晋西黄土区不同退耕年限刺槐林对土壤水分和养分的影响

[目的]探讨人工刺槐林植被恢复对土壤水分和养分的影响,为半干旱黄土丘陵区植被恢复与生态建设提供理论依据。[方法]选择山西省黄河中游典型黄土丘陵沟壑区的人工刺槐林为研究对象,评估不同退耕年限刺槐林地土壤水分和养分特征。[结果]刺槐林地能够有效改善土壤水分条件,尤其在造林初期,土壤有机质和全氮平均含量显著提高,且具有明显的表聚性;刺槐林地对浅层土壤水分和养分的改善作用较大,土壤水分在40cm以上土层坑内平均水分比坑外提高了3.97%,在40cm以下土层仅提高了2.74%;土壤养分在20cm以上土层,坑内土壤有机质、全氮、全磷和全钾平均含量分别比坑外提高了6.61%,6.14%,1.55%和1.98%;在20cm以下土层,对土壤全磷和全钾无明显改善作用。[结论]刺槐林地不同程度地改善和提高了于浅层坑内土壤水分和养分状况。     

晋西黄土区退耕还林后土壤入渗特征及土壤质量评价

为研究晋西黄土区退耕还林后不同植被覆盖下土壤的入渗特征及土壤质量评价,采用野外双环入渗法测定土壤的入渗特征,并测定不同地类土壤的容重、孔隙度、有机质、全氮等指标,使用相关性分析研究不同类型植被覆盖下土壤的入渗性能及其与土壤理化性质的相关关系,并将各地类的土壤理化性质进行主成分分析。结果表明:(1)植被类型对于土壤渗透速率影响较大,表现为天然次生林刺槐×油松混交林刺槐纯林油松纯林灌木林地苹果园地荒草地农田(玉米地)。(2)退耕还林后,不同植被类型的土壤理化性质差异显著(P0.05),随着森林逐渐恢复,土壤容重下降,孔隙度及有机质等含量增加,土壤理化性质得以改善,入渗性能也有明显提高。土壤入渗特征与总孔隙度、非毛管孔隙度、有机质和全氮含量呈极显著正相关(P0.01),与容重呈极显著负相关(P0.01),与速效磷呈显著负相关(P0.05)。(3)综合土壤入渗性能和土壤理化性质作为土壤评价指标,晋西黄土区退耕还林后不同植被类型土壤质量从高到低依次为次生林刺槐×油松混交林刺槐纯林油松纯林灌木林地苹果园地荒草地农田。     

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。     

晋西黄土丘陵区不同土地利用类型对土壤碳氮储量的影响

通过对比晋西黄土区蔡家川流域人工刺槐林地、人工油松林地、退耕荒草地和农地土壤有机碳和总氮含量的差异性,探讨了土地利用变化对该流域土壤碳氮储量的影响。结果表明:（1）4种土地利用类型下,土壤有机碳和总氮均表现出表聚效应,且荒草地垂向降幅最大,各样地土壤有机碳和总氮均呈极显著线性正相关;（2）油松林地0—48 cm土层有机碳含量高于其他样地,刺槐林地0—48 cm土层总氮含量显著高于其他样地,而4种土地利用类型在48—96 cm土层和96—160 cm土层中有机碳和总氮含量差异不显著;（3）从蔡家川流域退耕土壤固碳和固氮效应整体而言,退耕林地具有显著的土壤碳氮固存效应,随着人工林地面积占比的增加,流域土壤总有机碳和总氮储量相应增加。     

