毕业设计（论文）两种封育模式下植被特征与土壤水分关系研究

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1、本科毕业论文题 目 两种封育模式下 植被特征与土壤水分关系研究 学 院 林学院 专 业 水土保持与荒漠化防治 毕业届别 2011届 姓 名 指导教师 职 称 讲 师 甘肃农业大学教务处制 二一一年六月目 录摘要1引言11 研究区概况与研究方法及内容211研究区概况212 研究方法及内容213 数据处理32 结果与分析321 两种封育模式下的植被特征322 两种封育模式下土壤含水量垂直分布特征523 植被特征值与土壤水分的关系6231 植被特征值与土壤含水量的关系6232植被特征值与土壤贮水量的关系83 结论8参考文献9Abstract10致 谢11武志发: 两种封育模式下植被特征与土壤水分关系

2、研究两种封育模式下植被特征与土壤水分关系研究（甘肃农业大学林学院 兰州 730070）摘要：在干旱条件下，水分是影响植物生存、生长发育和环境对植被支持力的主要因素，直接影响到沙区退化生态系统的恢复和重建，而植被恢复与重建是防治土地沙漠化的主要措施。本研究以腾格里沙漠东南边缘的景泰县绿洲外围封育沙地为研究对象，运用统计学的理论与研究方法，对天然植被封育区和人工种植+围栏封育区两种封育模式下的植被特征与土壤水分特征进行分析研究。综合阐述了绿洲外围植被对水文环境变化而产生的响应，实验包括植被种类的调查，植被的冠幅、株高的调查以及土壤含水量的调查。结果表明，小灌木冠幅与浅层（040cm）土壤含水量成正

3、相关，而大灌木冠幅对深层（80140cm）土壤含水量依赖性有关；在人工种植+围栏封育区，植被对土壤水分的依赖性高于天然植被封育区。关键词：沙蒿；柠条；植被特征；土壤水分；封育模式引言绿洲外围封沙育林草区是绿洲荒漠化的第一道防线，是人工绿洲建立的环境基础，是绿洲生态安全保障体系的有机组成，在荒漠化向绿洲侵入过程中起着吸纳和缓冲的作用，对干旱区生态系统结构和功能的维持具有重要的作用1。同时，围栏封育使群落组成比例和主要群落类型发生明显变化，从而提高植物群落的生产力、增加生态系统的物种多样性和促进沙草地生态系统的恢复2。绿洲外围沙化地区植被恢复与利用在干旱区已经成为普遍问题，也成为我国西部开发战略中

4、极富挑战性的难题，引起了国内外政治界和学术界的高度关注，因此，恢复和重建沙化地区植被生态系统已经成为许多国家的一项重要任务。水分作为生态系统中最活跃的因素，与各种生态系统的形成与演变均有密切联系。荒漠化过程的发展与逆转，水环境变化是最重要的驱动因素之一，特别是在水资源严重短缺的干旱荒漠区，荒漠植被的退化与恢复与水资源有着密切的联系2,3。腾格里沙漠东南边缘的景泰县绿洲外围的封育沙地，气候干旱，降水稀少1,4，因此，运用有限的水资源，恢复当地的生态环境，必须寻求一条可持续发展之路。目前，景泰县绿洲外围的封育沙地主要采取天然植被封育和人工种植+围栏封育两种封育模式5,6，以期生态环境得以恢复。本研

5、究以两种封育模式下沙地植被群落物种组成、植物密度、植被盖度差异以及土壤水分为对象，揭示不同封育模式植被特征与土壤水分的相关性，为干旱荒漠区植被恢复实践和刈割利用提供科学参考和依据。1 研究区概况与研究方法及内容11研究区概况实验在景泰县治沙研究所展开,地处腾格里沙漠东南缘的景泰县红水镇，地理位置为373531.037579N，1035013.21035117.2E，西邻武威，北接内蒙，是腾格里沙漠东南缘的一道防线。该区属温带大陆性气候，主要受中高纬度的西风带环流控制和极地冷气团的影响，气候干燥，降水稀少，多大风，日照充足，太阳辐射强烈，昼夜温差大。全年平均气温8.5，最冷月一月份平均气温-7.

