CN110231451A - 一种旱生植被土壤适生水分的调查方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种旱生植被土壤适生水分的调查方法，通过在天然植被样带剖面上选取典型样方，进行植被种类、生长状况、生物量等陆表生态调查，在样方中心挖掘浅井采取土壤原状样，测试含水率，从而筛选出剖面，即地下水流向上土壤水分在定埋深的阈值和植被长势最优样方对应的定埋深含水率为峰值，根据阈值和峰值的权重来确定植被生长所需的水分。这样不仅可以量化植被在干旱区的适生水分，更可以将这种量化方法应用于其它干旱区域，极具应用价值。

Description

一种旱生植被土壤适生水分的调查方法

技术领域

本申请涉及一种旱生植被土壤适生水分的调查方法。

背景技术

新疆吐鲁番盆地是极端干旱区的典型代表，艾丁湖北缘旱生植被在区内的生长和演替在盆地生态功能健康维系方面起到了不可或缺的作用。尽管人们对于沙化、荒漠化的治理取得了一些成就，同时对干旱区优势植被的保护投入巨大，但由于自然和人为多因素的综合影响，近几年来，艾丁湖流域湖区面积骤减，地下水位持续下降，旱生植被在局部出现长势衰败、分布面积消减的现象，土壤水分对旱生植被的生长和分布影响举足轻重，植被在生长过程中对根植土壤水分的响应也最为直接。因此，探索并建立普遍应用于干旱区，特别是极端干旱区天然植被生长所需土壤含水量的调查方法至关重要。

新疆吐鲁番盆地属于大陆性暖温带干旱沙漠气候。冬冷夏热，降水稀少，蒸发强烈，春秋短暂且多风沙，昼夜温差大。多年平均气温11～17℃，并在1月最低，为-25.2℃，7月最高，可达48.0℃，气温年较差40～47.5℃。艾丁湖以北的细土平原区，即旱生植被最为茂盛的一带年降水量小于10mm，年蒸发量却高达1600-1800mm。

吐鲁番盆地生长着以疏叶骆驼刺为典型代表，花花柴、柽柳、白刺、碱蓬、盐节木、盐穗木、盐爪爪等多种旱生植被共存的植被群落。单在吐鲁番南盆地的骆驼刺保护区就分布着面积达177.6万亩的野生骆驼刺，其它几种优势植被也在不同区域或呈条带分布，或呈斑状分布。然而，极端干旱条件下植被对土壤水分的响应很难量化、天然植被生长得不到长效保护、生态功能恶化得不到有效控制。因此，在吐鲁番南盆地探索一种旱生植被土壤适生水分的调查方法将为其它干旱区或极端干旱区土壤适生水分研究提供实践方法。

发明内容

本申请的目的在于提供了一种基于样方物种数量及长势调查和土壤含水量测试，进行定埋深研究的旱生植被土壤适生水分的划分和量化；基于植被样带样方调查的土壤含水率测试结果的耦合关系研究，利用阈值、峰值的分割进行植物适生水分确定的一种旱生植被土壤适生水分的调查方法。

本申请的目的是这样实现的：一种旱生植被土壤适生水分的调查方法包括以下步骤：

步骤一、样带样方调查：选择天然植被生长良好的区域，沿地下水流向在陆表布设一条植被样带；在植被样带剖面上间隔选取样方，对样方内的植被进行陆表生态调查；

步骤二、浅井施工、采样及称重：步骤一结束后，在样方中心进行浅井施工作业，挖掘过程中及时定深采取土壤样品并装铝盒，即刻利用电子天平进行土壤样品（含铝盒）的湿重测量，重复3次，取平均值，以M1表示；室内将土壤样品（含铝盒）置于105℃下烘干至恒重，重复3次测定土壤样品（含铝盒）的干重，取平均值，以M2表示；

步骤三、阈值和峰值的确定：土壤的重量含水率以θg表示，则利用公式θg=（M1-M2）/M2计算可得所有采样点的土壤含水量，多个采样点集合成一条样带在不同样方、不同埋深点位上的土壤含水率测试值数据库。根据植物物种资源样方调查结果，筛选出有植被a生长出现的所有样方记为集合A；取A所对应的土壤含水率的最小值，以θ₁表示和最大值以θ₂表示，作为植被a生长的土壤含水率单一指数的阈值；植被长势最优样方对应的定埋深含水率称为峰值，以F表示，F可直接对应样方调查结果选中；

