CN106951651A - 一种研究土壤水分对落叶松树干直径生长影响的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种研究土壤水分对落叶松树干直径生长影响的方法，所述的方法包括对落叶松取样、土壤水分测量、落叶松树干直径测量和数据相关性分析，所述的落叶松取样包含对样本的预处理，减少了外界环境的干扰和落叶松表皮水分的流失，另外，土壤水分和落叶松树干直径的测量较为实时准确，为数据相关性分析提供了可靠的理论依据。本发明的方法操作简单，思路清晰，可广泛用于落叶松林的种植研究，对于提高落叶松的成活率和促进落叶松树木生长具有重要意义。

Description

一种研究土壤水分对落叶松树干直径生长影响的方法
技术领域
本发明属于生态环境研究领域，具体来讲是一种研究土壤水分对落叶松树干直径生长影响的方法。
背景技术
落叶松是松科落叶松属的落叶乔木，它是寒温带及温带的树种，喜光强阳性种植，适应性强，对土壤水分和养分适应范围广，其木材重而坚实，抗压抗弯曲的强度大，木材工艺价值高，是用于电杆、枕木、建筑等的优良材料，还可制作***半乳聚糖，具有强大的经济效益。
我国大面积种植落叶松，它是重要的森林组成树种之一，广泛分布于中国东北、内蒙古等地区。由于近年来气候变暖，干旱、洪涝的频率强度在加强，特别是在东北、华北、西北地区，使得土壤的水分含量变化较大，由于土壤的水分含量直接影响着土壤的物理性质，制约着土壤中养分的溶解、转移和微生物的活动，更是直接关系着落叶松的代谢、生长。因此，研究、了解土壤水分含量，因此研究落叶松生长与土壤含水量的关系具有重要的理论意义和实用价值，一方面确定其耐旱耐湿的临界值，另一方面可以掌握其生长规律，对于提高落叶松的成活率和林木生长量具有重要意义。
传统的方法把是研究月份平均降雨量和落叶松树干直径粗变化，根据两者之间关系进行画图分析，此方法只能粗略估计其影响变化关系，不能具体的探究其相关性，为了实现探究土壤水分和落叶松树干直径的具体相关性，提出了本发明的一种研究土壤水分对落叶松树干直径生长影响的方法，能够实时监测到土壤水分变化和落叶松树干直径变化，利用线性回归方程进行相关性分析，通过此方法可以通过灌溉调节土壤水分促进落叶松树干直径的生长。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供了一种研究土壤水分对落叶松树干直径生长影响的方法，能够实时、准确的测出土壤水分、落叶松树干直径，通过一元线性回归方程进行相关性分析。
本发明的技术方案如下：
一种研究土壤水分对落叶松树干直径生长影响的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)在落叶松林中，选取长势良好，树龄12-15年，在距地面1-1.5m处树干直径8-10cm的落叶松林区，设置30m×30m的样地，对样地地面进行预处理，随机选取5棵落叶松为研究对象，以所述的落叶松为中心分别取1m×1m小样方，对所选5棵落叶松标记，并对5棵落叶松距地面0.9-1.1m的树干处进行去死皮处理；
(2)在步骤(1)所选5个1m×1m的小样方内进行打孔，将土壤水分传感器放入孔底部，同时用打孔时挖出的土壤对孔进行掩埋填平，所述的土壤水分传感器通过Pt-Ir电极引线与外部微型计算机相连，所述的微型计算机对土壤水分传感器测得的数据进行处理、转换，并保存于Excel中；
(3)将测量落叶松树干直径测量装置固定于步骤(1)所选5棵落叶松树干去死皮处，测量树干直径变化，所述的落叶松树干直径测量装置包括镍铬箔应变传感器和信息集成处理器，；
(4)将步骤(2)监测到的土壤水分含量与步骤(3)监测到的落叶松树干直径生长变化相对应，利用SPSS软件，进行相关性分析。
进一步的，步骤(1)所述的预处理步骤为：清除地面上较大的石块、枯枝和灌木等杂物；人工拔除杂草，并喷洒草甘膦除草剂；对地面进行翻挖，翻挖深度约30cm，然后用铁锹进行平整和压实，有效的避免地面不平造成积水，干扰测量结果。
