半干旱区人工固沙灌丛发育过程土壤水分及水量平衡研究

在野外条件下测定了不同林龄小叶锦鸡儿人工固沙灌丛区生长季节土壤水分动态和蒸散量变化。结果表明:不同林龄灌丛区土壤水分状态和蒸散量存在明显差异,土壤水分含量随着植被林龄增加而降低,16年生、19年生灌丛区土壤含水量随着深度增加呈下降趋势,在70cm深度产生低含水区,土壤转变为非淋溶性土壤;生长季土壤水分受降水和植被双重影响,在6月期间含水量最低;生长季节蒸散量随着植被林龄增加而增大,以19年生灌丛区最高,所有灌丛区生长季节蒸散量均低于同期降水量,占同期降水量的95%以上。流动沙丘生长季节土壤水分含量高于灌丛区,蒸散量低于灌丛区。     

涪江流域丘陵区不同植被类型水源涵养功能

采用野外调查和水浸法,研究涪江流域丘陵地区5种典型植被系统的雨水截留能力、凋落物蓄积量和持水能力、土壤物理特性、蓄水能力和渗透性能,并基于坐标综合评定法对不同植被类型的水源涵养和保土功能进行综合评价。各植被类型降雨截留量、凋落物蓄积量和持水量均以阔叶灌丛最高,草地最低,阔叶灌丛的平均截留量、凋落物蓄积量和持水量分别为草地的4.9,2.9,1.8倍。不同植被类型的土壤容重和孔隙度差异较大,容重表现为草地>针叶林>针阔混交林>常绿阔叶林>阔叶灌丛;总孔隙度为阔叶灌丛>常绿阔叶林>针阔混交林>针叶林>草地。土壤渗透速率和贮水能力随土壤深度增加而降低,以阔叶灌丛最高,其次为常绿阔叶林、针阔混交林、针叶林,草地贮水能力最弱。5种植被类型水源涵养能力依次为阔叶灌丛>常绿阔叶林>针阔混交林>针叶林>草地,阔叶灌丛明显优于其他植被类型。     

坡面径流侵蚀产沙机理试验研究

利用野外模拟降雨试验,分析不同植被条件覆盖下坡面降雨入渗产流和侵蚀产沙过程特征及其互作关系,阐明不同植被类型对坡面降雨侵蚀产沙过程的调控机理及其差异。结果表明：荒地、草地和坡耕地坡面产流产沙过程线均较林地的强烈,呈现出多峰多谷的特点,产沙过程较产流过程波动更为剧烈;坡面累计产沙量随累计径流量增加呈幂函数显著递增趋势,坡面侵蚀产沙过程表现为发育期、活跃期和稳定期3个阶段。在水沙调控方式上,林地主要通过植被根系削减侵蚀动力、增加入渗、削减径流及减缓流速等途径实现水沙调控,具有蓄水减沙的水土保持功效;草地植被主要通过地表植被冠层拦截实现水沙调控,具有直接拦沙的水土保持功效;植被空间结构对水沙调控作用有明显差异,其中植被根系的存在对发挥植被水土保持作用至关重要。     

黄土高塬沟壑区两种乔木林土壤水分平衡的模拟

为了了解黄土高塬沟壑区不同乔木林的耗水规律,利用长期定位试验资料和Hydrus-1D模型详细研究了两种乔木林(侧柏林,刺槐林)的土壤水分动态变化及水量平衡各要素的差异。结果表明:结合优化的水力参数,Hydrus-1D模型能准确地模拟两种乔木林地土壤水分动态,模拟值与实测值均方根误差在0.018~0.029cm3/cm3之间,相对平均绝对误差在9.8%~12.5%之间;水分平衡各要素受气候和植物类型影响,蒸散量是水平衡中的主要支出项,侧柏林蒸散量占同期降水量的83.4%~108.4%,刺槐林蒸散量占同期降水量的75.9%~96.2%,生长季内刺槐林土壤储水量始终大于侧柏林。     

