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基于耗水特征的农林复合模式研究

作　者: 马长明
导　师: 翟明普
学　校: 北京林业大学
专　业: 森林培育
关键词: 土壤水分根系分布特征树干液流林木耗水层次分析法
分类号: S344
类　型: 博士论文
年　份: 2007年
下　载: 321次
引　用: 3次
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内容摘要

河北平山退耕区农业基本是雨养农业,水分是当地植被恢复的限制性因子,结合该地区退耕还林工程,建设节水型农林业格局已成为发展趋势。为此,本论文以河北平山退耕区几种主要的农林复合模式为研究对象,从核桃、冬枣、杏等8种经济树种苗木的盆栽试验、退耕地土壤水分时空变化、根系分布特征、耗水特征等方面展开研究,在此基础上通过退耕农户、相关专家问卷调查,运用层次分析法对现有模式和拟扩展模式进行初步评价分析,以筛选出能够被当地农民接受的节水型农林复合模式,为当地林种布局、树种选择、林分结构配置及水分管理等提供科学依据。本论文取得的主要结果:(1)不同土壤水分条件下各树种蒸腾速率规律表现不同。在水分充足条件下,各树种蒸腾速率由小到大的顺序为:婆枣、冬枣、核桃、花椒、杏、黄冠梨、绿宝石梨、火炬树,各树种蒸腾速率日变化均呈单峰形,光照强度、空气温度和相对湿度与蒸腾速率均表现出良好的相关性;在水分胁迫条件下,蒸腾速率日变化则呈现双峰形或不明显的单峰形曲线,峰值的出现时间有所提前,上述气象因子与蒸腾速率的相关性较差。(2)土壤水分呈现明显的时空变化规律。一年中土壤水分变化分为3个时期:土壤水分消耗期(4月初-7月中旬)、土壤水分补充期(7月下旬-9月末)和土壤水分稳定期(10月初-翌年3月末);土壤水分垂直分布分为3个层次:0-30 cm为速变层,40-100 cm为活跃层,100 cm以下为相对稳定层;土壤水分水平分布呈现离林带越近,土壤含水量越低的变化规律。(3)不同农林复合模式下土壤水分特征存在一定差异。花椒×花生模式土壤水分0-50 cm低于核桃×黄芩和核桃×苜蓿模式,50 cm以下高于核桃×黄芩和核桃×苜蓿模式;核桃×苜蓿模式的土壤水分含量,雨季0-40 cm较低,旱季0-60 cm较低,核桃×黄芩模式0-100 cm土层土壤含水量差异不显著;单作比间作土壤水分条件好,说明间作对土壤水有一定影响。(4)揭示了不同模式根系的空间分布规律。垂直方向上,花椒、单作核桃、黄芩、苜蓿的根长密度均呈负指数型,间作核桃的根长密度以二次多项式拟合效果较好,花椒、单作核桃、间作核桃的比根长均呈负指数型,黄芩和苜蓿的比根长垂直变化则呈正指数型和二次多项式型;水平方向上,花椒的根长密度呈负指数型,单作核桃和间作核桃的根长密度呈二次多项式型,黄芩和苜蓿的根长密度呈现正指数型,而比根长的水平分布则均以二次或三次多项式拟合效果较好。(5)间作对林带根系分布有一定程度的影响。核桃根长密度和生物量密度在单作条件下比间作条件下大,比根长比间作条件下小,分别是间作模式下对应指标的1.84、2.29、0.90倍;并且间作促使林带根系向更深层次发展,单作条件下核桃根系垂直方向主要分布在10～60 cm,间作条件下则主要分布在20～70 cm。(6)根系空间分布与土壤水分、养分的空间分布存在一定程度的关联。土壤水分垂直、水平变化比较活跃的范围和根系的主要分布范围基本一致,土壤水分含量和根长密度、比根长存在显著性或极显著性负相关;N元素、K元素、有机质与根长密度和比根长存在显著性或极显著性正相关。(7)揭示了核桃树干液流的时间变化规律,论述了树干液流速率、液流通量、日累积量与地径的关系。核桃树干液流具有明显的昼夜变化规律,液流通量、日累积量与地径之间关系较好,液流速率与地径之间关系相对较差,。(8)估算了各个模式的耗水量。核桃×黄芩(沟谷)、核桃×苜蓿(沟谷)、核桃×苜蓿(坡下位梯田)、核桃×黄芩(坡下位梯田)、核桃单作和花椒×花生模式的生长季耗水量分别为329.7、319.8、340.4、372.0、360.3、292.6 mm。(9)通过层次分析法对6种农林复合模式的耗水特征进行了简单评价,评价值由大到小依次为:花椒×花生、核桃×黄芩(沟谷)、核桃×苜蓿(沟谷)、核桃单作、核桃×苜蓿(坡下位梯田)、核桃×黄芩(坡下位梯田),与核桃相比,花椒的耗水量较小,较为节水,而间作物黄芩、苜蓿的耗水量要大于花生和空白,因此从节水角度看,宜发展花椒×花生模式。(10)从经济效益、生态效益和社会效益方面对退耕区拟扩展的10种农林复合模式进行了评价,核桃×红薯、冬枣×花生和核桃×花生三种农林复合模式表现较好,核桃单作和核桃×谷子模式表现较差。在对各种模式的“引进”或推广时,同时必须考虑三种效益之间的关系,更重要是考虑建立复合系统的目的。

