坝上地区退耕还林地土壤水文生态特征

 为明确退耕林地不同植被类型土壤层的水文生态效应及其水源涵养功能,通过野外取样与室内测试的方法,以封育草地为对照,定量研究坝上地区典型区域张北县沙棘林、柠条林和榆树林等退耕林地的土壤颗粒粒径分布、水分物理性质和入渗性能等水文生态特征。结果表明:不同植被类型同一土层间土壤密度、孔隙度与持水性能差异显著,同一植被类型内不同土层间各指标差异不明显;与草地相比,林地能较好地改善土壤结构,土壤水文生态效应好于草地;4种植被类型的土壤颗粒粒径分布主要集中在1～0.05 mm范围内,约占64.08%～71.13%;林地土壤密度小于草地,榆树林、沙棘林和柠条林的土壤密度分别比草地的减小25.26%、24.98%、16.49%;土壤孔隙度以及土壤饱和持水量、有效持水量表现为沙棘林>榆树林>柠条林>草地;入渗速率与入渗时间遵从f=at-b的幂函数关系,柠条林、沙棘林和榆树林的稳渗速率分别为草地的4.96、3.18和2.88倍。研究结果可为坝上地区退耕林地生态效应的评价提供理论依据。     

黄土丘陵区不同植被类型下土壤水分动态

[目的]探讨黄土丘陵区不同植被类型对土壤水环境分异规律的影响。[方法]以陕西省延安市燕沟鸡蛋卯小流域1997年退耕建造的样板坡面为对象,于2009年4—10月对其西坡面,自坡顶向下分布的7种植被类型(苹果园、刺槐林、沙棘灌丛、柠条林、紫穗槐灌丛、荒草地、农地(谷子)),采用土钻法每月中旬监测。[结果]生长季(4—10月)0—200cm深度平均土壤含水量大小呈现:紫穗槐灌丛荒草地农地(谷子)刺槐林柠条林沙棘灌丛苹果园。不同植被类型下土壤水分垂直剖面分布有较大差异,在浅层(0—40cm),恢复时段的紫穗槐灌丛、刺槐林下土壤含水量一般高于荒草地,沙棘灌丛、农地(谷子)、苹果园土壤含水量低于荒草地;在中层(40—120cm),荒草地土壤含水量最高,苹果园含水量最低,乔灌林地居中;在深层(120—400cm),只有紫穗槐灌丛、农地(谷子)土壤含水量高于荒草地,其他乔灌林地、苹果园含水量较低。[结论]延安地区植被恢复的乔灌林土壤含水量以紫穗槐灌丛偏高,柠条林、刺槐林、沙棘灌丛对深层土壤水分消耗较大,不利于土壤水环境及其永续利用。     

黄土丘陵区4种典型植被对土壤养分及酶活性的影响

土壤酶积极参与土壤系统的生物化学过程,是联系"植物-土壤酶-土壤养分"的关键纽带。为探讨植被类型对黄土高原丘陵区土壤养分及酶活性的影响,以黄土丘陵区4种典型植被(荒草地、文冠果林地、柠条灌丛、沙棘林地)为研究对象,通过采集0—10,10—20,20—40 cm层土壤样品,测定和分析土壤养分(碳、氮、磷)及土壤酶活性(蔗糖酶、脲酶、过氧化氢酶、淀粉酶)的变化特征。结果表明:文冠果林地0—40 cm层土壤有机碳和全氮含量比荒草地、柠条灌丛、沙棘林地高出了19.42%和35.15%、82.98%和40.49%、67.27%和24.12%,土壤全磷含量最大值(沙棘林地)比最小值(柠条灌丛)高出了12.45%。随着土层深度的增加,土壤有机碳、全氮、全磷含量在柠条灌丛中呈现"升-降"的变化规律,在其他3种植被类型中均呈逐渐减小的趋势。4种植被类型下土壤淀粉酶、脲酶和蔗糖酶活性差异显著(P0.05),土壤酶活性随着土层深度的增加逐渐减弱。其中土壤淀粉酶最大值出现在荒草地,脲酶和蔗糖酶活性最大值为文冠果林地,3种酶的最小值均出现在柠条灌丛。相关分析表明,土壤有机碳与全氮、蔗糖酶、脲酶极显著正相关(P0.01)。土壤全氮与脲酶在0.01水平上极显著正相关,与全磷、蔗糖酶在0.05水平上显著正相关。土壤全磷与硝态氮呈极显著的负相关(P0.01),与蔗糖酶呈极显著的正相关(P0.01),与淀粉酶呈显著正相关(P0.05)。因此,植被类型是影响黄土高原土壤酶活性和养分变化的重要因素。     

