黄土区人工林地水分供耗特点与林分生产力研究

通过定位观测,分析了黄土区人工刺槐和油松林地供水与耗水关系、土壤水分动态及林木生长情况。结果表明人工刺槐和油松林4,5,6三个月林地土壤水分消耗大于供给,水分供耗矛盾突出,土壤贮水减少;雨季水分供给充足,土壤贮水增加;在干旱季节和年份,相同条件下,密度大的林分林地水分供耗矛盾突出,林地水分亏损严重;不同坡向,水分亏损量大小顺序为阳坡>半阳坡>阴坡;0～300 cm土层土壤水分调查显示,阳坡、半阳坡密度较大的中林林分林地土壤含水量较低,出现干化现象;从水分生产力来看,由于林地水分供应不足,林木生长不同程度受到限制,林分生产力逐年降低。     

晋西黄土区不同密度刺槐林对土壤水分的影响

在晋西黄土区蔡家川流域刺槐林地调查的基础上,选择密度为1 400株/hm2与2 200株/hm2的刺槐林地分别代表研究区低密度和高密度的刺槐林,并以裸地作为对照。通过设立固定样地,定位观测样地0—150cm土层的土壤水分,研究不同密度刺槐林地土壤水分状况及时空变化规律,并以土壤水分亏缺度和补偿度研究试验区降雨对刺槐林地土壤水分补偿与恢复效应。结果表明:(1)低密度刺槐林年平均土壤储水量比高密度刺槐林年平均土壤储水量绝对值高7.49mm,且低密度刺槐林达到土壤适宜储水量的天数比高密度刺槐林多60d;(2)从土壤剖面的垂直方向看,高密度和低密度刺槐林对30—150cm土层土壤水分消耗量无明显差异,但高密度刺槐林对表层土壤(0—30cm)的消耗远大于低密度刺槐林;(3)综合考虑不同降雨强度下土壤水分恢复程度、降雨补偿土壤深度等指标,研究区高密度刺槐林地土壤水分亏缺相对较大,研究区自然降雨不足以充分补给土壤水分,而低密度刺槐林地土壤水分经降雨补给可恢复到较高的水平。总体来看,研究区低密度刺槐林地土壤水分状况较好,建议研究区刺槐林种植密度以不超过1 400株/hm2为宜。     

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。     

晋西黄土残塬沟壑区土壤水分的时空变化研究

干旱半干旱黄土区土壤水分的研究对该区植被恢复与重建具有重要意义,对晋西黄土残塬沟壑区荒草坡、刺槐林地、虎榛子林地的土壤含水量进行时空变化分析后发现:不同降水年份各地类土壤含水量的季节变化和垂直变化差异显著.偏涝年各地类土壤含水量的季节变化呈凹型曲线,正常降水年各地类土壤含水量的季节变化呈W型曲线;无论偏涝年还是正常降水年,各地类生长季内土壤水分一直处于消耗状态;虎榛子林地正常降水年的土壤含水量在垂直剖面上的变化幅度远小于偏涝年,刺槐林地在正常降水年深层土壤水分的亏缺比偏涝年更大.经多重比较得出,荒草坡各层土壤含水量差异不显著,林地表层(0-20,20-40 am)与深层(60-100 cm)土壤含水量差异显著.     

黄土区人工林地水分供耗特点与林分生产力研究

通过定位观测,分析了黄土区人工刺槐和油松林地供水与耗水关系,土壤水分动态及林木生情况,结果表明,人工刺槐和油松林4,5,6三个月林地土壤水分消耗大于供给,水分供耗矛盾突出,土壤贮水减少,雨季水分供给充足,土壤贮水增加,在干旱季节和年份,相同条件下,密度大的林分林地水分供耗矛盾突出,林地水分亏损严重,不同坡向,水分亏损量大小顺序为：阳坡＞半阳坡＞阳坡;0－300cm土层土壤分调查显示,阳坡,半阳坡密度较大的中林林分林地土壤含水量较低,出现干化现象,从水分生产力来看,由于林地水分供应不足,林木生长不同程度受到限制,林分生产力逐年降低。     

