黄土半干旱区刺槐林水分与生长关系研究

黄土高原半干旱地区,由于土壤水分供应严重不足,使人工造林遇到了极大的困难.水分在黄土高原地区具有其特殊的生理生态意义.因此,在水分是植被生产力第一决定因子的干旱半干旱地区,以主要造林树种刺槐为研究对象,研究水分与林木生长的相互作用关系,已成为该区人工植被建设的重要课题,具有重要的意义.本文介绍了刺槐林地的水分运动及变化和供水与耗水关系的研究现状,阐述了研究水分与生长关系的基本因子、指标及在水分与生长方面的研究概况,并确定了合理的林分密度.     

黄土丘陵区不同植被类型土壤贮水动态变化

水分是黄土高原半干旱地区植物生长与植被建设的主要限制因子,植被是影响土壤水分最活跃的因素之一。通过1982-1991年延安上砭沟流域实际观测的不同植被类型土壤水分资料,分析黄土丘陵区不同植被类型土壤水分的垂直变化规律、季节变化规律和年际变化规律,以及年降水量对土壤水分的影响。得出黄土丘陵区植被类型土壤水分垂直变化规律,在0-100 cm土壤含水率变化从大到小依次为:0-30 cm土层,农田>林地>撂荒地>牧草地>灌木林地;30-50 cm土层,农田>牧草地>灌木林地>林地>撂荒地;50-100 cm,土层牧草地>灌木林地>农田>林地>荒地。     

黄土高原人工林深层土壤水分利用研究

探讨黄土高原人工林的深层土壤水分利用状况,对该区植被恢复的可持续发展具有重要意义。以黄土高原半干旱偏旱区、半干旱区、半湿润区的刺槐林和柠条林为研究对象,通过野外实地调查,分析了不同气候区人工林0—800 cm土层土壤水分含量、深层(200—800 cm)土壤水分消耗量及土壤耗水速率,探究了不同气候区人工林对深层土壤水分的影响。结果表明:(1) 3个气候区农地土壤含水量显著高于刺槐林和柠条林。刺槐林、柠条林在2个气候区0—800 cm土层的土壤水分含量变化范围分别为6.64%～11.01%,6.38%～11.41%,均在半干旱偏旱区平均土壤含水量最低。(2)刺槐林和柠条林的深层土壤耗水量、深层土壤耗水速率均以半干旱偏旱区最高,分别为:808 mm,698 mm,32.33 mm/a,31.76 mm/a。(3)人工林在半干旱偏旱区和半干旱区的植物根系较半湿润区活跃,特别是在0—300 cm土层,对土壤水分影响较大。(4)土壤质地是人工林深层土壤水分变化的重要因素之一。黏粒含量与土壤水分呈正相关,砂粒含量与土壤水分呈负相关。半干旱偏旱区、半干旱区、半湿润区的黏粒含量依次增加,砂粒含量则相反。不同气候区人工林对深层土壤水分影响不同,同时受根系和土壤质地影响较大,因此选择合理的人工植被配置模式对深层土壤水的保护和持续利用非常重要。     

黄土丘陵区不同植被群落土壤水分研究

在自然条件最为严酷的黄土高原半干旱丘陵沟壑区,土壤水分是植物生长的主要限制因子,而环境因子对土壤水分的影响是一个综合作用的过程,不同的地理区域其相关的影响差异较大,但就其某一具体地区而言存在着重点尺度和主控因子。对黄土丘陵区纸坊沟流域乔、灌、草植被群落的土壤水分进行了分析研究,结果表明:坡位、坡向、海拔是影响该区域土壤水分含量的主控因子;而植被群落也会影响到土壤水分含量的变化,但不能确定其为主控因子,并且可以说明林龄不是影响该区水分含量的因素。     

甘肃半干旱黄土丘陵沟壑区人工植被土壤水分研究

在2007-2008年期间,通过对定西市巉口林场不同人工林及当地的主要退耕还林模式和农田的土壤水分进行定点定期监测,研究分析了生长季节的土壤储水量、土壤水分亏缺量、变化量及土壤水分的垂直变化.研究结果显示:阳坡柠条林和阳坡侧柏林0-200 cm的土壤含水量曲线呈现出"<"形状,形成明显浅层土壤干层.隔坡林带土壤储水量无论是季节变化还是垂直变化,均高于其他人工植被类型,说明隔坡林带土壤水分利用的叠加效应明显.此研究将为该地区在植被恢复过程中,综合考虑生态系统水分利用效率,采用合理的群落密度,合理控制群落生产力,保持植物蒸腾耗水和土壤水分补偿之间的水分平衡,维持群落的持续稳产、高产,充分发挥其生态和经济效益提供了科学依据.     

