晋西黄土区刺槐和油松树干液流比较

应用TDP(Thermal Dissipation Probe)热扩散探针技术,通过对晋西黄土区刺槐和油松进行一个生长季(2010-04-10)的野外实地定位观测,结合同步测定的大气相对湿度、大气温度、太阳总辐射等气象因子,研究刺槐、油松树干液流的日变化及季节变化规律.结果表明:1)刺槐在5月上旬仅产生微弱液流,日均液流速率小于油松,无明显昼夜变化规律,到5月下旬,日均液流速率超过油松,并与油松呈现相同的昼夜变化规律,2树种夜间存在一定的树干液流,液流速率均于09:00开始快速上升,到12:00左右达到峰值;2)8月刺槐日均液流速率均大于油松,2树种液流速率连日变化规律基本相同,液流速率开始快速上升和达到峰值的时间与5月基本一致,峰值分别为5月的1.79和1.49倍,月平均值分别为5月的3.01和1.48倍;3)剌槐、油松树干液流和月耗水量呈现明显的季节性变化规律,耗水旺季集中在6-9月,4月达到最小值,7月达到最大值,在整个生长季(4-10月),油松林的总耗水量是刺槐林的1.63倍.经回归分析可知,影响刺槐、油松液流速率的主要因子均为太阳总辐射.     

不同干扰措施下黄土丘陵区人工刺槐林生长结构及土壤理化性质分析

为合理经营管理人工刺槐林,提高其稳定性,通过野外调查与室内分析相结合的方法,对不同干扰措施下林龄为30a左右的刺槐×柠条,刺槐×油松,刺槐×连翘等3种混交林中刺槐与33龄刺槐纯林的生长指标、土壤理化性质及林下植物多样性进行了分析。结果表明,不同的抚育管理方式对混交林和纯林中刺槐乔木的密度影响较小,刺槐通过无性繁殖自我修复,密度均维持在1 000～1 500株/hm2;纯林中乔木蓄积量显著高于3种混交林;纯林径阶主要分布在8～16cm,占样地内刺槐的79.31%,混交林主要分布在2～12cm,占样地内刺槐的82.58%左右;纯林内刺槐胸径与其树冠的投影面积相关系数r=0.385,混交林内的刺槐为r=0.735,混交林内刺槐树形结构好于纯林;纯林对土壤容重、有机质的改善作用差于混交林,混交林中以刺槐×柠条林改善土壤容重作用最显著,纯林和混交林在0—5cm土层的有机质含量平均值分别为15.50,15.19g/kg,5—60cm土层有机质含量平均值混交林较纯林高70.6%;纯林林下草本层多样性指数高于混交林,但丰富度指数、均匀度指数均低于混交林。     

冀北山地油松树干液流特征及其对环境因子的响应

依据组织热平衡原理,运用热扩散探针法,于2015年3月1日—2016年3月1日对冀北山地小五台山自然保护区油松的树干液流速率进行连续监测,并同步观测气温、相对湿度、净辐射、总辐射、风速等环境因子的变化,研究油松树干液流对环境因子的响应。结果表明:(1)小五台地区,油松树干液流启动于4月下旬,结束于10月下旬,前后历时184d。晴天条件下,油松不同月份树干液流速率日变化均呈典型的单峰曲线。不同月份油松树干液流的启动、到达峰值、结束时间以及液流升降速率存在差异。(2)油松树干液流速率日均值变化,除4月和10月较低外,其余各月都达到0.02kg/(h·cm)以上,尤以5月和8月最高,分别达到0.028,0.027kg/(h·cm)。各月峰值变化与日均值变化基本一致。(3)油松树干液流速率与空气温度、净辐射、总辐射、水汽压亏缺、风速呈极显著正相关,与空气湿度呈极显著负相关。各环境因子对油松树干液流速率影响大小顺序为空气温度净辐射总辐射空气湿度风速。(4)油松整个生长季单株总耗水量为(2679.58±579.83)kg,以5月、8月耗水量最大,分别为(585.14±110.92)kg和(510.08±87.96)kg。     

