【摘要】：枯落物是生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分,黃土丘陵區(qū)典型植被枯落物分布特征及其水文效應(yīng)的研究可為區(qū)域退耕還林(草)工程生態(tài)成效及修正土壤侵蝕預(yù)報模型提供理論基礎(chǔ)。本研究以黃土丘陵區(qū)典型植被枯落物為研究對象,通過野外調(diào)查對11種植被(刺槐、油松、沙棘、檸條、狼牙刺、杠柳、鐵桿蒿、白羊草、鵝觀草、狗尾草和茵陳蒿)地表枯落物蓄積量和土壤中枯落物混入量進行系統(tǒng)研究,分析枯落物蓄積量分布特征,明確土壤中混入枯落物所占比重;通過坡面樣線法研究了4種典型植被(刺槐、檸條、鐵桿蒿和白羊草)地表枯落物和土壤中枯落物坡面分布特征,量化枯落物(地表枯落物蓄積量和土壤中枯落物混入量)對土壤理化性狀的影響及其函數(shù)關(guān)系;通過定點監(jiān)測對6種典型植被(刺槐、油松、沙棘、狼牙刺、鐵桿蒿和白羊草)枯落物年凋落量、凋落器官組成及凋落動態(tài)規(guī)律進行分析,以期闡明區(qū)域植被枯落物初級生產(chǎn)力及其生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展可持續(xù)性;通過浸泡吸水研究地表枯落物、土壤中枯落物、凋落物器官和逐月凋落物持水和攔蓄能力,旨在闡明枯落物的降雨攔蓄及水土保持效益;通過水分蒸發(fā)監(jiān)測試驗測定7種典型植被(刺槐、油松、檸條、沙棘、狼牙刺、鐵桿蒿和白羊草)枯落物的水分蒸發(fā)性質(zhì)及混入土壤對土壤水分影響特征,以期為進一步發(fā)掘植被枯落物的生態(tài)服務(wù)功能研究提供理論依據(jù)。研究結(jié)果表明:(1)典型植被樣地枯落物總蓄積量為261.07~1860.69 g·m~(-2),枯落物廣泛存在于各植被樣地表層土壤(取樣深度為0~5 cm,調(diào)查深度小于2.29 cm),土壤中枯落物混入量占枯落物總蓄積量的21%~73%。受徑流沖刷和泥沙分離—輸移—沉積過程的影響,枯落物沿坡面分布存在較強的差異性,枯落物覆蓋量和混入量均表現(xiàn)為坡下高于坡上,分別是其1.04~2.48倍和1.04~1.41倍,而枯落物覆蓋量和混入量在坡中波動較大�？萋湮锘烊胪寥缹ν寥览砘誀钣酗@著影響,表現(xiàn)為土壤容重、粘結(jié)力和水穩(wěn)性團聚體幾何平均直徑(WAS-GMD)隨枯落物混入量的增大而線性降低(p0.01,n=40),土壤有機碳和全氮含量在鐵桿蒿和白羊草樣地中隨枯落物混入量的增大而線性增加(p0.05,n=10)。(2)典型植被樣地枯落物年凋落量為66.68~473.50 g·m~(-2),其中落葉是最主要的凋落物,分別占其枯落物凋落總量的48.17%~91.09%;枯落物逐月凋落量為1.86~160.21 g·m~(-2),呈現(xiàn)單峰型、雙峰型及不規(guī)則型的年動態(tài)變化特征,包含了凋落的高峰期、平緩期和間歇期三個階段;喬、灌植被枯落物凋落主要集中在生長期,占到年凋落量的81.50%~89.74%,而草本植物和油松枯落物的凋落在生長期和休眠期差異不明顯;總體而言,枯落物年凋落量占蓄積量的10.09%~35.83%,植被枯落物周轉(zhuǎn)期為3.79~10.91 a,分解速率表現(xiàn)為灌木喬木草本。(3)典型植被枯落物持水量隨浸泡時間呈對數(shù)函數(shù)增加(R~2≥0.79,p0.01)。