题目：黄土丘陵沟壑区人工植被建设对土壤质量的影响

摘   要
本论文选取陕西省延安市安塞县的纸坊沟和榆林市米脂县的泉家沟和艾家峁为研究样区，通过野外详查，选取了不同植被类型及其不同林龄18个研究样点，通过测定各样地土壤剖面不同层次的土壤容重、土壤粒径分布和土壤水稳性团聚体等，分析人工植被建设对土壤物理性质的影响；通过分析土壤有机质、全氮、碱解氮和速效磷等土壤化学性质研究人工植被建设对土壤化学性质的影响；通过测定土壤酶活性（转化酶、碱性磷酸酶、脲酶和过氧化氢酶），微生物生物量碳、氮、磷和土壤呼吸量等，阐明人工植被建设对土壤生物学性质的影响。本论文应用数理统计中的最小差异性检验不同植被类型下土壤性质之间的差异性；应用Le Bissonnais（LB）方法中的慢速和快速处理研究土壤团聚体破碎机制；将激光衍射与Rényi维数谱结合研究土壤粒径分布的多重分形特征，利用因子分析和隶属度函数计算土壤质量指数，并对表层土壤质量指数进行聚类分析；并以荒地或农地为对照，计算土壤恢复指数；应用多元统计分析土壤性质与土地利用，植被类型，盖度，海拔，坡向和坡度等环境因子之间的关系。主要研究结果如下：
⑴人工植被建设对土壤物理性质的影响：人工植被建设可提高表层土壤团聚体水稳性。在纸坊沟样区，31 a刺槐地和30 a油松地表层土壤水稳性团聚体大于0.2 mm的百分含量（＞0.2 mm）、平均质量直径（MWD）和几何平均直径（GMD）最高，分形维数（D值）最小。说明这两个样地土壤水稳性团聚体含量较高，土壤抗蚀性强。在米脂样区，利用LB方法中快速湿润（FW）和慢速湿润（SW）处理测定土壤水稳性团聚体含量，发现两种处理下土壤团聚体的水稳性存在明显差异，FW对团聚体破坏大于SW的，表明该区土壤团聚体崩解的主要机制是消散作用。在FW条件下，＞0.2 mm表层土壤水稳性团聚体含量在24 a 杨树、14 a 仁用杏、24 a油松和49 a 侧柏林地较高，分别是农地的5.48、4.29、4.27和3.63倍。土壤有机质含量与MWD和GMD以及＞0.2 mm呈极显著正相关，与D值呈极显著负相关，表明土壤有机质影响土壤团聚体形成和稳定性。
⑵人工植被建设对土壤化学性质的影响：人工植被建设可显著提高表层（0～5 cm）土壤养分含量。在纸坊沟样区，表层土壤全氮、有机质和碱解氮含量在3 a荒地最低；在34 a柠条刺槐地最高，同农地相比，三者分别增加了116.67 %、188.93 %和193.57 %。同农地相比，表层土壤有机质含量在34 a柠条刺槐地、31 a刺槐地、34 a柠条地、20 a刺槐地、30 a油松地和18 a刺槐地分别增加了188.93 %、111.72 %、100.58 %、83.01 %、52.97 %和7.46 %。在米脂样区，表层土壤全氮、有机质和碱解氮含量在24 a 杨树地最高，相对于农地分别增加了194.90 %、232.4 %和191.86 %。相对农地，49 a 侧柏地、14 a 仁用杏地、24 a油松地和24 a刺槐地表层土壤有机碳密度（SOCD）分别增加了193.9 %、132.4 %、154.4 %和195.0 %；8 a荒地和37 a柠条地SOCD分别增加了119.9 %和93.4 %；3 a 苜蓿地SOCD增加了23.2 %。总之，农地转变为其他植被类型后，土壤有机碳密度显著增加，表层最明显，表明黄土高原在土壤固碳方面具有很大的潜能。
