小蓬竹不同小生境的土壤物理性质研究.doc

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本科毕业论文小蓬竹不同小生境的土壤物理性质研究Study on the soil physical properties in different microhabitats of Drepanostachyum luodianense(Yi et R.S Wang) Keng f.）学 院： 专 业： 班 级： 学 号： 学生姓名： 指导教师： 2011年6月8日贵州大学本科毕业论文（设计）诚信责任书本人郑重声明：本人所呈交的毕业论文（设计），是在导师的指导下独立进行研究所完成。毕业论文（设计）中凡引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。特此声明。论文（设计）作者签名： 日 期： 2419192424 贵州大学本科毕业论文（设计） 第19页目录摘要IIAbstractIII1 前言11.1 研究目的和意义11.1.1 研究目的11.1.2 研究意义11.2 国内外研究现状11.2.1 土壤物理性质研究现状11.2.2 小蓬竹研究现状21.3 研究区概况31.3.1 地理位置及地形地貌31.3.2 气候条件41.3.3 土壤状况42 研究方法52.1 样地设置及土壤样品的采集52.2 土壤物理性质测定的方法52.2.1 土壤样品的处理52.2.2 土壤自然含水量（酒精烧失速测法）的测定52.2.3 土壤容重、比重的测定及总孔隙度的计算62.2.4 土壤颗粒分析（比重计法）73 结果与分析93.1 不同小生境的土壤自然含水量93.2 不同小生境的土壤容重、比重和总孔隙度93.3 不同小生境土壤机械组成124 结论与讨论144.1 结论144.2 讨论14参考文献16致谢17小蓬竹不同小生境的土壤物理性质研究摘要本文以小蓬竹的不同小生境为研究对象，采用常规样品采集和室内分析方法分别测定小蓬竹群落中不同小生境的土壤自然含水量、土壤容重、土壤比重、土壤孔隙度和土壤机械组成，旨在了解小蓬竹生长地的土壤物理特性，为小蓬竹在石漠化治理中的应用提供理论基础。研究结果表明：（1）土壤含水量坡下各小生境均高于坡上，同一坡位以石缝小生境的含水量最高；土壤容重坡上各小生境坡上均高于坡下；土壤总孔隙度坡下各小生境均高于坡上，同一坡位以石缝小生境的总孔隙度最高；土壤比重坡上各小生境均高于坡下。（2）小蓬竹不同小生境土壤质地研究结果表明，小蓬竹分布地为中壤土和重壤土；无论是何种坡位，土壤颗粒组成主要集中在0.0010.01mm和0.051mm这两个粒级范围内，四种粒级中0.001mm粘粒的含量最少，且从上坡位至下坡位0.001mm粘粒逐渐减少。关键词：小蓬竹，小生境，土壤物理性质Study on the soil physical properties in different microhabitats of Drepanostachyum luodianense(Yi et R.S Wang) Keng f.）AbstractUsing different microhabitats of Drepanostachyum luodianense as object of research, this article adopts conventional samples collected and indoor analysis to determine respectively natural water content of soil, soil bulk density, specific weight of soil, soil porosity and soil mechanical composition, which aims to understand soil physical properties of the vegetative