【摘 要】
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砒砂岩区位于我国晋陕蒙交界,生态环境极度脆弱。长期以来的强烈水土流失导致该地区上层风积黄土逐渐剥蚀殆尽,下覆沉积砒砂岩出露,进而导致更为严重的生态退化和水土流失,土壤瘠薄成为该地区生态恢复的重要影响因素。为确定薄层覆土砒砂岩区植被恢复中土壤水分养分特征及调控技术措施,本文通过研究不同覆土厚度(0,20,50,120,300 cm黄土)草地土壤水分和养分的变化规律,明确了水养剖面空间分布特征及其储量
【基金项目】
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“十三五”国家重点研发计划项目“鄂尔多斯高原砒砂岩区生态综合治理技术”项目(编号:2017YFC0504504); “十三五”国家重点研发计划项目“黄土高原水土流失综合治理技术及示范”项目(编号:2016YFC0501702); 国家自然科学基金“生物炭对黄土高原不同质地土壤水文过程影响及机理的定位研究”(编号:41571
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砒砂岩区位于我国晋陕蒙交界,生态环境极度脆弱。长期以来的强烈水土流失导致该地区上层风积黄土逐渐剥蚀殆尽,下覆沉积砒砂岩出露,进而导致更为严重的生态退化和水土流失,土壤瘠薄成为该地区生态恢复的重要影响因素。为确定薄层覆土砒砂岩区植被恢复中土壤水分养分特征及调控技术措施,本文通过研究不同覆土厚度(0,20,50,120,300 cm黄土)草地土壤水分和养分的变化规律,明确了水养剖面空间分布特征及其储量,初步分析了影响覆土砒砂岩区植被生长缓慢的成因。同时,通过布设鱼鳞坑+施肥+入渗孔(FTP)、鱼鳞坑+入渗孔(FT)、鱼鳞坑(F)和无鱼鳞坑(CK)试验小区,监测植被(山桃)生长状况、土壤养分(0-100 cm)变化和土壤水分(0-180 cm)动态变化规律,研究了新型调控技术对覆土砒砂岩区土壤环境和植物生长的影响。初步研究结果如下:1、各处理土壤含水量(W)随土层深度的增加呈现先增大后减少的趋势。黄土(L)层W(L)呈现逐渐增加的趋势,W(L)范围为2.31-12.31%,而砒砂岩(P)层W(P)呈现先增大后减小的趋势,W(P)范围为6.39-16.88%。同时,随着覆土厚度的增加,Wmax的土层深度逐渐增加,W(L)最大值分别在20 cm、50 cm、90 cm和180 cm土层,W(P)最大值分别在30 cm、60 cm、120 cm和160 cm。此外,随着覆土厚度的增加,各处理的平均土壤含水量(W)和土壤储水量(V)呈现先增加后减小的趋势。2、各处理的土壤有机质(SOM)和全氮(TN)含量随着土层深度的增加呈现逐渐减小的趋势,土壤全磷(TP)和全钾(TK)含量呈现先减小后增加再减小的趋势,而速效磷(AP)含量未有明显变化。L层SOM、TN、TP、TK和AP含量范围分别为1.58-15.75 g kg-1、0.01-0.74 g kg-1、0.21-0.77 g kg-1、7.63-14.43 g kg-1和0.01-0.06 mg kg-1,P层SOM、TN、TP、TK和AP含量范围分别为1.12-7.47 g kg-1、0.01-0.23 g kg-1、0.08-0.77 g kg-1、8.56-16.52 g kg-1和0.001-0.1 mg kg-1。因此,SOM和TN含量多数处于“极低”等级,少数是处于“低”等级。TP含量多数处于“低”和“极低”等级,少数处于“中上”和“中下”等级。TK含量多数处于“中下”等级,少数处于“中上”和“低”等级,AP含量整体处于“极低”等级。同时,随着覆土厚度的增加,L层的平均SOM含量呈现逐渐减小的趋势,土壤碳储量(C)呈现逐渐增加的趋势,TN(L)、TP(L)和TK(L)均呈现先减小后增加的趋势,而P层的?SOM(P)和C(P)含量呈现先减小再增加的趋势,土壤TN(P)和TK(P)呈现逐渐减小的趋势,土壤TP(P)呈现逐渐增加的趋势。3、通过研究发现,鱼鳞坑+施肥+入渗孔(FTP)、鱼鳞坑+入渗孔(FT)和鱼鳞坑(F)处理均能够促进水分向深层入渗,显著提高土壤总储水量,各处理土壤储水量最大值分别为468.5、412.2和389.8 mm,均发生在2020年8月。FTP和FT处理土壤水分入渗深度可达70-80 cm,而F处理的土壤水分入渗深度为30 cm。相比于CK处理,FTP、FT和F处理使土壤总储水量分别显著增加26.42%、24.21%和19.98%。降雨后,各处理土壤水分均能快速下渗,土壤水分的增加主要发生在L层,L层土壤含水量显著增加84.73%、79.49%、和71.35%,P层增加9.80%、6.56%和6.56%。4、鱼鳞坑+施肥+入渗孔(FTP)、鱼鳞坑+入渗孔(FT)和鱼鳞坑(F)处理均有利于砒砂岩区植物生长,促进植物冠幅、树高、地径和新生枝条长度显著增加,其中FTP处理显著增加0.29 m、2.90 mm、0.15 m和19.8 cm;FT处理显著增加0.14 m、1.12 mm、0.05 m和9.3 cm;F处理显著增加0.03 m、1.02 mm、0.04 m和8.12 cm。同时,FTP处理L和P层平均土壤有机质含量显著增加19.13 g.kg-1和1.25 g.kg-1,土壤碳储量显著增加107.29 t.hm2和5.65 t.hm2;FT处理L和P层平均土壤有机质含量显著增加1.90 g.kg-1和0.94 g.kg-1,土壤碳储量显著增加4.15 t.hm2和2.56 t.hm2;F处理L层平均土壤有机质含量显著减少1.99 g.kg-1,土壤碳储量显著减少15.90 t.hm2,P层平均土壤有机质含量显著增加0.23 g.kg-1,土壤碳储量显著增加1.30 t.hm2。施肥与入渗孔措施能够提高土壤有机质和碳储量含量,而鱼鳞坑措施降低了L层土壤有机质和碳储量含量。
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