露天煤矿排土场不同植被土壤水分特征及其时间稳定性

选择晋陕蒙接壤区永利煤矿排土场沙打旺草地、紫花苜蓿草地、沙棘林地和原地貌草地土壤水分为对象,研究其蒸散、剖面分布、时间变化等特征,以期揭示土体重构及不同复垦植被模式对土壤水分及其时间稳定性影响。结果表明:排土场3种人工植被条件下土壤平均含水量同原地貌草地相比提高了50.7%~62.3%,另外,沙打旺复垦草地土壤含水量显著低于苜蓿复垦草地和沙棘复垦灌木林地(均降低了7.2%)。沙打旺和苜蓿会导致深层(120—260,120—220 cm)土壤水分亏缺,但有利于20—80 cm的土壤水分的保持;而沙棘易导致浅层(20—80 cm)土壤水分亏缺,但对深层(100—280 cm)土壤水分影响较小。上述结果说明,矿区排土场土体重构过程能够改善排土场土壤的水分条件,并且在进行植被重建的过程中,不同复垦植被对土壤水分的保持与利用形式有所不同,在本研究中,苜蓿和沙棘更有利于缓解土壤水分亏缺。     

黄土高原植被演替过程中土壤水分亏缺

土壤水分亏缺在黄土高原植被恢复过程中表现较为严重,这对黄土高原的生态恢复与植被建设造成了很大的障碍。只有充分了解黄土高原的土壤水分特征及其亏缺状况,才能为植被恢复提供参考。对陕北黄土高原典型次生林地和草地的土壤水分进行了测量,对雨季和非雨季的山杨、沙棘、辽东栎和撂荒地土壤水分亏缺特征进行了定量评价。结果显示:3种林地0—500 cm土层的土壤含水量与储水量随着土层深度的增加都呈先增加后缓慢下降,撂荒地随着土层深度增加呈增加趋势,且其含水量与储水量是最高的。不同恢复植被的土壤含水量与储水量大小顺序为:撂荒地沙棘山杨辽东栎。与撂荒地相比,3种林地的相对亏缺指数顺序为:辽东栎山杨沙棘,雨季的的土壤亏缺状况较非雨季严重,植被类型、土壤质地和土层深度是影响植被演替过程中土壤水分亏缺状况的关键因子。     

晋北黄土丘陵区不同人工植被对水土流失和土壤水分含量的影响

以设在山西省阳高县的大型径流观测场为依托,研究晋北黄土丘陵区不同人工植被对水土流失和土壤水分含量的影响。结果表明,柠条、沙棘、油松植被能有效控制水土流失,蓄水能力为84.8%～95.9%,保土能力为95.2%～99.7%;植被生长的第3年和第4年,荒坡区和苜蓿区的蓄水保土能力急剧增强,第4年蓄水能力分别达82.8%和91.2%,保土能力达97.0%和98.0%;不同植被区4-9月土壤水分变异系数为7.0%～19.1%,其中油松区变异系数最大,其次为沙棘、苜蓿和柠条区,荒坡区和裸坡区变异较小,不同植被区土壤水分亏缺率为23.98%～52.66%,亏缺顺序为柠条区>苜蓿区>油松区>沙棘区>荒坡区>裸坡区。可见,植被提高了土壤水分的变异及亏缺程度。     