6、7，最热月七月份平均气温22.0。最高温度可达33.6，最低温度可低至-27.3。气温年较差和日较差大，年较差达63.9，日较差达25.2，10的活动积温2988.7，无霜期192d，日照时数2725h，太阳年辐射量618.77J/cm2；年均降水量185mm，且多集中七月份到九月份，约占全年降水量的61.5；年蒸发量达3038mm，相当降水量的16倍之多，干燥度2.334.51，年平均相对湿度49% ；区内年平均风速2.5m/s，年均大风日数23d，风速21m/s。灾害主要是干旱、风沙、霜冻等。在景泰县北部分布有相对连片的流动沙地，地表沙丘密集，土壤疏松。主要植物种有沙蒿、柠条等，呈零星状分

7、布，植被盖度50%，该地区为恢复植被，防治风沙危害，自20 世纪 90 年代起，采取了对该地区天然植被封育法、人工种植+围栏封育方法,待沙面初步稳定后，再定植旱生灌木柠条、沙蒿、花棒等，并进行围栏封育，以保护和促进人工灌木林的存活和生长繁育。研究区土壤质地多为砂壤，团聚结构差，持水能力差，空隙度大，使得土壤渗透能力强，蒸发能力强，水稳性差，土壤容重介于1.5g/cm31.7g/cm3。土壤有机质含量低，且土壤含盐碱量高。12 研究方法及内容在景泰县北部的天然植被封育区和人工种植+围栏封育区内(表1)，选择在植被生长相对稳定的地段上，分别布设4个20m20m的样方，调查记录样地内的植物种类及群落

8、特征，样方内各物种的株数、高度、盖度和冠幅。在两种不同的封育区内布设的样方内，沿每个样方的对角线确定取土样点，用土钻取020cm，2040cm，4060cm，6080cm，80100cm，100120cm，120140cm深度的土样，用烘干法计算土壤含水量，每个样方重复三次。通过调查每个样方内植物的种类、株数、冠幅、高度，由此计算出样方内的植被重要值、多度、密度、盖度、高度比、综合优势比；同时通过测定的土壤含水量值和容重值，计算每层土壤的贮水量。样地类型基本情况天然植被封育区主要植物种有沙蒿、柠条、猫头刺，呈片状或带状分布，植被分布较密，地表生物结皮相对较厚，阻止水分入渗和蒸发，不易发生沙尘和

9、风蚀人工种植+围栏封育区主要植物种有沙蒿、柠条、花棒、梭梭等，呈现不规则分布，地表分布有一定高度的固定和半固定沙丘，有利于植被恢复和生长表1 样地基本情况13 数据处理运用统计学的原理与方法，在位于腾格里沙漠南缘的景泰县绿洲外围的封育区内，拟开展植被格局对土壤含水量变化和封育模式的响应，从而揭示两封育模式下植被冠幅与土壤水分之间的关系。（1）密度1,5：指单位面积上的植物株数。d = N / S 式中：d 为密度；N 为样方内某种植物的个体数目；S 为样方面积。（2）盖度：灌木冠幅盖度：样方中同类灌木种地上部分冠幅总面积占样方面积的百分比就是这种灌木在样方中的冠幅盖度。（3）高度比5：某种植物

10、高度占最高的种的高度的百分比称为高度比。（4）综合优势比5：是由日本学者召田真等（1957年）提出的一种综合数量指标，包括两因素、三因素、四因素和五因素4类。常用的为两因素综合比，即在密度比、盖度比、频度比、高度比和重量比这5项指标中取任意两项求平均值再乘以100% 。本研究采取两因素法，选择频度比和高度比进行调查计算，对于草本的则选择频度比和盖度比。（5）土壤贮水量6：W = 0.1MHR式中：W 为贮水量(mm)；M 为土壤含水量(%)；R 为土壤容重(g/cm3)，本实验取R=1.5 g/cm3；H 为土层厚度(cm)。运用Micro-excel统计植被和土壤的特征值，经Spss13.0

11、对植被冠幅和土壤含水量进行相关分析和回归分析。2 结果与分析21 两种封育模式下的植被特征 图1：天然植被封育区和人工种植+围栏封育区植被特征（NE表示天然植被封育区植被，AE表示人工种植+围栏封育区植被。）从图1a、b可以看出，在天然植被封育区植被冠幅平均值分别为沙蒿0.78m2、花棒2.44 m2、柠条0.69 m2，株高平均值分别为沙蒿0.61m、花棒1.49m、柠条1.93m；在人工种植+围栏封育区植被冠幅平均值分别为沙蒿0.63 m2、花棒3.52 m2、柠条2.12 m2、梭梭1.74 m2，沙蒿0.86m、花棒2.16m、柠条2.49m、梭梭2.2m。总体上，人工种植+围栏封育区

12、植被覆盖高于天然植被围栏封育区，因为水分条件的限制，以及采光条件有限，所以大灌木对对小灌木的胁迫表现比较明显，固小灌木沙蒿冠幅略小于天然植被封育区。在人工种植+围栏封育区，因人为因素的介入，对该封育区内植被群落结构产生了一定的影响。表2 天然植被封育区植被特征表沙蒿柠条猫头刺花棒平均冠幅（m2）0.782.490.086.25相对多度(%)73.87.615.72.6盖度（%）8.61.90.23.1相对密度（%）73.87.615.52.9重要值57.515.69.216.7频度比（%）10066.733.366.7高度比（%）24.581.53.4100综合优势比124.5148.236.

