落年徑流pH(CD:7.12~8.38,HL:7.02~8.06,YH:6.80~7.91)時間變化幅度較小,季節(jié)凍融期較大,生長季較小,總體上都呈現(xiàn)弱堿性;2)各植被群落徑流TN、NH_4~+濃度生長季較高,季節(jié)凍融期較低,其徑流TN濃度變化范圍(CD:1.27~4.11mg/L,HL:2.01~4.36mg/L,YH:1.33~5.34mg/L),徑流NH_4~+濃度變化范圍(CD:0.04~3.38mg/L,HL:0.03~3.53mg/L,YH:0.06~3.39mg/L);CD、YH徑流NO_3~-濃度生長季較高,HL徑流NO_3~-濃度則季節(jié)凍融期較高,其徑流NO_3~-濃度變化范圍(CD:0.51~1.99mg/L,HL:1.47~1.93mg/L,YH:0.19~3.43mg/L)。且從年徑流各形態(tài)N濃度輸出情況來看,NH_4~+濃度輸出主要集中在生長季,而TN、NO_3~-濃度輸出盡管生長季任占重要地位,但季節(jié)凍融期不容忽視。(4)對地表徑流和融雪徑流的水質(zhì)綜合評價表明,該區(qū)域植被群落徑流水質(zhì)偏差,可能會造成一定的流域水質(zhì)污染,且生長季更易受到N元素的危害,使得水體富營養(yǎng)化。但是,該評價所選取的指標TN、NH_4~+、NO_3~-均是植物生長所必需的營養(yǎng)元素,也說明了該區(qū)域植被群落擁有充足的養(yǎng)分,其釋放養(yǎng)分供應植物生長的能力較強,對五臺山亞高山人工林及天然次生林的恢復起促進作用。
【學位單位】：太原理工大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：X52
【文章目錄】：
摘要
abstract
第一章 緒論
    1.1 研究目的及意義
    1.2 國內(nèi)外森林水質(zhì)研究進展
        1.2.1 國外研究概述
        1.2.2 國內(nèi)研究概述
    1.3 森林對水質(zhì)的影響
        1.3.1 對水化學成分的影響
        1.3.2 對河流泥沙含量的影響
        1.3.3 對溶解氧(DO)、病原體的影響
        1.3.4 人類活動對水質(zhì)的影響
    1.4 國內(nèi)外水質(zhì)評價研究進展與方法
    1.5 研究內(nèi)容和技術路線
        1.5.1 研究內(nèi)容
        1.5.2 技術路線
第二章 研究區(qū)概況及研究方法
    2.1 研究區(qū)概況
        2.1.1 地理位置
        2.1.2 氣候特征
        2.1.3 地質(zhì)地貌
        2.1.4 水文特征
        2.1.5 土壤植被特征
    2.2 研究方法
        2.2.1 實驗區(qū)設置
        2.2.2 水樣品采集與測定方法
        2.2.3 土壤、枯落物樣品采集與測定方法
    2.3 數(shù)據(jù)處理
第三章 典型群落不同空間層次水質(zhì)特征變化分析
    3.1 生長季各群落不同層次水質(zhì)變化特征
        3.1.1 pH值在典型群落各層次間的變化
        3.1.2 EC在典型群落各層次間的變化
        3.1.3 TDS在典型群落各層次間的變化
        3.1.4 各形態(tài)N在典型群落各層次間的變化
    3.2 季節(jié)性凍融期各群落積雪-融雪過程水質(zhì)變化特征
        3.2.1 pH值在典型群落積雪-融雪過程的變化
        3.2.2 EC和 TDS值在典型群落積雪-融雪過程的變化
        3.2.3 各形態(tài)N在典型群落積雪-融雪過程的變化
    3.3 小結(jié)
第四章 典型群落徑流水質(zhì)不同時間特征變化
    4.1 不同時間典型群落徑流水質(zhì)變化過程
        4.1.1 徑流pH值的變化
        4.1.2 徑流EC和TDS值的變化
        4.1.3 徑流各形態(tài)N濃度的變化
    4.2 小結(jié)
第五章 典型群落徑流水質(zhì)綜合評價
    5.1 水質(zhì)評價
        5.1.1 單因子評價
        5.1.2 綜合指數(shù)評價
        5.1.3 灰色關聯(lián)度評價
    5.2 不同徑流水質(zhì)評價對比
第六章 結(jié)論及建議
    6.1 結(jié)論
    6.2 建議
參考文獻
致謝
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本文編號：2845030