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川南不同林龄马尾松人工林土壤水土保持功能研究

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摘要

前言

1 文献综述

1.1 国内外水土流失现状

1.2 国内外水土保持动态研究

1.2.1 国外水土保持研究

1.2.2 国内水土保持研究

1.3 森林生态系统水土保持功能

1.3.1 林冠层水土保持功能研究

1.3.2 枯枝落叶层水土保持功能

1.3.3 土壤层水土保持功能

1.3.4 人工林土壤团聚体

1.3.5 人工林土壤抗蚀性

2 研究方案

2.1 研究目的与意义

2.2 研究内容

2.3 技术路线

3 材料与方法

3.1 研究区域概况

3.2 研究方法

3.2.1 样地设置

3.2.2 样品采集及分析方法

4 结果与分析

4.1 林地土壤水分物理性能变化

4.1.1 不同林龄土壤水分蓄持能力的变化

4.1.2 不同林龄土壤孔隙状况的变化

4.1.3 不同林龄土壤容重的变化特征

4.2 林地土壤养分变化

4.2.1 不同林龄土壤养分的变化特征

4.2.2 各养分成分间的相关性

4.3 林地土壤团聚体特征

4.3.1 土壤团聚体稳定性能的变化

4.3.2 林龄对土壤团聚体大小的影响

4.3.3 土壤团粒分形特征的变化

4.4 林地土壤抗蚀性能变化

4.4.1 林龄对土壤抗蚀性的影响

4.4.2 土壤抗蚀性指标间的相关关系

4.4.3 土壤抗蚀性评价模型

5 结论

6 问题与展望

参考文献

已发表文章

致谢

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摘要

马尾松是我国松属中分布最广、数量最多的主要用材树种,在森林生态系统组成中占有很重要的地位。但人工纯林的结构单一,凋落物积累与分解不协调,致使地力衰退,涵养水源及保持土壤能力下降,造成林木低产低效。定量研究人工林土壤水土保持功能的演变,对低效人工林改造和长江上游的生态环境建设具有重要意义。本文研究了宜宾市高县7个林龄马尾松人工林的土壤蓄持性能、养分状况、团聚体特征及抗蚀性能,采用“空间代替时间”的方法结合方差分析、相关分析和主成分分析,探讨了不同林龄马尾松人工林土壤抗蚀性及其特征,并建立了川南马尾松人工林土壤抗蚀性综合评价模型。主要研究结果如下:
  (1)7个林龄的马尾松林地土壤最大蓄水量和毛管蓄水量分别介于1521.66~1627.43t/hm2、994.97~1262.03t/hm2,随林龄增长先降低后增加,随土层增加显著降低。
  (2)土壤总孔隙度为31.812%~42.309%,毛管孔隙度为24.738%~36.023%。土壤容重随林龄增加先增加后降低,且随土层增加显著增加,中龄林容重最大,表层和20-40 cm土层分别为1.293 g/Kg3,1.448 g/Kg3,与总孔隙度和毛管孔隙度极显著负相关,容重降低是土壤孔隙分布良好、土壤蓄水量增加的主要原因。
  (3)林地土壤有机质、全氮含量分别为14.137~28.333g/Kg,0.390~0.807g/Kg,速效养分含量为1.507~63.898mg/Kg。林龄对土壤养分影响显著,总体表现为幼龄林至中龄林先增加后降低,中龄林至成熟林先降低后迅速上升,随土层增加显著降低。中龄林和31年成熟林养分含量最低,不利土壤养分保持。
  (4)土壤团聚体分形维数(D)为2.826~2.981,水稳性团聚体分形维数(WD)与>0.25mm团聚体含量(R0.25)、有机质、团聚体平均几何直径(GMD)、团聚体平均重量直径(MWD)显著正相关,与团聚体破坏率(PAD)极显著负相关,D可用于评价人工林土壤理化性质的变化。
  (5)土壤可蚀性K值在0.216~0.239之间。林龄对表层土壤可蚀性影响较大,中龄林K值显著高于除3年外的其他林地,极大增加了水土流失的潜在危险性。
  (6)评价川南马尾松人工林土壤抗蚀性的最优6指标为:>0.25mm水稳性团体将含量(WR0.25)、>0.5mm水稳性团体将含量(WR0.5)、MWD、PAD、物理性黏粒、有机质。有机质和物理性黏粒是决定土壤抗蚀性的主要因素,在实际应用中可采用6个优化指标衡量研究区土壤抗蚀性演变。
  (7)川南马尾松人工林土壤抗蚀性评价指标综合为4个主成分,综合指标评价模型为:Z=0.487Z1+0.312Z2+0.112Z3+0.085Z4。林龄对土壤抗蚀性影响显著,抗蚀性综合指数幼龄林至中龄林先增加后降低,中龄林至成熟林上升,总体缓慢上升。相关分析表明Z与可蚀性K值极显著负相关,可以用主成分分析建立的模型来评价人工林土壤抗蚀性能。
  综上所述,林龄对土壤理化性质及结构有影响。人工林到中龄阶段,土壤养分指标降低,结构恶化,通透性能及蓄水能力下降,抵抗侵蚀能力降低,易造成严重水土流失。成熟林土壤孔隙状况、团粒结构、入渗能力和持蓄持能力得到改善,土壤抵抗降雨侵蚀和地表径流的能力提高,利于土壤涵养水源、保持土壤作用的发挥。

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