黄土高原8种树种蒸腾速率与日蒸散量比较

以侧柏、华北落叶松、油松、新疆杨、臭椿、核桃、枣树、榆树为研究对象,在2006年7月,对供试苗木进行定时的称重、蒸腾观测。一天中,其平均蒸腾速率的大小为：新疆杨〉臭椿〉华北落叶松〉侧柏〉榆树〉油松〉核桃〉枣树,日蒸散量的大小依次为新疆杨〉侧柏〉臭椿〉华北落叶松〉油松〉核桃〉枣树〉榆树,蒸腾速率大者蒸腾耗水不一定大,反之亦然。新疆杨、臭椿的耗水量较大;侧柏、落叶松和油松耗水量较少、抗旱性较强;榆树、枣树和核桃,耗水量居中,应大力提倡种植,且作为经济树种可增加当地群众的收入。     

排土场典型树种穿透雨空间分布特征

穿透雨是降雨再分配的主要组成成分,影响植被生长以及土壤水分分布情况,研究矿区典型树种穿透雨特征对生态恢复具有重要意义。以平朔矿区南排土场典型树种为研究对象,利用地统计学方法与时间稳定性图对比分析了油松(Pinus tabulaeformis)、刺槐(Robinia pseudoacacia)、白杜(Euonymus maackii)、小叶锦鸡儿(Caragana microphylla)和木半夏(Elaeagnus multiflora)的穿透雨空间分布特征。结果表明:(1)平均穿透率由大到小为木半夏、小叶锦鸡儿、油松、白杜、刺槐,穿透率变异系数由大到小依次为白杜、木半夏、小叶锦鸡儿、油松、刺槐。(2)油松、刺槐、白杜、小叶锦鸡儿与木半夏的穿透率均随降雨量的增加而增加,最后达到平稳状态,降雨量增大,穿透率变异系数先快速下降,最后达到平稳状态,并都以对数函数拟合效果最好。(3)5种树种穿透率的基台值均随着降雨量增加呈指数减小,块金系数随着降雨量的上升而增加,表明随着降雨量的上升,冠层穿透率在空间上趋于均匀化,随机因素带来的空间变异性逐渐增大。此外,5种树种在植株冠层中部和外缘部分均出现穿透率高于100%的情况。(4)灌木穿透雨分布格局的时间稳定性比乔木高,冠层接近基部和外缘出现穿透雨极端稳定性,接近植被基部多为极端干燥状态,冠层外缘多为极端湿润状态。(5)从穿透率大小及其空间变异性考虑,在排土场水土流失地区刺槐为最佳重建植被类型选择,穿透雨在植被冠幅边缘出现持续湿润状态,可种植一些灌木来截留一部分穿透雨。研究结果增进对矿区排土场生态水文过程的认识,可为矿区排土场重建植被选择提供理论基础。     

黄土丘陵沟壑区刺槐混交林生态化学计量特征与碳储量

为了探讨混交林与纯林养分状况和固碳能力的差异,以黄土丘陵沟壑区刺槐(Robinia pseudoacacia)纯林、油松(Pinus tabuliformis)纯林以及刺槐+油松(Robinia pseudoacacia+Pinus tabuliformis)混交林、刺槐+山杨(Robinia pseudoacacia+Populus davidiana)混交林为对象,通过野外调查和室内分析相结合的方式,研究混交林与纯林生态系统的生态化学计量特征与碳储量。结果表明:(1)刺槐+油松混交林显著增加刺槐枝和根的C含量和叶、干的P含量及枝的C:P与N:P,并显著增加油松叶、枝和根的N含量和枝、干、根的N:P,但显著降低油松各器官的C:N,而刺槐+山杨混交林仅显著增加刺槐枝的P含量。(2)刺槐+油松混交林的土壤C含量显著高于刺槐纯林,土壤P含量显著低于油松纯林;刺槐+山杨混交林与刺槐纯林土壤P含量差异不显著。(3)总体纯林中乔木叶片与凋落物的C含量显著相关,C:N、C:P在乔叶-凋落物-土壤中均显著相关;但在总体混交林中仅有凋落物与土壤中的P含量与C:P显著相关。(4)刺槐+山杨混交林乔木层碳储量显著高于刺槐纯林,刺槐+油松混交林林下植被层与土壤层碳储量显著高于刺槐纯林。研究结果为深入了解黄土高原养分循环机制奠定基础,同时也为黄土高原人工林的经营管理提供理论依据。     