13、6166.7从表2可以看出，在天然植被封育区，主要分布着沙蒿、花棒等灌木种，总盖度14.8%，沙蒿相对密度为73.8%，相对多度53.8%，重要值57.5；柠条相对密度7.6%，相对多度7.6%，重要值15.6；花棒相对密度2.9%，相对多度2.6%，重要值16.7；草本植物猫头刺相对密度15.5%，相对多度15.7%。因此，在天然植被封育区，沙蒿为优势种。通过对植被综合优势比和高度比的调查，可以看出在天然植被封育区，花棒高度比为100%，综合优势比166.7，株高最高，柠条次之，大灌木主要为花棒和柠条。表3人工种植+围栏封育区内植被特征表沙蒿柠条花棒梭梭平均冠幅（m2）0.71.36.41.

14、9相对多度（%）43.823.818.114.3相对密度（%）45.824.817.212.5盖度（%）6.86.825.86.1重要值32.021.233.313.4频度比（%）10066.766.733.3高度比（%）38.162.310081.4综合优势比138.1128.9166.7114.6从表3可以看出，在人工种植+围栏封育区内主要分布着沙蒿、柠条、花棒、梭梭，总盖度44.5%。沙蒿相对密度为43.8%，相对多度45.8%，重要值32.0；柠条相对密度23.8%，相对多度23.8%，重要值21.3；花棒相对密度17.2%，相对多度18.1%，重要值33.3；梭梭相对密度12.5，相

15、对多度14.3，重要值13.4。综合比较可以看出，在人工种植+围栏封育区，沙蒿为优势种，柠条次之。通过对植被综合优势比和高度比的调查，可以看出在人工种植+围栏封育区，花棒高度比100%，综合优势比166.7，株高最高，其次梭梭和柠条。22 两种封育模式下土壤含水量垂直分布特征从表4可以看出，在天然植被封育区， 0140cm土壤深度范围内，土壤含水量和土壤贮水量逐渐增大，到4060cm深度时，土壤含水量最大，最大值为6.4%，土壤贮水量也达最大值，最大值19.20mm，此后土壤含水量和土壤贮水量逐渐减小，到120140cm深度时，二者减至最小，土壤含水量最小值1.3%，土壤贮水量最小值3.9mm

16、；在人工种植+围栏封育区，0140cm土壤深度范围内，土壤含水量和土壤贮水量随着深度的增加而增加，到6080cm，土壤含水量和土壤贮水量达最大值，土壤含水量最大值为3.8%，土壤贮水量最大值11.40mm，此后，二者随土层深度加深而减小，到120140cm深度时，土壤含水量和土壤贮水量减至最小，土壤含水量最小值1.8%，土壤贮水量最小值5.40mm。在天然植被封育区，土壤含水量从最大值6.4%降至最小值1.3%，减少了5.1%，土壤贮水量从最大值19.20mm降至最小值3.90mm，减少了15.30mm；而在人工种植+围栏封育区，土壤含水量从最大值3.6%降至最小值1.8%，减少了1.8%，土

17、壤贮水量从11.40mm降至5.40mm，减少了6.00mm。总体而言，在0100cm土壤深度范围内，相同土壤深度的土壤含水量和土壤贮水量总是天然植被封育区土壤含水量和土壤贮水量的变化范围均大于人工种植+围栏封育区土壤含水量和土壤贮水量的变化量，而在100140cm土壤深度上，相同土壤深度的土壤含水量和土壤贮水量总是天然植被封育区土壤含水量和土壤贮水量的变化范围均小于人工种植+围栏封育区土壤含水量和土壤贮水量的变化量。表4 天然植被封育区和人工种植+围栏封育区土壤特征值深度（cm）土壤含水量（%）标准差土壤贮水量（mm）标准差天然植被封育区0206.01.5718.001.6220406.31