of D.luodianense and so that can provide theoretical basis of the application in the desertification control of D.luodianense. The results of the study shows:(1)As for all microhabitats , moisture content of soil on the lower slope is higher than that on the upper slope, and on the same slope direction , niche alcoves is the highest; bulk density of soil on the upper slope is higher than that on the lower slope; total porosity of soil on the lower slope is higher than that on the upper slope, and on the same slope direction, niche alcoves is the highest; specific weight of soil on the lower slope is higher than that on the upper slope.(2)The study that texture of microhabitats of D.luodianense shows that D.luodianense spreads around medium loam and heavy loam; whatever the slope direction is , soil particle composition concentrates between 0.001 mm and 0.051mm, among four fractions, clay content of less- than 0.001 is the most least, which gradually decreases from the upper slope to the lower slope.Keywords: Drepanostachyum luodianense(Yi et R.S Wang) Keng f., microhabitat, soil physical properties1 前言1.1 研究目的和意义1.1.1 研究目的对小蓬竹不同小生境的土壤自然含水量、土壤容重、土壤比重、土壤孔隙度和土壤机械组成的研究，旨在了解小蓬竹生长地的土壤物理特性。植被生长离不开土壤，土壤为植被提供供水、肥、气、热等必需的生活条件。研究土壤物理性质让我们从微观的角度了解该地区土壤的质量状况，为小蓬竹在石漠化治理中的应用提供理论基础。1.1.2 研究意义生态环境退化是当前全球广泛关注的环境与社会经济问题，近二十几年年来围绕生态环境退化问题、建立在多学科交叉基础之上的许多新的理论与学科得到了迅速发展，并日益成为世界范围内的学术研究热点。中国是喀斯特面积最大、分布最广的国家，出露喀斯特面积超过124万km2，约占全国总国土面积的13%，主要分布于中国南方的贵州。其中以贵州为中心连接桂北、滇东、湘西及川东南等地连成一片的地区所占面积最大，超过55万km2，是世界最大最集中连片的喀斯特区。目前，喀斯特地区己呈现出石漠化景观，并且石漠化有逐渐扩大的趋势，尤其是以贵州为中心的喀斯特连片分布区域。现在，针对喀斯特生态系统的恢复重建研究己经成为喀斯特区域研究的热点。据喀斯特地区的特点可知植被恢复的研究关键在于生态环境的改善，尤其是植物赖以生存和发展的首要条件生境的改善。以往的研究显示，喀斯特生境的改善大多采用乔木树种，这种治理模式效果良好，但是周期较长，见效较慢。