多因素干扰下森林公园枯落物水文效应

为探究森林公园植被的水源涵养能力,为森林公园植被配置和经营管理提供依据,研究选取天龙山森林公园6种林分(油松、山杨、刺槐、油松—侧柏混交林、侧柏—油松—杏树混交和灌木林)为研究对象,通过测定林下枯落物厚度、蓄积量、持水性能和干扰度等指标,研究不同林分类型枯落物水文效应。结果表明:(1)所有林分枯落物干扰度范围为无到中度,厚度范围为0.57~2.63 cm,山杨最厚,侧柏—油松—杏混交林最薄;蓄积量范围为7.20~16.30 t/hm²,油松—侧柏混交林最大,侧柏—油松—杏混交林最小。(2)6种林分除山杨林以外,半分解层最大持水量均大于未分解层持水量,其中油松—侧柏最大,山杨最小;未分解层最大持水率均大于半分解层,刺槐最大,灌木林最小。枯落物的总最大持水量为20.02~27.90 t/hm²,总最大持水率为187.40%~277.89%,针阔混交林的持水率较高。(3)山杨有效拦蓄量最大,为15.05 t/hm²,而油松最小,为12.33 t/hm²;侧柏—油松—杏混交林的拦蓄率最大;(4)枯落物持水量、持水率与时间分别为对数和幂函数关系,均在泡水2 h达到极值。综合对比6种林分,轻度干扰的山杨水文效益最优,中度干扰的油松纯林、油松—侧柏混交林最差;阔叶树种水文效应较优于针叶树种,针阔混交优于纯林。研究结果可为森林公园植被管理和水土保持效益评价提供参考依据。     

黄土高原主要造林树种需水定额计算与分析

根据气象资料,运用彭曼公式（Penman’s formula）和桑斯维特公式（Thornthwaitfomular）计算并分析晋西黄土区主要造林树种刺槐、油松和苹果林地的潜在蒸散量,结合林种不同林龄的耗水特性系数,计算得出刺槐、油松和苹果生长季（5-10月）的需水定额,并对其年内及不同龄级需水量的变化趋势作了分析。结果显示,刺槐5个龄级的年耗水量:2a生刺槐年耗水量为390.65mm、3a生398.85mm、5a生411.4mm、7a生529.7mm、13a生633.95mm;油松3个龄级段的年耗水量,17～19a生为653.5mm、19～20a生658.7mm、25～28a生655.6mm;苹果2个龄级的年耗水量,4a生为319.9mm、8a生为526.35mm。同时,确定出各龄级树种的月需水量和耗水量的年内变化趋势,为黄土高原抗旱造林提供参考依据。     

黄土高原主要造林树种需水定额计算与分析

根据气象资料,运用彭曼公式（Penman＇s formula）和桑斯维特公式（Thornthwait fomular）计算并分析了晋西黄土区主要造林树种刺槐、油松和苹果林地的潜在蒸散量,结合林种不同林龄的耗水特性系数,计算得出刺槐、油松和苹果生长季（5～10月）的需水定额,并对其年内及不同龄级需水量的变化趋势作了分析。结果显示,刺槐5个龄级的年耗水量,2年生刺槐年耗水量为390.65 mm、3年生398.85 mm、5年生411.4 mm、7年生529.7 mm、13年生633.95 mm;油松3个龄级段的年耗水量,17～19年生为653.5 mm、19～20年生658.7 mm、25～28年生655.6 mm;苹果2个龄级的年耗水量,4年生为319.9 mm、8年生为526.35 mm。同时,确定出各龄级树种的月需水量和耗水量的年内变化趋势,为黄土高原抗旱造林提供参考依据。     

太行山低山丘陵区7种典型植物水分利用特征

 为准确评价植物对环境的适应性,以太行山低山丘陵区的7种典型植物为对象,通过测定植物蒸腾速率、光合速率以及水分利用效率等指标,研究不同植物的水分利用特征。结果表明:1)在所研究的7种植物中,火炬树、侧柏、刺槐、荆条和酸枣5种植物的蒸腾速率日变化都属于单峰型;栓皮栎和黄连木为双峰型,双峰型主要与植物的"午休"现象有关,是植物对高温、干旱环境胁迫的主动适应;2)植物之间的水分利用效率有较大的差异,刺槐具有最高的水分利用效率;水分利用效率日均值排序为刺槐>酸枣>栓皮栎>黄连木>荆条>火炬树>侧柏,蒸腾耗水量排序为栓皮栎>火炬树>侧柏>黄连木>刺槐>荆条>酸枣;3)根据蒸腾耗水量和水分利用效率,测试植物可以分为3种类型,栓皮栎和酸枣属于高蒸腾耗水量和高水分利用效率类型,侧柏属于低蒸腾耗水量和低水分利用效率类型,刺槐则属于低蒸腾耗水量和高水分利用效率类型,具有最大的水分竞争优势。     

