干旱区生态环境知识资源中心(Arid): 沙区粘土质夹层土壤水分再分布与植物的生态响应

Arid

	沙区粘土质夹层土壤水分再分布与植物的生态响应
	柴成武; 王方琳; 张晓娟; 王多泽; 唐卫东; 徐先英; 常兆丰
完成单位	甘肃省治沙研究所
登记(发布)日期	2014
中文摘要	1.课题来源与背景：本课题来源于国家自然科学基金委,基于干旱沙区由于缺少水分而出现植被恢复困难或植被退化问题而立项。 2.研究目的与意义：项目以阐明沙区古河道积沙、早期粘土沙障沙埋、湖积平地积沙区粘土质夹层结构特征、分布特征、水分入渗、蒸散发、水分贮存特征及植物对夹层结构土壤水分再分布的生态响应,揭示部分雨养型荒漠植被水分抗逆土壤环境因子作用机制,可丰富沙土界面认识及其该沙土界面下的水分运移研究,也有利于完善非匀质土壤研究,揭示自然形成粘土质夹层这种非匀质土壤水分运移特征,为该种土壤条件下的植被长期适应干旱胁迫做出合理解释。 3.主要论点与论据：(1)研究区民勤盆地为祁连山山前断陷盆地,第四纪沉积了厚度超过300m的湖相地层,厚度60～100m内以砾砂、砂为主,夹有多层粘性土层。本项目研究对象为对植物生长有利的薄层型粘土夹层,只涉及部分厚度在1m以内的地质型粘土薄层,薄层状粘土夹层即属此类。(2)民勤盆地沙区古河道粘土层厚度有三种存在形式,一种为厚度30cm-50cm的粘土层,表层多覆沙,下层为混有砾石的粗砂,表层沙层厚度在10cm-50cm;另一种为2米以上厚度粘土层,是古河道粘土层存在的主要形式,多以丘间低地的地貌形式存在,表层或为沙丘,或为粘土光板滩,或为嵌沙粘土层,分布面积较大,第三种为多层粘土质夹层,分布深度差异较大,厚度多在10cm-20cm;早期粘土沙障沙埋区粘土层较薄,厚度在0-4cm之间,主要分布于5cm-15cm之间,分布深度不均,面积较小,层理连续性较弱;湖积平地粘土层主要分布于石羊河尾闾,厚度在20cm-60cm之间,粘土层多位于地表,灰黑色泽,在丘间低地形成灰色光板滩,下层为灰白色粘土夹砂结构。固定半固定沙丘上的粘土层多见于丘间低地为粘土的沙丘。(3)降水后表层沙土土壤水分增加速率随土壤初始含水率的增加而减小,沙土土壤水分降低速率随土壤初始含水率的增加而增加。表层10cm处沙土含水率降低速率在1h之内变化剧烈,之后变化逐渐变缓。(2)粘土质夹层本身的含水量持续增长时间与粘土层厚度有关,粘土层厚度在20cm-30cm间时约为12h-20h,但粘土层厚度在10cm时含水量持续增长时间可达8d,与厚度20cm和30cm相差较大;粘土层在水分增加与降低过程中含水量总是高于表层及下层沙土层含水量,表现出良好地持水力。粘土夹层对植物影响效果最好的分布深度在低降雨区非积水区在30cm-50cm之间;粘土质夹层厚度在低降雨区非积水区以20cm为宜;研究样品均质沙土相对于粘土的阻滞作用在达稳定时间段内损失的下渗水量在39.6-105.6cm之间。(3)粘土质夹层对表层沙土水分含量有影响,取决于粘土质夹层水分含量,粘土质夹层水分含量越高表层沙土含水量越高。粘土质夹层对夹层以下沙土水分含量的影响表现为粘土层越厚夹层以下沙土水分含量流失越快。(4)均质砂层水分入渗达稳定入渗的厚度为12.5cm,粘土夹层上部均质砂层厚度超过12.5cm时,水分下渗时在夹层上部即达到稳定入渗,此时湿润峰到达粘土夹层时,粘土夹层为稳定入渗率对应入渗量下的恒压入渗;当上部均质砂层厚度不超过12.5cm时,湿润峰到达粘土夹层时,粘土夹层为非恒压入渗。粘土的稳定入渗率低于砂土,非恒压入渗可一直达粘土稳定入渗率。(5)土壤养分与0.5-2um、100-2000um粒径成弱负相关关系,与其他粒径成正相关关系,与2-20um粒径成较强正相关关系;全P、有机质与20-50um粒径成较强正相关关系;夹层粘土粒度主要为砂质壤土、粉砂质壤土、壤土3类,其中以砂质壤土、和壤土居多。(6)荒漠主要固沙植物梭梭、红柳、白刺根系伸长长度受粘土层阻碍较大,随着植物根区粘土层的出现,粘土层以上靠近粘土层根系密度变大,粘土层以下远离粘土层根系密度先变大再减小,但物种不同,凸现这种规律的根级并不相同,梭梭体现为小于1mm根系,红柳和白刺表现为1-2mm根系与2-5mm根系;根系表面积变化亦具有这种特点。经环境因子与根系指标间的相关分析认为：土壤容重对荒漠植物植株根系影响较大,土壤分形维数、土壤含水率和土壤有机质与对应的根系指标显著性不高。 4.创见与创新：粘土质夹层在自然界中以适宜的厚度、层位出现时可以延长土壤水分保持的时间,进而供给植物生长,否则会影响土壤水分保持而影响植物生存。这种现象揭示了沙区部分荒漠植物抗旱机制,揭示了古河道积沙区、早期粘土沙障沙埋区、粘土平地积沙区等地貌类型区植物群落优良发育机制,为将粘土质夹层结构应用于防沙治沙而形成沙地次层粘土化治沙技术提供新的研究方向。 5.社会经济效益及存在的问题：本项目为基础性研究,但可由此而进一步研究出粘土质夹层植被恢复技术,可获得一定的环保效益。
中文关键词	民勤沙区 ; 粘土质夹层 ; 水分再分布 ; 植物生态响应
成果类型	基础理论
中图法分类号	S154.4
URL	http://dbpub.cnki.net/grid2008/dbpub/detail.aspx?dbcode=SNAD&dbname=SNAD&filename=SNAD000001669619
来源机构	甘肃省治沙研究所
资源类型	成果
条目标识符	http://119.78.100.177/qdio/handle/2XILL650/243459
推荐引用方式 GB/T 7714	柴成武,王方琳,张晓娟,等. 沙区粘土质夹层土壤水分再分布与植物的生态响应[Z]. 基础理论,2014.