黄土丘陵区几种林木茎干径向生长的日变化及其对环境因素的响应

利用树木径向生长仪研究了黄土丘陵区6年生油松(Pinus tabulaef ormis)、山杨(Populus davidiana)和辽东栎(Quercus liaotungensis)及林下灌木胡颓子(Elaegnus umbellata)4种林木整个生长季茎干的径向变化,发现4种林木的径向变化表现为膨胀收缩旋回增长的模式。在整个生长季中,山杨从5月到10月径向持续增长,增长时间最长;而油松和胡颓子的径向生长主要发生在7月份,从8月份开始其增长速率变缓;辽东栎在整个生长季节的径向生长最小。在整个生长季内,山杨径向增长了2.63 mm,胡颓子为0.64 mm,油松和辽东栎则分别为0.40 mm和0.26 mm。辽东栎日收缩量与膨胀量明显大于其他树种。通过对影响林木径向生长的15种环境因子进行主成分分析后,将主要环境因子归结为温度影响因子、湿度影响因子和降水影响因子3个主成分,并提取了影响该区几种林木生长的主要环境因子:日大于0℃的积温、最低6 h相对湿度和日降雨量。采用线性逐步回归方法,建立了日膨胀量与日收缩量与3个主要环境因子之间的关系。发现日收缩量与日大于0℃的积温成正相关,而与最低6 h相对湿度和日降雨量均呈负相关关系;而日膨胀量亦与日大于0℃的积温成正相关,而与其他环境因子的关系随着树种的不同而不同,表现出较大的变异性。     

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。     

子午岭林区两种天然次生林叶片C、N、P化学计量特征的季节变化

为阐明不同天然林叶片C、N、P化学计量特征及季节变化规律,了解植物对环境的适应策略,以陕西省子午岭林区桥山林场的油松和辽东栎天然次生林为研究对象,对其生长季内不同月份叶片的C、N、P含量及其计量比进行了分析。结果表明:(1)油松叶片C、N、P含量及其计量比分别为48.06%,1.15%,0.11%和42.58,473.22,11.02,辽东栎叶片C、N、P含量及其计量比分别为43.16%,2.10%,0.19%和25.47,380.18,14.49;两树种叶片各指标季节间变异系数表现为C含量最小,P含量最大。(2)两树种叶片C、N、P含量及其计量比在整个生长季内的变化规律不一致,油松叶片C含量在4—6月显著下降,之后保持平稳状态,8月后显著上升,至10月基本与4月持平;而辽东栎叶片C含量在整个生长季内变化不明显。油松叶片N含量在6月前较稳定,6—8月显著下降,随后显著上升,至10月基本与6月持平;辽东栎叶片N含量在4—6月显著下降,随后保持稳定,8月后再次显著下降,并在10月达到最低值。油松叶片P含量在8月前变化不明显,8月后显著上升,并在10月达到最高值;辽东栎叶片P含量在4月到6月显著下降,随后基本不变。两树种C∶N和C∶P的变化与N、P浓度相反;油松叶片N∶P在4—6月显著下降,6—8月显著上升,8—10月再次显著下降,辽东栎叶片N∶P在6月前显著上升并达到最高值,6—10月显著下降。(3)叶片C含量和C∶N主要受树种的影响,其他各指标受树种与月份交互作用的影响最大。(4)油松叶片C含量显著高于辽东栎,N含量显著低于辽东栎,因此,C∶N显著高于辽东栎,而辽东栎叶片的N∶P显著高于油松,但P含量和C∶P在两者之间无显著性差异。除叶片C含量外,各指标季节间变异系数均表现为油松小于辽东栎。研究结果丰富了天然林生态化学计量学的研究,同时也为黄土丘陵沟壑区的森林恢复与管理工作提供了一定的理论依据。     