晋西黄土区林草复合界面土壤水分养分分布规律研究

通过对晋西黄土区刺槐林与天然草带的复合界面及其对照（林地、草地）生长季土壤水分和养分（有机质、全氮、速效氮和速效钾）的测定,分析比较了其水分和养分的空间分布特征及其变化规律。结果表明,不同土壤层次的土壤含水量在水平方向上存在差异,在浅层土壤（0-20cm）,土壤含水量从大到小依次为:草地、林地、林草界面,在深层土壤（20-100cm）,土壤含水量从大到小依次为:草地、林草界面、林地;在垂直方向上,随着土层深度的增加,研究区林地、草地、林草界面的土壤含水量表现为逐渐降低的趋势,刺槐林地在60-100cm土层中土壤含水量有少许回升。研究区复合类型内土壤养分分布不均衡,水平方向上有机质平均含量为林草界面<草地<林地;全氮平均含量为林草界面最小,草地与林地相差不大;速效磷平均含量为林地<草地<林草界面;速效钾平均含量为草地<林草界面<林地;垂直方向上,各个生态类型的有机质含量、全氮含量、速效钾含量随着土壤层次的加深逐渐减少,而速效磷含量在土壤的不同层次呈现不同的变化。     

晋西黄土区长期植被恢复对土壤表层入渗与水分储量差异的影响

[目的]探究晋西黄土高原残塬沟壑区长期不同植被恢复类型对土壤表层入渗与水分储量差异的影响,为未来筛选和增强黄土高原地区天然植被恢复以及人工植被恢复的生态效益评估提供科学参考。[方法]以黄土残塬沟壑区典型的4种植被恢复类型(油松纯林、刺槐纯林、侧柏纯林、天然林)为研究对象,测定4种植被恢复类型下表层30 cm内土壤入渗过程,同时测定土壤容重、机械组成等土壤理化性质,并且监测土壤水分动态变化,核算土壤水分储量并进行差异性、相关性和主成分分析,最后通过3种土壤入渗模型对实测过程进行拟合比较得出其在黄土残塬沟壑地植被恢复区域内的适宜性,对比不同植被恢复类型之间土壤入渗过程及储水量的差异,补充并完善黄土高原地区不同植被恢复类型下的表层土壤水分入渗规律。[结果](1)天然林相较于人工纯林对0—30 cm表层土壤物理性质改善效果更为明显,天然林表层土壤的水分含量较多且保水性较好,人工林相较于天然林对研究区土壤入渗能力改善效果更佳;(2)在不同植被类型下土壤的稳定入渗速率从大到小表现为：天然林>刺槐纯林>油松纯林>侧柏纯林(0—10 cm),油松纯林>刺槐纯林>侧柏纯林&...     

晋西黄土区退耕还林地涵养水源和保育土壤功能评价

以晋西黄土区退耕还林地为研究对象,对其土壤容重、孔隙度、有机质、养分含量进行测定和分析,并对其涵养水源和保育土壤功能进行评价。结果表明:(1)退耕还林地0—50cm土层平均容重为1.23g/cm3,随着土壤深度的增加,土壤容重增大,土壤孔隙度呈下降趋势,刺槐侧柏混交林地土壤结构最好,荒草地最差;(2)0—30cm土层平均有机质含量为29.33g/kg,全氮含量为1.54g/kg,全磷含量为0.46g/kg,全钾含量为18.85g/kg,随着土壤深度的增加,土壤有机质含量减少,土壤全量养分呈现递减的趋势;(3)不同植被恢复措施涵养水源能力依次为刺槐侧柏混交林刺槐林侧柏林苹果林山杏林油松林;(4)不同植被恢复措施保育土壤能力依次为刺槐侧柏混交林油松林刺槐林侧柏林山杏林苹果林荒草地;(5)不同植被恢复措施下土壤涵养水源和保育土壤功能存在很大的差异,以刺槐侧柏混交林模式最佳,荒草地最差。     

