水蚀风蚀交错带小流域土壤性质和植被特征的空间分布及其驱动因素

论文摘要

黄土高原地形千沟万壑,错综复杂,土壤与植被性质呈高度空间异质性。土壤性质的空间变异很大程度上影响着植被特征,而植被功能组成和多样性反馈影响生态系统功能。小流域是集水汇水的最基本水力单元,亦是黄土高原水土流失综合治理的基本空间单元。本研究以黄土高原生态环境最为脆弱的水蚀风蚀交错带六道沟一小流域为研究对象,应用经典统计和地统计分析方法,研究了小流域土壤性质与植被特征（地上生物量、盖度、物种多样性）的空间变异规律及分布格局,以及驱动植物群落特征的关键土壤和环境因子,并分析了坡向与植物群落类型对土壤有机碳氮的影响。研究结果对于水蚀风蚀交错带植被恢复与合理建造及生态系统结构与功能评估具有一定的指导价值。取得的主要研究结果有:（1）研究小流域表层（0—20 cm）土壤理化性质间表现出一定相关性,并具有明显的空间分布格局。土壤含水量与黏粒、粉粒含量极显著正相关（P<0.01）,与容重、砂粒含量极显著负相关（P<0.01）;土壤有机碳与全氮、矿质氮、全磷及黏粒含量极显著正相关（P<0.01）,与容重极显著负相关（P<0.01）。成土过程中,土壤饱和导水率、砂粒、全磷和速效磷的空间变异主要受结构因素的影响,土壤含水量、容重、黏粒、粉粒、有机碳、全氮、矿质氮的空间变异是结构因素和随机因素共同引起的。饱和导水率和全磷分布相对均匀,其余分布均为斑块状。土壤含水量、黏粒含量、粉粒含量、有机碳、全氮及矿质氮均在流域汇水口处较高。（2）研究小流域植物以豆科、禾本科和菊科三大科为主,其群落地上生物量（AGB,Above-ground Biomass）、盖度（C,Coverage）、丰富度指数（R）、Shannon多样性指数（H）、Simpson优势度指数（D）及Pielou均匀度指数（J）均呈现一定的空间变异性。AGB的空间变异是结构因素和随机因素综合作用的结果,C、R、H、D、J的空间变异主要由结构因素主导。AGB呈斑块状分布,与C均沿小流域沟道走向从东北向西南逐渐增加;R、H、D、J分布相对破碎,前三者均在小流域半阴坡海拔最高处明显偏高,D则与其相反。AGB和C主要与土壤水分、有机碳、矿质氮呈正相关,R、H、D、J主要受土壤饱和导水率、颗粒组成及容重的影响。（3）坡向和植物群落类型显著影响研究小流域土壤有机碳、全氮含量与密度及C/N。半阴坡较适宜的生境条件使得其土壤有机碳和全氮含量高于半阳坡和沟头,但C/N呈现半阳坡高于半阴坡和沟头的分布规律。各坡向豆科植物群落间碳氮含量差异不显著,但均显著高于菊科和禾本科群落。表层0—20 cm有机碳密度和全氮密度对60 cm剖面的平均贡献率均为51%。整个研究小流域1 m深度平均土壤有机碳密度为2.13 g·cm-3,远低于黄土高原其他地区和全国草地平均水平。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 第1章 绪论
•   1.1 研究背景
•   1.2 研究目的及意义
•   1.3 国内外研究现状
•     1.3.1 土壤属性的空间变异
•     1.3.2 植物分布、多样性及生产力与土壤因子的关系
•     1.3.3 土壤有机碳含量和密度的影响因素
•   1.4 目前研究中存在的问题
• 第2章 研究内容与方法
•   2.1 研究内容
•     2.1.1 小流域土壤理化性质的空间结构特征
•     2.1.2 小流域植物群落特征空间变异性及其主要驱动因素
•     2.1.3 小流域土壤有机碳氮对坡向与植物群落的响应
•   2.2 技术路线
•   2.3 研究方法
•     2.3.1 研究区概况
•     2.3.2 采样与测定
•   2.4 数据分析
•     2.4.1 统计方法
•     2.4.2 数据处理
• 第3章 小流域土壤性质的空间分布
•   3.1 表层土壤理化性质的描述性统计
•   3.2 表层土壤理化性质间的相关性分析
•   3.3 表层土壤理化性质的空间分布格局
•     3.3.1 土壤理化性质的空间变异
•     3.3.2 土壤理化性质的空间分布图
•   3.4 讨论
•   3.5 小结
• 第4章 小流域植被性质的空间变异及影响因素
•   4.1 植物群落的物种组成
•   4.2 植物群落特征的描述性统计
•   4.3 植物群落特征的空间分布格局
•     4.3.1 植物群落特征的空间变异
•     4.3.2 植物群落特征的空间分布图
•   4.4 植物群落特征空间分布与环境因子的关系
•   4.5 讨论
•   4.6 小结
• 第5章 坡向与植物群落对土壤有机碳氮的影响
•   5.1 小流域不同坡向的植被分布
•   5.2 坡向对土壤有机碳、全氮含量及碳氮比的影响
•     5.2.1 不同坡向下的土壤有机碳和全氮含量
•     5.2.2 不同坡向下的土壤碳氮比
•   5.3 植物群落对土壤有机碳、全氮含量及碳氮比的影响
•     5.3.1 不同植物群落下的土壤有机碳和全氮含量
•     5.3.2 不同植物群落下的土壤碳氮比
•   5.4 土壤有机碳和全氮含量间的耦合关系
•   5.5 坡向和植物群落对土壤有机碳和全氮密度的影响
•     5.5.1 不同坡向下的土壤有机碳和全氮密度
•     5.5.2 不同植物群落下的土壤有机碳和全氮密度
•   5.6 讨论
•     5.6.1 土壤有机碳、氮含量对坡向与植物群落类型的响应
•     5.6.2 土壤碳氮比对坡向与植物群落类型的响应
•     5.6.3 不同地区土壤碳密度的比较
•   5.7 小结
• 第6章 结论与展望
•   6.1 主要结论
•   6.2 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 张凯

导师: 李秧秧

关键词: 小流域,土壤理化性质,植物群落特征,空间变异

来源: 中国科学院大学(中国科学院教育部水土保持与生态环境研究中心)

年度: 2019

分类: 基础科学,农业科技

专业: 生物学,农业基础科学,农艺学

单位: 中国科学院大学(中国科学院教育部水土保持与生态环境研究中心)

分类号: S157;Q948

总页数: 78

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