如果能够利用生长周期较短，耐干旱和瘠薄，在喀斯特生态系统中发挥着水源涵养、水土保持、养分平衡等生态功能1的小蓬竹作为喀斯特生境的改良物种，就为喀斯特生境的改善提供了一条新途径。1.2 国内外研究现状1.2.1 土壤物理性质研究现状土壤是植物生长的重要基质，不仅为植物的生长提供所必须的矿物质营养元素、水分、空气和微生物，而且也是生态系统中物质和能量交换的重要场所。土壤物理性状包括土壤固相物质的组成、结构不同而形成的某些特征，土壤气相及水热状况，如土壤的机械组成、土壤比重、土壤容重、空孔隙度和土壤水分等。土壤容重是土壤物理性质的一个重要指标，指在自然结构状况下，单位体积内绝对干重大小比较疏松；空隙多；反之，土壤容重越大，表明土体结实，结构性差，空隙少。土壤空隙是土体中北水分和空气占据的部分，土壤空隙的数量主要取决于固体颗粒的排列。土壤空隙是主要的土壤物理特征之一，是土壤结构中不可忽视的部分，土壤总孔隙度及不同大小空隙的分配，直接影响到水、热、气、肥的协调和植物的生长，同时土壤空隙是衡量林地土壤的蓄水能力的基准。总孔隙度为单位体积土壤中全部空隙容积所占的百分数。土壤水分特性是土壤的重要物理参数，土壤是一个疏松多孔体，其中布满着大大小小蜂窝状的孔隙。直径0.001-0.1mm的土壤孔隙叫毛管孔隙。存在于土壤毛管孔隙中的水分能被作物直接吸收利用，同时，还能溶解和输送土壤养分。土壤水分物理性质的一些参数与土壤容重、土壤总孔隙度、土壤毛管孔隙度、非毛管孔隙度、田间持水量等与立地土壤性质、下垫面状况还有很大的关系。土地利用方式的不同也会影响土壤的物理性质，特别是土壤孔隙度、土壤密度、抗剪强度、土壤容重、土壤渗水性和水力传导度等影响更大；人为整地措施对土壤物理性质也有着重要影响，国内外许多学者对此也进行了大量的研究2。杜阿朋3对六盘山叠叠沟小流域土壤物理性质及其水文功能研究，研究表明：随着土层加深，土壤容重和石砾含量都逐渐增大。总孔隙度、毛管孔隙度、饱和持水量、毛管持水量和田间持水量都随着土层加深而减小。马维伟4对兰州北山侧柏人工林地土壤水分物理特征研究，对揭示南北两山森林与土壤的互动作用机理、森林对环境的保护作用具有重要的理论意义和应用价值。阳小聪5对红壤丘陵区生态适宜性评价与土壤物理性质研究。研究该红壤丘陵土壤物理性质，确定合适的生态适宜性分区，从宏观与微观两个方面掌握土壤的质量状况，这对于区域土地资源的综合开发，促进该地区经济与环境协调发展，具有重大的理论和实践意义。1.2.2 小蓬竹研究现状小蓬竹（Drepanostachyun luodianense(Yi et R.S.Wang)Keng f.）为我国特有种，属竹亚科镰序竹属，为一次性开花结实的多年生合轴型竹种。小蓬竹在其分布地又有竹麻、藤竹之称。刘济明1对小蓬竹特性研究结果表明：小蓬竹常成小片生长于海拔6001000m的石灰岩裸露石山上，是喀斯特石山地区的适生性竹种。仅于贵州罗甸县、平塘县、紫云县及长顺县城关镇的喀斯特山地上有分布。卢义山6等在竹类种质资源收集和保存的研究工作中提到在其所收集保存的竹种中，镰序竹属的小蓬竹不能成活，影响成活率与保存率的主要原因是竹种本身的生长特性不能适应当地气候（极端低温）、土壤等因素。其他相关研究均为学友参与导师项目的研究，主要包括小蓬竹群落生态学以及小蓬竹无性系种群生态学方面的研究，如王超7等对小蓬竹叶面积指数的测定，结果表明叶面积大小与胸径有着密切关系，且随胸径增大而趋于增大，并得出小蓬竹叶面积指数为7.5250时能使单位面积竹林最有效地同化太阳能，使竹林丰产；蒙朝阳8等依据改进的邻体干扰模型，通过调查喀斯特适生竹种小蓬竹样地的基株与邻体的相关数据，经分析表明基株的冠幅、树高和枝下高与干扰指数之间呈显著的负相关关系，且不同样地因密度不同，相同因子相同数值决定的干扰指数也不一样；他还通过利用典型的喀斯特草地和灌木群落为对照，测定小蓬竹的林冠层、枯落物层、腐殖质层的持水量和土壤物理化学性质来探究小蓬竹的水土保持特性，结果表明小蓬竹对增强土壤的固土、保水、保肥能力效果显著；陈洪9对喀斯特植物小蓬竹无性系种群生态学研究：小蓬竹竹笋出土时间持续60天左右，出笋盛期在9月6日至9月25日，出笋规律呈偏正态分布。