基于水文模型的流域蒸散发规律

基于双源蒸散发模型与栅格产汇流模型,该文构建了分布式流域水文模型,在老哈河上游的甸子流域模拟了蒸散量的时空变化过程。研究结果表明：相比蒸发皿观测数据计算的蒸散发能力,双源模型计算实际蒸散量作为水文模型的驱动因子更具优势,其能够有效地模拟流域尺度实际蒸散量的变化过程;不同植被类型的截留蒸发、植物蒸腾、蒸散量过程都呈单峰形式,夏季达到最大值,高大植被的植被蒸腾量和生产性蒸发比例显著高于低矮植被;不同植被条件下的土壤散发变化规律不一致,高大植被在5月达到峰值,低矮植被则在6月或7月达到峰值。     

不同植被类型人工绿地土壤饱和导水能力、持水特征的比较

营造人工绿地是建设海绵城市的重要措施之一。人工绿地的蓄水消洪功能主要受土壤的入渗和保水能力影响且往往因植被类型不同而不同。以贵阳市花溪区城镇绿化带的乔木林、灌木林、草地3类典型人工绿地为研究对象,测定雨季和旱季0 ~ 10 cm、10 ~ 20 cm、20 ~ 30 cm土层的饱和导水率及其体积含水量,通过比较和分析不同植被绿地土壤入渗和保水特征,评价三种人工绿地蓄水消洪能力。结果表明:土壤饱和导水率以乔木绿地最大、灌木绿地居中、草地绿地最小,不过灌木和草本绿地差异较小;影响饱和导水率的主要因素是土壤容重、总孔隙度、毛管孔隙度以及砂砾含量。土壤体积含水量在雨季以乔木绿地最高、草地次之、灌木绿地最小,旱季以灌木绿地最高、草地次之、乔木绿地最小;雨季植被耗水以乔木最多,但受其冠层遮阴影响,地面水分蒸发相对较少;旱季各类型绿地土壤水分消耗速率差异不大,相比较而言草本植物水分消耗更少。综上所述,灌木绿地土壤保水能力强、旱季水分蒸发速率较小,乔木绿地土壤持水能力强、雨后保蓄水分多,因此,从保水、蓄水和耗水角度考虑,营造城市人工绿地应优先选择乔木和灌木植被并且采取针对性的保护措施,使之尽快发挥作用。     

极端干旱区不同水分条件下胡杨林生态耗水特征

以极端干旱区胡杨林为研究对象,探究不同水分条件下胡杨林土壤水分运动规律和胡杨生态耗水特征。结果表明:HYDRUS-1D模型对极端干旱区胡杨林土壤水分运动和蒸散发过程具有良好的模拟效果。不同水分条件下胡杨林土壤水分运动特征和生态耗水变化差异明显。随着下垫面水分条件趋于湿润,土壤水分含量和湿润锋入渗深度均出现增加,入渗深度分别达到100,120,150cm。下垫面水分条件改变导致土壤水分存蓄情况发生变化。下垫面水分补给增加的同时胡杨林蒸散发呈明显增加,其中植被蒸腾增加显著。随着水分条件逐渐湿润植被蒸腾占总蒸散比例由55%升至65%。研究显示,随着下垫面水分条件逐渐湿润,极端干旱区胡杨林生态耗水量逐渐增加,其中植物蒸腾消耗是造成水分耗散增加的主要原因。     

植被覆盖对砒砂岩地区边坡侵蚀的减流减沙效益

为研究植被覆盖对砒砂岩地区自然边坡坡面侵蚀产流产沙规律的影响,阐明植被覆盖的减流减沙效益,在内蒙古鄂尔多斯市准格尔旗的西召沟内选取坡度在10°左右的裸地、草地、柠条、沙棘和油松5种植被覆盖类型的砒砂岩自然边坡,在冲刷流量为200L/h时分别对各植被覆盖边坡进行野外实地放水冲刷试验,对不同植被覆盖类型的砒砂岩自然边坡坡面侵蚀的减流减沙效益进行了研究。结果表明:植被覆盖可明显增加砒砂岩自然边坡水流冲刷的稳定性。不同植被覆盖类型的砒砂岩自然边坡坡面径流强度大小排序为裸地油松草地柠条沙棘;产沙强度大小排序为裸地草地柠条油松沙棘。相对于草地、柠条和油松覆盖的坡面,沙棘覆盖的砒砂岩自然边坡减流和减沙效益均最大。     