黄土高原沟壑区典型造林树种蒸散发对气候变化的响应

为研究黄土沟壑区典型造林树种蒸散发对气候变化的响应,基于黄土沟壑区小流域刺槐、侧柏、油松样地实测蒸散发数据,借助Hydrus-1D软件构建了黄土沟壑区刺槐、侧柏及油松植被蒸腾与土壤蒸发的模拟模型,使用修正Morris法对模型参数敏感性进行分析,结果表明：>40～100 cm土壤孔径分布参数（n2）,>40～100 cm土壤饱和体积含水率（θs2）,0 cm土壤田间持水率（θf）,根系吸水最适水势上阈值（h1）,根系吸水最适土壤水势下阈值（h2）,植物出现永久凋萎时的土壤水势（h3）,消光系数（μ）,截留模型经验参数（a）等参数对植被蒸腾影响较大,植被生理特征相关参数h1,h2,h3,μ,a的不同是造成树种间蒸腾量出现差异性的重要原因。选取2015年试验观测数据对模型进行率定,2016年试验观测数据对模型进行验证,土壤含水率及土壤蒸发的Nash-suttcliffe模拟效率系数（Ens）均在0.700以上。采用率定后的模型对预设情景下的蒸散发量进行模拟,结果表明：未来及不同水文年气候特征对刺槐蒸腾的影响程度大于蒸发,对侧柏和油松而言,则正好相反。所有气候情景下,刺槐、侧柏、油松的蒸腾量分布在128.8～282.6、99.3～200.3和140.5～220.5 mm,蒸发量分布在94.6～135.4、116.5～187.3和123.8～212.5 mm,蒸腾量与蒸发量均表现为丰水年＞平水年＞枯水年。3个树种蒸腾量对未来及不同水文年气候特征的响应程度表现为：刺槐＞侧柏＞油松,并且,同一时期内,在丰水年及平水年,刺槐蒸腾量最大,在枯水年,油松蒸腾量最大。3树种蒸发量对未来及不同水文年气候特征的响应程度表现为：油松＞侧柏＞刺槐。生长季降雨量对于同期蒸腾量与蒸发量的影响明显强于温度的影响,其与蒸腾量、蒸发量之间均呈极显著（P<0.01）线性关系。     

不同时间尺度下刺槐蒸腾耗水与环境因子关系

探究不同时间尺度下植物蒸腾变化与环境因子的关系,对理解植物生长的驱动机制及估算林分耗水具有重要的理论意义。以晋西黄土区蔡家川人工刺槐纯林为研究对象,于2021年5—12月采用热扩散探针(TDP)测定8株样树树干液流,并同步监测太阳辐射、空气温度、降雨量、土壤温度、土壤含水量等环境因子,分析不同时间尺度(小时、日、月)下刺槐蒸腾特征及其对环境因子的响应。结果表明:(1)环境因子对刺槐蒸腾耗水的影响在不同时间尺度下存在差异,整体上随着时间尺度的变大,土壤含水量成为影响刺槐蒸腾的主要因子,并且短时间尺度是主要取决于表层土壤水分,长时间尺度不仅为表层同时也取决于较深层土壤含水量。小时尺度下,刺槐蒸腾随太阳辐射、空气温度、水汽压亏缺、土壤温度变化而变化,但蒸腾峰值与环境因子的峰值均存在时间差异性,并无完全同步,差异时长可达-180~30 min,在各环境因子中太阳辐射与空气温度对刺槐蒸腾的影响较大;日尺度下,刺槐蒸腾速率主要取决于浅层土壤含水量,并随浅层含水量的增加而增大;月尺度下刺槐蒸腾耗水则取决于浅层与深层土壤含水量的共同作用;(2)构建了不同时间尺度下环境因子与刺槐蒸腾耗水的模型,各时间尺度下模型拟合度均较高。(3)在短历时尺度下可使用测定植物蒸腾的仪器直接测定与计算蒸腾耗水,而较大时间尺度下可以通过监测较少的环境因子应用建立模型进行蒸腾耗水的计算,可大大提高效率且可减少蒸腾耗水监测的成本。     

晋西黄土区典型林地土壤水分变化特征

选择晋西黄土区蔡家川流域5种典型林地(山杨×辽东栎天然次生林、人工油松×刺槐混交林、人工油松林、人工刺槐林、人工侧柏林)作为研究对象,在每块样地中心布设1个土壤水分观测点,采用TRIME-TDR土壤水分测定仪定位观测2016—2018年1—12月的土壤体积含水量,测定深度为200 cm,每20 cm为1个测层,每月分上、中、下旬进行土壤水分含量观测,分析不同林地类型土壤水分年内变化规律和土壤水分垂直变化规律。结果表明:(1)研究区不同林地土壤水分年内变化可以划分为稳定期(1—3月)、波动期(4—6月)、增长期(7—9月)和消耗期(10—12月)4个时期,5种林分类型的年平均土壤储水量按照从大到小的排序为天然次生林地(338.68 mm)>人工油松林地(319.74 mm)>人工侧柏林地(314.15 mm)>人工油松×刺槐混交林地(303.37 mm)>人工刺槐林地(292.03 mm),刺槐林地耗水量最大。(2)在雨季末,研究区5种林分类型林地土壤水分均得到了正向补充,且土壤水分的恢复能力大小排序为次生林地>针叶林地>混交林地>刺槐纯林。(3)研究区土壤水分垂直变化可划分为土壤水分含量速变层和土壤水分含量相对稳定层2个层次;随着土层深度增加,不同林地类型剖面平均含水量总体上先增大后减小。不同林地类型表层土壤水分含量为侧柏林地>次生林地>油松林地>油松×刺槐混交林地>刺槐林地;土壤水分的补充深度为天然林地>针叶林地>油松×刺槐混交林地>刺槐纯林。     