退笋率为34.58%，退笋的主要原因是营养不足、鼠害和病虫害损害严重。竹笋一幼竹高生长盛期在30天左右，呈logistic增长，且昼夜节律明显地径生长期为巧天左右，生长变幅不甚明显。而有关小蓬竹生境特征的研究还未见报到，仅周超等对于不同小生境条件下小蓬竹生物量进行了研究，谢元贵10等运用Harper构件理论对不同喀斯特生境下的小蓬竹无性系构件展开研究，其小生境的划分主要依据坡位（上坡、中坡和下坡）、小蓬竹种群在林中的位置（林中、林缘、孤立木）。1.3 研究区概况1.3.1 地理位置及地形地貌研究地设在罗甸县董架乡董架村，距县城39km，与该县的董当乡、平岩乡、平塘县的克度镇、塘边镇、鼠场乡接壤。样地地处东经10653531065439、北纬253538253717，海拔900950m之间的喀斯特石山上。罗甸位于贵州南部边缘，与广西天峨、乐业两县隔河相望。地处东经1062310703、北纬25042545之间，海拔242m1400.6m，属珠江水系，红水河插境而过。地势北高南低呈阶梯式下降，以山地为主。全县喀斯特面积为170181.85hm2，占总土地面积的56.5%；轻度以上的石漠化面积为103479.65hm2，占全县土地面积的34.35%，占全县喀斯特面积的60.81%。总的特点是：山峦起伏、沟谷纵横、地面破碎、山地特色明显。地面较为破碎，喀斯特地貌极为发育，为典型喀斯特峰丛山地地貌。东邻独山县，南与广西南丹县毗邻，西与惠水县、罗甸县相连，北与贵定县、都匀市接壤。平均海拔710m，距州府都匀66km，距贵阳市193km。1.3.2 气候条件罗甸县大部属南亚热带季风气候，其特点是:春暖早、秋凉迟、夏长冬短、四季不甚分明，无霜期长，日照充足，太阳辐射多，降雨量充沛，但时空分布不均，干湿季节明显，气候地区差异大。北部中亚热带地区，冬季温和，夏无酷暑，冬春千早较轻，南亚热带的中部和南部地区，夏长而炎热多雨，冬短而干暖，春早频繁，南部红水河河谷地区被称为贵州省的“天然温室”。罗甸多年平均气温为15.620.5，大部分在18以上，县城19.6，最热月(7月)平均气温为27，最冷月平均气温10.1，极端最高气温为40.5，极端最低气温为-3.5。县境内无霜期平均在334d左右，最高年(1952年)达365d，最低年(1972年)为303d，日照时数平均在13501520h左右，县城为1517.9h。1.3.3 土壤状况研究区域内土壤可划分为七个土类(红壤、赤红壤、黄壤、红色石灰土、石灰土、紫色土和水稻土)，16个亚类，52个土属和164个土种。以石灰土、红壤、黄壤为主。2 研究方法2.1 样地设置及土壤样品的采集在以小蓬竹为建群种的代表性地段设置3个样地，在3个样地中分坡上和坡下，对在同一海拔高度上有代表性的土面、石槽、石沟、石缝、石洞小生境随机选取3个进行土壤样品的采集。由于样地各小生境的土层厚度较浅，所以不进行分层取样。在小蓬竹根部附近用环刀取土，用于土壤容重的测定；在离小蓬竹根部20cm的范围内随机选取五点进行取样，并按四分法获得适量的混合样装入自封袋中用于土壤物理性质的测定。2.2 土壤物理性质测定的方法2.2.1 土壤样品的处理（1）将样品分别放置于通风干燥处自然风干，并挑出自然风干土样内的植物残体，充分混匀土体，自然风干后分别装入广口瓶，贴上标签。（2）将上述风干土样磨细，使其全部通过孔径为1mm（18号筛）的土筛，装入广口瓶，贴上标签，用作颗粒分析。（3）本研究中土壤物理性质的测定方法主要参考中国农业出版社出版的土壤分析技术规范第二版和张锡洲等（2004）编写的土壤学实验指导，且在各小生境的土壤物理性质测定中，每隔5个样品设定一个重复，测定结果均达到规定水平。