本文關(guān)鍵詞：基于同步輻射光源微型CT技術(shù)分析土壤結(jié)構(gòu)演變與降雨入滲的關(guān)系，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：黃土高原地區(qū)是我國(guó)重要的生態(tài)屏障和畜牧業(yè)生產(chǎn)基地。但不合理的人類活動(dòng)導(dǎo)致草地退化嚴(yán)重,水土流失劇烈,生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)性受到威脅。施行植被恢復(fù)措施,利用植物—土壤系統(tǒng)間的互饋效應(yīng),恢復(fù)和重建“土壤水庫(kù)”巨大調(diào)節(jié)功能,是解決該區(qū)域生態(tài)環(huán)境問(wèn)題的根本舉措。本研究選取位于黃土高原典型草原區(qū)的云霧山草地自然保護(hù)區(qū)不同退耕年限的樣地為研究對(duì)象,采用人工模擬降雨、顯微CT掃描和室內(nèi)分析相結(jié)合的方法,研究退耕草地植被恢復(fù)過(guò)程中土壤物理化學(xué)和水力性質(zhì)的變化規(guī)律,分析土壤結(jié)構(gòu)的演變特征,闡明土壤結(jié)構(gòu)演變對(duì)降雨入滲過(guò)程的作用機(jī)制,以期為黃土高原地區(qū)植被恢復(fù)重建提供一定的科學(xué)依據(jù)。取得以下主要結(jié)論:1、退耕還草過(guò)程改善土壤理化性質(zhì)。表現(xiàn)為降低土壤容重、增加土壤孔隙度,植被恢復(fù)過(guò)程中砂粒含量有所降低,粉粒含量有所增加,主要體現(xiàn)在退耕初期(3年)和0-10 cm土層,但沒(méi)有引起土壤質(zhì)地的改變。退耕3-8年是土壤有機(jī)碳、全氮含量恢復(fù)的階段,從退耕8年開(kāi)始積累,退耕22-24年是土壤有機(jī)碳、全氮含量迅速積累的階段。0-10 cm土層土壤有機(jī)碳、全氮含量分別從退耕8年、退耕22年開(kāi)始顯著高于10-40 cm土層。土壤有機(jī)碳的積累速度大于全氮的積累速度。2、退耕還草過(guò)程促進(jìn)大團(tuán)聚體形成,提高團(tuán)聚體穩(wěn)定性。表現(xiàn)為退耕8-24年水穩(wěn)性大團(tuán)聚體含量顯著增加了21.34%-52.78%,退耕22-24年團(tuán)聚體穩(wěn)定性最強(qiáng)。0-10cm土層團(tuán)聚體穩(wěn)定性高于10-40 cm土層。水穩(wěn)性大團(tuán)聚體含量直接提高團(tuán)聚體穩(wěn)定性,與穩(wěn)定性呈顯著正效應(yīng),主要體現(xiàn)在1 mm水穩(wěn)性大團(tuán)聚體。有機(jī)碳含量間接提高團(tuán)聚體穩(wěn)定性。3、退耕3年后退耕地植被恢復(fù)有利于提高孔隙結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。表現(xiàn)為有利于土壤0-10 cm土層中1-5 mm團(tuán)聚體總孔隙度的提高、孔隙總數(shù)的減少。其中,毛管孔隙度(3.25μm-20μm)隨退耕年限的延長(zhǎng)逐漸降低,退耕8-22年降低顯著。20μm-100μm通氣孔隙的孔隙度隨退耕年限的延長(zhǎng)逐漸降低,而100μm通氣孔隙的孔隙度逐漸提高。100μm通氣孔隙的孔隙度最高,占總孔隙的99%以上。植被恢復(fù)有利于增加狹長(zhǎng)孔隙(形狀因子≤0.2)的孔隙度,降低不規(guī)則孔隙(0.2形狀因子0.5)和規(guī)則孔隙(形狀因子≥0.5)的孔隙度。狹長(zhǎng)孔隙的孔隙度最高,占總孔隙度的99%以上。土壤粉粒含量是影響團(tuán)聚體孔隙結(jié)構(gòu)特征的最主要因素,與1-5mm團(tuán)聚體中不規(guī)則孔隙度、規(guī)則孔隙度、毛管孔隙度呈極顯著負(fù)相關(guān)(Sig.0.001)。4、退耕還草過(guò)程顯著提高了土壤導(dǎo)水和持水性能。隨著植被恢復(fù)的進(jìn)行,土壤飽和導(dǎo)水率從退耕3年的4.16 mm·min-1提高到退耕22年的6.74 mm·min-1,顯著增加了61.9%。與坡耕地相比,當(dāng)有機(jī)碳含量和水穩(wěn)性大團(tuán)聚體含量分別增加1g·kg-1和1%時(shí),飽和導(dǎo)水率分別提高1.2%和2.4%。植被恢復(fù)有利于提高土壤持水能力,主要體現(xiàn)在0-10 cm土層,退耕22-24年持水性能顯著提高。土壤水穩(wěn)性大團(tuán)聚體含量和有機(jī)碳含量是影響飽和導(dǎo)水率的主要因素,而有機(jī)碳含量是影響土壤持水能力的最主要因素。有機(jī)碳含量增加可通過(guò)增加水穩(wěn)性大團(tuán)聚體含量來(lái)改善土壤結(jié)構(gòu),從而提高飽和導(dǎo)水率和持水能力。5、退耕還草提高了土壤降雨入滲能力。表現(xiàn)為隨植被恢復(fù)的進(jìn)行,初始入滲率增加,達(dá)到穩(wěn)定入滲率的時(shí)間延長(zhǎng)。植被恢復(fù)過(guò)程中入滲率隨雨強(qiáng)增大而增加。1-5 mm團(tuán)聚體不規(guī)則孔隙度和毛管孔隙度是影響初始入滲率的主要因素,與初始入滲率呈負(fù)相關(guān)。降雨強(qiáng)度為60 mm·h-1時(shí),穩(wěn)定入滲率與2-1 mm團(tuán)聚體不規(guī)則孔隙度呈負(fù)相關(guān)。降雨強(qiáng)度為90 mm·h-1時(shí),穩(wěn)定入滲率與5-2 mm團(tuán)聚體狹長(zhǎng)孔隙度呈正相關(guān)。