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。     

晋西黄土残塬沟壑区刺槐人工林土壤水分植被承载力研究

为明确在干旱缺水地区,植被对深层土壤水分的过度消耗以及水资源的承载能力,在晋西黄土残塬沟壑区选取林分密度1 300株/hm~2的刺槐人工林为研究对象,以裸地为对照,利用Enviro-SMART土壤水分监测系统(FDR)和热扩散探针(TDP)技术对当地刺槐人工林地0—150 cm范围内各土层体积含水量与树干液流量进行长期连续定位观测,采用土壤有效水与单株刺槐耗水量的比值来衡量研究区刺槐人工林土壤水分植被承载力。结果表明:(1)月降水量和月土壤储水量是决定刺槐人工林土壤水分植被承载力的主要环境因子,且二者与土壤水分植被承载力之间均呈现显著的正比例关系(P0.05)。(2)根据构建的刺槐人工林土壤水分植被承载力模型,计算出当地林龄为19年的刺槐人工林0—150 cm土层深度的土壤水分植被承载力为1 224株/hm~2,稍小于研究区实际林分密度(1 300株/hm~2),为保证当地刺槐人工林分耗水深度控制在0—150 cm土层范围内,同时也为促进当地林分生产力处于最优水平,建议在今后的营林造林过程中将刺槐人工林密度控制在当地土壤水分植被承载力范围之内,在减少林地深层水分消耗、调整林地土壤水资源平衡的同时,促进当地林业产业的合理发展。     

晋西黄土区人工林地土壤水分特征及其对降雨的响应

为了研究黄土区人工林地土壤水分特征及其对降雨的响应,以晋西黄土区人工刺槐林地、人工侧柏林地、人工刺槐侧柏混交林地为研究对象,利用EnviroSMART土壤水分定位监测系统和翻斗式雨量计对其2014年3月1日—2015年3月31日0—200cm土层的土壤含水量和降雨量进行了连续观测。观测结果表明:(1)人工侧柏林地0—200cm土层蓄水量为496.67mm,刺槐侧柏混交林地为349.88mm,人工刺槐林地为307.48mm。人工刺槐林地较人工侧柏林地和混交林地多消耗189.19mm和42.40mm土壤水分,且多消耗的水分主要来源于深层土壤,这可能导致人工刺槐林地深层土壤"干化"。(2)3种林地0—200cm土层土壤水分的年内变化可以划分为土壤水分消耗期(3—5月)、土壤水分积累期(6—8月)、土壤水分消退期(9—11月)、土壤水分稳定期(12月至翌年2月)。在土壤水分消耗期、积累期和消退期,3种林地土壤水分变化量存在显著差异。(3)在小雨、中雨、暴雨3种降雨条件下,人工侧柏林地对降雨的响应深度最深,人工刺槐林地最浅;对于同一林地而言,降雨的响应深度随降雨量的增加而增加;土壤含水量对单场降雨的响应程度随土层深度的增加而减弱。     

沙地小叶杨和柠条细根分布与土壤水分消耗的关系

以生长在陕北水蚀风蚀交错带沙地上的人工小叶杨（Populus simonii）和柠条（Caragana korshinkii）为研究对象,采用剖面法调查2个树种的细根分布特征,通过2年土壤水分定位观测研究,初步分析沙地小叶杨和柠条细根分布与土壤水分消耗的关系。结果表明：1）沙地小叶杨和柠条随土层深度增加,细根表面积密度逐渐减小,0～100cm土层分别集中了整个剖面细根总量的63％和95％;2）小叶杨和柠条林地剖面土壤水分与细根垂直分布密切相关,小叶杨和柠条林地土壤水分特征类似,可分为3个层次：0～50cm土层为速变层,50～200cm土层为缓变层,200cm以下土层为缓慢衰减层;3）2年观测期内,小叶杨和柠条林地总蒸散量接近,与同期降水量基本持平,而裸沙地土壤储水量增加;4）小叶杨和柠条细根趋于浅表化的分布特征是对沙地浅层土壤经常获得雨水补给适应的结果。研究结果可为水蚀风蚀交错带沙区防护林建设提供理论依据。     