黄土高原水土保持与水环境

通过分析黄土高原水环境背景特征,主人为黄土高原雨水环境差;人工林草地土壤水分长期处在亏缺状态,高产农田、林草、坡地生产力受水分环境制约严重;径流水可利用程度低。生态环境的改善必须借助于水土保持的生物、工程等措施,首先改善水环境。水土保持措施对在水环境的影响表现为：在地块尺度上,可以汇集雨水、增加入渗、满足作物、植物生长的水分需求平衡。但高耗水的林草地、水分亏缺严重,在植被建造中还应因地制宜。水土保     

半干旱区四种典型豆科牧草群落生理生态的分异研究

在黄土高原半干旱地区,植物种群生态的改善是植被建设与生态修复的关键。通过人工植被调查,比较了四种豆科牧草的种群生长的生态差异,初步探讨了牧草生产力与种群生态的可能耦合网络机制。结果表明:基于四种豆科牧草种群的土壤水分含量和垂直下降分布规律,发现沙打旺与苜蓿为高生产力型,红豆草与胡枝子为低生产力型,这可能与它们水分利用状况和豆科牧草本身的固氮或氮沉积的氮汇与源转化调节有关。苜蓿植株生物量表现较高,与其多年生庞大根系充分吸收土壤深层水分有关,反映了根冠生长与土壤条件的耦合是导致遗传特性响应差异的重要原因,因此调整植物根冠关系以增强植物的抗旱适应能力理论上是可行的。相关分析发现生产力、根系生物量、土壤环境(水分和层次)为网络耦联相关,特别是90-100cm的土壤空间水分与根冠比成正相关,这可能说明这个层次(根系的浅层集中分布区)为土壤水库与土壤干层相转变的阈值界面。因此从干旱胁迫条件下建立的适应性生存对策上考虑,苜蓿适宜在干旱立地推广应用,不仅具水土保持功效,而且植被生产力高,应为黄土高原生态恢复和生态建设的重要参考物种。     

黄土区深层土壤干燥化程度的评价标准

黄土高原地区深层土壤干燥化是人工林草植被过度耗水导致土壤水分负平衡的结果。如何定量评价深层土壤的干燥化程度,有助于确定适宜的植被类型和密度,保证人工植被建设的顺利进行。将土壤水分的几个主要指标与水分特征曲线相结合,从能量的角度初步建立了黄土高原地区深层土壤干燥化程度的评价标准,并利用该标准评价了黄土高原沟壑区刺槐林地深层土壤水分的干燥化程度。     

黄土高原土壤水分与水土保持措施相互作用

土壤水是重要的生态水源和水文要素之一,黄土高原位于干旱半干旱地区,降水量的年际变化大和季节分配极不均匀,土壤水资源对植物生长发育的影响尤为重要。同时,土壤水的数量及其分布也受人类活动影响。水土保持措施是黄土高原人类改造下垫面过程之一,这种改造会影响土壤水分的静态分布和动态过程。水土保持坡面工程措施能有效地提高土壤含水率。深根系人工林草植被使土壤含水率降低,甚至造成利用性土壤干层,影响人工植被的永续发展。尽管天然植被也有较高的生产力水平,但并未引起土壤水分状况的恶化,这是黄土高原植被营造及规划中值得注意和进一步研究的问题     

黄花草木樨改良盐碱土的试验研究

在调查陕北地区不同地域作物(谷子)、人工草灌(苜蓿与柠条)和天然草地(退耕地)的生产力,土壤水分及耕层养分的基础上,对比研究了不同类型植物生产力的差异,并分析了引起差异的原因及限制生产力提高的因素。结果表明,作物地(谷子)生产力占据明显优势,但稳定性较差;人工草灌(苜蓿与柠条)及天然草地的生产力较谷子低;天然草地群落的生产力、稳定性、物种丰度指数和土壤养分含量均较优越。指出除水分不足是限制不同植物生产力发挥的主要因素外,土壤养分含量低和缺乏管理也是限制植物生产力提高的重要因素。同时指出,为达到正确评价不同类型植物的生产力和长期适应性,为该地区大范围植被建设提供依据和参考,应设立定位或半定位研究点进行长期测定与研究。     