對于洗出的土壤中枯落物,其最大持水量為3.90~6.03 g·g~(-1),均顯著高于地表枯落物最大持水量(1.56~2.91 g·g~(-1);p0.05);而當枯落物混入土壤后,其持水量為0.86~2.07 g·g~(-1),整體比地表枯落物有效持水量低了15.73%。由于枯落物器官在密度、比表面積和結(jié)構(gòu)特征等方面存在顯著差異,其持水性也存在較大變化,各植被枯落物不同器官最大持水量為為1.20~4.35 g·g~(-1)。受到枯落物凋落節(jié)律的影響,逐月凋落的枯落物最大持水量存在顯著季節(jié)變化,其變化范圍為1.19~3.95 g·g~(-1)。(4)枯落物徑流攔蓄量為2.56~30.73 t·hm~(-2),其中土壤中枯落物徑流攔蓄量占總攔蓄量的14%~78%。凋落物全年徑流攔蓄量為1.33~13.33 t·hm~(-2),其中落葉攔蓄總量最大,占凋落物總攔蓄量的57.19%~86.12%;總體而言,全年凋落物徑流攔蓄量占枯落物徑流總攔蓄量的8.84%~52.47%,植被的差異造成枯落物凋落量的不同,進而對植被枯落物水土保持功能產(chǎn)生影響。(5)當降雨結(jié)束后,吸水飽和的枯落物持水量隨時間呈指數(shù)函數(shù)降低(R~20.98,p0.01)。受枯落物所處環(huán)境水熱條件的影響,枯落物自然環(huán)境條件下蒸發(fā)速率為0.23~0.70 g·g~(-1)·h~(-1),顯著高于室內(nèi),是其10.52~22.16倍。此外,自然環(huán)境條件下枯落物水分蒸發(fā)速率隨時間的延長而逐步減小,且兩者間存在極限著的對數(shù)函數(shù)關(guān)系(R~20.71,n=12,p0.01);而室內(nèi)枯落物水分蒸發(fā)速率同樣則表現(xiàn)為隨時間的延長逐步降低趨勢,兩者間存在顯著的指數(shù)函數(shù)關(guān)系(R~20.41,n=20,p0.01)。(6)枯落物混入土壤能顯著增大土壤含水量,相較于裸土,枯落物混入可增大土壤含水量3.18%~19.15%�？萋湮锍炙�、組織密度和混入量均可顯著影響土壤含水量,土壤含水量隨枯落物最大持水量和枯落物混入量呈線性或指數(shù)函數(shù)增加(R~20.94,n=6,p0.01),隨枯落物組織密度呈線性降低(R~2=0.76,n=6,p0.01),另外,枯落物混入土壤土壤含水量與裸土含水量的差值,隨裸土含水量的增大而線性增大(R~20.16,n=25,p0.05或R~20.28,n=18,p0.01)。研究表明,在蒸發(fā)量較大的環(huán)境下,枯落物混入能增大土壤降雨攔蓄量(1.75~5.82%),在蒸發(fā)強度較小的環(huán)境下,枯落物混入土壤相比裸土土壤水分流失降低2.30%~10.88%�？萋湮锏男罘e是一個逐年累積的過程,不同植被間枯落物覆蓋量和混入量存在差異,其沿坡面分布也存在較強的差異性;枯落物廣泛存在于表層土壤(0~5cm),土壤中枯落物混入量可占枯落物總蓄積量的21%~73%。凋落物主要由落葉組成,是枯落物蓄積的主要來源;受植物生長節(jié)律和植被類型的影響,凋落物組成及其凋落量具有明顯的季節(jié)變化。受枯落物組成、形態(tài)特征及凋落節(jié)律的影響,其持水性也存在顯著差異,進而影響其攔蓄能力�？萋湮锘烊胪寥篮�,其持水量較地表枯落物有效持水量低了15.73%,其徑流攔蓄量占總攔蓄量的14%~78%。此外,枯落物混入土壤能顯著增大土壤含水量,相較于裸土,枯落物混入可增大土壤含水量3.18%~19.15%,且土壤含水量隨枯落物最大持水量和枯落物混入量呈線性或指數(shù)函數(shù)增加,隨枯落物組織密度呈線性降低。本文通過對該區(qū)域典型植被枯落物分布、凋落、持水、攔蓄、蒸發(fā)及混入表土水分響應(yīng)等性質(zhì)的深入研究,明確了枯落物在降雨攔蓄、涵養(yǎng)水源、防治水土流失等方面發(fā)揮著重要作用。