进一步的，步骤(1)所述的去死皮处理方法为：用多功能环剥刀对树干表层死皮进行整圈刮除，刮除宽度为8-12cm，刮除深度直至露出绿色内树皮，随后在内树皮表面涂上愈合剂，风干2-2.5h，可以避免外界细菌的感染，同时防止落叶松內水份流失。
进一步的，步骤(2)所述的打孔方法为：以落叶松为中心，以0.5m为半径确定一个圆周，选取圆周上的任意位置为打孔点，用轻便式微型土壤打孔机进行打孔，若打孔过程中遇到硬物则停止，并变更打孔位置为圆周上的其它方位，打孔直径为6-8cm，孔深度0.9-1.0m。
进一步的，步骤(2)所述的土壤水分传感器的主要包括电极、感湿薄片、加热丝合金线、基座，所述的电极采用IrO2-MnO2材料，所述的感湿薄片主要是由MgCr2O4-TiO2构成的陶瓷状多孔结构，所述的加热丝合金线采用铁铬铝合金材料，外包厚度0.1-0.2mmAl2O3陶瓷保护层，所述的基座采用Al2O3陶瓷材料，所述的加热丝合金线紧紧缠绕于感湿结构上，所述的电极焊接在感湿结构两个侧面上，所述的感湿结构通过引线点焊端子固定在基座上；所述的MgCr2O4-TiO2材料的制备方法为：以MgCr2O4粉末为基本材料，加入TiO2金属氧化物，质量比为1.5:6-8，经1100-1300℃结烧所得，所述的陶瓷状多孔结构厚度为200-250um，孔径在0.1-0.8um，含孔率为25-30％，采用陶瓷构件可以大大提高传感器的耐腐蚀性。
进一步的，步骤(3)所述的落叶松树干直径测量装置包括镍铬箔应变传感器和信息集成处理器，所述的固定方法为沿着落叶松树干去死皮处母线方向固定4片50mm×2mm的铝合金薄片，厚度为1mm，铝合金薄片两两为一组且对齐，所述的两组铝合金薄片在树干的圆周方向成180°；用细砂纸将铝合金薄片中间部位表面打磨成45°交叉纹，将两个反面涂上一层匀而薄的粘结剂使镍铬箔应变传感器粘接在铝合金薄片打磨处，传感器的粘结方向为水平方向，且误差在±0.5°之内，然后用手对传感器进行滚压2分钟，粘接完成后在镍铬箔应变传感器的表面涂上一层硅橡胶防潮剂，固化时间约12小时。
进一步的，步骤(3)所述的信息集成处理器包括复位电路、等臂电桥、直流放大器和数据转换单元，所述的复位电路用于数据的归零，直接用于测量变化量，所述的数据转换单元将电压通过对应的公式转换为树干直径变化量，并保存至Excel中。
进一步的，步骤(4)所述的相关性分析采用一元线性回归方程，具体操作为：将Excel数据复制至SPSS中；选择线性回归分析，设置因变量为步骤(3)监测到的树干直径，自变量为步骤(2)监测到的土壤水分含量；评价回归分析结果。
进一步的，所述的相关性分析采用一元线性回归方程，原理为：
假设落叶松树干直径与土壤水分存在线性关系：
y＝a+bx
其中，y代表落叶松树干直径，x代表土壤水分含量；
通过最小二乘法得到回归系数的估计值，求得一元线性回归方程：
y＝A+Bx
然后利用方差分析对上述回归方程进行显著性检验，检验方法为F检验，显著性水平为a，观察回归方程的回归效果是否显著；接着进行回归系数的显著性检验，检验方法为t检验，显著性水平为a＝0.05，确定每个自变量在显著性水平上是否显著，并进行自变量因素的重要性排序。
进一步的，所述的人工落叶林林密度在1400-1800株/hm2，平均年降雨量450-500mm。
本发明的有益效果是通过样本取样、土壤水分测量、落叶松树干直径测量、相关性分析来探究土壤水分对落叶松树干直径生长影响；其中，对样本落叶松样本土地的预处理，减少了外界环境造成的误差；用于测量水分含量的传感器采用陶瓷构件，大大提高了传感器的耐腐蚀性和采集数据的准确性，同时也提升了数据传递速度；落叶松树干直径测量方法简单、灵敏度高、成本低；采用相关性分析的结果可落叶松生长研究提供科学依据。本发明的方法思路清晰，过程简单，可用于落叶松林的种植研究，有利于提高落叶松的成活率和促进落叶松树木生长。
具体实施例
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为便于对本发明实施例的理解，下面以具体实施例为例做进一步的解释说明，实施例并不构成对本发明实施例的限定。