步骤四：利用阈值和峰值确定适生水分区间：土壤适生水分即植物适合生长的土壤含水率，为一个数值区间，记为S；定义某种植被生长的土壤含水率的峰值和阈值权重各占50%情况下的水分区间作为该植被的适生水分区间，则S=［（F+θ₁）/2，（F+θ₂）/2］。

本申请为极端干旱区天然植被生长所需土壤水分的量化过程提供技术保障和数据支持，从而在干旱区绿洲湿地的保护和繁衍中起到催化作用，尤其为人工控制单优势物种的生长提供技术渠道。

植物根系所依赖的包气带具有一定水分，包气带水分的增长来源于其上界面的降水或灌溉，还来源于下界面地下水的补给。但极端干旱区的特点是降水极少、蒸发极强，大气降雨接触地表来不及入渗就已经蒸发完全，可忽略不计。这样一来，地下水则成为土壤包气带水分的唯一补给源。正是基于这一特点对极端干旱区天然植被的土壤适生水分调查方法进行研究。本技术的特色是：通过在天然植被样带剖面上选取典型样方，进行植被种类、生长状况、生物量等陆表生态调查，在样方中心挖掘浅井采取土壤原状样，测试含水率，从而筛选出剖面，即地下水流向上土壤水分在定埋深的阈值和植被长势最优样方对应的定埋深含水率（称为“峰值”），根据阈值和峰值的权重来确定植被生长所需的水分。这样不仅可以量化植被在干旱区的适生水分，更可以将这种量化方法应用于其它干旱区域，极具应用价值。

附图说明

本申请的具体结构由以下的附图和实施例给出：

图1是本申请中样带样方调查及采样示意图；

图2是土壤适生含水率计算示意图。

图例：“L”代表样带总长度；

“b”代表样方间距；

“YF1”代表样方编号，数字为样方序号，以此类推；

“S”代表某植物生长环境的土壤适生水分；

“F”代表某植物生长环境最优极值对应的土壤含水率，即峰值；

“θ₁”代表某植物生长环境的土壤水分下限值，即水分＜θ₁时，则无该种植被生长；

“θ₂”代表某植物生长环境的土壤水分上限值，即水分＞θ₂时，则无该种植被生长；

“θ₃”代表某植物土壤适生水分的低值，定义为θ₃=（F+θ₁）/2；

“θ₄”代表某植物土壤适生水分的高值，定义为θ₄=（F+θ₂）/2；

“Y”代表某植物生长环境的土壤水分阈值，定义为Y=［θ₁，θ₂］；

“Q”代表大气降水入渗补给量，极端干旱区Q=0；

“陆”代表地面；

“水”代表地下水位。

具体实施方式

本申请不受下述实施例的限制，可根据本申请的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。

实施例1：一种旱生植被土壤适生水分的调查方法包括以下步骤：

步骤一、样带样方调查：选择天然植被生长良好的区域，沿地下水流向在陆表布设一条植被样带；在植被样带剖面上间隔选取样方，对样方内的植被进行陆表生态调查；

步骤二、浅井施工、采样及称重：步骤一结束后，在样方中心进行浅井施工作业，挖掘过程中及时定深采取土壤样品并装铝盒，即刻利用电子天平进行土壤样品（含铝盒）的湿重测量，重复3次，取平均值，以M1表示；室内将土壤样品（含铝盒）置于105℃下烘干至恒重，此时土壤有机质不会分解，而土壤中的自由水和吸湿水全被驱除，重复3次测定土壤样品（含铝盒）的干重，取平均值，以M2表示；