【關(guān)鍵詞】：退耕還草 土壤結(jié)構(gòu) 微型CT 土壤水力性質(zhì) 降雨入滲
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院研究生院(教育部水土保持與生態(tài)環(huán)境研究中心)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：S812
【目錄】：

• 致謝4-5
• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 緒論12-18
• 1.1 選題背景及意義12
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展12-17
• 1.2.1 植被恢復(fù)12-13
• 1.2.2 土壤團(tuán)聚體13
• 1.2.3 土壤孔隙13-14
• 1.2.4 土壤水力性質(zhì)14-15
• 1.2.5 降雨入滲15
• 1.2.6 土壤結(jié)構(gòu)與降雨——入滲的關(guān)系15-17
• 1.3 存在問(wèn)題及研究目的17-18
• 第二章 研究?jī)?nèi)容與方法18-30
• 2.1 研究?jī)?nèi)容18-19
• 2.1.1 技術(shù)路線18-19
• 2.2 研究方法19-30
• 2.2.1 研究區(qū)概況19-20
• 2.2.2 樣地選擇及樣品采集20-22
• 2.2.3 測(cè)定方法22-26
• 2.2.4 數(shù)據(jù)處理與分析26-30
• 第三章 植被恢復(fù)過(guò)程中土壤理化性質(zhì)的變化30-38
• 3.1 植被恢復(fù)對(duì)土壤顆粒組成的影響30-31
• 3.2 植被恢復(fù)對(duì)土壤容重和含水量的影響31-33
• 3.3 植被恢復(fù)對(duì)土壤有機(jī)碳、全氮含量的影響33-37
• 3.4 小結(jié)37-38
• 第四章 植被恢復(fù)過(guò)程中土壤團(tuán)聚體分布及穩(wěn)定性特征38-50
• 4.1 植被恢復(fù)過(guò)程中土壤團(tuán)聚體的分布特征38-41
• 4.2 植被恢復(fù)過(guò)程中水穩(wěn)性團(tuán)聚體的分布特征41-44
• 4.3 植被恢復(fù)過(guò)程對(duì)團(tuán)聚體穩(wěn)定性的影響44-46
• 4.4 土壤理化性質(zhì)與團(tuán)聚體穩(wěn)定性的關(guān)系46-48
• 4.5 小結(jié)48-50
• 第五章 植被恢復(fù)過(guò)程中土壤團(tuán)聚體孔隙變化特征50-65
• 5.1 各樣地 0-10 cm土層中 5-2 mm團(tuán)聚體孔隙變化特征50-56
• 5.1.1 團(tuán)聚體孔隙度的變化50-53
• 5.1.2 團(tuán)聚體孔徑分布特征53-55
• 5.1.3 團(tuán)聚體形狀、數(shù)量特征55-56
• 5.2 各樣地 0-10 cm土層中 2-1 mm團(tuán)聚體孔隙變化特征56-61
• 5.2.1 團(tuán)聚體孔隙度的變化56-59
• 5.2.2 團(tuán)聚體孔徑分布特征59-60
• 5.2.3 團(tuán)聚體形狀、數(shù)量特征60-61
• 5.3 土壤理化性質(zhì)與孔隙結(jié)構(gòu)的關(guān)系61-64
• 5.4 小結(jié)64-65
• 第六章 植被恢復(fù)過(guò)程中土壤水力性質(zhì)演變65-77
• 6.1 植被恢復(fù)過(guò)程中土壤飽和導(dǎo)水率的變化特征65-69
• 6.1.1 飽和導(dǎo)水率的分布65-67
• 6.1.2 土壤理化性質(zhì)對(duì)飽和導(dǎo)水率的影響67-69
• 6.2 植被恢復(fù)過(guò)程中土壤持水性能的變化特征69-76
• 6.2.1 van Genuchten水分特征曲線擬合69-72
• 6.2.2 Gardner水分特征曲線擬合72
• 6.2.3 土壤比水容量72-74
• 6.2.4 土壤水分有效性分級(jí)74-75
• 6.2.5 土壤理化性質(zhì)與持水能力的關(guān)系75-76
• 6.3 小結(jié)76-77
• 第七章 植被恢復(fù)過(guò)程中降雨入滲特征77-83
• 7.1 不同降雨強(qiáng)度下的入滲性能比較77-80
• 7.2 土壤結(jié)構(gòu)演變對(duì)降雨入滲的影響80-81
• 7.3 小結(jié)81-83
• 第八章 主要結(jié)論83-86
• 8.1 植被恢復(fù)過(guò)程中土壤理化性質(zhì)的變化83-84
• 8.2 土壤團(tuán)聚體分布及穩(wěn)定性演變84
• 8.3 土壤團(tuán)聚體孔隙特征演變84
• 8.4 土壤水力性質(zhì)演變84-85
• 8.5 土壤結(jié)構(gòu)演變對(duì)降雨入滲的影響85-86
• 參考文獻(xiàn)86-92
• 作者簡(jiǎn)介92

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