黄土高原主要水土保持树种的蒸腾特性

采用精度为0.001 g的精密电子天平和露点水势仪对山杨、刺槐、油松和侧柏的叶片保水力、蒸腾速率日变化及叶水势日变化进行测定。结果表明：自然条件下,4树种叶片保水力从小到大依次为山杨、刺槐、油松、侧柏,其叶片分别经过19、41、49和77 h达自然风干状态;各树种日平均蒸腾速率由大到小的顺序为山杨（0.616 mmol/（m^2·s））〉刺槐（0.605 mmol/（m^2·s））〉油松（0.318 mmol/（m^2·s））〉侧柏（0.270 mmol/（m^2·s））,日最大蒸腾速率的排序为山杨（1.196 mmol/（m^2·s））〉刺槐（1.190 mmol/（m^2·s））〉油松（0.723 mmol/（m^2·s））〉侧柏（0.704 mmol/（m^2·s））;4个树种叶水势以清晨最高,中午最低,傍晚又有所恢复,日变化呈波浪形,日变幅以刺槐最大,其次为山杨和侧柏,油松最小;4个树种叶水势与蒸腾速率之间的关系呈负相关,可用对数曲线来拟合;各树种单位叶面积（cm2）的日（以12 h计）蒸腾耗水量由大到小为：山杨（0.48 mm）〉刺槐（0.47 mm）〉油松（0.25 mm）〉侧柏（0.21 mm）。     

北京西山侧柏水源涵养林空间结构特征研究

应用地面三维激光扫描技术,采用＂多站式＂扫描方法来获取侧柏水源涵养林标准地内的林木树种、树高、胸径、胸高断面积等测树因子,利用混交度、大小比数、角尺度3个指标分析了北京西山林区侧柏水源涵养林公顷级样地的空间结构特征。结果表明：（1）侧柏林乔木层共包括21个树种,物种丰富度较高。其中,侧柏种群在密度和断面积累积量方面占有明显优势,是乔木层的建群种和优势种;（2）整个侧柏林混交度较低,平均混交度0.261,属混交不良的范畴。其中,侧柏、刺槐、火炬树以零度、弱度混交为主,分别占种群总株数的85%、58%、57%,其他伴生树种以中度、强度和极强度为主;（3）侧柏、油松、栓皮栎、元宝枫、刺槐种群在空间结构单元中以优势木、亚优势木和中庸木为主,分别占种群总株数的57%、67%、89%、66%和71%,其他树种优势度不明显;（4）侧柏林林分平均角尺度为0.542（大于0.517）,说明该林分水平分布格局为聚集分布,但聚集程度较低。     

黄土高原生态林耗水深度和深层耗水量研究

【目的】探讨黄土高原生态林耗水深度和深层耗水量,以明确黄土高原生态林的耗水规律。【方法】选取延安地区16年生的侧柏、沙棘和刺槐三种常见的黄土高原生态林种,以土钻法获取不同生态林和草地的土壤水分含量。首先基于年际的土壤水分含量确定生态林的土壤水分活跃层;其次,基于> 25 m深剖面的土壤水分数据来确定三种生态林的耗水深度和深层耗水量,并分析不同土层的耗水速率。【结果】依据年际土壤水分含量变化,2 m土层为该地区土壤水分活跃层。侧柏、沙棘和刺槐的最大耗水深度分别为12.0 m、12.2 m和23.2 m,其16年内耗水总量分别为304 mm、664 mm和1763 mm。刺槐的深层土壤耗水速率最大,为110 mm a^-1;其次为沙棘,为42 mm a^-1;最小为侧柏,为19mm a^-1。在2～10 m土层刺槐的耗水量仅占总耗水量的44%。【结论】探究黄土高原生态林的耗水量需要根据生态林物种的耗水特性选择合适取样土层深度。     