步骤三、阈值和峰值的确定：土壤的重量含水率以θg表示，则利用公式θg=（M1-M2）/M2计算可得所有采样点的土壤含水量，多个采样点集合成一条样带在不同样方、不同埋深点位上的土壤含水率测试值数据库。根据植物物种资源样方调查结果，筛选出有植被a生长出现的所有样方记为集合A；取A所对应的土壤含水率的最小值，以θ₁表示和最大值以θ₂表示，作为植被a生长的土壤含水率单一指数的阈值；植被长势最优样方对应的定埋深含水率称为峰值，以F表示，F可直接对应样方调查结果选中；

步骤四：利用阈值和峰值确定适生水分区间：土壤适生水分即植物适合生长的土壤含水率，为一个数值区间，记为S；定义某种植被生长的土壤含水率的峰值和阈值权重各占50%情况下的水分区间作为该植被的适生水分区间，则S=［（F+θ₁）/2，（F+θ₂）/2］。

步骤一中，典型样带剖面的选取应兼具植物物种长势的梯度变化规律和地下水位埋深有明显分异格局的特点，如进行多种植被长势和土壤含水率关系研究则在样带剖面的选择中需考虑物种多样性。根据物种变化趋势及区域进行样方间距的控制，若样带长度记为L，样方间距确定为b，则样方数量为L/b+1。选取典型样方进行陆表生态调查，主要调查植被类型、群落结构、优势种、生物量、灌溉情况等，现场分层次记录乔木层、灌木层、草本层各种植物种类、株数、高度、盖度、冠幅及长势。

步骤二中，在样方中心进行浅井施工作业，浅井的规格一般为1.2m×0.6m，深度不超过6m，终孔以揭露地下水位为宜。为避免因气候干燥，新鲜断面暴露时间过长而失水分，挖掘过程及时定深采取土壤样品，现场利用“环刀法”按0～1m间隔0.25m、1～6m间隔1m取原装土壤样品并装铝盒，即刻利用电子天平进行土壤样品（含铝盒）的湿重测量，重复3次，取平均值，以M1表示。室内利用“烘干法”将土壤样品（含铝盒）置于105℃下烘干至恒重，此时土壤有机质不会分解，而土壤中的自由水和吸湿水全被驱除，重复3次测定土壤样品（含铝盒）的干重，取平均值，以M2表示。

步骤四中，土壤适生水分即植物适合生长的土壤含水率，为一个数值区间，记为S。在利用权重确定适生水分时必须给定各个因素的权重系数；在此，定义某种植被生长的土壤含水率的峰值和阈值权重各占50%情况下的水分区间作为该植被的适生水分区间，则S=［（F+θ₁）/2，（F+θ₂）/2］。

实施例2：一种旱生植被土壤适生水分的调查方法包括以下步骤：

如图1所示，步骤一、样带样方调查：在吐鲁番南盆地艾丁湖以北的细土平原区，选择天然植被生长良好的区域，沿地下水流向在陆表布设一条植被样带。样带总长30km，分布样方11个、间距3km左右，样方规格均为10m×10m。对11个样方进行逐一调查，现场分层次记录乔木层、灌木层、草本层各种植物种类、株数、高度、盖度、冠幅及长势。

步骤二、浅井施工、采样及称重：在11个样方中心点进行浅井施工作业，规格均为1.2m×0.6m，深度最深为6m，遇地下水出露则终孔。在浅井挖掘过程中及时定深采取土壤重量含水率样品，即现场利用“环刀法”按垂向埋深0m、0.25m、0.50m、0.75m、1m、2m、3m、4m、5m的间隔于井壁取原装土样并装铝盒，即刻利用电子天平进行土壤的湿重（含铝盒）测量，重复3次，取平均值，以“M1”表示。

为保证可靠性，室内利用“烘干法”将样品（含铝盒）分批次置于105℃的烘箱内，烘干至恒重。而后，重复3次测定干重（含铝盒），取平均值，以“M2”表示。最后，利用土壤的重量含水率公式θg=（M1-M2）/M2计算出了所有采样点的土壤水分值。

如图2所示，以疏叶骆驼刺为典型植被、调查计算地表以下2m处的土壤适生水分。

步骤三、阈值和峰值的确定：经对该条样带中的11眼浅井、89组样品测试数据进行分析和筛选，疏叶骆驼刺在地表以下2m处的土壤含水率最小值θ₁=2.63%，最大值θ₂=20.00%，峰值F=10.39%。