晋西黄土残塬沟壑区刺槐人工林土壤水分植被承载力研究

为明确在干旱缺水地区,植被对深层土壤水分的过度消耗以及水资源的承载能力,在晋西黄土残塬沟壑区选取林分密度1 300株/hm~2的刺槐人工林为研究对象,以裸地为对照,利用Enviro-SMART土壤水分监测系统(FDR)和热扩散探针(TDP)技术对当地刺槐人工林地0—150 cm范围内各土层体积含水量与树干液流量进行长期连续定位观测,采用土壤有效水与单株刺槐耗水量的比值来衡量研究区刺槐人工林土壤水分植被承载力。结果表明:(1)月降水量和月土壤储水量是决定刺槐人工林土壤水分植被承载力的主要环境因子,且二者与土壤水分植被承载力之间均呈现显著的正比例关系(P0.05)。(2)根据构建的刺槐人工林土壤水分植被承载力模型,计算出当地林龄为19年的刺槐人工林0—150 cm土层深度的土壤水分植被承载力为1 224株/hm~2,稍小于研究区实际林分密度(1 300株/hm~2),为保证当地刺槐人工林分耗水深度控制在0—150 cm土层范围内,同时也为促进当地林分生产力处于最优水平,建议在今后的营林造林过程中将刺槐人工林密度控制在当地土壤水分植被承载力范围之内,在减少林地深层水分消耗、调整林地土壤水资源平衡的同时,促进当地林业产业的合理发展。     

基于GIS的安塞县土壤水分制图及其数量分析

 以空间图形和数据库为基础,利用GIS安塞县的土壤水分样点数据与地理数据结合起来,建立不同利用类型土地类型坡度分级的浮点型土壤含水率字段,对安塞县域尺度土壤水分制图及其定量化方法进行研究和探讨,对安塞县不同土层土壤水分状态和分布进行定量分析。结果表明:从土壤水分结构看,安塞县土壤水分总体上处于较低水平,0～500 cm土层平均土壤含水量在含水量为8.6%～10.8%的分布面积占到总土地面积的75.34%,在含水量<6.4%和6.4%～8.6%的分布面积占到总土地面积的19.36%,其中含水率<6.4%的土壤干层面积占到总土地面积的9.23%,其在上层分布面积大于下层,分布在一般（≥10.8%）以上水平的面积仅占总土地面积的5.31%。安塞县每2的土壤水库蓄水量在0～120cm土层仅有0.060.07 m3,而其他土层都在0.15m3以下。说明安塞县土壤水分环境极差,土壤水库的调节作用对于林木生长极其有限,大面积植树造林超越了安塞县土壤水库的供水和调水能力,是不适宜的;因此,在以适地适树原则适应土壤水分环境的同时,应加强土壤水分环境的改善。     

陕西省靖边县不同土层含水量与干层差异研究

根据野外考察和土层含水量的测定，研究了靖边县沙地土层和黄土层土壤含水量。结果表明，靖边几个研究点的沙地土层平均含水量小于3%，杨树林地黄土层平均含水量为7％左右；沙地土层含水量远低于黄土层含水量，杨树林沙地和沙柳沙地已经出现了严重的土壤干层，杨树林地黄土层出现了发育中等的土壤干层，干层发育深度都已超过6m。干旱气候是引起干层发生的主要因素，人工灌木和树种消耗水分较多也促进了干层的发育。沙地区应以发展耐旱草灌为主的植被，黄土分布区也应发展草灌为主的植被，但在黄土分布的洼地区和有外来水源的地区可以发展耐旱的乔、灌、草相结合的植被。在靖边县这一土壤干层发育较严重的地区，造林一般不能带来良好的环境效益与经济效益，反而会导致深部土壤水分的过量消耗等不良后果，因此该区是不适于造林的地区。     