黄土高原沟壑区不同植被对土壤水分分布特征影响

为探讨黄土高原不同植被类型下土壤水分分布特征,揭示其生态水文效应,以长武县王东沟小流域定位监测小区为研究对象,于2013年5月—2014年4月使用中子仪法对坡面4种植被覆盖类型(草地、沙棘、油松、沙棘油松混交林)下0—500cm深剖面上土壤水分进行了完整水文年的实际观测。结果表明:(1)草地平均土壤含水量显著高于沙棘、油松、沙棘油松混交林地(p0.05)。草地小区平均土壤水分含量随深度呈增加趋势,而沙棘、油松和沙棘油松混交林地表现为增加—减少—增加的倒"S"型;(2)500cm剖面上,草地和油松林地土壤水分变异系数小于沙棘和油松沙棘混交林地。4种植被覆盖类型下土壤水分都表现出春、冬积累和恢复,夏、秋消耗的季节性规律;(3)降雨量对0—200cm的土壤水分贮量具有明显影响,200—500cm土壤贮水量较为稳定,植被类型的不同增加了土壤储水量的差异。可见,草地土壤水分含量相对较高,变异性小;其他乔灌木植被类型土壤含水量相对较低,变异性大。降雨量的输入和温度的变更使土壤含水量的变化无论在剖面上还是随着时间进展具有一致性,而植被类型的影响则是在这种一致性基础上增大土壤含水量对降雨和温度的响应。     

黄土丘陵半干旱区不同类型植被水保生态效益研究

通过研究表明,不同类型植被减少径流和泥沙的功效不同,东坡不同类型植被小区径流深由大到小的顺序为：荒坡〉沙棘（平茬）〉水棘＋小叶杨〉农地,北坡为油松〉油松＋沙棘〉沙棘林;东坡产沙量由大到小的顺序为农地〉荒坡〉沙棘（平茬）〉沙棘＋小叶杨,北坡为油松〉油松＋沙棘〉沙棘。不同类型植被在生长季的土壤水分平均值均很低,其变化范围在６．３３％～９．６０％;沙棘林地土壤形成利用性干层。     

黄土丘陵半干旱区典型人工林土壤水分特征

在黄土丘陵区选取不同林龄典型人工乔木林刺槐,灌木林沙棘、柠条,并以经过30 a多自然演替形成的荒坡草地作为对照,研究了人工林地土壤水分特点.结果表明,(1)人工林地总体持水能力较差,不同类型林地土壤持水能力顺序:刺槐林>沙棘林>柠条林,随着林分的生长,土壤持水能力均有增强的趋势;(2)土壤的导水能力随着林龄的增加有明显提高,林龄较接近时,刺槐林较沙棘林和柠条林饱和导水率大;(3)随着林分生长,林地土壤饱和含水量值增大,林地蓄水能力增强;(4)与荒坡对照相比,人工林改善土壤持水、导水能力的效果不一定有生态系统自我修复作用形成的植被群落好.     

黄土高原丘陵沟壑区不同植被类型土壤水分动态变化

在黄土丘陵沟壑区选择典型植被油松林、沙棘、苜蓿、农田和自然草地,对其土壤水分进行观测分析,得出结论:观测期内植被类型、土壤剖面和生长季节对土壤水分具有显著影响(P<0.01).植被生长季节前期,土壤水分变化平缓;在植被生长季节中期,土壤水分变化具有显著差异.通过方差分析,不同植被类型间土壤水分存在极显著差异(P<0.01),不同植被类型间,沙棘的土壤水分最大,农地次之,而油松林的土壤含水量最小;不同植被在试验区生长适宜性顺序为:草地>沙棘>苜蓿>油松.     