一种研究土壤水分对落叶松树干直径生长影响的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)在人工落叶松林中，选取长势良好，树龄12-15年，在距地面1.2m处树干直径10cm的落叶松林区，设置30m×30m的样地，对样地地面进行预处理，随机选取5棵落叶松为研究对象，以所述的落叶松为中心分别取1m×1m小样方，对所选5棵落叶松标记，并对5棵落叶松距地面0.9m的树干处进行去死皮处理；
(2)在步骤(1)所选5个1m×1m的小样方内进行打孔，将土壤水分传感器放入孔底部，同时用打孔时挖出的土壤对孔进行掩埋填平，所述的土壤水分传感器通过Pt-Ir电极引线与外部微型计算机相连，所述的微型计算机对土壤水分传感器测得的数据进行处理、转换，并保存于Excel中；
(3)将测量落叶松树干直径测量装置固定于步骤(1)所选5棵落叶松树干去死皮处，测量树干直径变化，所述的落叶松树干直径测量装置包括镍铬箔应变传感器和信息集成处理器，；
(4)将步骤(2)监测到的土壤水分含量与步骤(3)监测到的落叶松树干直径生长变化相对应，利用SPSS软件，进行相关性分析。
结合六盘山北侧土壤水分含量对落叶松树干直径的影响对本发明进一步说明，对样本进行编号①②③④⑤，试验期从6月1号到7月31号，6月1号测得五组样本树干直径，启动复位电路进行归零，每隔8天进行提取数据一次，提取数据的日期分别为6月8号、6月16号、6月24号、7月4号、7月12号、7月20号、7月28号，提取时间均为上午10:00。
其中，步骤(1)所述的预处理步骤为：清除地面上较大的石块、枯枝和灌木等杂物；人工拔除杂草，并喷洒草甘膦除草剂；对地面进行翻挖，翻挖深度约30cm，然后用铁锹进行平整和压实。步骤(1)所述的去死皮处理方法为：用多功能环剥刀对树干表层死皮进行整圈刮除，刮除宽度为8cm，刮除深度直至露出绿色内树皮，随后在内树皮表面涂上愈合剂，风干2h。步骤(2)所述的打孔方法为：以落叶松为中心，以0.5m为半径确定一个圆周，选取圆周上的任意位置为打孔点，用轻便式微型土壤打孔机进行打孔，若打孔过程中遇到硬物则停止，并变更打孔位置为圆周上的其它方位，打孔直径为6cm，孔深度1.0m。步骤(3)所述的固定方法为沿着落叶松树干去死皮处母线方向固定4片50mm×2mm的铝合金薄片，厚度为1mm，铝合金薄片两两为一组且对齐，所述的两组铝合金薄片在树干的圆周方向成180°；用细砂纸将铝合金薄片中间部位表面打磨成45°交叉纹，将两个反面涂上一层匀而薄的粘结剂使镍铬箔应变传感器粘接在铝合金薄片打磨处，传感器的粘结方向为水平方向，且误差在±0.5°之内，然后用手对传感器进行滚压2分钟，粘接完成后在镍铬箔应变传感器的表面涂上一层硅橡胶防潮剂，固化时间约12小时。步骤(3)所述的信息集成处理器包括等臂电桥、直流放大器和数据转换单元，所述的数据转换单元将电压通过对应的公式转换为树干直径，并保存至Excel中。步骤(4)所述的相关性分析采用一元线性回归方程，具体操作为：将Excel数据复制至SPSS中；选择线性回归分析，设置因变量为步骤(3)监测到的树干直径，自变量为步骤(2)监测到的土壤水分含量；评价回归分析结果。所述的人工落叶林林密度在1536株/hm2，平均年降雨量482mm，六月份平均降雨量522mm，7月份平均降雨量586mm。
表1 监测到的土壤水分含量(％)为：
表2 监测到的落叶松树干直径变化量(um)为:
① ② ③ ④ ⑤
6月8号 7.2 7.6 7.2 6.9 8.0
6月16号 6.8 7.6 7.2 7.0 7.4
6月24号 7.9 8.4 8.3 7.8 8.3
7月4号 9.7 10.4 10.0 9.6 10.6
7月12号 9.7 10.5 10.3 10.0 10.9
7月20号 9.5 10.2 9.9 10.0 11.8
7月28号 10.2 10.5 10.2 10.2 11.9