湖南紫鹊界梯田区森林土壤涵养水源功能初步研究

通过对湖南紫鹊界梯田区森林土壤物理性质与土壤持水量、枯落物持水率、土壤水分入渗进行分析,初步探讨了紫鹊界梯田区森林土壤水源涵养功能,为研究森林生态功能提供科学依据,为梯田的可持续发展服务。结果表明:(1)各土层土壤容重、孔隙度、通气孔隙度与土壤持水量、入渗速率均大于荒坡土壤,且通过方差分析可知其差异明显;(2)该区森林土壤涵养水源指标与物理性指标存在一定相关性。土壤持水量与土壤容重、孔隙度、通气孔隙度关系密切,疏松、结构良好、孔隙多、通气良好的土壤持水量高。枯落物的持水率表面上与土壤物理性质关系不大,但土壤容重、孔隙度等通过影响土壤团聚体结构、林下微环境和枯落物的分解状况,进而影响枯落物蓄水性能。土壤的渗透性能受林地土壤物理性质影响较大,主要表现是土壤容重和孔隙度,林地土壤孔隙度大,土壤结构良好,质地疏松,入渗速率高。     

陕西吴起县退耕还林地不同植被水土保持效益分析

在全国退耕还林工程示范县陕西省吴起县退耕还林地内设置了野外径流小区,在对其进行了土壤物理性质、入渗、抗冲实验及实测泥沙资料基础上,分析了退耕还林后不同植被类型的水土保持效益,结果显示:土壤入渗的初渗率、稳渗率、平均入渗率大小顺序为油松荒草地沙棘+油松b沙棘+油松a沙棘;土壤抗冲性能沙棘林地最强,沙棘+油松林地次之,油松林地最弱;土壤产沙量为油松林地最大,沙棘与沙棘+油松林地相对较少;地表径流量为油松林地荒草地沙棘+油松林地b沙棘+油松林地a沙棘林地;退耕还林后,土壤物理性质得到不同的改良。油松林地的土壤容重最高,土壤总孔隙度与土壤毛管孔隙度最低。因此,退耕还林可有效地防治水土流失,而不同植被类型中沙棘纯林的水土保持效益最为显著。     

科尔沁沙地南缘不同植被对土壤物理性质改良作用研究

试验选取科尔沁沙地南缘樟子松林地、柠条林地、狗尾草草地、裸沙地（对照）4种典型立地类型为研究对象,通过测定各研究地土壤容重、土壤含水率、最大持水量、毛管持水量、田间持水量及沙粒粒径等物理指标,研究分析不同植被对沙地土壤物理性质的改良作用。研究表明:3种植被都对土壤物理性质都有一定改良作用。（1）柠条和樟子松对沙地土的保水效果较差,1 m深处的土壤含水率仅为2.1%和2.6%,低于裸沙地,而狗尾草草地1 m深处的含水率达到7.4%,为裸沙地1 m深处的1.6倍。（2）通过分析0—30 cm各物理指标平均值,得出3种植被下,土壤容重都小于裸沙地;狗尾草草地毛管持水量和田间持水量都最高,分别为21.7%和18.2%。其次为柠条林地和樟子松林地,裸沙地最小;柠条林地最大持水量最高,为24.6%,其次为狗尾草草地和樟子松林地,裸沙地最小。（3）通过对不同土层深度物理指标分析得出:3种植被对0—10 cm和10—20 cm的土壤容重、最大持水量、田间持水量有显著影响,而对毛管持水量没有显著影响;对20—30 cm的土壤各指标都有显著的影响。（4）三种植被对土壤颗粒分布异质性改良效果的大小顺序依次为狗尾草 > 樟子松 > 柠条,其间接反映了土壤粒径分布范围的均匀程度,其由高到低依次为狗尾草 > 樟子松 > 柠条。综上,与裸沙地相比,种植各植被土壤的物理指标明显好于裸沙地,表明植被能明显改善当地土壤的物理性质。     