2.2.2 土壤自然含水量（酒精烧失速测法）的测定称取铝盒重记为Wl(g)，然后称取湿土约10克(尽量避免混入根系和石砾等杂物)装入铝盒中称重记为W2(g)，在装有湿土的铝盒中加入酒精使酒精全部浸没土面，稍加振摇，使土样与酒精充分混合，点燃酒精，待燃烧将尽，用小玻棒来回拨动土样，助其燃烧(但过早拨动土样会造成土样毛孔闭塞，降低水分蒸发速度)，熄灭后再加酒精3mL燃烧，如此进行23次，直至土样烧干，冷却后称重记为W3(g)。结果计算： (1)2.2.3 土壤容重、比重的测定及总孔隙度的计算（1）土壤容重的测定（环刀法）用容积为100cm3的钢制环刀，切割自然状态下的土壤，使土壤恰好充满环刀容积，然后称量并根据土壤自然含水量计算每单位体积的烘干土重即土壤容重。采样前逐个称取环刀质量记为m1，精确至0.1g。选择具有代表性的样点，先除表层的枯枝落叶，用铁铲刨平采样层的土面，将环刀托套在环刀无刃的一端，环刀刃朝下，用力均衡地压环刀托把，将环刀垂直全部压入土中。用铁铲把环刀周围土壤挖去，在环刀下方切断，并使其下方留有一些多余的土壤。取出环刀，将其翻转过来，刃口朝上，用削土刀迅速刮去粘附在环刀外壁上的土壤，然后从边缘向中部用削土刀削平土面，使之与刃口齐平。盖上环刀盖，再次翻转环刀，使已盖上顶盖的刃口一端朝下，取下环刀托。用同样的方法削平无刃口端的土面并盖好底盖。在环刀采样的相近位置另取土样20g左右，装入有盖铝盒，测定含水量（w）。将装有土样的环刀迅速带回室内称取环刀及湿土质量m2，精确至0.1g。结果计算： (2) (3)m2：环刀及湿土质量；m1：环刀质量；V：环刀体积。（2）土壤比重的测定（比重瓶法）使用比重瓶法，根据排水称重的原理，将已知重量的土样放入容积一定的盛水比重瓶中，完全除去空气后，固体土粒所排出的水体积即为土粒的体积，以此去除土粒干重即得土壤比重。取通过1mm孔径筛的风干土样约10g，经小漏斗装入已知质量（m0）的比重瓶中，称取比重瓶加风干土样质量（m1）（精确到0.01g）。另称取5g左右土样按含水量的方法测定水分含量（w）。向装有样品的比重瓶中缓缓注入水，至水和土的体积约占比重瓶的1/31/2为宜。缓缓摇动比重瓶使土粒充分浸润，将比重瓶放在电砂浴锅上加热，沸腾后保持微沸1h，煮沸过程中应经常摇动比重瓶，排出土壤中的空气。煮沸完毕，将冷却的无CO2水沿瓶壁徐徐加入比重瓶至瓶颈，用手指轻轻敲打瓶壁，使残留土中的空气逸尽，粘附在瓶壁上的土粒沉入瓶底。静止冷却，澄清后测量瓶内水温（T1）。加水至瓶口，塞上毛细管塞，瓶中多余的水即从塞上毛细管孔中溢出，用滤纸擦干后称取T1时的瓶+水+土质量（m2）。将比重瓶中土液倒出，洗净比重瓶，注满冷却的无CO2水，测量瓶内水温（T2），加水至瓶口，塞上毛细管塞，擦干瓶外壁，称取T2时的瓶+水质量（m3）。结果计算： (4)m：烘干土样质量=（m1-m0）100/(100+w)； (5)m2：T1时的瓶+水+土质量；m3：瓶+水质量；dw1：T1时水的密度；dw0：4时水的密度。（3）土壤总孔隙度的测定土壤总孔隙度是指自然状态下，土壤中孔隙的体积占土壤总体积的百分比。土壤孔隙度不仅影响土壤的通气状况，而且反映土壤松紧度和结构状况的好坏。土壤总孔隙度一般不直接测定，而是用比重和容重计算求得。 (6)2.2.4 土壤颗粒分析（比重计法）土样经过处理制成悬浮液，根据司笃克斯定律，用特制的甲种土壤比重计于不同时间测定悬液密度的变化，并根据沉降时间、沉降深度及比重计读数计算出土粒粒径大小及其含量百分数。称取通过1mm孔径筛的风干土样50.00g于500mL三角瓶中，加水湿润。根据土壤pH值加入不同的分散剂（石灰性土壤加0.5molL-1六偏磷酸钠60mL；中性土壤加0.5molL-1草酸钠40mL；酸性土壤加0.5molL-1氢氧化钠40mL。）加入分散剂后用带橡皮头的玻棒搅拌成糊状。将分散后的土样用蒸馏水洗入1000mL的沉降筒中，加蒸馏水至刻度，即为5的悬浮液。放置于平稳桌面上。先测定悬液温度。然后用特制搅拌棒上下均匀搅拌悬液1min(30次)，使悬液中颗粒均匀分布，搅拌时，如悬液发生气泡，迅速加入12滴异戊醇（1:3）消泡。搅拌停止立即取出搅拌棒，并记录时间