黄土丘陵区几种林木茎干径向生长的日变化及其对环境因素的响应

利用树木径向生长仪研究了黄土丘陵区6年生油松（Pinus tabulaef ormis）、山杨（Populus davidiana）和辽东栎（Quercus liaotungensis）及林下灌木胡颓子（Elaegnus umbellata）4种林木整个生长季茎干的径向变化,发现4种林木的径向变化表现为膨胀收缩旋回增长的模式。在整个生长季中,山杨从5月到10月径向持续增长,增长时间最长;而油松和胡颓子的径向生长主要发生在7月份,从8月份开始其增长速率变缓;辽东栎在整个生长季节的径向生长最小。在整个生长季内,山杨径向增长了2.63 mm,胡颓子为0.64 mm,油松和辽东栎则分别为0.40 mm和0.26 mm。辽东栎日收缩量与膨胀量明显大于其他树种。通过对影响林木径向生长的15种环境因子进行主成分分析后,将主要环境因子归结为温度影响因子、湿度影响因子和降水影响因子3个主成分,并提取了影响该区几种林木生长的主要环境因子：日大于0℃的积温、最低6 h相对湿度和日降雨量。采用线性逐步回归方法,建立了日膨胀量与日收缩量与3个主要环境因子之间的关系。发现日收缩量与日大于0℃的积温成正相关,而与最低6 h相对湿度和日降雨量均呈负相关关系;而日膨胀量亦与日大于0℃的积温成正相关,而与其他环境因子的关系随着树种的不同而不同,表现出较大的变异性。     

晋西北黄土丘陵区小叶锦鸡儿人工灌丛土壤水分动态研究

土壤水分是黄土丘陵区植被成活与正常生长的关键因素。对黄土丘陵区不同生长年限小叶锦鸡儿灌丛及其撂荒地土壤水分的动态监测表明,随种植年限延长,小叶锦鸡儿灌丛下土壤水分含量呈持续下降趋势,40年灌丛下土壤含水量明显低于20年和10年的小叶锦鸡儿灌丛,且所有种植年限的灌丛土壤含水量均低于撂荒地。从周年内土壤水分季节变化看,整体呈下降趋势,4~6月不断降低,6~7月达到最低值,8~10月逐渐回升。对0~200cm土体剖面土壤水分分布研究表明,随种植年限增加,小叶锦鸡儿灌丛各深度土层土壤含水量呈递减趋势,在40~80cm土层随种植年限增加土壤含水量减少幅度明显。整个生长季各年限灌丛的土壤水分循环水平不高,40年灌丛只有4.63%,与撂荒地比较相差2.92%,而各年限灌丛土壤水分表观平衡均表现为亏缺状态。表明目前黄土丘陵区人工种植的小叶锦鸡儿灌丛土壤水分环境不容乐观,长期处于水分胁迫状态,不利于其生存生长,存在灌丛衰退甚至死亡的风险。     

黄土高原植被演替过程中土壤水分亏缺

土壤水分亏缺在黄土高原植被恢复过程中表现较为严重,这对黄土高原的生态恢复与植被建设造成了很大的障碍。只有充分了解黄土高原的土壤水分特征及其亏缺状况,才能为植被恢复提供参考。对陕北黄土高原典型次生林地和草地的土壤水分进行了测量,对雨季和非雨季的山杨、沙棘、辽东栎和撂荒地土壤水分亏缺特征进行了定量评价。结果显示:3种林地0—500 cm土层的土壤含水量与储水量随着土层深度的增加都呈先增加后缓慢下降,撂荒地随着土层深度增加呈增加趋势,且其含水量与储水量是最高的。不同恢复植被的土壤含水量与储水量大小顺序为:撂荒地沙棘山杨辽东栎。与撂荒地相比,3种林地的相对亏缺指数顺序为:辽东栎山杨沙棘,雨季的的土壤亏缺状况较非雨季严重,植被类型、土壤质地和土层深度是影响植被演替过程中土壤水分亏缺状况的关键因子。     

