黄土丘陵区不同退耕还林地土壤有机碳库差异分析

为揭示不同人工还林地影响土壤碳库储量、质量的效应及差异特征,探讨了黄土丘陵区不同退耕还林地土壤有机碳及其组分质量分数、密度及碳库管理指数(CMI)的变化情况。结果表明:退耕12a后,与坡耕地相比,不同还林地主要提高了0～40cm土层总有机碳质量分数,增幅总体为沙棘>刺槐>山杏>杨树>撂荒,且在0～10cm土层增幅最高(71.1%～156.9%),20～40cm土层增幅最低(23.5%～68.9%)。这也使不同还林地0～100cm土壤总有机碳密度均显著增加。0～100cm土层活性有机碳密度增幅为山杏、杨树(平均106.8%)>刺槐、沙棘(平均55.4%)>撂荒(9.9%),而非活性有机体碳密度增幅则为沙棘(43.0%)>刺槐、山杏、杨树(平均22.1%)>撂荒(14.2%),这与不同还林地影响各土层活性与非活性有机碳质量分数和分布差异大有关。与坡耕地相比,山杏、沙棘及刺槐使0～20cm土层CMI平均增加1.28倍,杨树和山杏则使20～100cm土层CMI增加1.20～2.49倍。综上所述,退耕还林具备提升土壤碳库及其质量的潜力,且短期内总体以沙棘提升碳库效果较佳,山杏改良碳库质量较好。     

黄土丘陵沟壑区退耕还林(草)区土壤水分-物理性质研究

以陕西省吴旗县柴沟流域为例研究了退耕还林(草)区不同土地利用类型的土壤水分-物理性质,结果表明:实施退耕还林(草)工程后,土壤水分-物理性质得到了明显改善,土壤自然含水率提高了48.0%,持水量是农田的1.55倍,孔隙度是农田的1.12倍,在不同程度上改善了土壤物理性质,提高了土壤保水、蓄水性能,改善了土壤结构。     

黄河下游引黄灌区弃土区不同土地利用方式改良土壤功能评价

[目的]探讨黄河下游引黄灌区弃土区不同土地利用方式对土壤改良的影响,为该区集中弃土区水土保持生态建设中植被恢复模式的构建提供科学依据和技术参考。[方法]以山东省滨州市小开河引黄灌区的刺槐纯林、杨树+花生农林间作和大豆农田为研究对象,测定分析不同土地利用方式下的土壤抗侵蚀能力、土壤蓄水性能及土壤养分含量等指标。采用模糊数学隶属函数法对3种土地利用方式的改良土壤功能进行综合评价。[结果]3种土地利用方式可显著增强土壤抗蚀性、改善土壤物理结构、增强土壤蓄水性能和土壤养分。土壤抗蚀能力依次表现为:杨树+花生农林间作大豆农田刺槐纯林裸地。大豆农田改善土壤物理性状能力优于刺槐纯林和农林间作;土壤蓄水能力表现为:大豆农田刺槐纯林农林间作裸地;在增强土壤渗透、减少地表径流方面,农林间作最好,刺槐纯林次之,大豆农田最差。土壤有机质、速效氮和速效磷含量均表现为:大豆农田农林间作刺槐纯林裸地,而土壤速效钾含量表现为:刺槐纯林大豆农田农林间作裸地。[结论]引黄灌区弃土区改良土壤功能强弱综合评价为:大豆农田杨树+花生农林间作刺槐纯林。建议在该区域水土流失治理的土地利用方式选择上优先采用大豆农田,其次为农林间作。     

鲁中片麻岩低山丘陵针阔混交林蓄水保土效益研究

以山东省莱芜市雪野镇通天河小流域2003年3月营造的6种针阔混交林为研究对象,2013年10月采用样收获法测定枯落物蓄积量和灌草生物量,烘干法和环刀浸水法测定土壤物理性状和土壤水文效应,单环定量加水法测定土壤入渗速率,标尺法测定土壤侵蚀量,研究不同针阔混交林的蓄水保土效益。结果表明:(1)林下灌草盖度与生物量随林分郁闭度的增加而减少,而枯落物层蓄积量随林分郁闭度的增加而增加。(2)黑松刺槐混交林和侧柏刺槐混交林的土壤物理性状与土壤养分改良效果最好。(3)土壤蓄水性能以黑松刺槐混交林、侧柏刺槐混交林最好,其土壤渗透性能也较好。(4)减蚀量以黑松刺槐混交林、侧柏刺槐混交林最大。6种针阔混交林的蓄水保土效益以黑松刺槐混交林、侧柏刺槐混交林最大,黑松五角枫混交林、侧柏五角枫混交林、黑松麻栎混交林次之,侧柏麻栎混交林较差。     