全文目录

中文摘要  3-5
英文摘要  5-13
1 引言  13-31
  1.1 研究的目的意义  13-14
  1.2 研究进展  14-25
    1.2.1 复合农林业的兴起与发展  14-19
    1.2.2 复合农林业水分特征研究现状  19-25
  1.3 蒸腾耗水理论基础  25-30
    1.3.1 蒸腾作用及其水分传输  25-26
    1.3.2 个体耗水量  26-30
    1.3.3 群体耗水量  30
  1.4 本论文课题来源  30-31
2 研究区域概况与试验材料的选择  31-36
  2.1 研究区域概况  31-33
  2.2 试验地概况  33-34
  2.3 试验材料的选择  34-36
3 研究方案与技术路线  36-42
  3.1 研究方案  36-41
    3.1.1 苗木蒸腾耗水特征  36-37
    3.1.2 土壤水分特征  37
    3.1.3 根系分布特征  37-38
    3.1.4 蒸散特征研究  38-40
    3.1.5 农林复合模式扩展  40-41
  3.2 技术路线  41-42
4 苗木蒸腾耗水特征  42-54
  4.1 充分灌水条件下苗木的水分特征  42-44
  4.2 不同水分梯度下苗木的蒸腾特征  44-46
  4.3 不同树种日耗水量变化及差异  46-47
  4.4 蒸腾速率和耗水速率的比较分析  47-48
  4.5 土壤水分消耗过程中苗木耗水速率的变化  48-49
  4.6 苗木蒸腾速率与环境因子的关系  49-52
  4.7 小结与讨论  52-54
    4.7.1 小结  52-53
    4.7.2 讨论  53-54
5 农林复合模式的土壤水分特征  54-65
  5.1 试验区年度降水特征分析  54-55
  5.2 土壤水分的时间变化动态  55-57
  5.3 土壤水分的垂直变化动态  57-58
  5.4 土壤水分的水平变化动态  58-59
  5.5 土壤水分特征与降雨的关系  59-60
  5.6 土壤贮水量平衡状况分析  60-61
  5.7 地上植被对土壤水分的影响  61-63
  5.8 小结与讨论  63-65
    5.8.1 小结  63-64
    5.8.2 讨论  64-65
6 农林复合模式根系的空间分布特征  65-91
  6.1 花椒花生复合模式中花椒根系的分布特征  65-71
    6.1.1 花椒根系的垂直分布特征  65-69
    6.1.2 花椒根系的水平分布特征  69-71
  6.2 核桃单作模式中根系的分布特征  71-74
    6.2.1 核桃根系的垂直分布特征  71-73
    6.2.2 核桃根系的水平分布特征  73-74
  6.3 核桃×黄芩模式根系的分布特征  74-78
    6.3.1 核桃×黄芩模式中核桃根系的垂直分布特征  74-75
    6.3.2 核桃×黄芩中核桃根系的水平分布特征  75-76
    6.3.3 核桃×黄芩模式中黄芩根系的垂直分布特征  76-77
    6.3.4 核桃×黄芩模式中黄芩根系的水平分布特征  77-78
  6.4 核桃×苜蓿模式根系的分布特征  78-82
    6.4.1 核桃×苜蓿模式下的核桃根系的垂直分布特征  78-79
    6.4.2 核桃×苜蓿模式下的核桃根系的水平分布特征  79-80
    6.4.3 核桃×苜蓿模式下的苜蓿的垂直分布特征  80-81
