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土壤水分值数量化的方法

来源: http://www.soil17.net/  更新时间:2013-1-16 11:20:54  阅读

  目前国内外对造林立地质量的定量评价均基于有林地。用林地上层木树高评价有林地和预测宜林地生产潜力。这对一些有林地区是可行的,而在少林或无林地区则无法应用。植被稀少的吕梁黄土丘陵区就无法应用。随着生产技术和科学技术的发展,对过去以环境因子定性评价立地质量的方法已不能满足林业现代化的需要,有必要提出一种能够体现黄土丘陵区自然特点的造林立地评价及立地分类方法。研究人员使用多点土壤水分监测系统对林地土壤水分进行监测研究,研究结果表明,土壤水分数量化方法是一个比较好的造林立地评价及立地分类方法。
  1 土壤水分数量化方法原理
  光、热、水、养是植物的基本生活因子,在进行造林立地质量评价时必须从这些基本生活因子出发,找出影响造林成活、林木生长的主导因子。黄土丘陵区深厚疏松的黄土母质上发育的地带性土壤有灰钙土类、黑垆土类、褐土类。它们具有一定的地带性。但由于丘陵区多年的植被破坏和反复耕垦,水土流失加剧,现有的各类土壤已极少见到原始的地带土壤特征。而现在其所具有的土壤物理化学性质则基本由下层的黄土母质的性质反映出来。故土壤养分的差异不显着。因此在该分布区内不同立地条件的差异用土壤养分就无法体现。再从光、热因子来说,太阳的辐射资源丰富,年辐射量大,光热条件能满足林木生长的需要。该地区由于各种条件影响,生态条件恶化,长期受到干旱威胁,土壤水分便成为植物生长的限制因子。
  吕梁地区黄土丘陵区的土壤水分主要来源于天然降水,但由于坡向、地形部位、坡度等因素的影响,使得造林地块上承受到的雨量和转变成土壤水分的雨量出现较大的差别。这就是说导致土壤水分状况明显差异的主导因素是地形因子,地形因素对降水及光、热起了再分配作用。这种再分配作用使局部地域形成小气候条件,进而决定了植物的生长。大量调查资料表明,由于地形因素造成的土壤含水量的明显差异往往与林木生长的差异性相一致,所以这种差异基本上反映了黄土母质上不同立地性质的差异。大量论据证明,土壤水分是黄土母质上影响林木生长的主导因子。土壤水分又可以由地形因素直观地表示。因此,本文把土壤水分含量作为基准变量,而把反映土壤水分状况变化的地形因子作为自变量,进行了土壤水分的数量化分析。
  2 土壤水分值的调查方法
  土壤水分是一个不断变化的数值。面对这一变量应根据其变化状况,找出相对稳定的规律,即找出土壤水分测定的时期和方法。
  2.1 采样时间的选择
  吕梁地区黄土丘陵区土壤水分的年变化大致分为四个时期:冬季土壤水分凝聚期(12月—翌年2月);春末夏初土壤水分强烈丧失期(3月—6月);雨季土壤水分补充积聚期(7月—9月);秋末冬初土壤水分缓慢蒸发期(10月—11月)。春末夏初气温、地温迅速提高,降雨稀少,土壤水分丧失强烈,坡向、土壤、植被等环境因子对土壤水分的变化影响最为明显。正值春季造林及树木生长时期,此时土壤含水量的多少显得尤为重要。突出地表现为直接影响造林的成活及树木的生长,因此更能体现立地优劣。这时测定土壤含水量对于指导当年的造林生产,就更具有实际意义。
  2.2 采样深度的确定
  研究试验发现土壤水分虽然处于动态变化之中,但土壤剖面上不同的层次,其变化速率却差异较大,0 cm~20 cm土层由于直接受外界条件影响,所以变化幅度较大;而20 cm~60 cm土层水分处于相对稳定状态。这是因为0 cm~20 cm的干土层对少量降雨有“缓冲吸收”作用;另一方面土壤水分蒸发速率只有在刚降雨过后是相当高的。当地表一旦变干时,蒸发速率就急骤下降。干燥的土层即使只有1 mm~2 mm,也能够显着地降低土壤的蒸发速率。
  据观察,雨后(降雨24.8 mm)坡坎塌方的湿润峰立即停止,说明湿润峰并非无止境地向下渗移。坡向不同,湿润峰的深度差异显着,表现了立地因子对它的制约。对雨后和雨前30 cm深处土壤含水量进行分析,差异不显着,说明了少量降雨对深层土壤含水量影响不大。
  综上所述在干旱的黄土高原地区的干旱季节(3月—6月)土壤水分在垂直深度上有一相对稳定层(20 cm~60 cm)。这就为在短期内土壤水分测定的采样工作提供了可能。
  采样工作在标准地内进行,共设10个标准地,每块标准地面积约0.04 hm2,在标准地内避开人为干扰和动物洞穴选挖土壤剖面三个。迅速选取20 cm~60 cm深处土样20 g~50 g,并对立地因子进行调查记录。
  3 造林立地评价及分类
  3.1 土壤水分数量化分析
  把10个标准地的调查数据归类,应用数量化理论Ⅰ方法建立数学模型如下:
  以土壤水分含量作基准变量,地形因子为自变量,建立预测方程。将预测方程变换为表1,即为土壤水分数量化立地质量得分表(见表1)。
  为了便于评价宜林地的立地质量,在得分表的基础上再编制数量化立地质量等级表,即为ki列中各类目得分值代表和的极差(最大代数和最小代数和)四等分。将其值由最大到最小组合为四个数值范围,即为四个立地质量等级。