黄土高原退耕还草土壤水分对植物地上部化学计量特征的影响

揭示土壤水分含量变化对植物养分吸收的影响,对阐明草本植被对环境变化的响应和适应性具有重要意义,可为黄土高原区生态治理提供理论依据。研究以安塞纸坊沟流域不同退耕还草年限(6 a,15 a,25 a和45 a)的草本植物和0—50 cm深度土壤样品为研究对象,测定了植物地上部C,N,P,K,Ca和Mg含量及土壤含水率,并分析了植物养分含量及其生态化学计量与土壤含水率的关系。结果表明:土壤含水率随退耕还草过程呈先增加后降低趋势。植物体中C,N,K,Ca和Mg含量整体上随着退耕年限延长先降低后升高,植物P含量在退耕还草初期下降,中后期保持稳定。植物C/N,C/P和N/P比值随退耕年限呈先升高后降低的趋势,并且在退耕还草过程中植物生长主要受到N限制。植物Ca和Mg含量与土壤含水率呈显著负相关。另外,退耕45 a含水率最低,植物C/Ca,C/Mg,N/Ca,N/Mg,P/K,P/Ca,P/Mg比值也是最低的,表明植物可以增加吸收K,Ca和Mg以应对水分胁迫。研究表明土壤含水率随退耕还草过程降低,土壤水分降低促进干旱半干旱地区植被对环境的适应。研究结果为改善干旱半干旱区植被生态稳定性提供科学依据。     

Water-related ecological impacts of rill erosion processes in Mediterranean-dry reclaimed slopes

Soil moisture is considered the main limiting factor governing the structure and dynamics of vegetation in drylands. Soil erosion is perceived as a critical process affecting these systems, especially when rill formation occurs, as rill networks can condition the availability and spatial distribution of soil moisture. To assess the impact of soil erosion processes on the dynamics of Mediterranean-dry reclaimed systems, during the 2005–06 hydrological year we monitored the soil moisture regime (temporal availability and spatial distribution) and the associated responses describing vegetation performance (plant water status and potential seed germination) and vegetation structure in five coal-mining reclaimed slopes subjected to different rill erosion rates (from 0 to about 70 t ha^? 1 year^? 1). Rill network development leads to increased runoff connectivity and to concentration of water flow along the channeling network. As a result, water loss from the slope system is maximized. Simultaneously, the spatial distribution of soil moisture is ruled by the pattern of geomorphic forms (rill and interrill units). The ecological consequences are led by the intensification of water stress and the occurrence of unfavorable conditions for plant recruitment and natural colonization, causing a non-linear decline of species richness and aboveground biomass at the slope scale level. When dense rill networks are developed, long-term effects of erosion result in a sharp ecosystem transition to a very simple and low productive plant community spatially organized in downward spots adjacent to the rills, where plants minimize simultaneously water stress and the mechanical disturbance associated to concentrated flows.     

Soil desiccation in the Loess Plateau of China

Soil desiccation usually takes place below the depth of soil affected by rainfall infiltration (about 1–3 m) with relatively low water content, and is one kind of particular hydrological phenomena in semi-arid and semi-humid regions of the Loess Plateau in China. This desiccation results from the excessive depletion of deep soil water by artificial vegetation and long-term insufficient rainwater supply, which is difficult to disappear with land use change. Due to the influence of global warming during 1950–2000, large-scale vegetation rehabilitation aggravated water scarcity and led to soil desiccation in the deep soil layer in the Loess Plateau. From southeast to northwest, soil desiccation becomes more intensive with lower water content and bigger range in depth due to drier climate and lower water holding capacity. The range of soil desiccation has a close relationship with root distribution of plant, and its intensity varies with the types and ages of vegetation. The climate drought, soil properties and soil water cycle characteristics might be the precondition for the occurrence of soil desiccation, and artificial vegetation with improper type and exorbitant productivity could have accelerated this process in range and intensity. Soil desiccation has obviously negative effects on water cycle in soils, greatly reduces the anti-drought capacity of plants, and heavily influences the growth and natural succession of vegetation. In order to reduce the range, intensity, and negative effects of soil desiccation, proper types of vegetation should be selected according to rainfall and soil water conditions, and the control of vegetation density and productivity should be considered together with soil-water conservation measures.     

不同措施对退化草地土壤和植被的影响

在我国干旱、半干旱草原区,草场沙退化和水土流失等现象十分严重,而要解决这一问题,首先应搞好水土保持生态环境监测。为了客观地分析和评价各项水土保持措施实施后给生态环境带来的效应,我们在京津风沙源科技支撑项目实施过程中,在我所建立的草地水土保持生态技术试验基地,对各项措施实施前后的生态指标进行了连续4年的动态监测。主要研究了退化草地围封前后及围栏内不同恢复措施对土壤水分与养分及草场植被的影响。结果表明：围栏前后土壤水分、养分和草场植被都发生了变化,尤其对草场植被的影响极其明显,封育草场的植被盖度较未封育的天然草场植被盖度平均增加了58.66%。围栏内不同恢复措施对土壤水分、养分和草场植被也都有明显的影响。