论文部分内容阅读
由于自然成土因素、土壤侵蚀及人类活动的综合作用，碎石在地表或土壤中分布广泛。含碎石土壤资源的开发利用以及废弃碎石的妥善处置对提高土壤资源的利用效率具有重要意义。已有研究对含碎石土壤中植物生长规律、水分运动规律以及水分在水量平衡中的分配规律认识有限。盲目的开发利用导致资源浪费，造成不必要的人力、物力、财力的损失。本研究的目标是通过研究土壤内部碎石的分布对植物生长、土壤含水量、水量平衡的影响，为合理开发利用含碎石土壤资源提供科学依据。 设计土柱试验、小区试验、结合野外原状采样进行研究。土柱实验设置四个碎石（钙结石）含量（质量）:分别是0、10％、30％和50％;四个水分条件:保持土壤含水量为15～19％（田间持水量的80～100％）、11～15％(田间持水量的60～80％)、9～11％（田间持水量的47～60％）和6～9％(田间持水量的32～47％)。小区实验分为两类:一是碎石类型小区，小区规格为2m×1m×1m（长×宽×高），钙结石和煤矸石两种碎石，柠条和苜蓿两种植物，碎石含量为30％，以不含碎石土壤为对照;二是碎石粒径小区，小区规格1.8m×1m（长×宽），土石混合隔层位于土壤剖面5～15cm处，隔层碎石含量为33％，设定不同隔层碎石粒径:无碎石、隔层碎石粒径2～20、20～40、40～75和＞75mm。原状采样测定0～50cm深度碎石的分布。测定含水量、植物生长指标。得到以下主要研究结果: (1)碎石的存在可以减少植物蒸腾，尤其在水分充足的条件下。与无碎石土壤相比，2014年，土壤中30％和50％的碎石使平均日蒸腾量分别减小了18％(P=0.021)和34％(P=0.001);2015年平均日蒸腾量分别减小了25％(P=0.008)和31％（P=0.002），但与10％碎石含量处理无显著差异。碎石含量从0至30％，柠条株高、基茎、生物量均无明显变化，但碎石含量为50％时，各植物指标明显减小。碎石含量为30％时，水分利用效率（总蒸腾量和生物量的比值）最高，碎石含量增加至50％，水分利用效率降低。另外，适当地水分胁迫可提高水分利用效率。 (2)用三个根系生长指标，根系生物量、根长密度和根表面积密度来描述根系生长状况。结果表明:50％碎石含量，根系生物量、根长密度和根表面积密度均最小，根系生物量在30％碎石含量中最高，根长密度和根表面积密度在无碎石土壤中最大。碎石的存在对根系径级配比影响不大，根系生物量表现为:粗根＞细根(＜2mm);根长密度:＜0.5mm根系占50％，0.5～1mm占20％;表面积密度:＜0.5和0.5～1mm表面积密度相当，占60％以上，＜1mm根系为主要根系。因此，根系生物的累积随着根径的增大而增加，但是根长和根表面积则随着根径的减小而增加。碎石的存在对根系垂直分布趋势表明:碎石的存在根系垂直变化影响不大，均表现为随着深度的增加，粗根生物量逐渐减小，细根生物量则先增加后减小，细根最大生物量大致在20～30cm深度范围内。根长密度和表面积密度均随深度波动，但整体上呈现先增大后减小的趋势。 (3)与无碎石土壤相比，煤矸石的存在使柠条和苜蓿含水量分别提高了12％和8％，在土层深度为20～70cm时表现最为明显。无碎石土壤、含钙结石和煤矸石土壤中，苜蓿地含水量比柠条地分别小8％、11％和11％。经过两个生长季和一个非生长季，含钙结石土壤中苜蓿地和柠条地蒸散分别减少了15.6mm和17.6mm。含煤矸石土壤中植物的株高和基茎生长速率均小于含钙结石和对照土壤，尤其是在植物生长早期。钙结石的存在并不影响植物生长。煤矸石抑制植物生长，对幼苗抑制作用更强。单纯的从土壤水分保持的角度，钙结石和煤矸石均可作为潜在的资源。 (4)与无土石混合隔层土壤比较，隔层中＞75mm碎石，土壤含水量增加了9％，株高和基茎分别增加了36％和37％。其他碎石粒径与无隔层土壤均无显著差异。 (5)碎石含量随着深度的增加呈波动变化，但整体呈减小趋势，最大碎石含量在表层0～20cm处。坡面主要碎石粒径为10～20mm和20～30mm。碎石含量为50％，抑制植物生长，减少物理性粘粒含量。下坡位碎石含量显著高于上坡位和中坡位。 碎石作为一种潜在的资源，可用于改善植物生长和土壤水分条件，特别是土石混合区和矿区。因此，有必要通过评价得到对植物生长和土壤水分保持最为有利的碎石条件。选择黄土区典型碎石进行了研究。基于碎石含量、类型、粒径对植物生长特性和水量平衡的影响，评价了碎石在植被恢复和土壤水分保持方面的作用。碎石含量、尺寸过大或过小都不利于植物生长和土壤水分保持。利用废弃碎石时应根据特定的目的来选择，应用得当均可作为有用的资源。由于各区域土壤、植被、碎石特性的差异，碎石对植物生长和土壤水分保持的影响可能有差异，因此，有必要进行针对性的评价，这有助于对含碎石土壤中水分和植被进行科学的管理和利用，进而缓减土地资源紧张的状况，这对资源的可持续利用具有重要的理论和实践意义。