黄土丘陵区不同退耕还林地土壤颗粒结合态碳库分异特征

为揭示黄土丘陵区不同退耕还林土壤有机碳库差异及变化机制,比较分析了15 a生刺槐、山杏、杨树、沙棘、柠条5种退耕还林地土壤砂粒(≥53~2000μm)、粉粒(≥2~53μm)、黏粒(2μm)结合碳的质量分数与分布变化状况。结果表明,与坡耕地比较,不同退耕林地从表层0~10cm到40~60 cm土层土壤总有机碳质量分数增加了1.0~1.9 g/kg,砂粒碳、粉粒碳、黏粒碳质量分数分别增加了0.5~0.1、1.0~0.6、0.4~0.3 g/kg。同时,各林地0~20 cm土层土壤总有机碳和粉粒碳密度差异为杨树=柠条沙棘山杏刺槐,两种碳库增幅分别为2.4~5.8和1.2~3.5 Mg/hm2;但不同林地该土层黏粒碳和砂粒碳基本无显著差异,平均增幅分别为0.7和0.9 Mg/hm2。土层深度为0~60 cm时,土壤总有机碳、粉粒碳、黏粒碳密度均表现为沙棘=杨树=柠条山杏=刺槐,3种碳库增幅分别7.1~12.1、3.8~6.8、1.8~3.2 Mg/hm2;该土层砂粒碳密度在不同林地间仍无显著差异,平均提高了1.5 Mg/hm2。不同林地土壤颗粒碳组分占全有机碳比例均以粉粒碳最高(56.8%)、黏粒碳次之(29.3%),砂粒碳最低(13.8%)。综上,不同退耕林地均以粉粒碳为土壤碳库变化和累积的主要形式,但以刺槐和山杏林提升退耕土壤总有机碳及颗粒碳组分库效应最明显,可作为该区域优选的退耕还林生态固碳技术。     

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。     

退耕还林还草工程的土壤保持效益及其生态经济价值评估--以固原市原州区为例

退耕还林还草工程的土壤保持效益可以看作是由农田生态系统转变为林草生态系统土壤保持服务功能的增加量。参考国内外关于生态系统服务功能中土壤保持功能的评价方法,采用市场价值法、机会成本法、影子工程法、恢复费用法对固原市原州区退耕还林还草工程土壤保持经济价值进行了估算。退耕还林还草工程的年土壤保持总价值为8634．39万元,其中减少养分损失价值为8148．62万元,减少土地废弃价值为19．43万元,减轻泥沙淤积灾害价值为466．35万元。     

南方红壤丘陵区退耕还林还草工程土壤保持效应评估

以南方红壤丘陵区为研究对象，应用修正通用土壤流失方程，根据2000年、2005年、2010年、2015年土地利用数据，识别出了近15年南方红壤丘陵区退耕还林还草的空间范围，并估算了退耕还林还草实际发生区的土壤保持效应。结果表明，2000—2015年，南方红壤丘陵区退耕还林还草面积约2 052.61 km²。期间土壤保持量增加9.18×10⁸ t，单位面积土壤保持量变化量为447 327.54 t/km²，土壤保持效应整体显著提升，但仍有部分区域出现负效益。此外，对提升土壤保持功能而言，将裸地转换为林地是效果最显著的土地利用变化方式。退耕还林还草的实施提高了区域的土壤保持功能。研究结果对南方红壤丘陵区退耕还林还草工程的实施及管理具有指导意义。     

塔里木河中下游退耕还林还草综合生态效益评价研究

以恢复生态学为理论指导,区域可持续发展为目的,根据塔里木河中下游退耕还林还草的现状,建立退耕还林还草综合生态效益的评价指标体系和评价模型,应用层次分析法(AHP)原理推测塔里木河中下游生态林、经济林、牧草等3种退耕还林还草类型的综合生态效益指数,并与农田生态系统进行了对比研究。研究结果表明生态林、经济林、牧草等退耕还林还草类型的生态效益均大于农田生态系统。其生态效益指数排序为:经济林>生态林>牧草>农田。这一研究结果将为塔里木河中下游退耕还林还草工程规划、布局等经营方式提供理论依据。     

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。     

山东砂石山区不同林分类型土壤的蓄水效益

以山东省临朐县辛庄水土保持试验站营造的5种林分为研究对象,研究不同林分类型土壤蓄水效益。结果表明:刺槐、五角枫、黄连木等阔叶树种林分的枯落物多,枯落物腐烂分解后改善土壤理化性状良好,增加了土壤蓄水量,3种阔叶树种林分与对照(各林分类型附近立地条件相同的荒坡)相比增加的土壤饱和贮水量以刺槐林的最大(为549.8 m3/hm2),其次是五角枫林(为416.9 m3/hm2)和黄连木(为392.3 m3/hm2);而黑松、侧柏等针叶树种林分相应地增加土壤饱和贮水量较少,分别仅为257.9和223.7 m3/hm2。通过对枯落物已分解层蓄积量与0～20 cm土壤理化性状的相关分析表明,不同林分类型的枯落物已分解层蓄积量与土壤有机质质量分数、土壤非毛管孔隙度呈极显著相关性,与土壤密度、土壤总孔隙度呈显著相关性,与土壤毛管孔隙度相关但不显著。计算结果显示,5种林分类型的土壤蓄水效益表现为刺槐林>五角枫林>黄连木林>黑松林>侧柏林。     