黄土残塬沟壑区3种林地枯落物和土壤水源涵养功能

为了研究黄土残塬沟壑区典型林地枯落物和土壤水文特性,并对黄土残塬沟壑区造林树种的选择及功能导向型林分改造提供依据,于2017年在山西省吉县蔡家川流域选择刺槐林、油松林、刺槐×油松混交林为研究对象,分别采用浸泡法、环刀法对林地枯落物层和土壤层持水性能进行定量化研究,探究其水源涵养功能。结果表明:(1)3种林地枯落物总储量在105.49~148.38t/hm~2之间变动,且半分解层储量大于未分解层储量;油松×刺槐混交林地枯落物总厚度最大(3.8cm),刺槐林次之(3.6cm),油松林最小(3.4cm);(2)枯落物最大持水量(率)均为油松×刺槐混交林最大,刺槐纯林次之,油松纯林最小,分别为117.99t/hm~2(387.12%),106.19t/hm~2(324.31%),82.86t/hm~2(305.76%);(3)枯落物有效拦蓄量与持水量(率)表现一致,均为阔叶林优于针叶林,有效拦蓄量为83.66~195.72t/hm~2,有效拦蓄率为121.75%~292.21%;枯落物持水量、吸水速率与浸水时间分别符合对数函数和指数函数;(4)3种林地土壤容重均值在0.99~1.01g/cm~3浮动,总孔隙度为49.39%~50.09%,土壤有效持水量为32.99~81.73t/hm~2,林地土壤入渗速率与入渗时间呈幂函数关系。综合3种林地枯落物层和土壤层的涵养水源能力表现为油松×刺槐混交林较高,油松纯林较差。建议在现有林分改造中,宜将刺槐纯林和油松纯林逐渐向混交林模式改进。     

北京山区刺槐、栓皮栎生长旺季液流特性及影响因子

利用热扩散式树干液流探针于2008年5—9月对北京西山地区刺槐、栓皮栎树干液流进行系统观测,同时结合环境因子的观测数据。分析结果表明,刺槐、栓皮栎树干液流速率的日变化规律在晴天为宽峰或双峰型曲线,阴雨天为多峰型曲线。5,6月,刺槐月平均树干液流速率小于栓皮栎,后者分别是前者的1.58和1.08倍;7—9月,刺槐月平均液流速率大于栓皮栎,前者分别是后者的1.391,1.408和1.450倍。栓皮栎不同高度处树干液流差异明显,5,6月典型晴天树干上位液流速率大于中位和下位,7—9月典型晴天树干下位液流速率大于上位和中位。生长旺季刺槐、栓皮栎树干液流速率均与太阳辐射强度、大气水势和空气水汽压亏缺呈正相关,与土壤水势呈负相关,建立了生长旺季观测期间的树干液流速率与环境因子多元线性回归方程,经F值检验,均达到极显著水平。     

宁夏中部干旱带人工柠条茎流及蒸腾特征研究

采用包裹式茎流测定系统,2010年7月在宁夏盐池对人工栽植的柠条液流蒸腾和环境因子进行了昼夜连续观测,建立了柠条蒸腾的回归模型。结果表明:白天枝条液流速率与枝条的粗细呈正相关,枝条间的液流速率差异在白天大,夜间小;在晴天观测到的蒸腾耗水率日变化曲线出现午间降低现象。柠条在夜间存在液流和微弱蒸腾作用。柠条蒸腾耗水率与太阳辐射、气温、空气饱和差和空气相对湿度具有显著的相关性,得到了蒸腾耗水率与环境因子的的回归方程。     