【圖文】：

枯落物收集：自然原狀態(tài)下分別采用直尺法和網(wǎng)格法對樣方內(nèi)地表枯落物的厚蓋度進行測定。清掃樣方、收集樣方內(nèi)全部地表枯落物、編號、清洗、烘干（65℃4h）、稱重，，用單位面積地表枯落物烘干質(zhì)量表示地表枯落物蓄積量（g·m-2）。土壤落物集中在表層 0～5 cm(孫龍 2016)，對于土壤中枯落物的收集，環(huán)刀法取樣（ 9.8 cm、高 5 cm）根據(jù)雙對角線規(guī)則采集樣方內(nèi)表層 0～5 cm 土壤（單個樣方取面積合計為 380 cm2），同時利用直尺法測量枯落物土壤混入最大深度（10 次重復(fù)采集的土壤進行編號、0.5 mm 篩沖洗(Li Z W et al. 2015)、浸水篩子撈取（分離細壤顆粒和小石子）、鑷子剔除根系與雜質(zhì)（較大粒徑）、烘干（65°，24 h）、稱重 0～5 cm 層土壤沖洗物，同時采用同樣方法收集 5～10 cm 土壤中沖洗物作為其對者相減后得到土壤表層枯落物混入量。土壤中枯落物：首先，我們研究的土壤中枯落物是未降解或者半降解態(tài)（保留落物基本形態(tài)特征）的枯落物。其次，在存在形式上，其肢體可能完全混入土壤大部分都埋沒在土壤中，與土壤形成牢固混合態(tài)，收集地表枯落物時，用掃把清會使其脫離土壤，具體實際狀態(tài)如圖 2-1a、b 所示。

圖 2-3 喬、灌木林地凋落物收集器（a）和草地凋落物收集樣方（b）Figure 2-3 litter collector of arbor and shrub land (a) and collection sample of Grass litter (b)試驗于 2016 年 11 月至 2018 年 11 月期間進行，分別在第一年每月中旬及第二年的 4 月和 11 月進行枯落物收集，總共收集了 14 次。將收集到的逐月凋落物裝入信封，置烘箱中于 75 ℃烘干 24 h、稱重，以單位面積上凋落物的干重作為逐月凋落物量（g·m-2），同時按照落葉、落枝、落花和落果進行枯落物器官劃分、稱重，以 1-12 月單位面積上凋落物量累計值作為全年凋落物量（g·m-2 a-1）。枯落物的密度采用體積排水法測定(王寶瑞等 2009)。2.4.1.3 典型植被樣地枯落物持水性研究試驗于 2017 年 7 月至 11 月進行。對收集到地表枯落物、土壤中枯落物、逐月凋落物和凋落物器官等枯落物通過浸泡法測定其持水性質(zhì)。對于土壤中枯落物，考慮到枯落物和土壤混為一體的特殊性，設(shè)計試驗將枯落物與土壤混合測定其有效持水性。（1）枯落物持水性測定枯落物持水性測定：針對收集到的枯落物（地表枯落物、土壤中枯落物、逐月凋落物和凋落器官），以陰干 3 天后單位質(zhì)量枯落物所持水量作為自然環(huán)境條件下含水量
【學(xué)位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：Q948.1

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