晋西黄土丘陵沟壑区人工林下草本植物生物多样性研究

以长武王东沟小流域径流小区为试验点,研究了于黄土高原高塬沟壑区坡面表层土壤水分特征,分析了降雨量、植被覆盖度对地表土壤水分的影响,旨在为该区植被恢复和水土流失治理提供科学的理论依据。研究结果表明,0—30cm土层土壤含水量呈现中等变异。15°阳坡土壤含水量小于35°半阳坡土壤含水量。土壤水分的变化趋势与降雨量的变化趋势基本一致,0—10cm土层土壤含水量与降雨量具有良好的同步性,而10—20cm土层和20—30cm土层土壤含水量的同步性较差。植被覆盖度越高,其土壤平均含水量就越高,植被覆盖度达到40%时,中坡和下坡的剖面各层土壤含水量随深度增加而减少的趋势更加明显。土壤平均含水量从坡顶到坡底逐渐增加。0—30cm土层土壤含水量随深度增加而减少。     

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。     

太行山典型区域不同林分类型枯落物水文效应

采用样地调查和室内浸泡法,对河北易县洪崖山自然保护区葫芦峪林场6种不同林分类型枯落物的水文效应进行研究。结果表明:6种林分类型枯落物的蓄积量范围为5.25～15.70 t/hm~2,蓄积量总体为阔叶林刺槐最大,针阔混交林次之,针叶林最小,各林分半分解层蓄积量总体大于未分解层(油松纯林、黑枣和油松混交林未分解层大于半分解层);最大持水量范围为10.55～25.04 t/hm~2,阔叶林栓皮栎(25.04 t/hm~2)最大,刺槐纯林(23.66 t/hm~2)次之,针叶林油松(10.55 t/hm~2)最小;最大持水率范围是171.19%～260.20%,针叶林油松最大,侧柏最小;有效拦蓄量范围为6.25～17.60 t/hm~2,阔叶林栓皮栎(17.60 t/hm~2)最大,刺槐纯林次之(17.30 t/hm~2),针叶林侧柏(6.25 t/hm~2)最小;有效拦蓄率略有不同,针叶林油松最大,其值为180.29%,阔叶林栓皮栎(162.98%)次之,针阔混交林黑枣和油松最小,其值为77.22%。综合研究分析表明,栓皮栎和刺槐的枯落物层持水能力较佳,该地区栓皮栎林和刺槐林枯落物层水源涵养能力优于其他4种林分类型的枯落物。     

晋西黄土区典型林分枯落物层水文生态特性研究

选择山杨栎类次生林（以下简称次生林）、刺槐林、侧柏林、油松林为研究对象，通过样地调查，结合室内浸泡方法，对比分析枯落物（未分解层、半分解层）的水文特征指标，研究典型林分枯落物层水文生态特性。结果表明：（1）枯落物厚度为3.93~4.95 cm，刺槐林最大，油松林最小；蓄积量为次生林最大（19.28 t/hm²），侧柏林（18.03 t/hm²）和刺槐林（17.57 t/hm²）次之，油松林最小（14.73 t/hm²），未分解层蓄积量小于半分解层。（2）枯落物最大持水量（率）为30.92~61.31 t/hm²（197%~320%），次生林最大，依次为刺槐林、侧柏林，最小为油松林。（3）枯落物有效拦蓄存在显著差异（P>0.05），表现为次生林（31.29 t/hm²） > 刺槐（22.20 t/hm²） > 侧柏（18.19 t/hm²） > 油松（13.94 t/hm²），有效拦蓄率为107%~173%。（4）在浸水2 h内，枯落物持水量和吸水速率变化以次生林与刺槐林最为迅速，半分解层较未分解层变化迅速；持水过程中，两者与时间分别呈对数函数（R²>0.89）和幂函数关系（R²>0.99）。在4种林地中，次生林林下枯落物水文生态潜力最优，油松纯林最差，表现为次生林 > 刺槐 > 侧柏 > 油松。刺槐是除次生林外的3种人工林中最优林种。建议研究区内合理优化恢复树种配置，以提高水文生态功能。     