杨树春夏季树干液流与耗水变化规律

以北京市大兴区榆伐镇大兴林场沙地杨树人工林107欧美杨(Populus×euramericanacv.“74/76”)为研究对象,采用热扩散式探针(TDP)结合HOBO自动气象站,于2011年3-7月对杨树树干液流及林地环境因子进行连续观测.结果表明:杨树春夏季边材液流的日变化均呈单峰曲线,夏季液流每天启动的时间早于春季3h左右,达到峰值的时间晚于春季1h左右,迅速下降的时间晚于春季2h左右,峰值和日平均液流速率小于春季;3-7月的月平均液流通量介于5.31～51.31 cm3/h;平均液流通量夏季(47.92 cm3/h)＞春季(35.72 cm3/h);日耗水量随胸径的增大而增加,与树干胸径和边材面积的相关性达极显著水平(p＜0.01),相关系数分别为0.956和0.984.杨树边材液流速率和液流通量的季节变化说明杨树夏季蒸腾量大,是水分管理的关键时期.     

黄前水库上游生态修复区典型植被林冠层水文效应

利用森林水文与水量平衡原理,采用固定标准地方法,对山东省泰安市黄前水库上游水土保持生态修复区典型植被类型的林冠层水文效应进行了研究。结果表明:①在P=18 mm的降雨条件下,生态修复区内不同树种林冠对降雨截留量的排序为油松>赤松>侧柏>麻栎>刺槐,树干径流量和林内穿透雨量没有发现有类似的规律,针叶林比阔叶林的林冠截留量大。②不同造林密度对林冠截留量的影响总体趋势为造林密度越大林冠截留量越多,反之林冠截留量就越少;林内穿透雨量与林冠截留量的变化规律相反。③不同郁闭度林分与不同造林密度的林分对降雨的再分配规律相同。④不同混交方式的林分对降雨的截留量排序为松刺栎混交>油松>松栎混交>松刺混交>麻栎>刺槐;树干径流量和林内穿透雨量的规律不明显。⑤生态修复区内典型植被林冠截留量在降雨量较小时(P=4.50 mm)截留作用很明显,林冠截留率较大;但随着雨量增加,树干径流量逐渐增大,林冠截留率呈减小趋势。     

晋西黄土区不同地类土壤抗冲性分析

为了评价植被对土壤抗冲性的影响,以晋西黄土区蔡家川流域刺槐林、油松林、次生林、退耕荒草地、农地、土质路面为研究对象,采用野外实地放水冲刷法,以侵蚀量为指标,研究不同地类土壤的抗冲性,并分析地被物、根系与土壤抗冲性的相关性.结果表明:不同地类的土壤抗冲性为次生林＞刺槐林＞油松林＞退耕荒草地＞土质路面＞农地;单位面积上枯落物量及其厚度对土壤抗冲性的影响最大;土壤表层根系对土壤抗冲性也具有较大影响,能够有效提高土壤抗冲性的根系结构是0～30 cm土层中的毛根,其中,影响最大的是表层0～10 cm的根系,单位体积土壤内的根系越多,土壤抗冲性越强.     

北京山区典型树种树干液流特征及其对环境因子的响应研究

2010年6—9月在妙峰山林场,运用SF-L树干液流仪分别研究分析了典型晴天和生长季侧柏、栓皮栎、油松、刺槐的树干液流速率变化特征及树干液流速率对环境因子的响应。结果表明:4种树种的树干液流速率变化规律呈单峰型,其中侧柏的平均树干液流速率最大,为0.079 3cm/min,刺槐最小,为0.048cm/min。4种树种在各个月份的平均液流速率变化较大,但均在8月份达到最大值。对环境因子影响树干液流速率的相关分析表明:气温、太阳辐射、VDP、土壤含水率和土壤水势与树干液流速率呈正相关,而相对湿度与树干液流速率呈负相关关系,风速、土壤温度与树干液流速率的相关性不明确。太阳辐射对树干液流速率的影响最大,其中对阔叶树种刺槐和栓皮栎的影响比对针叶树种油松和侧柏更大。环境因子对阔叶树影响较大,对针叶树影响较小。运用多元线性回归方法,得出了4种不同树种的树干液流速率和环境因子的多元线性回归方程。     

晋西黄土区刺槐人工林林冠截留模拟

为探讨晋西黄土区刺槐人工林生态水文过程和影响机制,以2007和2008年7-10月的19场降雨和气象及林分结构资料,用修正的Gash林冠截留模型,对刺槐人工林林冠截留进行模拟.结果表明:刺槐人工林林冠持水能力和树干持水能力分别为0.55和0.1091 mm,使林冠达到饱和的降雨量为0.75 mm,使树干达到饱和所必需的降雨量为8.70 mm;修正的Gash模型可以较好地模拟晋西黄土区刺槐人工林的林冠累计截留量,林冠累计截留量相对误差最小值为0.76％,最大值为12.60％,平均林冠累计截留量相对误差为6.40％,林冠累计截留量模拟值小于实测值,截流率比实测值低2.64％.     