苏北山丘区典型性次生林下土壤蓄水能力分析

次生林下土壤蓄水能力作为水源林生态系统的重要组成部分,是发挥森林水文生态功能的主体之一。研究采用“每木调查法”,以苏北山丘区现存的赤松林、黑松林、侧柏林、栎类林、杂木林、刺槐林6种典型次生林作为主要对象,通过对林下植被土壤各个层面水文特性的研究,比较分析其林下土壤的蓄水能力。结果表明:6种次生林下土壤蓄水能力范围为280.8 ～451.2 t/hm²,各次生林下土壤的蓄水能力与土壤容重呈负相关,与土壤毛管孔隙度呈正相关,其蓄水能力的大小顺序为:刺槐林>栎类林>杂木林>侧柏林>赤松林>黑松林。     

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.     

河北省太行山区3种人工水土保持林枯落物及土壤水文效应

[目的]揭示人工水土保持林林下枯落物以及土壤持水特征,为太行山区水土保持林的建造和规划提供理论依据。[方法]运用烘干法,室内浸泡法,环刀法等得出不同林分林下枯落物蓄积量、持水量、吸水速率、最大持水能力和拦蓄量,比较了不同林分枯落物和土壤的持水能力。[结果]枯落物总储量范围为9.96~19.19t/hm2,表现为栓皮栎林总储量最大,荒坡总储量最小。枯落物最大持水量变化范围为23.76~66.72t/hm2,栓皮栎—侧柏混交林最大,荒坡最小。栓皮栎—侧柏混交林有效拦蓄量可达51.50t/hm2,在各林分中最大;荒坡有效拦蓄量为19.55t/hm2,在各林分中最小。枯落物持水量、吸水速率均与浸泡时间呈相关关系,前者为对数关系(R0.97),后者为幂函数关系(R0.98)。各林分土壤容重均值介于1.14~1.55g/cm3,总孔隙度介于38.62%~43.76%。各林分土壤有效持水量表现为:刺槐林栓皮栎—侧柏混交林栓皮栎林荒坡,其中刺槐林最大(为106.85t/hm2),荒坡最小(为89.37t/hm2)。[结论]水土保持林持水能力远大于荒坡。     

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。     

土壤-刺槐系统水流阻力对水分胁迫的响应

为探究土壤-刺槐系统水流阻力对水分胁迫的响应情况,通过盆栽试验方法设置8个水分梯度(田间持水量的30%～100%),研究了两年生刺槐在生长季内的蒸腾速率、根水势、叶水势及土壤-刺槐系统水流阻力等的变化。结果表明:(1)刺槐蒸腾速率、根水势及叶水势随水分含量的增加表现出先增大后保持稳定的趋势。蒸腾速率在30%～70%的田间持水量范围随水分含量的增加而迅速增大,根、叶水势在30%～50%的田间持水量范围增长最快,此后基本稳定;(2)土壤阻力、根系总阻力、植物传导阻力及叶-气阻力均随水分含量的增加而减小,均在30%～50%的田间持水量范围减小最快,其在生长季内大小为7月>10月>8月>9月;(3)土壤-刺槐系统总阻力的变化趋势与叶-气阻力相近,是由于叶-气阻力占总阻力的96.0%以上,并对总阻力的调节起主导作用。根据我们的研究结果推测刺槐在大于50%田间持水量范围,可保持健康、可持续生长。     

不同类型水源保护林水资源保护功能的分析和评价

针对北京市密云县密云水库上游清水河流域现有水源保护林类型现状,对油松林、刺槐林、板栗林及混交林4个林分类型的截留降雨、枯枝落叶容纳雨量、林地土壤蓄水、减少地表径流及净化水质能力进行了分析、比较和评价。结果表明,在最小消耗水资源和有利于水资源积累的前提下,水源保护林中的油松水资源消耗较少,混交林次之,刺槐林、板栗林最多。因此建议水源保护林营造应加大耗水能力小和净化水质的树种比例。     