晋西黄土区刺槐和油松林地土壤水分动态变化

以晋西黄土区蔡家川流域不同坡向的刺槐和油松林地为研究对象,在2005-2012年对刺槐和油松固定样地0 ～ 200 cm土层的土壤水分进行定位观测,采用有序样本最优分割法分析刺槐和油松林地土壤水分年内、年际变化规律,探讨降雨分配情况对年内、年际刺槐和油松林地土壤水分变化的影响.结果表明：1）研究区刺槐和油松林地土壤水分年内变化可分为平稳期、波动期、积累期和消退期4个时段,阳坡刺槐林地和油松林地土壤水分条件接近,阴坡刺槐林地土壤水分条件最好;2）在偏早年,油松林地土壤水分亏缺量比刺槐林地小,当偏旱年与正常年相间时,油松林地土壤水分恢复速度比刺槐林地快;3）年内降水分配均匀度与刺槐和油松林地土壤水分年内波动幅度成反比,刺槐和油松林地土壤含水量年际变化滞后于降雨的年际变化.建议在晋西黄土区阳坡种植油松,阴坡种植刺槐.     

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。     

晋西黄土区不同密度刺槐林地土壤水分补偿特征

为研究晋西黄土区不同密度刺槐人工林对土壤水分的影响,分别选取2 400株/hm2与1 300株/hm2刺槐人工林代表研究区高、低密度刺槐林分,以裸地为对照,分别利用Enviro-SMART土壤水分定位监测系统和翻斗式自记雨量计对0—150cm深度范围内各土层体积含水量与林外降雨进行定位观测。结果表明:(1)从不同降水年份来看,在干旱年和平水年,低密度刺槐生长季平均土壤储水量高于高密度刺槐,在研究年份中,低密度刺槐多年平均土壤储水量比高密度刺槐多年平均土壤储水量高6.80 mm。(2)在土壤剖面垂直方向,干旱年、平水年高密度刺槐对0—30cm土层土壤水分的消耗高于低密度刺槐,丰水年0—30cm土层土壤水分消耗各刺槐林间差异不显著(P0.05)。(3)综合分析降雨入渗深度、入渗量及雨季土壤水分补偿度等指标,研究区天然降雨可对低密度刺槐林分生长所消耗的土壤水分进行有效补充,不会出现人们所担心的黄土高原在植被恢复过程中会造成水分的不足而导致新的生态退化。但考虑到高密度刺槐林对土壤水分的消耗,建议在研究区进行刺槐林植被建设过程中多考虑采用低密度刺槐林的配置方式。     

黄土丘陵区典型人工幼林土壤水分特征

为明确黄土丘陵区典型人工幼林土壤水分时空变化特征,采用ECH₂O土壤水分监测系统,基于标准径流小区坡面土壤水分观测方法,收集土壤水分及气象数据,分析了撂荒地与不同类型人工幼林土壤水分状况及时间稳定性。结果表明：(1)与撂荒地相比,人工幼林土壤含水量整体较低,且具有明显的季节性变化特征,变化趋势基本一致,均随降水量的增加(减少)而升高(降低);(2)不同类型人工林土壤水分垂直分布差异较大,相较于撂荒地,刺槐和油松在50 cm深度土层土壤含水量较低,在80—120 cm深度土层土壤含水量较高,丁香幼林土壤水分整体偏低;(3)油松和撂荒地土壤水分代表深度分别为：120 cm和80 cm,决定系数(R²≥0.9)和纳什系数(NSE≥-0.1)对该结果的评价显示土壤水分代表深度的选择均是可接受的,刺槐和丁香不同深度土层土壤水分差异较大。研究认为,在黄土丘陵区,人工幼林显著影响土壤水分垂直分布规律,土壤含水量整体呈低态势,相较于撂荒地,刺槐和丁香土壤水分变异性较大,油松较为稳定。     

晋西黄土丘陵区坡面刺槐林地土壤水分研究

 为研究晋西黄土丘陵区刺槐林分土壤水分状况,通过2年的定位观测,标定了该地区刺槐林分土壤水分特征曲线,探讨了刺槐林分土壤水分的空间变化规律及其影响因子。结果表明:刺槐林分利用土壤水分范围较广,其林分可以栽植在峁顶、阳坡及半阳坡等处;12年刺槐林分密度低于2250株/hm²时,林地土壤水分可以在生长季末得到补充,而超过2250株/hm²时,林地土壤水分得不到补充,林分在翌年的部分月份处于水分亏缺状况,限制了林木的生长;月降水量、蒸发量是影响林地土壤水分的主要气象因子,郁闭度、胸径、林分生产量等因子是影响刺槐林分土壤水分的植被因素。     