祁连山东段不同植被下土壤养分状况研究

通过分析祁连山东段天祝县地区5种植被类型（丛生禾草草地、银露梅灌丛、青海云杉林、青海云杉-白桦混交林和白桦林）覆盖下土壤碳、氮、磷含量的变化情况,研究了不同植被对土壤养分的影响。结果表明:植被对土壤养分具有表聚效应,不同植被覆盖下的土壤0-20 cm土层养分含量显著高于20-40 cm土层（p<0.05）,乔木林的表聚效应强于灌丛和草地。随上覆植被从草本植物到灌木再到乔木的变化,土壤有机碳、全氮、铵态氮和速效磷等养分均呈现出逐渐增加的趋势（p<0.05）;硝态氮含量变化情况为白桦林>银露梅灌丛>青海云杉林>青海云杉-白桦混交林>丛生禾草草地,土壤全磷除白桦林下较高外,其他4种植被之间都无显著差异（p>0.05）。青海云杉-白桦混交林维持土壤养分平衡的能力强于其他4种植被。     

基于SEBAL模型评估干旱半干旱区人工灌丛植被对陆表蒸散的影响

评估人工灌丛植被重建对干旱半干旱区陆地生态系统蒸散的影响,不仅能揭示植被变化与水文过程的耦合机理,又可为区域生态治理与水资源管理提供科学指导。该研究利用Landsat-8OLI/TIR遥感影像及气象数据等驱动SEBAL模型,反演宁夏盐池县的年内不同日期的陆表蒸散,结合目视解译选取的人工灌丛区与对照草地,评估了人工灌丛植被对陆表蒸散的影响。结果表明:1)SEBAL模型的蒸散反演精度与站点观测结果较为一致,可用于干旱半干旱区蒸散反演及空间特征研究;2)盐池县人工灌丛植被区日平均蒸散为1.20mm/d,高于对照草地1.17mm/d的日平均蒸散量,即干旱半干旱区人工种植灌木林增加了生态系统水分消耗,但不同季节和不同生物地理条件下的蒸散增强作用存在差异,蒸散增强在8月份最大,而3、4月份呈现负效应;3)人工灌丛的密度越大、植被盖度越高,对陆表蒸散的增强作用越强,特别在NDVI0.4的高盖度情况下蒸散增强作用更加明显。由此可知,在水资源紧缺的干旱半干旱区开展以灌木树种为主的植被重建需在合理的生态水文阈值范围内开展,才能构建出稳定可持续的人工生态系统。     

黄土丘陵区天然和人工植被类型对土壤理化性质的影响

不同植被类型对黄土高原土壤质量的改善作用存在较大差异。研究天然和人工植被类型对土壤性状的影响差异对于深入认识黄土高原植被恢复与土壤环境演化的关系,准确评价不同植被恢复模式生态环境效益具有重要意义。该研究以黄土丘陵区燕沟流域为例,选择研究区广泛分布的11种天然和人工植被类型为研究对象,系统分析了该区天然和人工植被类型对土壤性状的影响。结果表明:天然和人工植被类型对土壤性状的影响差异明显。200cm土层土壤含水率大小为农田>天然草地>人工乔木林地>果园>人工灌木林地>天然灌木林地。与农田相比,天然灌木林地和天然草地土壤体积质量降低最为明显,人工乔木林地、人工灌木林地和果园土壤体积质量下降差别不明显。天然灌木林地、天然草地和人工灌木林地土壤有机质、全氮都有明显提高,人工乔木林地和果园土壤有机质和全氮提高不明显。不同植被类型土壤有机质、全氮总体随土层加深呈下降趋势,农田、果园和人工乔木林地土壤有机质和全氮垂直变化较小,而天然灌木林地、天然草地和人工灌木林地变化较大。不同植被类型土壤全磷含量差异较小,且垂直变化不明显。总体看来,天然植被类型对该区土壤性状改善作用优于人工植被类型,而人工灌木林的改善作用优于人工乔木林。     

