太行山区北段典型森林群落水分利用特征及其影响机制
文献类型：学位论文
| 作者 | 叶鑫 |
| 答辩日期 | 2024-06 |
| 文献子类 | 学术型学位 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 中国科学院地理科学与资源研究所 |
| 导师 | 马英 |
| 关键词 | 太行山区北段 森林群落 水分利用来源 土壤水分 生理生长 |
| 学位名称 | 硕士 |
| 学位专业 | 自然地理学 |
| 英文摘要 | 太行山区从20 世纪50 年代以来实施了大量退耕还林工程。经过多年治理，太行山区植被覆盖状况明显改善。而大规模植树造林会带来水资源消耗，太行山东北部地表径流衰减已超过50%。因而亟需查明太行山区北段森林群落的水分利用机制，为流域生态恢复及区域水资源管理提供科学依据。 本研究选取太行北段崇陵流域内典型森林群落（成熟侧柏林群落PlaM、中龄侧柏林群落PlaY、刺槐林群落Rob 和油松林群落Pin），基于水循环要素和植物生理生态指标的连续定位监测及样品采集等试验，利用稳定同位素（δ2H、δ18O 和叶片δ13C）和MixSIAR 模型定量解析不同森林群落植物水分来源和水分利用效率，阐明各群落土壤水分动态变化及其对降水的响应规律，探究土壤水分与植物水分利用的相关关系，综合分析不同群落植物生理生态变化特征及其与水分利用的内在联系，揭示太行山区北段典型森林群落的水分利用特征及其影响机制。主要结果如下： （1）同一群落内，建群种乔木（侧柏、刺槐、油松）相对于林下灌木（荆条、扁担杆、构树和酸枣），对深层（60-100cm）土壤水分的吸收比例更高，植物水分利用效率显著增加（p＜0.01）。乔木之间（Rob 中刺槐-桑树的PS 相似性指数达94.9%）、灌木之间（PlaY 和Rob 中荆条-扁担杆的PS 值分别达90.4%和95.3%）均存在水源重叠。而乔木和林下灌木之间的水源竞争关系相对较弱（Pin 中油松-扁担杆PS 仅82%）。 （2）不同群落间，植物水分来源和水分利用效率差异显著。PlaM 植物对深层（60-100cm ）土壤水分的吸收比例（36.3%）显著高于PlaY（31.6%）和Rob（31.4%）（p＜0.05）。Pin 植物水分利用效率整体极显著（p＜0.01）高于PlaM 和PlaY，Rob 极显著（p＜0.01）低于其他群落。PlaM、PlaY 和Rob 群落内植物对深层土壤水的吸收比例与水分利用效率呈显著正相关（p＜0.05）。 （3）降雨是山区土壤和植物的重要补给水源，不同群落间土壤水分变化及其对降雨的响应过程存在明显差异。雨季土壤剖面平均含水量表现为PlaY（0.24 m3·m-3）＞PlaM 和Pin（0.21 m3·m-3）＞Rob（0.15 m3·m-3）。相对于PlaM，PlaY 内土壤水分对降雨的响应更敏感，存在优先流，降雨可补给深层土壤水。总降雨量和峰值强度与土壤水分响应次数、最大响应深度、土壤含水量最大变幅和湿润锋运移速率呈显著正相关，峰值雨强与优先流发生次数显著相关。 （4）不同群落间主要建群种的液流速率、径向生长量和叶片氮含量存在显著差异。PlaM 中侧柏的日均液流速率（15.1×10-4cm·s-1）极显著（p＜0.01）大于PlaY 侧柏（6.39×10-4cm·s-1）、Pin 油松（5.85×10-4cm·s-1） 和Rob 刺槐（3.49×10-4cm·s-1）。建群种树干年径向增长量大小依次为PlaM侧柏（1.77mm）＞PlaY 侧柏（1.28mm）＞Pin 油松（0.48mm）＞Rob刺槐（0.18mm）。Rob中刺槐的叶片氮含量极显著高于其他建群种（p＜0.01）。建群种液流速率越高，径向生长量越大，但叶片氮含量越低。同一群落内，主要建群种侧柏、油松的叶片氮含量显著（p＜0.05）低于林下灌木（荆条、扁担杆、酸枣、构树）。 （5）同一群落内建群种水分利用效率与土壤水分的相关关系显著区别于林下植被，建群种叶片δ13C 与土壤含水量呈负相关，而PlaY 林下灌木（荆条、扁担杆）叶片δ13C 与土壤含水量显著正相关（p＜0.05），建群种树木的抗旱能力更强。不同群落的建群种之间，PlaY 侧柏、Rob 刺槐和Pin 油松的液流速率与浅层（0-30cm）土壤水吸收比例均显著正相关，PlaM 侧柏则相反。PlaM 侧柏0-30cm 土壤水吸收比例与径向生长正相关。叶片氮含量高的树种均倾向于吸收浅层（0-10cm 或0-30cm）土壤水，其中PlaM、PlaY 和Rob 群落0-30cm 土壤水吸收比例与叶片氮含量显著正相关（p＜0.05）。 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 98 |
| 源URL | [http://ir.igsnrr.ac.cn/handle/311030/208086]  |
| 专题 | 地理科学与资源研究所_研究生部 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 叶鑫. 太行山区北段典型森林群落水分利用特征及其影响机制[D]. 中国科学院地理科学与资源研究所. 中国科学院大学. 2024. |
入库方式： OAI收割
来源：地理科学与资源研究所
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