黄土高原草地土壤抗冲性及其机理研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 刘国彬 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 1996 |
| 授予单位 | 中国科学院、水利部水土保持研究所 |
| 授予地点 | 陕西 |
| 导师 | 朱显谟 |
| 学位专业 | 土壤学 |
| 中文摘要 | 以黄土丘陵区处于不同恢复阶段的草地为对象，采用野外测定与模拟试验相结合的方法，首次系统研究了植被恢复过程中土壤抗冲性的时空动态特征以及植物根系、化学元素积累和影响抗冲性土体的诸因素在植被演替过程中的变化。对比分析了天然草地和人工草地强化抗冲性的不同机制。在对根系生物力学特征系统分析的基础上，提出植物毛根强化土壤抗冲性的三种作用方式，并建立了相应的机制模型。本研究在根系强化抗冲性机理方面做了一定创新性工作，为水土保持措施组配和农业综合发展提供了新的技术途径。主要结论为： 1. 退耕坡地草地植被在自然演替过程中，群落组成逐渐复杂，地上、地下部植物生物是逐渐增加，且地下部生物量增加量大于地上部，植被演替使地下部植物生物量逐渐增加，且地下部生物量增加量大于地上部，演替使地上/地下值下降。群落根系的径级组成呈偏态分布，0.1—0.4mm毛根占总生物量、总根长、总表面积59—77%，94.3—98%和81.3%--94.7%。有效根面积(10*10*10cm*土体中0.1-0.4mm毛根表面积)可作为根系丰富程度指标。在不同恢复阶段群落对化学元素吸收类型各不想，积累次序为Si>N>Ca>K，沙打旺草地为 Ca>N>Si>K，农地(谷子)为Si>N>K>Ca。随着演替进行Fe、Mg、Si、P富积中心由地上部移至地下部，这种转移有利于元素归还土壤，强化生物小循环过程。土壤化学元素除N外基本保持恒定。 2. 在植被恢复过程中，土壤抗冲性得到强化。在空间上，随着根系发育在土壤剖面垂直方面土壤抗冲性有所增强；在时间上，随着植被演替土壤抗冲性逐渐增加。演替20年草地抗冲性提高了10倍。土壤抗冲性与植被恢复年限，地上部生物量，有效根面积呈显著正相关关系，可用建立的回归方程估测。 3. 植被的恢复对于抗冲性土体的形成有重要意义。随着植被演替土壤腐殖质物质，水稳性团聚体数量和质量、土壤入渗能力、土壤抗剪强度均得到提高。研究并建立了这些指标与有效根面积，土壤流失量、土壤抗冲性的相关方程。坡地退耕后每年可提高土壤K100.04mm，农地稳渗速率加倍(7年)可减少流失量50%，提高抗冲性3.4倍。人工草地与天然草地强化抗冲性机制不同，前者靠丰富的根系固结土壤，后者通过改善土壤结构，创造良好的土体构型实现。 4. 研究发现植物毛根具有强大抗拉能力和弹性。首次建立了禾本科、豆科、菊科等11种牧草应力-应变方程、极限应变-直径方程及抗拉力-直径关系方程。植物毛根表现出弹塑性材料特征，沙打旺和无芒雀应力-应变为对数关系，不符合胡克定律。随着径增加抗拉力递增率为禾本科>豆科>菊科。由于根系强大的抗拉能力，坡面土壤冲蚀不是由于毛根断裂，而是由根土分离造成。 5. 根系缠绕、固结土壤，强化抗冲性作用有三种方式：网格串连作用、根土粘结作用及根系生物化学作用。建立了这三种方式强化抗冲性的机制模型并分析了其相对重要性。根系生物化学效应通过植物繁生改善土体构型来实现在黄绵土中这种效应达51%。随着根系丰富程度增加，其效应相对重要性降低，最低为13.5%。根土粘结作用效应是网络串连作用的2倍。二者都随着有效根面积增加而增加，最高分别达56.6%和29.9%。 6. 用逐步回归法建立了根系参数、土壤力学参数、入渗性能、土壤腐殖质、水稳性团聚体等22个因子与土壤抗冲性的多元回归预报方程，影响土壤抗冲性的因素分别是土壤凝聚系数>K10>土壤腐殖质物质含量>根系参数>水稳性团聚体>土壤抗剪强度。有效根面积和根系生物力学特性可作为水土保持树草种选择的因子。 7. 在0.65-0.84mm雨强内，目前普遍 使用的大型原状土冲刷测侵蚀模数是传统的人工降雨小区(2*5m2)的200-400倍，径流深为小区的50-145倍，二者土壤冲蚀过程相反。抗冲性(单位径流深侵蚀模数)为小区的5-7倍(裸地)1.8-4.5倍(人工草地)。二者比值在13-15min趋于稳定。抗冲槽法试验关键在于适宜冲刷时间确定。小型槽与大型槽间侵蚀模数存在一定相关关系，在低根量下可相互代替。 |
| 公开日期 | 2011-06-28 ; 2011-07-14 |
| 源URL | [http://ir.iswc.ac.cn/handle/361005/3977]  |
| 专题 | 水土保持研究所_水保所知识产出(1956-2013) |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 刘国彬. 黄土高原草地土壤抗冲性及其机理研究[D]. 陕西. 中国科学院、水利部水土保持研究所. 1996. |
入库方式： OAI收割
来源：水土保持研究所
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