乌江流域土地利用变化的自然因子

自然因素是引起典型山地流域土地利用变化的主要原因,乌江流域作为典型山地流域,明确各自然因子在乌江流域土地利用类型转变中的贡献率,找到关键性驱动因子,从而为合理调整土地利用布局提供借鉴作用。以乌江流域为研究对象,基于时空性和整体性,采用2000年、2010年和2020年三期土地利用数据,综合各自然要素,利用增强回归树模型来分析土地利用变化的自然因子。结果表明:(1)2000—2020年乌江流域土地利用类型变化表现在,林地、灌木地、水体和人造地表面积比重明显增加,耕地、湿地面积显著减少,草地面积变化呈稳定趋势。(2)2000年和2020年对比发现乌江流域中部水体面积扩大,北部林地面积有所增加,东部耕地面积大幅度缩减。草地和灌木地空间变化不明显,呈嵌入式分布。人造地表以东南、西南、东北和西北部增加最为明显。(3)从贡献率方面考虑,降水对草地变化的贡献率最大,坡度对耕地的影响最大,植被类型对林地影响最大,影响湿地最大的自然驱动因子是坡度,气温是制约灌木地发展的最大自然因子,土壤类型对水体变化的贡献率最大,坡度是人造地表变化最大的自然驱动因子。草地变化的特征因子主要是降水、植被类型和气温; 耕地变化特征因子分别是坡度、高程和气温; 林地变化的特征因子是植被类型、高程和气温; 湿地变化的特征因子是坡度; 灌木地变化的特征因子是气温、土壤类型和植被类型; 水体变化的特征因子是土壤类型和植被类型; 人造地表变化的特征因子是坡度和植被类型。     

托木尔峰自然保护区台兰河上游不同植被类型的水源涵养功能

为了研究托木尔峰自然保护区生态系统的水源涵养功能,选择台兰河上游为研究区域,采用野外观察与室内试验相结合的方法,分别对该区域具有代表性的雪岭云杉林、灌木林、草地植被,从林冠层、枯枝落叶层和土壤层3个层次及综合性的水源涵养能力进行了定量分析。结果表明:研究区云杉林林冠截留能力优于灌木林,穿透降雨量及林冠截留量平均值均大于灌木林。除草地外,各样地枯枝落叶未分解层平均厚度均大于半分解层,云杉林枯枝落叶层的厚度和蓄积量明显大于灌木林,不同植被类型枯枝落叶半分解层的自然持水率、最大持水率均高于未分解层,云杉林枯枝落叶层自然持水率、最大持水率均高于灌木林,灌木林和云杉林的枯枝落叶未分解层有效拦蓄量均高于半分解层。不同植被类型平均土壤容重大小表现为草地灌木林云杉林,土壤孔隙度的平均值大小则与之相反;不同植被类型的土壤自然含水率、饱和含水量及非毛管持水量均表现为云杉林灌木林草地,而不同植被类型30cm深土层的蓄水能力变化则存在差异。研究区不同植被类型的水源涵养能力在181.06~237.63mm,综合、有效水源涵养能力均表现为云杉林灌木林草地,其中土壤层的涵养贡献率最大,总有效蓄水量远小于总持水量。综上所述,台兰河上游云杉林和灌木林具有较好的涵养水源能力,放牧强度和人为干扰是影响研究区不同植被类型尤其是生境脆弱的草地植被水源涵养功能的重要因素。     

模拟降雨下林下覆被结构对产流产沙过程的影响

植被具有良好的水土保持效益,深入了解覆被结构特征与产流产沙关系是研究植被防蚀功能的基础。以鄂中地区典型森林植被为对象,通过人工模拟降雨试验研究5种覆被结构(灌木、草本、枯落物、灌木+草本、灌木+草本+枯落物)和侵蚀性降雨(60,90,120 mm/h)对坡面侵蚀产沙过程的影响。结果表明:(1)坡面产流率、产沙率随降雨时间先迅速增大,后缓慢增大,最后达到稳定趋势。降雨强度是坡面侵蚀产沙的主导因素,与产流时间、产流率和产沙率呈显著正相关关系(p＜0.01)。(2)在有/无枯落物存在的情况下,植被覆盖度、植株密度分别是坡面产流产沙的主要影响因素。径流含沙量在不同覆被结构覆盖下表现为:草本＞灌木＞枯落物＞灌木+草本＞灌草枯。(3)结构特征参数对产流产沙影响的优先等级为覆盖度、生物量、植株密度、多样性指标,即水平结构＞竖直结构＞物种组成＞空间格局。研究结果旨在揭示覆被结构对坡面侵蚀产沙的作用机理,为南方林地土壤侵蚀模型的构建提供科学参考。     