陕北黄土区人工刺槐林地土壤水势特征

为了研究黄土区人工林地土壤水分特征曲线及土壤水势特征,以陕北黄土区人工刺槐林地为研究对象,利用中子水分仪和中国科学院地理科学与资源研究所设计的负压计,对其2015年4月1日—2015年10月31日0—200cm土层的土壤含水量和土壤水势进行了连续观测,并运用灰关联法分析了表层(0—40cm)、中层(50—120cm)、深层(130—200cm)及4—10月土壤水势灰关联度。结果表明:(1)陕北黄土区人工刺槐林地各土层土壤水分特征曲线可用Gardner模型幂函数方程θ=aS-b进行拟合,拟合参数a值大小为表层土壤(0.103 8)中层土壤(0.094 4)深层土壤(0.086 0);b值大小为表层土壤(0.284)中层土壤(0.291)深层土壤(0.298)。(2)通过土壤水分特征曲线求得人工刺槐林地土壤水分常数,田间持水量和凋萎系数的平均值分别为25.53%和8.42%,最大有效水范围平均达17.11%。通常用土壤水吸力为0.1 MPa时,比水容量值来表征土壤供水能力,人工刺槐林地该值的大小表现为表层土壤(56.73%)中层土壤(53.74%)深层土壤(50.84%)。(3)人工刺槐林地土壤水势垂直空间分布表现为表层土壤水势从-0.21 MPa逐层增加到-0.08 MPa,中层土壤水势动态波动较大,整体呈下降趋势,深层土壤水势稳定在-1.14 MPa附近。灰关联度分析得出R12(0.899 8)R23(0.711 5)R13(0.702 8),人工刺槐林地土壤水势表层与中层关系较为密切,深层与中层关系次之,表层与深层关系最差。(4)人工刺槐林地0—200cm土层土壤水势,4—6月呈下降趋势,7—8月显著上升,9—10月再次下降。从各月土壤水势灰关联度来看,R_(10)(0.868 9)R_(05)(0.806 7)R_(09)(0.780 4)R_(07)(0.676 3)R_(06)(0.654 8)R_(08)(0.611 4),人工刺槐林地土壤水势10月,5月,9月变化态势与4月关联度较高;土壤水势7月,6月,8月与4月关联度较差。     

等高反坡阶措施对滇中红壤坡耕地土壤贮水量的影响

为探讨布设等高反坡阶后土壤水分驱动特征,揭示其水源涵养能力,以滇中昆明市北郊松华坝迤者小流域为研究区,采用野外监测与室内测试分析相结合的方法,分析了2017年5月1日-2018年4月30日期间不同土层深度（0-100 cm）土壤贮水量时空变化特征及其与其他物理性质的关系。结果表明:（1）试验期间雨季和旱季降雨量分别为528.5,41.5 mm,占试验年降雨量的92.7%,7.3%,I₃₀（最大30分钟雨强）与降雨量的整体变化趋势一致;（2）布设等高反坡阶后,各土层平均土壤贮水量较原状坡耕地在雨季和旱季分别增加9.6%~13.5%,10.0%~23.9%;（3）布设等高反坡阶后坡耕地土壤贮水量变异系数明显减小（p<0.05）,各土层深度下土壤贮水量变异系数的大小为:20 cm > 40 cm > 60 cm > 80 cm > 100 cm;（4）土壤贮水量随土层深度的增加明显减弱,布设等高反坡阶对坡耕地土壤贮水量的影响表现为40 cm > 20 cm > 60 cm > 80 cm > 100 cm;（5）等高反坡阶处理和不同土层深度交互作用对土壤贮水量的影响显著,修正模型平方和达到48 149.124。综上,等高反坡阶处理对坡耕地土壤的贮水能力具有明显的提高作用,对坡耕地地表径流拦蓄、增加水分入渗和减少土壤流失改善作用显著。     

晋西黄土残塬沟壑区不同植被类型土壤水分动态研究

采用时域反射仪（TDR）于2005年在晋西蔡家川流域对刺槐、油松等8植被类型样地进行了土壤水分动态研究,研究结果表明:在2005年,0~200 cm土壤水分含量平均值变化过程除农地外,不同地类土壤水分变化特征差异性小,研究期内土壤水分日平均值按从大到小排列顺序为:农地、侧柏、次生林、油松、果园、刺槐×油松、刺槐×侧柏、草地、刺槐;在季节变化中,可将其分为三个时段:土壤水分消退期、土壤水分稳定期、土壤水分积累期。人工林与果园、农地、草地、次生林相比土壤水分调节作用较强;在日尺度上各样地土壤水分受降雨量及降雨分布影响。在样地土壤水分剖面垂直变化上土壤的剖面结构分为土壤水分弱利用层、土壤水分利用层、土壤水分调节层;农地、次生林、油松、侧柏、侧柏×刺槐、草地、果园土壤水分含量随深度变化趋势属于增长型;刺槐、刺槐×油松属于减少型。