魯中南山區(qū)不同植物群落下土壤顆粒分形與水文特征.pdf

1、本文通過對魯中南山區(qū)(蒙山山區(qū)和魯山山區(qū))具有典型性和代表性植物群落類型的野外樣地調(diào)查，運用植物群落生態(tài)學(xué)和森林水文生態(tài)學(xué)、分形學(xué)的理論和方法，對不同植物群落下的土壤顆粒分形特征、土壤水文物理性質(zhì)及其兩者的相關(guān)性進行研究。闡述不同植物群落的土壤顆粒組成及其分形維數(shù)和水文物理性質(zhì)，揭示土壤顆粒分形維數(shù)與土壤容重、孔隙度(貯水量)和滲透速率的關(guān)系，闡明不同人為干擾作用下植物群落結(jié)構(gòu)與功能退化和恢復(fù)特征。為區(qū)域水土保持生態(tài)修復(fù)等植被恢復(fù)與重建

2、工程建設(shè)提供理論依據(jù)和科技支撐。 主要結(jié)論如下： (1)不同人為干擾下生態(tài)林、經(jīng)濟林和農(nóng)田植物群落土壤結(jié)構(gòu)與水文物理功能均有不同的表現(xiàn)。 放牧樵采、過度開發(fā)等不利的人為干擾將大大改變所在地區(qū)的土壤結(jié)構(gòu)和水文物理功能。其中開發(fā)農(nóng)田對土壤的影響較大，土壤硬化現(xiàn)象嚴(yán)重，水分很難深入土壤，放牧樵采也導(dǎo)致林地土壤水文功能發(fā)生一定程度的下降，經(jīng)濟林開發(fā)大大影響了土壤層的保水蓄水能力。通過蒙山山區(qū)和魯山山區(qū)不同恢復(fù)類型植物群落

3、土壤水文物理改善程度表可以看出，采用林地禁牧禁樵、經(jīng)濟林退耕、農(nóng)田退耕等措施對生態(tài)林、經(jīng)濟林和農(nóng)田實施生態(tài)修復(fù)能較好促進地上植被的良好發(fā)育，對土壤水文功能具有較強的改善作用，而長期封禁的生態(tài)林土壤水文功能最強。 (2)在不同土地利用類型中，在人為活動干擾下處于退化演替過程中的各種植物群落，無論是其土壤物理性質(zhì)，還是其土壤層的水文效應(yīng)，都發(fā)生了不同程度的衰退現(xiàn)象。具體表現(xiàn)在土壤容重增加，土壤顆粒組成的分形維數(shù)下降，土壤孔隙度及其貯

4、水量降低，表明其土壤的緊實度增加，土壤質(zhì)地均勻程度和細粒物質(zhì)含量下降，土壤透水性能和貯水性能降低。 當(dāng)停止人為活動的干擾后，在不同土地利用方式和植被類型中處于恢復(fù)演替過程中的各種植物群落，土壤的水文物理性質(zhì)指標(biāo)均有了不同程度的改善。表現(xiàn)在植物群落的土壤容重降低，土壤顆粒組成的分形維數(shù)提高，土壤孔隙度及其貯水量增加。表明其土壤的緊實程度下降，土壤質(zhì)地均勻程度和細粒物質(zhì)含量提高，土壤透水性能和貯水性能增強。 (3)土壤分形維

5、數(shù)與土壤水文物理性狀參量之間都存在一定程度的對應(yīng)關(guān)系?？梢哉J(rèn)為：土壤顆粒組成的分形維數(shù)，在作為綜合性指標(biāo)定量描述土壤質(zhì)地、密度和孔隙結(jié)構(gòu)(貯水量)等物理性狀與水文性質(zhì)方面，具有較大的研究價值與潛力。 在蒙山區(qū)，土壤分形維數(shù)與粘粒、粉粒含量呈明顯的線性正相關(guān)關(guān)系，與粗砂粒含量、石礫含量和土壤容重則呈明顯的線性負相關(guān)，與細砂粒相關(guān)性不明顯。土壤分形維數(shù)與總孔隙度和毛管孔隙度、土壤穩(wěn)定入滲速率呈現(xiàn)明顯的線性正相關(guān)關(guān)系，與非毛管孔隙度相

6、關(guān)性不明顯。 在魯山區(qū)，土壤分形維數(shù)與粘粒、粉粒含量和細砂粒的含量呈明顯的線性正相關(guān)關(guān)系，而與粗砂粒含量、石礫含量和土壤容重呈明顯的線性負相關(guān)關(guān)系。土壤分形維數(shù)與土壤孔隙度(貯水量)的數(shù)量均呈明顯的線性正相關(guān)關(guān)系，與土壤穩(wěn)定入滲速也呈一定正相關(guān)性，但不顯著。 (4)霍頓模型和一般(冪函數(shù))模型都能較好地反映研究區(qū)土壤入滲過程與入滲速率，更接近于實測值，菲利浦模型的適用性較差。表明霍頓模型和一般(冪函數(shù))模型比較適用于描述