黄土丘陵区不同林龄乔灌林地土壤水分及持水性能研究

土壤水分是黄土丘陵区生态恢复过程中的主要制约因素,对该区典型流域不同林龄主要乔灌林地土壤容重、水分特征和持水能力的分析结果表明,表层土壤容重表现出天然灌木林乔木林人工灌木林果园,且容重随林龄的增加而减小,即20a25a30a。下层土壤容重与表层变化规律相似。土壤总孔隙度与土壤容重和非活性孔度变化规律相反,与土壤活性孔度和土壤孔隙比变化基本一致。0-50cm土层土壤含水量变化顺序为果园刺槐柠条狼牙刺,50-500cm土层则是刺槐林地最小,灌木林地在50-200cm土层的变动幅度较大,200-350cm土层柠条小于狼牙刺,350-500cm土层狼牙刺则小于柠条,主要受人工林种植密度和人为干扰措施影响。苹果园经过隔坡梯田整地措施,其林下0-500cm土层土壤水分含量最高。该区提倡"灌木先行"的植被恢复措施是必要的。表层土壤总持水量随林龄增加而增加,土壤总持水量变化顺序为天然灌木林地乔木林地人工灌木林地,有效持水量却表现出与总持水量相反的变化趋势,容重越低,土壤有效持水性越强。20-40cm土层及40-60cm土层的持水特性表现出与表层土壤相似的规律。     

六盘山林区四种植被类型对土壤物理性质的影响研究

植被恢复是改善土壤物理性质、保持水土的重要措施。为研究不同植被类型对土壤物理性质的影响,以六盘山林区华北落叶松、白桦、虎榛子和沙棘4种植物为研究对象,分别测定了不同层次的土壤容重、总孔隙度、毛管孔隙度、土壤含水量、最大持水量、毛管持水量和田间持水量等指标,并进行了分析。结果表明:4种植被类型的土壤容重,均表现出随着土层的增厚而增加的趋势;土壤总孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度、土壤含水量、最大持水量、毛管持水量和田间持水量,均表现随着土层的增厚而降低的趋势。植被恢复更有利于提高土壤总孔隙度和非毛管孔隙度,改善土壤结构,提高土壤透气透水性和涵养水源的能力。沙棘和虎榛子在提高土壤总孔隙度方面更为有效,虎榛子更有利于改善土壤表层的土壤含水量、毛管持水量和田间持水量。     

不同林分类型土壤水分物理性质及其海拔效应——以浙江省凤阳山为例

以浙江省凤阳山常绿阔叶林和针阔混交林为例,通过野外调查和室内测定土壤容重、土壤孔隙度及土壤含水量等,研究了中亚热带主要林分类型的土壤水分物理性质及其海拔影响.结果表明,在0-60 cm土层中,随着深度的增加土壤容重逐渐增大,土壤总孔隙度、毛管孔隙度、最大持水量、毛管持水量、最小持水量逐渐减小.在海拔300～I 355 m高程范围随着海拔升高土壤容重平均值逐渐减小,土壤总孔隙度、毛管孔隙度、最大持水量、毛管持水量、最小持水量、土壤贮水量平均值均增大;土壤排水能力平均值为:海拔900 m＞海拔600 m＞海拔1 355 m＞海拔300 m.同一海拔4种林分类型土壤容重平均值:人工杉木林＞针阔混交林＞人工柳杉林＞常绿阔叶混交林;土壤总孔隙度、土壤最大持水量、毛管持水量、最小持水量、土壤贮水量平均值均表现为人工柳杉林优于其他3种林分类型;土壤排水能力平均值表现为:常绿阔叶混交林＞人工杉木林＞人工柳杉林＞针阔混交林.综合分析,同一海拔常绿阔叶林水源涵养及保持水土能力要高于人工柳杉林.     

