【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(bào)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(duì)象,通過(guò)野外調(diào)查對(duì)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(jìn)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(guò)坡面樣線(xiàn)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(duì)土壤理化性狀的影響及其函數(shù)關(guān)系;通過(guò)定點(diǎn)監(jiān)測(cè)對(duì)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(dòng)態(tài)規(guī)律進(jìn)行分析,以期闡明區(qū)域植被枯落物初級(jí)生產(chǎn)力及其生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展可持續(xù)性;通過(guò)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(guò)水分蒸發(fā)監(jiān)測(cè)試驗(yàn)測(cè)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(duì)土壤水分影響特征,以期為進(jìn)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(guò)程的影響,枯落物沿坡面分布存在較強(qiáng)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(dòng)較大�？萋湮锘烊胪寥缹�(duì)土壤理化性狀有顯著影響,表現(xiàn)為土壤容重、粘結(jié)力和水穩(wěn)性團(tuán)聚體幾何平均直徑(WAS-GMD)隨枯落物混入量的增大而線(xiàn)性降低(p0.01,n=40),土壤有機(jī)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(xiàn)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(dòng)態(tài)變化特征,包含了凋落的高峰期、平緩期和間歇期三個(gè)階段;喬、灌植被枯落物凋落主要集中在生長(zhǎng)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(zhǎng)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(shí)間呈對(duì)數(shù)函數(shù)增加(R~2≥0.79,p0.01)。對(duì)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(dāng)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(jìn)而對(duì)植被枯落物水土保持功能產(chǎn)生影響。(5)當(dāng)降雨結(jié)束后,吸水飽和的枯落物持水量隨時(shí)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(shí)間的延長(zhǎng)而逐步減小,且兩者間存在極限著的對(duì)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(shí)間的延長(zhǎng)逐步降低趨勢(shì),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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(qiáng)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(gè)逐年累積的過(guò)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(qiáng)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(lái)源;受植物生長(zhǎng)節(jié)律和植被類(lèi)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(jìn)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(xiàn)性或指數(shù)函數(shù)增加,隨枯落物組織密度呈線(xiàn)性降低。本文通過(guò)對(duì)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(duì)樣方內(nèi)地表枯落物的厚蓋度進(jìn)行測(cè)定。清掃樣方、收集樣方內(nèi)全部地表枯落物、編號(hào)、清洗、烘干（65℃4h）、稱(chēng)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(duì)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(duì)角線(xiàn)規(guī)則采集樣方內(nèi)表層 0～5 cm 土壤（單個(gè)樣方取面積合計(jì)為 380 cm2），同時(shí)利用直尺法測(cè)量枯落物土壤混入最大深度（10 次重復(fù)采集的土壤進(jìn)行編號(hào)、0.5 mm 篩沖洗(Li Z W et al. 2015)、浸水篩子撈�。ǚ蛛x細(xì)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(chēng)重 0～5 cm 層土壤沖洗物，同時(shí)采用同樣方法收集 5～10 cm 土壤中沖洗物作為其對(duì)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(méi)在土壤中，與土壤形成牢固混合態(tài)，收集地表枯落物時(shí)，用掃把清會(huì)使其脫離土壤，具體實(shí)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(yàn)于 2016 年 11 月至 2018 年 11 月期間進(jìn)行，分別在第一年每月中旬及第二年的 4 月和 11 月進(jìn)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(chēng)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(shí)按照落葉、落枝、落花和落果進(jìn)行枯落物器官劃分、稱(chēng)重，以 1-12 月單位面積上凋落物量累計(jì)值作為全年凋落物量（g·m-2 a-1）�？萋湮锏拿芏炔捎皿w積排水法測(cè)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(yàn)于 2017 年 7 月至 11 月進(jìn)行。對(duì)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(guò)浸泡法測(cè)定其持水性質(zhì)。對(duì)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(jì)試驗(yàn)將枯落物與土壤混合測(cè)定其有效持水性。（1）枯落物持水性測(cè)定枯落物持水性測(cè)定：針對(duì)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(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：Q948.1

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本文編號(hào)：2664234