浑河上游河岸带土壤微生物数量及酶活性特征

为了研究浑河上游河岸带土壤质量现状,采用实地调查与实验室分析相结合的方式,测定了其天然灌木草地、次生林、人工松林和玉米地的土壤微生物数量和酶活性特征。结果表明,土壤微生物数量呈现出在天然灌木草地和次生林中最多,人工松林次之,玉米地最少的趋势;细菌在土壤微生物类群中占绝对优势,比例为99.87%~99.94%;土壤蔗糖酶、脲酶、磷酸酶、多酚氧化酶、过氧化氢酶活性变化范围分别为12.95~76.43,0.35~1.80,1.32~6.39,0.35~1.61 mg/(g·d)及0.93~3.27 ml/(g·20 min);5种土壤酶活性呈现出在天然灌木草地和次生林中最多,人工松林次之,玉米地最少的趋势;相关性分析中,细菌数量与5种酶活性显著正相关,放线菌数量与除了过氧化氢酶之外的其他4种酶活性显著正相关,真菌和蔗糖酶、磷酸酶和多酚氧化酶活性显著正相关。4种植被河岸带中,天然灌木草地和次生林具有最高的微生物数量和土壤酶活性,土壤质量高,是很好的河岸带形式。     

山地森林-干旱河谷交错带不同植被枯落物水文效益研究

对岷江上游山地森林-干旱河谷交错带的6种植被类型枯落物的水源调蓄功能及特征进行了研究,结果表明:6种植被类型按枯落物贮量大小排序为青冈次生林(46.20 t/hm2)>杨柳阔叶林(23.46 t/hm2)>针阔混交林(20.51t/hm2)>岷江柏幼林(16.02 t/hm2)>次生灌丛(11.17 t/hm2)>荒草坡(9.23 t/hm2),按枯落物层最大持水量、最大拦蓄量和有效拦蓄量大小排序均是青冈次生林>杨柳阔叶林>针阔混交林>岷江柏幼林>次生灌丛>荒草坡;在整个持水过程中,前2 h内各林分枯落物层吸水作用较强。     

喀斯特槽谷区不同林草恢复模式下土壤入渗特征

为研究不同林草恢复模式对喀斯特槽谷区坡面的水土保持效应,采用野外调查和室内分析相结合的方法,对比分析了喀斯特槽谷区顺、逆向坡面不同林草模式(林地、花椒地、灌草地)下的土壤理化性质和入渗特征。结果表明:(1)顺、逆向坡面下林地容重最小,孔隙度最好,含水率和有机质含量最高,其次是花椒地和灌草地;顺向坡土壤有机质含量显著高于逆向坡(P<0.05),但其他理化指标间差异不显著(P>0.05)。(2)顺、逆向坡面下花椒地入渗曲线较陡峭,而林地、灌草地相对较缓;灌草地入渗率最先趋于稳定(20min左右),而花椒地和林地入渗率在30min左右开始缓慢下降,直到75min以后渐渐趋于稳定;各林草恢复模式下土壤入渗能力均为林地>花椒地>灌草地(P<0.05)。(3)入渗模型中,Horton模型拟合效果最好(R2>0.712),模拟稳定入渗率与实测值间的回归方程决定系数R2高达0.9789。(4)研究区土壤稳定入渗率与总孔隙度、非毛管孔隙度、饱和含水量及pH均呈正相关,而与有机质呈负相关,其中总孔隙度对土壤入渗性能影响最大,有机质影响最小;利用上述指标建立的多元线性回归方程可精确预测土壤稳定入渗率。研究结果可为喀斯特槽谷区坡面植被恢复选择及土壤入渗性能评估提供理论参考。     