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.     

宁南黄土丘陵区不同植被措施的土壤水分特征

 为阐明宁南黄土丘陵区不同植被措施与土壤水分特征之间的关系,应用离心机法及定水头法分别测定土壤的水分特征曲线及土壤饱和导水率,研究该地区植被措施下土壤的水分特征。结果表明:土壤含水量与土壤水吸力之间的关系符合幂函数θ=aSb,且相关水平达极显著。参数a的大小与不同植被有一定的关系,且呈现出有规律的变化,苜蓿>沙棘>天然草>杏树>柠条>农田。土壤饱和导水率天然草与苜蓿最高,农田最低,沙棘、柠条等灌木林地居中。在同一吸力范围内,苜蓿的含水量最高,沙棘次之,天然草、柠条及杏树含水量基本相同,农田最低。在低吸力段土壤平均含水量为苜蓿>沙棘>农田>天然草>杏树>柠条,但除苜蓿及沙棘外,农田、天然草、杏树及柠条差异不大。在中吸力阶段,平均土壤含水量苜蓿>天然草>杏树,且苜蓿相对较高,随着土壤吸力的增大,土壤含水量差异逐渐缩小。凋萎含水量除苜蓿最大,其次为沙棘和天然草,柠条、杏树次之,农田最低。     

基于灰色关联分析的砒砂岩区不同林龄沙棘的改土效应

[目的]探究不同林龄沙棘对其下土壤的改良效果,为砒砂岩区人工沙棘林生态建设、恢复和重建提供理论依据。[方法]以内蒙古达拉特旗典型砒砂岩区不同林龄沙棘林为研究对象,利用灰色度关联分析法,对沟坡阳坡1～7 a沙棘林0—40 cm土层土壤物理性质(土壤含水量、土壤容重、土壤总孔隙度、土壤比重、土壤毛管孔隙度、土壤非毛管孔隙度、土壤饱和持水量、土壤最大毛管持水量)进行测定,并以周边荒坡作为对照(CK),对不同林龄沙棘林对砒砂岩土壤的改土效应进行分析。[结果]土壤含水量、土壤总孔隙度随沙棘林龄增加而增大,随土壤深度增加而减少,土壤容重与之相反;不同林龄沙棘能增强土壤持水能力,并且4～7 a沙棘持水能力大于1～3 a沙棘持水能力。[结论]在砒砂岩区营建人工沙棘林有利于土壤改良,不同林龄沙棘对土壤改良作用主要作用于0—10 cm和10—20 cm土层。     

Legume Grasslands Promote Precipitation Infiltration better than Gramineous Grasslands in arid Regions

Precipitation infiltration is the most important process for soil water supply of vegetation in the arid regions. Higher infiltration rate is advantageous for vegetation growth and maintenance in the arid areas. Four grassland types (Medicago sativa , Agropyron cristatum , Caragana korshinskii and Stipa capillata ) were selected in this study. Results showed that the infiltration capacity in the legume grasslands was about 30% higher than in the gramineous grasslands and the difference was significant (p < 0·05). Furthermore, the infiltration rate in legume shrub‐grassland was 16% less than the legume grasslands, but the difference was not significant (p > 0·05). The below‐ground biomass, total porosity, capillary porosity, soil organic matters and soil aggregate were the main factors to determine the soil infiltration rates. The capillary porosity and soil aggregate of the top soil presented significant negative effects on soil infiltration rate (p < 0·05). The below‐ground biomass in 10–30 cm soil layer was the most important factor, which significantly and positively correlates with the soil infiltration rate (p < 0·01). It is possible to conclude that the legume grasslands presented the higher soil infiltration rate and promoted precipitation infiltration in the studied area. And the legume grasslands might be a more suitable option for vegetation restoration from the perspective of soil infiltration and water supply in the arid regions. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.     