步骤四：利用阈值和峰值确定适生水分区间：在该条样带剖面上，定义疏叶骆驼刺生长的土壤含水率的峰值和阈值权重各占50%，则该条样带生长的疏叶骆驼刺在地表以下2m处的土壤适生水分区间S=［（F+θ₁）/2，（F+θ₂）/2］=［6.51%，15.20%］。

通过在天然植被样带剖面上选取典型样方，进行植被种类、生长状况、生物量等陆表生态调查，在样方中心挖掘浅井采取土壤原状样，测试含水率，从而筛选出剖面，即地下水流向上土壤水分在定埋深的阈值和植被长势最优样方对应的峰值，根据阈值和峰值的权重来确定植被生长所需的水分。这样不仅可以量化植被在干旱区的适生水分，更可以将这种量化方法应用于其它干旱区域，极具应用价值。

上述说明仅仅是为清楚地说明本申请所作的举例，而并非是对本申请的实施方式的限定。凡是属于本申请的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本申请的保护范围之列。

Claims (7)

1.一种旱生植被土壤适生水分的调查方法，包括以下步骤：

步骤一、样带样方调查：选择天然植被生长良好的区域，沿地下水流向在陆表布设一条植被样带；在植被样带剖面上间隔选取样方，对样方内的植被进行陆表生态调查；

步骤二、浅井施工、采样及称重：步骤一结束后，在样方中心进行浅井施工作业，挖掘过程中及时定深采取土壤样品并装铝盒，即刻利用电子天平进行土壤样品（含铝盒）的湿重测量，重复3次，取平均值，以M1表示；室内将土壤样品（含铝盒）置于105℃下烘干至恒重，重复3次测定土壤样品（含铝盒）的干重，取平均值，以M2表示；

步骤三、阈值和峰值的确定：计算可得所有采样点的土壤含水量，多个采样点集合成一条样带在不同样方、不同埋深点位上的土壤含水率测试值数据库；根据步骤一中植物物种资源样方调查结果，筛选出有植被a生长出现的所有样方记为集合A；取A所对应的土壤含水率的最小值，以θ₁表示和最大值以θ₂表示，作为植被a生长的土壤含水率单一指数的阈值；植被长势最优样方对应的定埋深含水率称为峰值，以F表示，F可直接对应样方调查结果选中；

步骤四：利用阈值和峰值确定适生水分区间：土壤适生水分即植物适合生长的土壤含水率，为一个数值区间，记为S；定义某种植被生长的土壤含水率的峰值和阈值权重各占50%情况下的水分区间作为该植被的适生水分区间。

2.如权利要求1所述的一种旱生植被土壤适生水分的调查方法，其特征在于：步骤一中，根据物种变化趋势及区域进行样方间距的控制，样带长度记为L，样方间距确定为b，则样方数量为L/b+1。

3.如权利要求1或2所述的一种旱生植被土壤适生水分的调查方法，其特征在于：步骤一中，陆表生态调查包括植被类型、群落结构、优势种、生物量、灌溉情况，现场分层次记录乔木层、灌木层、草本层各种植物种类、株数、高度、盖度、冠幅及长势。

4.如权利要求3所述的一种旱生植被土壤适生水分的调查方法，其特征在于：步骤二中，在样方中心进行浅井施工作业，浅井的规格一般为1.2m×0.6m，深度不超过6m，终孔以揭露地下水位为宜。

5.如权利要求4所述的一种旱生植被土壤适生水分的调查方法，其特征在于：步骤二中，现场利用环刀法按0～1m间隔0.25m、1～6m间隔1m取原装土壤样品并装铝盒。

6.如权利要求1或5所述的一种旱生植被土壤适生水分的调查方法，其特征在于：步骤三中，土壤的重量含水率以θg表示，则利用公式θg=（M1-M2）/M2计算可得所有采样点的土壤含水量。

7.如权利要求1或5所述的一种旱生植被土壤适生水分的调查方法，其特征在于：步骤四中，植被的适生水分区间S=［（F+θ₁）/2，（F+θ₂）/2］。