以上表格中的数据可以知道，落叶松树干直径变化幅度随着土壤水分含量的提高的而增大，在实际落叶松的种植中，可以适当的灌溉，以促进落叶松生长。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种研究土壤水分对落叶松树干直径生长影响的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)在落叶松林中，选取树龄12-15年左右，在距地面1-1.5m处树干直径8-10cm的落叶松林区，设置20m×20m的样地，对样地地面进行预处理，随机选取5棵落叶松为研究对象，以所述的落叶松为中心分别取1m×1m小样方，对所选5棵落叶松标记，并对5棵落叶松距地面0.9-1.1m的树干处进行去死皮处理；
(2)在步骤(1)所选5个1m×1m的小样方内进行打孔，将土壤水分传感器放入孔底部，同时用打孔时挖出的土壤对孔进行掩埋填平，所述的土壤水分传感器通过Pt-Ir电极引线与外部微型计算机相连，所述的微型计算机对土壤水分传感器测得的数据进行处理、转换，并保存于Excel中；
(3)将测量落叶松树干直径测量装置固定于步骤(1)所选5棵落叶松树干去死皮处，测量树干直径变化，所述的落叶松树干直径测量装置包括镍铬箔应变传感器和信息集成处理器；
(4)将步骤(2)监测到的土壤水分含量与步骤(3)监测到的落叶松树干直径生长变化相对应，利用SPSS软件，进行相关性分析。
2.如权利要求1所述的一种研究土壤水分对落叶松树干直径生长影响的方法，其特征在于，步骤(1)所述的预处理步骤为：清除地面上较大的石块、枯枝和灌木等杂物；人工拔除杂草，并喷洒草甘膦除草剂；对地面进行翻挖，翻挖深度约30cm，然后用铁锹进行平整和压实。
3.如权利要求1所述的一种研究土壤水分对落叶松树干直径生长影响的方法，其特征在于，步骤(1)所述的去死皮处理方法为：用多功能环剥刀对树干表层死皮进行整圈刮除，刮除宽度为8-12cm，刮除深度直至露出绿色内树皮，随后在内树皮表面涂上愈合剂，风干2-2.5h。
4.如权利要求1所述的一种研究土壤水分对落叶松树干直径生长影响的方法，其特征在于，步骤(2)所述的打孔方法为：以落叶松为中心，以0.5m为半径确定一个圆周，选取圆周上的任意位置为打孔点，用轻便式微型土壤打孔机进行打孔，若打孔过程中遇到硬物则停止，并变更打孔位置为圆周上的其它方位，打孔直径为6-8cm，孔深度0.9-1.0m。
5.如权利要求1所述的一种研究土壤水分对落叶松树干直径生长影响的方法，其特征在于，步骤(3)所述的固定方法为沿着落叶松树干去死皮处母线方向固定4片50mm×2mm的铝合金薄片，厚度为1mm，铝合金薄片两两为一组且对齐，所述的两组铝合金薄片在树干的圆周方向成180°；用细砂纸将铝合金薄片中间部位表面打磨成45°交叉纹，将两个反面涂上一层匀而薄的粘结剂使镍铬箔应变传感器粘接在铝合金薄片打磨处，传感器的粘结方向为水平方向，且误差在±0.5°之内，然后用手对传感器进行滚压2分钟，粘接完成后在镍铬箔应变传感器的表面涂上一层硅橡胶防潮剂，固化时间12小时。
6.如权利要求1所述的一种研究土壤水分对落叶松树干直径生长影响的方法，其特征在于，步骤(3)所述的信息集成处理器包括复位电路、等臂电桥、直流放大器和数据转换单元，所述的数据转换单元将电压通过对应的公式转换为树干直径，并保存至Excel中。
7.如权利要求1所述的一种研究土壤水分对落叶松树干直径生长影响的方法，其特征在于，步骤(4)所述的相关性分析采用一元线性回归方程，具体操作为：将Excel数据复制至SPSS中,选择线性回归分析，设置因变量为步骤(3)监测到的树干直径，自变量为步骤(2)监测到的土壤水分含量,评价回归分析结果。
8.如权利要求1所述的一种研究土壤水分对落叶松树干直径生长影响的方法，其特征在于，所述的人工落叶林林密度在1400-1800株/hm2，平均年降雨量450-500mm。
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