砒砂岩区主要造林树种枯落物及林下土壤持水特性

为了探究砒砂岩区不同造林树种水文特征,以该地区油松、侧柏、青杨、山杏、沙棘、柠条为研究对象,通过浸泡法和环刀法,对比分析了不同树种枯落物层和土壤层的持水特性。结果表明:砒砂岩区主要造林树种枯落物蓄积量变动范围为1.55~7.89t/hm~2,青杨林下枯落物最大持水率最高为281.26%,其他树种枯落物最大持水率依次为油松(217.14%)、侧柏(201.05%)、山杏(202.79%)、沙棘(170.96%)、柠条(158.08%)撂荒地(143.88%)。油松林下土壤层容重最小为1.46g/cm3,总孔隙度和毛管孔隙度最大分别为43.55%和36.99%,毛管持水量最大为14.50mm;山杏林下土壤非毛管孔隙度最大为13.12%,非毛管持水量最大为6.86mm。油松枯落物及其林下土壤层持水能力良好,更适宜作为砒砂岩地区植被建设树种。     

宁东矿区天然植物群落特征及其与土壤理化性质的关系

[目的] 研究宁东矿区天然植物群落特征与土壤理化性质的关系,为宁东矿区植被重建过程中植物种的选择提供科学依据。[方法] 以宁东矿区6种典型的天然植物群落和土壤为研究对象,采用野外调查结合室内试验的方法,对比分析不同群落的植物群落特征及其与土壤理化性质的关系。[结果] 宁东矿区6种天然植物群落共调查到植物55种,隶属于15科48属,集中分布于菊科、豆科、藜科和禾本科4科。细枝岩黄耆（Hedysarum scoparium）+柠条锦鸡儿（Caragana korshinskii）—白莲蒿（Artemisia sacrorum）群落灌木层植被盖度和高度在6个群落中均最高,其数值分别为48%和202.54 cm,灌木物种柠条锦鸡儿在其中5个群落中均有分布且生长良好。灌木层Patrick丰富度指数与土壤碱解氮、砾石含量、速效钾和有机质呈正相关,与pH值呈负相关;草本层植物种Patrick丰富度指数与土壤有机质、田间持水量和速效磷呈正相关关系。[结论] 宁东矿区煤矸石山植被重建时,对于覆土土质为壤质砂土或砂质壤土,优先选择柠条锦鸡儿、细枝岩黄耆、黑沙蒿（Artemisia ordosica）和沙拐枣（Calligonum mongolicum）等灌木树种;覆土土质为少砾质砂土时选沙冬青（Ammopiptanthus mongolicus）和柠条锦鸡儿;覆土土质为多砾质砂土时可选藏锦鸡儿（Caragana tibetica）、裸果木（Gymnocarpos przewalskii）和胡枝子（Lespedeza bicolor）等灌木物种。土壤容重对灌木物种多样性贡献率较大,土壤田间持水量和有机质对草本植物多样性贡献率较大。     