黄土高原沟壑区小流域不同植被覆被对土壤性质的影响

为揭示不同植被覆盖对土壤性质的影响,运用野外调查和室内分析的方法对南小河沟流域不同植被覆盖土壤13种基本性质及土壤质量进行研究,结果发现:草地土壤物理结构在三种植被恢复土壤中为最佳。不同植被恢复土壤养分含量在剖面中均具有不等的表聚性,土壤有机质、全氮、矿质氮、速效钾和CEC在剖面中均表现为随土层加深而降低,pH随土层加深而增加,而全磷则无太大规律。在相同土层,不同植被恢复土壤表现不一。51 a的油松林地0-105 cm土层土壤质量均有明显提高,51 a的刺槐林地0-45 cm土层土壤质量有所改善,而45-105 cm土层土壤质量则有所退化。     

子午岭不同林地土壤有机碳及养分储量特征分析

采用野外调查、取样和室内实验分析相结合的方法,研究了黄土高原子午岭林区3种林地土壤有机碳和全量养分储量的分布特征及相关关系.结果表明:(1)研究区3种林地土壤有机碳含量为3.9^37.6g/kg,平均含量为13.02g/kg,辽东栎林地最高,其次为柴松林,人工油松林地最低;(2)土壤有机碳含量随深度增加而递减,其中柴松林地的垂直变化幅度最大,达88.86%.3种林分土壤碳密度差异显著,其各土层变化范围为1.063.67kg/m2,土壤碳密度亦随深度增加而减少.对于整个土层(0-90cm)而言,各林分土壤碳密度为9.3811.43kg/m2;(3)不同养分储量在3种林分之间表现的规律性及相关性不同.有机碳和各全量养分储量随土壤深度增加均呈减小趋势,有机碳和全氮表现尤其明显.     

黄土高原植被恢复对土壤肥力质量的影响研究

在野外调查分析的基础上,测定了沙棘、黄刺玫、油松以及草地和农田的土壤有机质和速效养分,采用新负极差法检验了有机质含量的差异性,结果表明:(1)黄土高原半湿润地区恢复植被能够显著提高土壤的有机质含量,且草地>沙棘>黄刺玫>油松;(2)植被恢复对土壤有机质的提高效益随深度增加而明显减小,土壤有机质有一定表聚性,草地和灌木林植被下更为显著;(3)不同植被类型土壤速效氮均有大幅度增加,土壤速效磷增幅较小;土壤速效钾在草地、黄刺玫植被下有少量增加,沙棘、油松林地却有所下降。     

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。     

不同造林模式下火烧迹地的土壤修复效果及植物多样性变化

以威海仙姑顶中度火烧迹地人工更新后的麻栎-樱花-刺槐混交林(MYC)、麻栎-黑松-五角枫混交林(MHW)、麻栎-黑松-黄栌混交林(MHH)和麻栎-黑松-臭椿混交林(MHC)为研究对象,对4种不同造林模式进行土壤的定量分析和物种多样性调查,以自然更新林地(CK)作为对照,对比分析不同造林模式对火烧迹地土壤修复效果以及林下植被更新状况。结果表明:(1)MHH在0-40 cm土层内土壤容重最小,土壤通气性能最佳,土壤持水状况最好,MHC次之,MYC最差,但均与CK存在显著差异(P<0.05);(2)MHH在0-40 cm土层内土壤有机碳、碳氮比(C/N)、全磷、全钾、速效钾含量均为最高,MHC在0-40 cm土层内全氮、速效磷含量最高,MYC和MHW的土壤有机碳、碳氮比(C/N)、全磷、全钾与CK无显著差异(P>0.05);(3)MHH的Margalef指数、Shannon-Wiener指数、Simpson指数以及Pielou指数均处于较高水平;(4)综合分析后得出,MHH对中度火烧迹地土壤修复效果最佳,林下植被更新速度最快,MHC次之。MYC和MHW对火烧迹地土壤物理性质改良明显,但在土壤养分和林下植物更新方面并无明显作用。     