    6.4.4 核桃×苜蓿模式下的苜蓿的水平分布特征  81-82
  6.5 根系分布和水分的关系  82-83
  6.6 不同农林复合模式间根系比较  83-87
    6.6.1 核桃与花椒根系分布特征比较  83-84
    6.6.2 单作核桃与间作核桃根系分布特征比较  84-85
    6.6.3 林带与间作物根系分布特征比较  85-87
  6.7 小结与讨论  87-91
    6.7.1 小结  87-88
    6.7.2 讨论  88-91
7 农林复合模式蒸散特征分析  91-121
  7.1 乔木层蒸腾特征  91-109
    7.1.1 树干液流特征  91-105
    7.1.2 叶片蒸腾特征  105-109
  7.2 林下蒸散特征  109-111
  7.3 复合系统整体耗水特征分析  111-114
  7.4 土壤水资源承载力  114-116
    7.4.1 土壤水资源承载力的估算  114-115
    7.4.2 提高土壤水资源承载力的途径  115-116
  7.5 小结与讨论  116-121
    7.5.1 小结  116-118
    7.5.2 讨论  118-121
8 退耕区农林复合模式扩展  121-135
  8.1 层次分析法的原理及步骤  121-123
    8.1.1 建立层次结构模型  121
    8.1.2 构造判断矩阵  121-122
    8.1.3 层次单排序及一致性检验  122
    8.1.4 层次总排序及一致性检验  122-123
  8.2 试验模式的耗水特征评价  123-125
    8.2.1 评价指标  123-124
    8.2.2 权重值评定及一致性检验  124
    8.2.3 确定隶属函数值  124-125
    8.2.4 各农林复合模式模式综合评价  125
  8.3 拟扩展模式综合效益评价  125-131
    8.3.1 评价指标  125-127
    8.3.2 权重值评定及一致性检验  127-129
    8.3.3 确定隶属函数值  129-130
    8.3.4 各种农林复合模式的综合效益分析  130-131
  8.4 河北平山退耕还林过程中若干问题探讨  131-133
    8.4.1 农民的主观能动性  131-132
    8.4.2 合理选择植被恢复模式  132
    8.4.3 粮补机制的进一步完善  132
    8.4.4 统一规划、加强管理  132
    8.4.5 科学引导，合理发展后续产业  132-133
  8.5 小结与讨论  133-135
    8.5.1 小结  133-134
    8.5.2 讨论  134-135
9 结论与展望  135-139
  9.1 结论  135-138
    9.1.1 苗木蒸腾特征与土壤水分蒸散特征  135
    9.1.2 农林复合模式的根系空间分布特征与耗水特征  135-137
    9.1.3 农林复合模式综合效益评价分析  137-138
  9.2 展望  138
  9.3 论文创新处  138-139
参考文献  139-152
个人简介  152-153
导师简介  153-154
致谢  154

基于耗水特征的农林复合模式研究

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