陕北黄土高原不同植被类型下降雨对坡面径流侵蚀产沙的影响

通过对陕北黄土高原吴起县退耕地5个不同植被类型径流小区降雨对径流产沙影响的分析,研究退耕还林后不同植被类型的水土保持效应。结果表明:(1)降雨量与雨强对径流量的影响显著;小区建立初期5个径流小区的产流状况从大到小为油松>草地>沙棘+油松(Ⅱ)>沙棘+油松(Ⅰ)>沙棘;随着植被生长,产流从大到小为草地>沙棘+油松(Ⅱ)>沙棘>油松>沙棘+油松(Ⅰ)。随着林分郁闭度的增大,降雨与径流量的相关性在减少。(2)径流量与雨强对产沙量的影响显著;小区建立初期5个径流小区的产沙量从大到小顺序为油松>沙棘+油松(Ⅱ)>草地>沙棘>沙棘+油松(Ⅰ);随着植被生长,产沙量从大到小为草地>油松>沙棘>沙棘+油松(Ⅱ)>沙棘+油松(Ⅰ)。随着植被生长,产沙量基本趋于稳定。(3)坡度对径流产沙的影响显著。同一场降雨,植被类型相同,坡度大的径流量大、产沙量也大;坡度相近的小区,小区建立初期径流产沙量从大到小为油松>沙棘+油松(Ⅱ)>草地>沙棘>沙棘+油松(Ⅰ);随着植被生长,径流产沙从大到小为草地>油松>沙棘>沙棘+油松(Ⅱ)>沙棘+油松(Ⅰ)。因此,退耕还林后,林草植被恢复有效减少了水土流失,在造林初期,沙棘纯林的水土保持效果最为显著,随着植被生长,(沙棘+油松)混合林地的水土保持效应效果最佳。     

晋北风沙区人工林土壤水分及粒度特征

以位于晋北风沙区右玉县贾家窑6种人工林地(11 a油松林、21 a油松林、23 a华北落叶松林、17 a油松+柠条混交林、柠条林和沙棘林)为研究对象,通过测定土壤含水量及粒度、计算粒度参数等分析比较不同林地土壤水分和粒度的变化及分布。结果表明:1)在0~100 cm深度,6种林地平均土壤含水量由大到小依次为:沙棘林11 a油松林柠条林17 a油松+柠条混交林23 a华北落叶松林21 a油松林;0~20 cm土层土壤含水量相对较低,较深土层土壤水分受植物蒸腾耗水、根系分布深度及密度等因素影响;2)6种林地的粒度组成以极细砂和粉粒为主。7个粒级中,柠条林和沙棘林粉粒占比最大,其他林地极细砂含量占比最大;3)在0~100 cm深度,6种林地土壤平均粒径大小依次为:23 a华北落叶松林11 a油松林21 a油松林17 a油松+柠条混交林沙棘林柠条林;4)沙棘林和柠条林有较强的水土保持能力,在晋北风沙区植被恢复过程中可以优先选择沙棘和柠条进行造林;5)研究区经过多年植被恢复,人工林耗水量增加。认为有必要根据土壤水分状况结合植被耗水特性和生长阶段开展人工林的科学管护,如适当调整植被盖度,加强林下草本和枯落物保护。     

宁南山区退耕地不同植被类型对土壤理化性质的影响

对宁南山区典型区域——彭阳中庄小流域3种不同植被类型的土壤物理和化学性质进行了分析测定。结果表明:(1)沙棘林地和人工草地的土壤含水量、土壤容重和土壤孔隙度均小于自然封育,而沙棘林地和人工草地两者相比较而言,0—200cm土层沙棘林地的土壤平均含水量小于人工草地,0—60cm土层土壤容重人工草地相对较小,孔隙度相对较大;(2)0—60cm土层沙棘林地和人工草地的全氮、碱解氮和有机质平均含量与自然封育相比较,其含量由高到低的顺序为:自然封育>人工草地>沙棘林地,且差异显著;而全钾、速效磷、速效钾的平均含量与自然封育相比较,其含量由高到低的顺序为:林地>自然封育>人工草地;全磷平均含量变化依次为:林地>人工草地>自然封育。     

The effect of land cover/vegetation on soil water dynamic in the hilly area of the loess plateau,China