灌丛化对高寒草甸土壤水力性质的影响

全球气候变化背景下,青藏高原高寒草甸灌丛化已经成为青藏高原植被景观的主要变化趋势。为了更好地认识和理解灌丛化与高寒草甸生态系统的关系,以青藏高原东缘川西锦鸡儿(Caragana Erinacea Kom)和金露梅(Potentilla Fruticosa)灌丛化高寒草甸为对象,采用环刀浸泡法和双环入渗法研究了其在未灌丛化、轻度灌丛化、中度灌丛化和重度灌丛化阶段土壤持水和入渗能力特征。结果表明:(1)2种灌丛化草甸土壤容重在中度灌丛化阶段最低,总孔隙度在中度灌丛化阶段最高。(2)随着灌丛化程度的增加,2种灌丛化草甸土壤含水量呈增加趋势,表现为在重度灌丛化阶段最高;土壤毛管持水量、田间持水量和最大持水量呈抛物线变化趋势,在中度灌丛化阶段最大。(3)2种灌丛化草甸土壤的初渗率、稳渗率和入渗速度随灌丛化程度的增加总体表现为增加趋势,其中在中度和重度灌丛化阶段显著高于未灌丛化阶段。(4)相关性分析表明,灌丛化草甸土壤的入渗指标与土壤含水量、非毛管孔隙度有显著相关关系。因此,高寒草甸灌丛化过程中,土壤水力性质的改变通常发生在中度和重度灌丛化阶段。     

黄土丘陵区不同植被恢复对土壤入渗影响及适宜模型研究

研究植被恢复条件下土壤入渗特性及模型适应性，可为流域生态治理和效益评估提供科学依据。以延河纸坊沟小流域为研究区，采用野外单环入渗法和数值模拟法，对比研究不同恢复年限下的刺槐林地、柠条灌木林地、次生草地和农地的表层以下土壤和20 cm以下土壤的水分入渗变化特征，评价4种常用入渗模型在该区域的适应性。结果表明：(1)不同植被恢复地的表层以下土壤入渗过程在渗润阶段与渗漏阶段差异明显，相差4倍以上，20 cm以下的土壤入渗过程则在入渗稳定后的渗透阶段差异明显，相差5倍多；(2)不同植被类型及恢复年限会显著影响土壤入渗特征，整体呈现出林地>草地>农地的规律，并且随着恢复年限的增加，柠条灌木林地和次生草地的入渗能力增强，而刺槐林地入渗能力减弱；(3)Philip方程、Kostiakov方程、Horton方程与蒋定生方程对该地区土壤水分入渗过程均具有较好适用性，其中Philip方程适用性最好，决定系数(R²)能达到0.931～0.985,均方根误差(RMSE)相对最小，在0.057～0.283范围内，Kostiakov方程次之，Horton方程及蒋定生方程在个别情况...     

黄土丘陵区典型植被土壤物理性质差异及其对导水特性影响

选取黄土丘陵区12种典型植被样地,通过测定各样地不同土层植物残体生物量、土壤容重、毛管孔隙度、非毛管孔隙度及饱和导水率,研究各指标随土层深度和植被类型的变化规律及其对土壤饱和导水率的影响。结果表明:(1)除容重随土层深度增加外,植物残体、毛管孔隙度、非毛管孔隙度和饱和导水率均随土层深度减少,其中植物残体大多集中于表层土壤(0—10 cm),占总残体生物量的51.4%～85.7%。(2)不同植被类型其植物残体及土壤物理性质存在显著差异,乔木林地植物残体、农耕地土壤容重、灌木林地非毛管孔隙度及饱和导水率均最大,而毛管孔隙度与不同土地利用类型间无显著差异。(3)饱和导水率随植物残体生物量密度(0—10 cm)和土壤容重呈幂函数减小,随毛管孔隙度和非毛管孔隙度呈幂函数增大;土壤容重(BD)和非毛管孔隙度(NCP)是影响土壤饱和导水率(K_s)的主要因素,且土壤饱和导水率可表示为两者的综合非线性方程(K_s=0.6BD~(-4.717)NCP~(0.203),P0.01,R~2=0.63,NSE=0.50)。此外,沙棘灌木林地平均饱和导水率最大,有利于降雨过程中土壤水分入渗,具有较强的水土保持功能。本研究结果可为黄土高原植被恢复生态水文效益评价提供理论依据。