陕北黄土高原小流域土壤有效铜分布特征

对黄土丘陵沟壑区不同密度的刺槐林、榆树林、油松林、侧柏林、油松刺槐混交林等林下草本层物种组成及多样性进行了研究,目的是为人工林生态功能恢复评价和植被建设提供理论依据。研究结果表明,该区林下草本植物共有36种,多以阳性植物为主;由于林分树种组成和密度不同,林下草本物种差异较大;林下植被演替大多处于植被演替初级阶段,针阔混交林在物种数量和建种群落上表现最好,其次是油松纯林和刺槐纯林,榆树纯林生境条件最差;无论是丰富度指数还是多样性和均匀度指数,针阔混交林表现最好,其次为刺槐、油松纯林,表现最差的为榆树、侧柏纯林。     

晋西黄土区主要造林树种林地土壤水分生态条件分析

黄土高原地区植被建设引起的土壤水分效应问题愈来受到关注,林地的水分生态条件分析成为构建结构稳定的森林植被的前提,本研究以晋西黄土区主要造林树种刺槐、油松和侧柏的坡面林地为研究对象,通过林地土壤水分特征曲线测定及土壤水分动态变化监测,探讨了其生长的水分生态条件,结果表明：本区人工林地的土壤持水力较高,土壤含水率随水势降低而递减的速度较慢;研究区主要造林树种中,刺槐及其混交林分的土壤水分利用范围最大,抗旱能力最强;无论丰水年或枯水年,坡面各林地土壤水分有效利用性大,土壤含水量在生长季都高于无效水临界值,林地土壤水分利用状况好,林分生长稳定。     

北京山区4种优势林分生态用水实验研究

为研究较小尺度上不同林分的生态用水,采用实验方法对2010年生长季北京山区4种主要优势林分的生态用水量进行了测定。结果显示,4种林分的生态用水量分别为侧柏376.15mm,油松335.28mm,刺槐258.90mm,栓皮栎374.94mm。生态用水的各组分中林分蒸腾用水占据主导性地位;4种林分中,刺槐林地的有效降水能够满足全部的林地蒸散甚至补充少量土壤贮水,而其他3种林分均只能满足约75%的林地蒸散量和约55%的生态用水量。建议在降水贫乏的干旱山区造林时,适当增加刺槐林分的比例。     

山西省雁北地区沙地樟子松和油松生长及蒸腾特性对比研究

樟子松和油松是山西省雁北地区防风固沙的主要造林树种,由于该地区特殊的自然地理、气候条件,使两树种的生长状况呈现出一定的差异.对两树种的生长情况、树木蒸腾等进行研究,研究表明:樟子松自引种到山西省雁北地区以来长势良好,胸径、树高等各项生长指标都远远超过乡土树种油松,而且蒸腾强度弱,具有较强的抗旱性,是雁北地区造林的理想树种之一;油松是雁北地区的乡土树种,蒸腾强度弱,抗旱性强,也可作为雁北地区的主要造林树种之一.但是由于两树种生长状况存在明显的差异,从而导致在防风固沙方面和生态环境的改善方面有很大区别,因而,研究两树种的适生性和生长差异对雁北地区优选造林树种、适地适树,从根本上改善生态环境具有重要的意义.     

北京山区典型人工林的耗水规律

在我国的北方地区植被与水资源之间的关系是森林植被构建的关键性问题.如何依据水分条件的承载力,构建水分稳定的森林植被是一项重要研究.以北京妙峰山侧柏、油松为研究对象,应用大型可称量式蒸渗仪测定林木个体耗水规律,并在此基础上进行尺度扩展,分析2种林分群体耗水特征.研究发现：在晴天条件下,侧柏和油松蒸腾强度的日变化趋势均为单峰曲线;在典型阴天和雨天条件下,2树种间蒸腾速率差异明显,受云量动态变化影响,蒸腾强度的日变化趋势为多峰曲线.通过相关分析发现,在选定的环境因子中太阳辐射通量、大气水汽压饱和差、空气温度、土壤含水率和土壤水势均与林木蒸腾速率呈正相关,而空气相对湿度与林木蒸腾速率呈负相关.另外,利用边材面积作为尺度转换因子实现由单木到林分的尺度扩展,根据测定的样木蒸腾量,推算得出侧柏林6-9月总蒸腾量为321.43 mm,油松林的总蒸腾量为192.83 mm.