Severe soil and water loss has lead to widespread land degradation in China's loess plateau. During the past decades, a great deal of effort was made on vegetation restoration to reduce soil and water loss in the loess plateau. However, due to water shortage the efficiency of vegetation restoration was not as satisfactory as expected. As part of a vegetation restoration project, we conducted research aiming to understand the relationship between vegetation pattern and soil water dynamics. The goal was to find vegetation types appropriate for the loess plateau with scarce water resources. In 1986, fifteen plots of land were planted with five vegetation types: pine woodland, shrubland, sloping cropland, alfalfa and semi-natural grassland. Soil water content, runoff, soil erosion were measured for each plot. Environmental variables, such as rainfall, evaporation and temperature, were recorded simultaneously by an automated meteorological station. The relationship between land cover pattern and soil water dynamic was evaluated by using statistical models. We found that: (1) soil water loss occurred during the growing season, and it reached the maximum in the second half of July; (2) soil water was not fully replenished from rainfall during the rainy season; (3) pine woodland induced the largest water loss to surface runoff, followed by sloping cropland, alfalfa, semi-natural grassland and shrubland; the poor capability of pine woodland for water conservation may be attributed to soil compaction and poor ground coverage under the tree; (4) in most cases, soil water of the five vegetation types was low except for shrubland and semi-natural grassland where it was moderate-high during a few periods. These conditions inhibit sustainable vegetation growth in the semi-arid loess hilly area of the loess plateau, China.     

定西黄土丘陵沟壑区不同土地利用类型水土流失研究

以坡耕地作为对照,通过自然降水条件下径流小区连续14年的观测资料,分析了人工乔、灌、草植被和自然草地的水土流失差异,揭示了不同土地利用类型小区的减水减沙效果:不同土地利用类型小区具有不同的产流、产沙量,年产流值具有显著性差异,坡耕地、牧草地和乔木林地间年产流没有显著性差异,自然草地与灌木林地间年产流也没有显著性差异;各类径流小区年产沙量具有显著性差异,牧草地与乔木林地、自然草地与灌木林地间的产沙量无显著性差异,坡耕地、牧草地和乔木林地的产沙量明显大于自然草地和灌木林地;乔木林地比自然草地、灌木林地有更高的土壤侵蚀强度及频率。在定西黄土丘陵沟壑区,控制水土流失的基本措施是保护好现有的自然植被,实行坡耕地退耕还林还草,建设人工植被应实行"灌木为主,草灌优先,草灌乔相结合"。     

福建省长汀县不同土地利用方式降雨产流产沙特征

通过布设标准径流小区,定位监测2014年长汀水土保持科教园不同土地利用方式的降雨和产流产沙特征,并对其进行了回归分析。结果表明:年径流深大小依次为自然裸露坡面模式(403mm)人工播草模式(93.7mm)农田管理模式(92mm)封禁管理模式(75.2mm)马尾松纯林(69.6mm)果园管理模式(60.8mm),年土壤流失量大小依次为自然裸露坡面模式(30.97t/hm~2)农田管理模式(5.44t/hm~2)封禁管理模式(2.71t/hm~2)马尾松纯林(2.43t/hm~2)果园管理模式(1.6t/hm~2)人工播草模式(0.47t/hm~2);小雨和中雨是主要的下雨类型,中雨和暴雨是造成水土流失的主要降雨类型;降雨量和I30是与产流产沙相关性相对较强的两个降雨因子;自然裸露地和封禁管理模式的径流深—降雨量线性回归拟合效果较好,其他模式均表现为较好的幂函数回归;除了人工播草模式外,其他土地利用模式的径流深—土壤流失量线性回归拟合效果均较好。相较于其他土地利用方式,果园管理模式的水土保持效益较好。     