⑶人工植被建设对土壤生物学特征的影响：人工植被建设可显著提高表层土壤微生物生物量、呼吸量和酶活性。在纸坊沟样区，表层土壤微生物生物量碳（MBC）在农地和3 a荒地最低，在31 a刺槐地、34 a柠条刺槐地、20 a刺槐地、34 a柠条地和18 a刺槐地相对农地分别增加了434.78 %、337.79 %、280.69 %、218.25 %和178.52 %。表层土壤酶活性在3 a荒地最低，其中，转化酶和碱性磷酸酶活性在34 a柠条刺槐地最高，脲酶活性在34 a柠条地最高。表层土壤转化酶活性在34 a柠条刺槐地、31 a刺槐地、20 a刺槐地、30 a油松地、34 a柠条地和18 a刺槐地相对农地分别增加了1176.82 %、143.28 %、104.90 %、92.66 %、76.49 %和48.08 %。在米脂样区，相对农地，表层土壤MBC在8 a荒地、24 a 杨树地、24 a刺槐地、24 a油松地、49 a 侧柏地、37 a柠条地、14 a 仁用杏地、3 a 苜蓿地和21 a 果园分别增加了509.44 %、494.62 %、465.63 %、377.35 %、284.24 %、218.89 %、192.96 %、162.94 % 和30.41 %。相对农地，表层土壤呼吸量在24 a 杨树地、24 a刺槐地、24 a油松地、8 a荒地、37 a柠条地、14 a 仁用杏地、49 a 侧柏地、3 a 苜蓿地和21 a 果园分别增加了153.24 %、127.04 %、120.87 %、101.89 %、86.25 %、74.62 %、66.34 %、57.68 % 和 17.54 %。相对农地，表层土壤转化酶活性在24 a刺槐地、24 a 杨树地、14 a 仁用杏地、24 a油松地、3 a 苜蓿地、49 a侧柏地、8 a荒地、37 a柠条地和21 a 果园分别增加了484.30 %、476.19 %、344.44 %、313.93 %、269.84 %、262.79 %、238.62 %、130.69 %和76.90 %。
⑷土壤质量综合评价：在纸坊沟样区，31 a刺槐地、20 a刺槐地、18 a刺槐地、34 a柠条刺槐地、34 a柠条地、30 a油松地和3 a荒地表层土壤质量指数（SQI）分别是农地的7.99、5.69、3.18、7.04、5.03、6.01和1.14倍。在米脂样区，24 a 杨树地、49 a 侧柏地、24 a油松地、14 a 仁用杏地、24 a刺槐地、8 a荒地、37 a柠条地、3 a 苜蓿地和21 a 果园表层SQI分别是农地的4.58、3.69、3.59、3.46、3.45、3.30、2.98、2.19和1.84倍。
⑸表层土壤质量指数（SQI）聚类分析：利用逐步聚类法对纸坊沟和米脂两个样区不同植被类型下表层土壤质量指数进行聚类分析，米脂样区的农地和纸坊沟样区的3 a荒地和农地土壤质量指数最低，SQI的类中心为0.09；米脂样区的21 a 果园、3 a 苜蓿地和纸坊沟样区的18 a刺槐地SQI的类中心为0.29；米脂样区的8 a荒地、37 a柠条地和纸坊沟样区的34 a柠条地SQI的类中心为0.42；米脂样区49 a 侧柏地、14 a 仁用杏地、24 a油松地和刺槐地以及纸坊沟样区的20 a刺槐地和30 a油松地SQI的类中心为0.55；米脂样区的24 a 杨树地和纸坊沟样区的31 a刺槐地和34 a柠条刺槐地SQI 最大，SQI的类中心为0.73。表层土壤质量指数最高（除农地外），表明土壤养分等土壤性质在土壤剖面上具有明显的表聚性。
(6)土壤-环境关系研究：利用多元统计分析研究土壤性质与环境因子之间的关系。由于论文所选样地坡向，坡度和海拔相近，因此，土地利用，植被类型和退耕年限对土壤性质影响比坡向、坡度和海拔高度的大。