18、.6118.901.8140606.41.2119.202.2460804.70.7114.100.80801003.01.099.000.521001201.90.225.700.211201401.30.283.900.19人工种植+围栏封育区0202.80.638.400.3420403.40.6510.200.2040603.60.6810.800.2060803.80.8111.400.47801002.70.248.100.421001202.30.276.900.421201401.80.775.400.8223 植被特征值与土壤水分的关系231 植被特征值与土壤含水量的关系如图

19、2、图3所示，小灌木对浅层（040cm）土壤含水量有较高的依赖, 其冠幅和株高与浅层土壤含水量呈显著的正相关，而深层含水量无论对草本种与小灌木的丰富度还是多度均无显著的相关; 大灌木种恰好相反, 对深层（80140cm）含水量有较高的依赖性, 其冠幅和株高与深层土壤含水量呈显著的正相关。虽然深层含水量对灌木种的丰富度有一定的影响7,8, 但对多度的贡献是显著的, 较高的深层含水量确保了灌木种的多度7，9，10。在此，我们选优势种沙蒿和柠条为研究的对象，建立沙蒿冠幅与浅层土壤含水量和柠条冠幅与深层含水量之间的函数关系图。图2 两种封育模式下沙蒿冠幅与浅层（040cm）土壤含水量回归方程图3 两种

20、封育模式下柠条冠幅与深层（80-140cm）土壤含水量回归方程由图2、3可以看出，两种封育模式下沙蒿冠幅和柠条冠幅与土壤含水量的变化成正比例关系，但人工种植+围栏封育区内植被对干旱胁迫具有一定的抵抗能力。图示所反映的这种现象就意味着该地区沙蒿对水分的依赖性比较大，也就是说，当遇上干旱年季时，群落的稳定性就表现的很差11，而这种现象在该地的大片干枯沙蒿植株上得以反应。图3表明，柠条冠幅与深层土壤含水量成正相关,天然植被封育区柠条对水分的依赖性较高。总体而言，小灌木冠幅与浅层土壤含水量成正相关，而且相关性明显，而大灌木柠条冠幅与深层土壤含水量成正相关，但这种相关性表现的不明显。232植被特征值与土

21、壤贮水量的关系表5 天然植被封育区主要灌木冠幅与土壤贮水量灌木类型柠条花棒沙蒿相关系数0.3500.560*0.707*回归方程C=0.89W+5.315C=-0.087W+13.183C=0.013W-0.319表6 人工种植+围栏封育区主要灌木冠幅与土壤贮水量灌木类型柠条花棒沙蒿梭梭相关系数0.3160.0690.546*0.214回归方程C=0.008W-3.326C=0.048W+3.326C=-0.004W+0.908C=-0.044W+4.483注：C表示植被冠幅，W表示土壤贮水量从表2到表6可以看出，人工种植+围栏封育措施对土壤水分产生一定的影响，是因为在人工种植区，植被密度大,

22、使得蒸发量增大，所以土壤含水量较天然植被封育区低。人工种植+围栏封育区土壤含水量介于2.5%3.8%之间，平均为3.1%；天然植被封育区土壤含水量介于1.3%6%之间，平均3.9%，不同空间位置之间土壤含水量变化大不稳定。虽然人工种植增加了植被群落的盖度，降低了地表温度，减少地面水分蒸发1,6,12,13，但随着植物生长，需水量不断增大，蒸腾强度也变大，这种变化虽在一定程度上得以抵消，但蒸发、蒸腾量过大，使得人工种植区内植被对土壤水分的依赖性很高，且成正相关，进而导致了植被群落结构的不稳定14,15。3 结论（1）在天然植被封育区，主要分布着沙蒿、柠条、猫头刺、花棒，沙蒿为优势种，沙蒿平均冠幅

23、0.78m2，相对密度73.8%，重要值57.5；在人工种植+围栏封育区，主要分布着沙蒿、柠条、花棒、梭梭，沙蒿为优势种，沙蒿平均冠幅0.7m2，相对密度45.8%，重要值21.2，柠条为亚优势种，平均冠幅为1.2m2，相对密度24.8%，重要值21.2。（2）在天然植被封育区和人工种植+围栏封育区，土壤含水量和土壤贮水量随土壤深度的增加都表现为先增后减的趋势；天然植被封育区各层（7层）土壤含水量和土壤贮水量都明显的高于人工种植+围栏封育区各层土壤含水量和土壤贮水量。（3）沙蒿对浅层（040cm）土壤水分具有较高的依赖性，在天然封育区和人工种植+围栏封育区沙蒿冠幅与浅层（040cm）土壤贮水量