夏尔希里自然保护区典型植被土壤水源涵养功能探究

为了探究夏尔希里自然保护区不同植被类型土壤水源涵养功能特征,在保护区内选取具有代表性的草地、灌木、森林样地共13个,以不同植被类型的土壤为试验材料,采用野外调查与室内试验相结合的方法,分别对保护区内的草地区、灌木区、森林区的土壤水源涵养能力进行定量分析。结果表明:(1)随着土层深度的增加,研究区草地土壤容重逐渐增大,在土壤层0-10 cm处出现最小值为0.69 g/cm^3。草地土壤持水能力和蓄水能力变化规律一致,均表现为0-10 cm>10-20 cm>20-30 cm。(2)随着土层深度的增加,灌木土壤容重变化差异较大,变化范围为0.98~1.63 g/cm^3,最小值出现在土壤层0-10 cm处。各水源涵养能力指标含量在不同的土层深度上差异性显著(P<0.05),灌木持水能力大体表现为0-10 cm>10-20 cm>20-30 cm>30-40 cm>40-50 cm,蓄水能力随着土层深度的增加,呈现先增加后减小的趋势。(3)森林土壤水文物理性质和土壤水源涵养指标之间存在显著性差异(P<0.05),随着土层深度的增加,土壤容重逐渐增大,在土层0-10 cm处出现最小值为0.45 g/cm^3。森林土壤持水能力主要以0-10,20-30,40-50 cm为主,占总持水量的71.6%,蓄水量在水源涵养功能中占比较小。     

不同植被恢复策略对贵州喀斯特生态系统土壤渗透特性的影响

旨在探讨不同植被恢复策略对土壤入渗特征空间变化的影响，通过对贵州石漠化治理试验区自然草灌木混合林、次生林地、退耕自然生草地、芒果地、坚果地及玉米地的土壤容重、土壤孔隙度、土壤有机质和土壤渗透特性的分析。结果表明：不同植被恢复策略下土壤容重、孔隙度和有机质含量存在显著差异，具体表现为自然植被恢复（草—灌木混合林和次生林地）和秸秆还田种植方式均能有效降低土壤容重，增加土壤孔隙度。随着土层深度增加，土壤容重呈增大趋势，土壤孔隙度和有机质含量变化趋势相反；植被恢复方式和土层深度显著改变了土壤的水分渗透特性，自然植被恢复（草—灌木混合林和次生林地）土壤渗透性能高于人工植被恢复（芒果地和坚果地），主要是因为自然植被恢复下土壤扰动小，植物根系和凋落物增加，从而改变土壤物理性质，降低土壤容重，提高土壤孔隙度的综合效益。随着土层深度增加，土壤稳渗速率和累积入渗量减小。通过测定不同植被恢复方式的土壤水文特征，为喀斯特地区植被恢复方式及土壤入渗性能评估提供科学依据。     

珠江源头区占马地小流域不同用地水土保持作用研究

 对珠江源头区占马地小流域灌木林地、疏林地、耕地及荒草地4类不同用地的土壤含水量、理化性状、土壤侵蚀特性等进行测定分析,结果表明:1)在土层60 cm深度范围内,随着土层的加深,灌木林地和疏林地的土壤水分含量呈下降趋势,而耕地和荒草地则呈上升趋势。2)土壤在持水能力、通透性能等方面排列顺序是灌木林地>荒草地>疏林地>耕地;土壤有机质含量以荒草地最高,为2.34%,分别是灌木林地、疏林地和耕地的1.08、1.89和3.46倍;全氮含量顺序是荒草地>灌木林地>疏林地>耕地;全磷和全钾含量顺序是疏林地>荒草地>灌木林地>耕地。3)不同用地的初渗速率、稳渗速率与渗透系数均为灌木林地最大,荒草地最小,灌木林地的稳渗速率、渗透系数分别是耕地、疏林地、荒草地的1.142、.06和2.7倍。4)不同用地的土壤最大持水量,在020cm土层,排列顺序为耕地>灌木林地>疏林地>荒草地;在2060cm土层,则为疏林地>灌木林地>荒草地>耕地。5)在坡度相同的情况下,不同用地的降雨产流时间为荒草地>疏林地>灌木林地>耕地;地表径流量为荒草地>疏林地>灌木林地>耕地;土壤侵蚀量以耕地最大,分别是灌木林地、疏林地和荒草地的2.51、2.26和1.32倍。研究结果可为珠江源头区土地合理利用提供理论依据。