表1 离石市茂塌沟小流域宜林地土壤水分数量化立地质量得分
  表1 离石市茂塌沟小流域宜林地土壤水分数量化立地质量得分
  以表1和表2可估测无林地上任何一个小班的立地质量,如调查得到某一小班因子是:阳坡、下部、植被盖度0.5~0.7,坡度<15°、褐土、海拔高度1 300 m。查表1累加各类目得分值得23.00。再查表2可知其立地质量等级为Ⅲ,立地评价为“中”。最后根据适生树种就可确定相应的营造树种。如将立地类型与土壤水分状况结合在一起,在生产中的应用效果就会更佳。
  应用表1可查出某一地块在一般情况下的土壤含水率,但是必须在当年求一个常数值。即在当年的3月—6月份选10块~30块标准地测定土壤绝对含水率,并以立地因子查表1得出各标准地在1994年的土壤绝对含水率,求两者之差值。然后将这些标准地的差值平均,就得出一个常数值,这样使用表1每查一块标准地的得分值,再加常数值,就是这块标准地当年3月—6月份的土壤绝对含水率。知道了当年3月—6月份的土壤绝对含水率后,就可结合树种的生物学、生态学特征来考虑选择合适的造林树种和造林技术。

表2 离石市造林地质量等级
  表2 离石市造林地质量等级
  3.2 造林立地分类以项目作为分类性状,类目作为性状状态,得分值作为性状状态编码值,采用Fuzzy聚类分析法,对柳林县韦远沟流域用土壤水含量作数量指标进行造林立地分类,结果见表3。
  善生活气息,以绿化带分隔工作区和生活区。周围进行美化标志与遮荫设计。
  主要设计30%的绿地部分,其中植树率为建筑面积的20%左右。
  绿化设计可结合园林构造物,采用雕塑、水池、山石、人行道、广场、凉亭、庭园灯、花池、支柱、栅栏、栏架、长凳、景桌、垃圾箱等,满足绿化的各项功能。
  收费站以摆放盆景、盆花为主。接近收费站1 km~2 km选择与一般路段不同的品种,增加花灌木的比例。

表3 柳林县韦元沟流域造林立地分类
  表3 柳林县韦元沟流域造林立地分类

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