光辐射强度对侧柏油松幼苗光合特性与水分利用效率的影响

 探讨不同土壤水分条件下光辐射强度对侧柏和油松苗木光合特性与水分利用效率的影响规律,可为林木栽培和管理提供科学依据。在黄土半干旱区,采用人工控制土壤水分的方法,利用模拟光源研究了侧柏和油松苗木的净光合速率、蒸腾速率、水分利用效率和胞间CO2浓度随模拟光辐射增强的变化规律。结果表明:在模拟光辐射为0～2200μmol/（m2.s）的范围内,侧柏和油松叶片的净光合速率、蒸腾速率和水分利用效率均随光辐射强度的增强而增大,但光辐射强度进一步增强,侧柏和油松净光合速率和水分利用效率呈下降趋势;在同样土壤水分条件下,侧柏净光合速率、蒸腾速率和水分利用效率高于油松,侧柏光饱和点高于油松,而侧柏光补偿点低于油松,侧柏光能利用率高于油松;随着土壤水分的增加,侧柏与油松净光合速率、蒸腾速率和胞间CO2浓度升高,而水分利用效率降低。在土壤含水量为7.90%、13.00%和19.99%条件下,侧柏光饱和点分别为1275、1 450和1 675μmol/（m2.s）,光补偿点分别为4225和13μmol/（m2.s）,由光饱和点对应最大净光合速率分别为3.04、4.06和5.53μmol/（m2.s）;在土壤含水量为7.83%1、3.04%与20.15%条件下,油松光饱和点分别为11001、325和1500μmol/（m2.s）,光补偿点分别为60.30和23μmol/（m2.s）,由光饱和点对应最大净光合速率分别为1.08、3.35和4.36μmol/（m2.s）。     

不同林分类型土壤理化特征及其对土壤入渗过程的影响

利用双环入渗法对黄土残塬沟壑区主要林分类型（刺槐林、油松林、刺槐×油松混交林、山杨栎类天然次生林）进行土壤入渗试验,分析4种林分类型土壤理化特征及其对土壤入渗过程的影响。结果表明：（1）研究区不同林分类型土壤理化特征存在一定差异,山杨栎类天然次生林的土壤理化性质总体最好,刺槐×油松混交林优于刺槐林和油松林;（2）0~90 min测试时间内,不同林分类型的土壤入渗速率随时间的变化规律均表现为迅速递减（0~5 min）、逐渐递减（5~60 min）和趋于稳定（60~90 min）的过程;4种林分的土壤初始入渗速率、稳定入渗速率和平均入渗速率由大到小依次为山杨栎类天然次生林、刺槐×油松混交林、刺槐林、油松林;（3）4种常见土壤入渗模型（Kostiakov模型、Horton模型、Philip模型和通用经验模型）中,通用经验模型对研究区不同林分类型土壤入渗过程拟合效果最好,拟合精度均在0.990以上;（4）相关性分析结果表明,不同林分类型的土壤入渗指标与土壤容重呈现极显著负相关（P<0.01）,与非毛管孔隙度、> 0.25 mm水稳性团聚体含量、砂粒含量以及有机质含量呈现极显著正相关（P<0.01）;通过通径分析并计算主要影响因子的决定系数表明,对土壤初始入渗速率影响程度最大的因子是土壤容重（0.309）,对土壤稳定入渗速率影响程度最大的因子是>0.25 mm水稳性团聚体含量（0.251）,对土壤平均入渗速率影响程度最大的因子是有机质（0.408）。研究结果为研究区营造水土保持林树种的选择与水土保持功能评价提供一定参考。     

晋西黄土区不同植被类型土壤抗冲性及表层根系分布特征

采用原状土冲刷水槽法,以油松林、刺槐林、山杏林、荆条地及荒草地土壤为研究对象,研究了晋西黄土残塬沟壑区蔡家川流域不同植被类型土壤抗冲性能及植物根系对土壤抗冲性的影响。结果表明:(1)在原状土冲刷试验过程中,各植被类型径流量随冲刷时间的变化趋势不明显,含沙量随时间延长先减少后趋于平稳,土壤抗冲指数呈逐渐增加的趋势。(2)各植被类型总根长密度、根表面积密度、根体积密度及根生物量密度均表现为刺槐、油松林地较大,山杏、荆条、荒草地较小且相差不大,总根系参数之间均存在正相关关系。各植被类型不同根径范围(0～0.5,0.5～1.0,1.0～2.0,2.0～5.0,5.0 mm)的根系指标中,0～0.5 mm径级的根长密度均最大,根体积密度总体表现为细根比粗根小。(3)不同植被类型植物根系均能增强土壤的抗冲性,增强效应表现为刺槐林地和油松林地较强,山杏、荆条、荒草地较弱。植物根系指标中1 mm径级的根长密度、根表面积密度、根体积密度与土壤抗冲性增强值呈显著或极显著正相关关系。其他径级根系参数与土壤抗冲性增强值相关性不显著。