辽东地区不同森林类型土壤理化性质与粒径分布的分形特征研究

来源 :沈阳农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wushiguo208
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辽东低山丘陵地区降水量充足,土壤养分含量较高,对林木的生长和生存支撑作用较好,并能提供其物候发育变化的水分及营养物质,对其树木生长也具有强烈的促进作用;然而随着区域慢性暖化趋势加剧,增温和减雨效应加大,土壤性质受到显著影响,林木开始出现衰退及死亡。近年来,关于此类研究仍局限于土壤养分和植物生长的单方面关系上,而针对土壤基本属性,土壤粒径分布却关注较少;目前借助于土壤粒度分布和分形理论,可实现对复杂空间尺度上的土壤水力特性(物理性质)、土壤肥力(化学性质)以及土壤侵蚀状况等的定量表达。因此,本研究针对上述问题,采集、对比、研究近自然培育措施下的红松林天然林(Pinus koraiensis)、落叶松林人工林(Larix gmelinii)、蒙古栎林人工林(Quercus mongolica)、核桃楸林人工林(Juglans mandshurica)、针阔混交林林地和无植被覆盖区域对照土壤(表层(0-10cm)和亚表层(10-20cm))土壤理化性质及与土壤分形维数之间的关系,以期对各森林植被在林分经营时进行土壤肥力控制及调节,改良土壤物理性质,最终实现人工林和天然林的长期维持,构建该地区有效应对外营力作用和侵蚀的防护林体系,营建适合当地的林木树种和达成适地适树为目的的森林林分建设,也为各森林类型树种的管理和维护提供完备的科学参考、理论依据和实用价值,本研究的主要结论为:(1)不同森林类型各层土壤理化性质方面,红松林天然林、落叶松林人工林、蒙古栎林人工林、核桃楸林人工林、针阔混交林林下土壤表层和亚表层土壤容重、总孔隙度、毛管孔隙度、饱和持水量和毛管持水量、有机质、全氮、全磷、全钾、速效氮、速效磷、速效钾均高于CK对照(无植被覆盖区域);其中针阔混交林各项指标含量均较高;且土壤表层含量均高于土壤亚表层;p H值方面,本研究各样地土壤p H值无显著性差异,且未呈现明显酸化性质。(2)将不同森林类型各层土壤物理和化学特性进行Pearson相关分析,结果表明:各项因子均呈现正向相关关系,土壤物理性状指标间、土壤化学性质间的相关性较强;且相较于其他指标,土壤饱和持水量与各项指标的相关性最高;土壤速效钾与各项指标的相关性最高;且土壤表层理化因子含量之间的相关系数均高于土壤亚表层。(3)各森林类型林下表层和亚表层土壤颗粒粒度组成以砂粒为主,其值占比较大,粉粒其次,占比为中等,而黏粒含量为最低,平均体积分数均<4.0%和7.4%。从针阔混交林过度至单一纯林,直到CK对照,各层土壤中砂粒含量增加幅度开始明显,而黏粒、粉粒含量逐渐呈现出减小的趋势。说明了混交林对于表层和亚表层土壤的改良作用较为明显,同时,对比不同森林类型组成,发现相较于针叶林,林冠紧密、枯落物层厚实和枯落物层蓄积量较高的阔叶林,其土壤的各项理化性质也为最优,说明其林分存在对土壤的影响和改善作用十分显著,而无植被覆盖的CK对照表层土壤易受到外界侵蚀作用,土壤颗粒呈现出粗化现象。(4)不同森林类型的林下各层土壤粒度特征为,粒径较粗、分选较差、偏态正和峰态为窄至尖,土壤分形维数介于1.800-2.245;无林地CK对照的土壤分形维数明显小于有林地,,且混交林至单一纯林,平均粒径和分形维数均呈递增趋势,表明土壤在植被的长期作用下,得到显著恢复,各项指标朝改良趋势演变,根据研究结果所示,土壤表层恢复程度较土壤亚表层较高。(5)各森林类型下表层和亚表层土壤分形维数与黏粒和粉粒呈现显著正相关,而与砂粒呈现负向相关,但是土壤分形维数与极粗砂无明显相关关系。表层土壤分形维数与峰态值呈现显著的正相关,而与其他参数呈现负向相关;亚表层土壤分形维数与所有参数呈现负向相关。分形维数跟所有土壤物理因子相关性较强,其中表层和亚表层土壤分形维数与容重和毛管持水量相关系数最高,R~2均在0.70以上。表层土壤分形维数跟速效氮和速效钾较强(R~2在0.90和0.87);亚表层土壤分形维数与全氮、全钾和速效钾的相关系数最高,均在0.910以上。(6)综合来看,从落叶松林、红松林、核桃楸林、蒙古栎林至针阔混交林林下表层和亚表层理化性质及土壤分形维数增加,土壤内部结构得到改善、土壤粒径经历细化过程,黏粒和粉粒所占比重不断增加;其中针阔混交林各项指标达到最高,并且表层土壤各项指标值高于亚表层,说明未来对于混交林的营建和关注土壤表层性质的恢复是林业工作的重点方向。
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