24、成极显著正相关和显著正相关，相关系数分别为0.707、0.546。参考文献1王燕.封育模式对干旱区沙地植被恢复影响研究D.甘肃农业大学.2009.2姚月锋,满秀玲,刘畅,等.封育对沙地油篙群落生物量及其土壤水分影响J.东北林业大学学报.2007,35(1).2孙栋元.封育沙地土壤水分特征研究D.甘肃农业大学林学院.2007.3郭全恩,王益权,郭天文,等.甘肃景泰灌区土壤结构状况及其影响因素J.陕西农业科学.2005(6).4王银花,石光普.景泰县近50年来气温、降水变化特征分析J.干旱区资源与环境.2010,24(2).5杨持.生态学(M).北京:高等教育出版社,2008,124-127.6王

25、蕙，赵文智，常学向.黑河中游荒漠绿洲过渡带土壤水分与植被空间变异J.生态学报.2007,27(5).7钟华平,刘恒,王义,等.黑河流域下游额济纳绿洲与水资源的关系J.水科学进展.2002,13(2).8张德魁,王继和,马全林,等.腾格里沙漠南缘油蒿与沙蒿种群分布格局J.甘肃科技，2008,24(3).9王新平,张志山,等.荒漠植被影响土壤水文过程研究述评J.中国沙漠.2005,25(2).10邓红英.毛乌素沙地优势植物种群对模拟降水量变化的影响J.云南大学学报(自然科学版)2002,24(1):7580.11 Wolde Mekuria, E. Veldkamp. Effectiveness

26、of exclosures to restore degraded soilsas a result of overgrazing in Tigray, Ethiopia. Journal of Arid Environments 69 (2007) 270284.12 Bard,K.,Coltorti,M.DiBlasi,M.Dramis,F.Fattovich,R.,2000. The environmental history of Tigray (Northern Ethiopia) in the Middle and Late Holocene: a preliminary outl

27、ine. African Archaeological Review17 (2),6586. 13王继和,马全林,刘虎俊,等.干旱区沙漠化土地逆转植被的防风固沙效益研究J.中国沙漠.2006,26(6).14徐先英.石羊河下游绿洲-荒漠过渡带典型固沙植被生态水文效应研究J.北京林业大学.2008. 15何志斌,赵文智.荒漠绿洲区人工梭梭林土壤水分空间异质性的定量研究. 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所J.2004,26(2).Vegetation on soil moisture response in two exclusion patternsWu zhifa( College of F

28、orestry，GanSu Agricultural University，Lanzhou 730070)Abstract: In the drought conditions, moisture is an important factor for plant survival, growth and vegetation supportive of vegetation on environment and directly affect sandy degraded ecosystem. To be frank the recovery and reconstruction of veg

29、etation restoration and reconstruction is the main measures of prevention desertification. This paper take the Jingtai exclusion sandy land of southeast edge of Tengger Desert as an example, Using the statistical theory and research method to study the natural vegetation of Natural vegetation enclos

30、ure area and artificial cultivation + enclosure area two enclosure mode of vegetation and soil moisture feature characteristics were analyzed. This experiment include the survey of vegetation cover , vegetation height, soil water content. The results show that small shrubs canopy widths and shallow

31、(0 40cm) a positive correlation of soil water content, and the big shrubs canopy widths of a deep (80 140cm) on soil moisture content dependence; artificial cultivation + enclosure area vegetation on soil moisture the dependence of the natural vegetation enclosure area vegetation.Keyword: Artemisa a

32、renaria D.C; Caragana korshinskii Kom; Vegetation characteristics; Soil water; Exclusion patterns致 谢四年的读书生活在即将划上一个句号，我将面对又一次征程的开始。四年的求学生涯在师长、亲朋的大力支持下，走得辛苦却也收获满囊，在论文即将付梓之际，思绪万千，心情久久不能平静。 在此，谢谢我的导师王蕙老师，从开始进入课题到论文的顺利完成，与导师严格、严谨的求学态度是分不开的。同时，也感谢学院和景泰县治沙所为我提供良好的做毕业设计的环境。最后，要对我最亲爱的父母表示最真心的感谢，他们在我的求学生涯中始终一如既往的支持我，关心我，鼓励我，帮助我度过了一个又一个生活的难关，给我信心面对艰难的人生，他们的无私奉献我终身难以报答。再一次感谢所有在毕业设计中曾经帮助过我的良师益友和同学，以及在设计中被我引用或参考的论著的作者。 11