黄土丘陵区枣林深层细根分布与土壤水分特征研究

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干旱半干旱地区,深层细根吸收土壤中的水分对于旱季林地耗水、维持林木蒸发蒸腾及其生长具有重要的意义。针对黄土丘陵区人工经济林普遍出现的土壤干层问题,本论文以黄土丘陵区人工经济林——矮化密植滴灌枣林(Ziziphusjujube Mill.)为研究对象,以稀植无灌溉枣林为对照,开展深层细根分布及土壤水分特征方面的研究,对该区人工经济林的水分管理及可持续发展具有重要意义。本论文采用根钻法,利用洛阳铲分层获取了从地表至细根分布最大深度范围内的土壤样品,经过室内处理、数据分析,重点研究了密植枣林细根的空间分布特征、基于根系分布的深层土壤水分分层特征、林龄及滴灌对枣林细根分布及土壤水分的影响,得到以下主要结论:(1)密植枣林细根(直径<2mm)干重密度随土层深度的增加而骤减、随林龄的增长而增加。水平方向上,同林龄枣林各水平位置细根干重密度间无显著差异。但是2年生和4年生枣林在离树干最近位置的细根干重密度较大,离树干最远位置较小;而9年生和12年生枣林在离树干最近及最远(四株树中间)这2个位置的细根干重密度较大,其它位置较小。垂直方向上,枣林(9年生)细根干重密度符合幂函数分布规律,0-0.6m土层细根干重密度总和占整个土层的63%。有序聚类分层凸显了枣林细根垂直分布的特征,枣林细根可划分为细根密集层(0-0.6m)、细根扩散层(0.6-1.6m)及细根稀疏层(1.6-5m)三层。2、4、9和12年生枣林细根干重密度总和分别为619.1,1109.84,1360.14和2319.41g.m-3,不同林龄枣林细根干重密度总和间有显著差异。(2)枣林细根分布最大深度随林龄的增长而增加,一定林龄后(9年)趋于稳定。2年生枣林细根分布最大深度为2m,4年生枣林细根分布最大深度为4m,9年生和12年生枣林细根分布最大深度均为5m。细根分布最大深度在枣树生长的前4年增加得较快,而在其后5年增加得缓慢,9年以后细根分布最大深度维持稳定,不再增加。不同林龄枣林细根干重密度累计百分比D50均位于0-0.8m土层,但D95随着林龄的增长不断向土层深处延伸。(3)结合根系分布特征进行土壤水分垂直分层的结果更符合林地实际水分消耗状况。将枣林深层土壤水分(2m以下)划分为强耗水层(2.0-4.4m)、弱耗水层(4.4-5.0m)及微弱耗水层(5.0-7.0m)三层。随着林龄增长,根系不断地向深层土壤吸水,导致土壤水分不断被消耗直至接近凋萎湿度,形成一段土壤水分低值区,该低值区位于降水入渗最大深度和细根分布最大深度之间。4年生枣林地土壤含水率在2-3.6m土层逐渐下降,但其值高于凋萎湿度;9年生和12年生枣林均在1.8-3.6m土层出现土壤含水率低值区,土壤含水率接近凋萎湿度。这说明,4年生枣林已经开始少量吸收深层土壤水分,9年之后的枣林细根已经大量吸收深层土壤水分,土壤出现了严重的干化现象。细根干重密度和土壤含水率呈负相关关系。(4)灌溉措施对枣林细根干重密度、细根分布最大深度、土壤含水率均有显著影响。密植滴灌枣林的细根干重密度较稀植无灌溉枣林的高,前者(0-5m)细根干重密度为2319.38g.m-3,后者(0-10m)为1969.06g.m-3。密植滴灌枣林细根分布最大深度仅为稀植无灌溉枣林的一半,前者细根分布最大深度为5m,后者为10m。密植滴灌枣林土壤含水率均值高于稀植无灌溉枣林,前者土壤含水率为8.52%(0-10m),后者为6.6%。密植滴灌枣林土壤水分低值区的范围较稀植无灌溉枣林上移,前者土壤水分低值区分布于1.8-3.6m,后者分布于1.8-4.6m。相当于当地年平均降雨量(451.6mm)7.4%的滴灌水量(33.3mm)显著影响了细根分布最大深度和土壤含水率。枣林能够根据上层土壤水分供应状况调整扎根深度。虽然现有枣林出现了土壤干层,但理论上滴灌可以减短细根分布最大深度、减缓深层土壤水分的消耗,甚至抑制黄土丘陵半干旱区人工经济林利用性土壤干层的形成,一定量的滴灌可以维持林地的可持续发展。研究结论对黄土丘陵区枣林水分科学管理有重要的理论指导意义,能为进一步揭示黄土丘陵区人工经济林深层土壤水分的消耗过程、阐明土壤干层形成的机理、抑制土壤干化的形成提供一定的理论基础。
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