刺槐林和柠条林土壤剖面理化性质对比及相关性分析

为了研究黄土高原退耕林地土壤理化性质变化特征,探索土壤剖面不同深度土壤有机碳(SOC)及相关因素的相互响应机制,对安塞县纸坊沟流域1975年柠条林(N75)、1974年农地(H74)和1978年刺槐林(C78)100 cm深度土壤剖面的有机碳、全N、粒度、碳酸钙进行了差异度分析和线性相关性分析,结果表明:两个退耕林地SOC和全N含量在0—100 cm深度都有增加,但是C78主要表现在0—20 cm深度,而N75则主要表现在20—100 cm深度。相关度分析表明,H74在20—100 cm深度SOC含量、C/N值与0.002—0.02 mm粒径含量达显著、极显著相关,C78在40—100 cm深度SOC含量与<0.002 mm粒径含量显著相关,C/N值与<0.02 mm粒径含量由0—100 cm的负相关变为正相关。结果证明,退耕后柠条林地SOC和全N含量的变化主要表现在深层土壤上,刺槐林地的变化则主要表现在浅层土壤上;农地和刺槐林地深层土壤SOC主要吸附在细颗粒土壤上,性质较稳定。     

华北南部低丘山地刺槐林地非主要生长季土壤微生物的呼吸特征

采用树木环割法,于2009-11—2010-03,利用Li-8100土壤呼吸自动观测系统,观测研究了位于河南省济源市的华北山区南部低丘山地40a生刺槐林土壤微生物呼吸速率（Rh）的时间变化特征及其与土壤温度和湿度的关系。结果表明：（1）在非主要生长季,Rh日变化不明显,但呈现出明显的日际变化特征;Rh平均值为0.426μmol.m-2.s-1。（2）林地5cm深处土壤温度与Rh之间存在显著的指数相关关系（P〈0.01）,且Rh随5cm深处土壤温度的升高而增大,表示二者关系的参数Q10值是1.86,说明非主要生长季Rh对温度的变化十分敏感;Rh与土壤含水量呈显著的线性相关关系（P〈0.01）,且Rh与5cm深处的土壤温度和土壤体积含水量均有很好的复相关关系（P〈0.01）。比较偏相关系数表明,影响Rh的主要土壤物理因子是土壤水分。     

晋西黄土区不同地类土壤抗冲性分析

为了评价植被对土壤抗冲性的影响,以晋西黄土区蔡家川流域刺槐林、油松林、次生林、退耕荒草地、农地、土质路面为研究对象,采用野外实地放水冲刷法,以侵蚀量为指标,研究不同地类土壤的抗冲性,并分析地被物、根系与土壤抗冲性的相关性.结果表明:不同地类的土壤抗冲性为次生林＞刺槐林＞油松林＞退耕荒草地＞土质路面＞农地;单位面积上枯落物量及其厚度对土壤抗冲性的影响最大;土壤表层根系对土壤抗冲性也具有较大影响,能够有效提高土壤抗冲性的根系结构是0～30 cm土层中的毛根,其中,影响最大的是表层0～10 cm的根系,单位体积土壤内的根系越多,土壤抗冲性越强.     

黄土丘陵区不同草本群落生物量与土壤水分的特征分析简

为阐明黄土丘陵区不同草本群落生物量与土壤水分的相关特征,通过野外调查与定点观测,对延河流域内不同演替阶段的5种草本植被（长芒草、铁杆蒿、茭蒿、白羊草、大针茅）群落地上生物量、土壤水分特征及其相关关系进行研究与分析.结果表明：在0～ 500 cm土层内,各演替阶段草本群落土壤含水量的垂直分布规律明显,均表现为浅层（0 ～ 50 cm）减少、中层（50 ～200 cm）增加、深层（200 ～ 500 cm）基本稳定的趋势;植物群落地上生物量均随着演替年限呈先增加后减小趋势,在白羊草群落阶段（退耕演替25 a左右）达到最大值;草本群落地上生物量与土壤含水量整体呈正相关关系,相关程度以0 ～ 200 cm土层较高;植被群落利用土壤水分土层深度随群落演替阶段逐渐加深,表现出对环境更强的适应性.