黄土丘陵区天然和人工植被类型对土壤理化性质的影响

不同植被类型对黄土高原土壤质量的改善作用存在较大差异。研究天然和人工植被类型对土壤性状的影响差异对于深入认识黄土高原植被恢复与土壤环境演化的关系,准确评价不同植被恢复模式生态环境效益具有重要意义。该研究以黄土丘陵区燕沟流域为例,选择研究区广泛分布的11种天然和人工植被类型为研究对象,系统分析了该区天然和人工植被类型对土壤性状的影响。结果表明:天然和人工植被类型对土壤性状的影响差异明显。200cm土层土壤含水率大小为农田>天然草地>人工乔木林地>果园>人工灌木林地>天然灌木林地。与农田相比,天然灌木林地和天然草地土壤体积质量降低最为明显,人工乔木林地、人工灌木林地和果园土壤体积质量下降差别不明显。天然灌木林地、天然草地和人工灌木林地土壤有机质、全氮都有明显提高,人工乔木林地和果园土壤有机质和全氮提高不明显。不同植被类型土壤有机质、全氮总体随土层加深呈下降趋势,农田、果园和人工乔木林地土壤有机质和全氮垂直变化较小,而天然灌木林地、天然草地和人工灌木林地变化较大。不同植被类型土壤全磷含量差异较小,且垂直变化不明显。总体看来,天然植被类型对该区土壤性状改善作用优于人工植被类型,而人工灌木林的改善作用优于人工乔木林。     

黄土丘陵区不同降雨格局下土地利用的水土流失效应

研究不同类型降雨事件下土地利用／覆被对水土流失过程的影响，对于科学指导植被建设和控制水土流失具有重要意义。基于14a径流小区观测数据，依据降雨量．降雨历时和最大30min雨强3个指标。利用快速聚类的方法将定西市安家沟内产流性降雨事件划分为3种格局。总体而言，降雨格局2为雨量集中、雨强很高而历时较短的降雨事件的集合；降雨格局3为雨量分散、雨强小而历时很长的一类降雨事件的集合；而降雨格局1则为雨强、历时等特征值都介于格局3和格局2之间的降雨事件的集合体。在此基础上，着重研究了5种土地利用类型在不同降雨格局下的径流侵蚀规律。（1）从静态观点来看，5种土地利用类型抵抗径流侵蚀的能力依次为沙棘〉荒草〉油松〉苜蓿〉小麦。苜蓿地的土壤侵蚀严重。可能跟人为干扰破坏和苜蓿自身生长习性有关。（2）3种降雨格局中，以降雨格局2下各土地利用类型的径流侵蚀最为严重，降雨格局1次之，降雨格局3最弱。即雨量集中、雨强很高而历时较短的降雨类型是影响该地区水土流失的主导因素。（3）多年生植被（如沙棘，油松等）的径流侵蚀有随生长年数增长而减弱的趋势，以生长初期最为严重，随后逐渐减弱并稳定在一个较低的水平上。因而认为，不同土地利用类型下的径流侵蚀不仅取决于该植被类型，更重要的是决定于该植被所处的生长发育阶段。     

黄土高原生物利用型土壤干层的水文生态效应研究

对黄土高原高产农、林、草、灌、果5种植被1000cm土层土壤剖面含水量多点测定结果表明,各植被类型均存在不同程度的生物利用型土壤干层,该土壤干层的水文作用表现为增强土壤-植被-大气间垂直水分交换,阻碍入渗降雨转化为地下径流,削弱植被对枯水季节低径流量的补偿能力,其生态效应是恶化植物生长的土壤水分环境,削弱土壤水库对年际干旱的调节能力。     

半干旱黄土区沙棘的水分生理生态与形态解剖学特性研究

1986～1997年在半干旱黄土区的陕西吴旗、安塞县和宁夏固原县,对沙棘进行了蒸腾、净初级生产量、土壤水分等生理生态和形态解剖学特性研究。试验结果表明:沙棘每生产lg地上干物质,总耗水量为711～829g,其中蒸腾耗水量为551～654g,该地区荒山植被生产lg地上干物质蒸腾耗水量为343～709g,总耗水量却达2540～4501g。水分利用效率为1.21～1.53g/（m²·mm）,是荒山植被的3.1～6.4倍。沙棘水分利用效率较高,水分生产潜力较大。观察沙棘叶、根具有耐大气干旱、耐高温和水湿的形态解剖学特性,说明沙棘有较强的生态适应性。因而在半干旱黄土区的荒山、荒沟,营造沙棘林,能有效利用水土资源,这是快速治理荒山,提高土地生产力的有效途径之一。     