黄土高原植被恢复过程中土壤微生物的演变特征

[目的]探究黄土高原植被恢复过程中土壤微生物的演变特征,为黄土高原生态恢复重建工作提供科学参考。[方法]以Web of Science数据库和CNKI数据库中的期刊论文为数据源,运用CiteSpace文献计量工具对黄土高原植被恢复过程中土壤微生物演变的研究概况及研究热点进行分析。[结果]2002—2018年黄土高原植被恢复过程中土壤微生物演变特征相关文献的发表数量随时间呈增长趋势;国内外研究热点主要围绕土壤微生物量、微生物群落结构以及酶活性展开,且对于微生物量的关注度比较高;在植被演替过程中,微生物生物量和酶活性总体增加,微生物群落从贫营养型向富营养型转变,土壤微生物群落结构和功能的进一步改善。不同植被类型对土壤生物质量改善效果不同,总体来说,混交林作用效果最好,刺槐和柠条纯林次之,荒草地和油松纯林最低。[结论]黄土高原植被恢复土壤微生物今后的研究应注重微生物关键种的识别、参与碳氮磷循环的功能微生物以及全球变化对微生物群落影响等方面。     

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。     

大伙房水库流域不同植被类型枯落物层和土壤层水文效应

为了研究大伙房水库流域森林生态系统枯落物层和土壤层水文效应,以流域内3种不同植被类型为研究对象,采用浸泡法、环刀法对其枯落物层和土壤层水文功能进行定量研究。结果表明:(1)3种植被类型枯落物蓄积量为23.20～39.11t/hm~2,表现为刺槐天然次生林油松人工林落叶松人工林,且阔叶林枯落物半分解层蓄积量大于未分解层,而针叶林则相反。(2)枯落物层最大持水量为50.24～109.19t/hm~2,有效拦蓄量为41.70～90.71t/hm~2,均表现为刺槐天然次生林油松人工林落叶松人工林,刺槐天然次生林枯落物层持水功能较好。(3)枯落物未分解层、半分解层分别在浸水10,8h基本达到饱和,持水量与浸水时间呈明显对数关系(R20.91);枯落物在浸水1h内吸水速率变化最大,4h左右吸水速率明显减缓,吸水速率与浸泡时间呈明显幂函数关系(R20.93)。(4)3种植被类型土壤容重均值变化范围为1.10～1.25g/cm~3,总孔隙度变化范围为27.96%～30.19%,土壤有效持水量变化范围为21.11～29.39t/hm~2,不同植被类型土壤层持水能力表现为刺槐天然次生林油松人工林落叶松人工林,土壤入渗速率与入渗时间呈明显幂函数关系(R20.90)。综合3种植被类型枯落物层及土壤层水文功能表明刺槐天然次生林的水源涵养功能较强,建议在该流域加强天然次生林的保护和恢复。     

水源涵养林林木耗水称重法试验研究

 为在水源涵养林林木培育中选择耗水量较低的树种,在北京密云水库水源涵养林集水区,采用小型蒸渗系统测定仪和TDR等仪器,用称重法研究了6个野外水源涵养林树种的耗水特性,对6个树种的日平均耗水进行了比较,对不同天气情况下各树种的耗水特性进行了比较。在正常水分条件下,各树种的日耗水量,从小到大依次为荆条(Vitexnegundovar.heterophylla)、油松(Pinustabulaeformis)、臭椿(Ailanthusaltissima)、侧柏(Platycladusorientalis)、杨树(Populussp)、刺槐(Robiniapseudoacacia);6年生荆条在7—9月份平均日耗水量为0.28kg,7年生油松在7—9月份平均日耗水量为0.57kg,3年生臭椿在7—9月份平均日耗水量为0.55kg,7年生侧柏在7—9月份平均日耗水量为0.7kg,3年生杨树在7—9月份平均日耗水量为0.77kg,5年生刺槐在7—9月份平均日耗水量为0.78kg。结果表明,荆条、臭椿和油松是耗水较少树种,适合在水源涵养林中应用。     

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。