黄土高原沟壑区人工植被类型对土壤水分和碳氮的影响

以黄土高原沟壑区人工建造的典型植被油松、侧柏、刺槐、沙棘、苹果为研究对象，研究分析了不同植被类型对土壤水分含量、土壤碳氮累积等的变化影响。研究表明，旱季刺槐林地表现出了强烈的耗水特征，200cm以下土壤含水量具明显减少趋势。200—300cm处水分含量仅为5．8％～7．1％，而油松林地200cm以下与荒草地含水量基本相一致，土壤水分含量保持在15％左右，侧柏、沙棘、苹果土壤水分利用主要在20-200cm范围内。雨季，天然降雨虽对林地水分含量有所补充，但只表现在0-50cm表层，且各个植被类型间表现不明显；与荒草相比，油松群落土壤有机碳氮提高了9．3％，果园土壤有机碳含量显著降低，而沙棘、侧柏和刺槐群落的土壤有机碳含量虽低于荒草群落，但尚未达到显著水平。     

红壤丘陵地区土地利用的生态学效应

Plant biomass and biodiversity,element accumulation and return,water loss and soil erosion,and changes in soil properties were studied for up to 10 years after conversiton of sparse tree-shrubby grass land into the following four land use patterns:masson pine(Pinus massoniana Lamb.) land,beautiful sweetgum(Liquidambar formosana Hance)land,vegetation reservation aldn,and artificial mowing land.Thie annual biomass production of the masson pine land was 5060kg ha^-1,being 4.9,2.1,and 6.0 times that of the beautiful sweetgum land,the vegetation reservation land,and the artificial mowing land,respectively,Compared with the background values,the number of plant species for the vegetation reservation and increased by 10 species after 10 years of land utilization,while for the masson pine and the beautiful weetgum decreased by 4,and for the artifiucial mowing land by 9.For masson pine land,total amount of N,P,K,Ca,and Mg needed for producing 1000kg dry matter was only 3.5kg,annual element return through litter was 22 kg ha^-1,both of which were much lower than those of the other patterns.Vegetation reservation was an effective measure to conserve soil and water and improve soil fertility in the red soil hilly region.Artificial mowing aroused serous degradation of vegetation and soil.Some measures and suggestions for management and exploitation of the red soil hilly region such masson pine planting,closing hills for afforestation,and stereo-agriculture on one hill are proposed.     

天然降雨条件下裸露砒砂岩区人工植被的减流减沙效应

裸露砒砂岩区是黄土高原上侵蚀最为剧烈的地区之一,研究裸露砒砂岩区天然降雨下人工植被的减流减沙效应,对于提升砒砂岩区水土流失治理成效与质量有重要意义。以裸露砒砂岩区鲍家沟小流域的典型人工植被为研究对象,运用系统聚类和线性回归相结合的方法,划分裸露砒砂岩区降雨类型,研究不同降雨类型下坡面产流产沙的特征,分析不同人工植被的减流减沙效应。结果表明:(1)裸露砒砂岩的自然降雨可以分为长历时暴雨、长历时的中到大雨、短历时暴雨以及短历时的小到中雨4种类型。(2)天然降雨的降雨量(P)、最大30 min雨强(I₃₀)和最大10 min雨强(I₁₀)与各植被类型坡面的产流量、产沙量间呈y=ax₁+bx₂+cx₃+d的多元线性关系。(3)各植被类型的减流能力依次为沙棘林>油松林>山杏林>柠条林>草地; 减沙能力依次为沙棘林>山杏林>油松林>柠条林>草地。营造人工植被可以有效防治裸露砒砂岩区坡面的水土流失问题,现有的人工植被类型中以沙棘林的抗蚀能力最强。