黄土丘陵区引入阔叶树种枯落叶对针叶林土壤极化防治效应

人工纯林的长期连续生长或连栽所引起的土壤性质极化是导致土壤退化和影响人工林生态系统稳定及可持续发展的重要原因,防治的根本途径是引入种间关系协调的其他树种形成针阔混交林。该研究针对陕北半湿润黄土丘陵区的针叶纯林,通过野外采集典型林地腐殖质层土壤和不同针阔树种当年枯落叶后进行室内混合培养试验结果表明,受自身枯落叶的影响,油松林地土壤会向偏碱化、土壤贫养(缺N)化和富啡酸含量减少的负向极化,最适宜引入的树种是小叶杨、辽东栎,其次为白桦,而刺槐不适宜;落叶松林地土壤会向偏碱化、土壤碱解N和速效K的缺乏及细菌、真菌数量减少的负向极化,最适宜引入的树种是小叶杨,其次为刺槐,而白桦和辽东栎不适宜;侧柏林地土壤会向土壤胡敏酸含量减少、部分酶酶活性降低和细菌数量明显减少的负向极化,最适宜引入的树种是小叶杨和辽东栎,而白桦和刺槐不适宜。     

宁夏黄土丘陵区苜蓿土壤水分的时空变异特征

土壤水分是影响半干旱区植被生长和生态修复的限制性生态因子,开展土壤水分变化研究对脆弱生态系统的恢复和生产实践活动的指导都具有重要作用和实际意义。对半干旱黄土丘陵区苜蓿在时空尺度上土壤水分状况的变化规律进行了分析。结果显示:(1)不同类型苜蓿土壤体积含水量的年际变化规律大致相同,生长季变化大致可分为三个时期:土壤水分消耗期(3—5月)、土壤水分相对稳定期(6—7月)和土壤水分积累期(8—10月);(2)以不同深度土壤体积含水量的变异系数为标准,可将土壤水分的垂直分布划分为三个层次:0—20cm土壤水分速变层、20—80cm土壤水分活跃层和80—180cm土壤水分相对稳定层;(3)土壤体积含水量的坡向变化规律为西坡北坡南坡东坡,不同年份规律大致相同,但有小范围的波动,坡位变化规律为坡上坡中坡下,不同年份间的变化基本一致。     

黄土丘陵区2种典型林分降雨分配特征及其主要影响因素

森林对降雨的分配是森林生态水文和生物地球化学循环中的重要过程之一。通过对黄土丘陵区2种典型林分(刺槐林和辽东栎林)生长季降雨分配过程的实地监测,探究2种林分的降雨分配特征及其主要影响因素。结果表明:试验期间,刺槐林和辽东栎林降雨分配各组[JP]分均表现为穿透雨量(325.0,295.1 mm)＞冠层截留量(39.8,73.6 mm)＞树干径流量(25.8,21.9 mm),同时穿透雨率(83.2%和75.6%)＞冠层截留率(10.2%和18.8%)＞树干径流率(6.6%和5.6%)。次降雨量是影响降雨分配的关键因子,穿透雨量和树干径流量与次降雨量间呈现极显著线性关系,冠层截留量与次降雨量间呈现极显著对数函数关系;穿透雨率和树干径流率与次降雨量间呈现显著对数函数关系,冠层截留率与次降雨量间呈现极显著指数函数关系。刺槐林和辽东栎林产生穿透雨的次降雨阈值分别为1.0,1.3 mm,产生树干径流的次降雨阈值分别为5.9,5.4 mm。刺槐林产生的穿透雨量和[JP]树干径流量均大于辽东栎林,而冠层截留量小于辽东栎林。研究结果为黄土丘陵区森林生态水文过程的研究提供基础数据,对该地区植被恢复过程中植被类型的选择具有指导意义。     

晋西北不同植被类型土壤水分时空变化特征

[目的]对晋西北黄土丘陵区不同植被类型不同季节土壤水分的动态进行研究,为今后该区域植被建设过程中选择适宜的树种提供理论依据。[方法]以山西省岢岚县西北黄土丘陵区不同类型植被和撂荒地为研究对象,以当地3类有代表性的植被(乔木类小叶杨林、灌木类沙棘林及撂荒地)为研究对象,系统地对旱季(4月)和雨季(9月)不同植被剖面土壤水分含量动态变化规律进行分析。[结果]各林地旱、雨季的土壤水分含量9月均明显大于4月,从土壤表层到600cm深处呈现出先增加后减少再增加的变化趋势;而干燥化程度由强到弱依次表现为:小叶杨>沙棘>撂荒地;将3种不同植被类型在0—600cm深度的土壤水分利用情况分为3个层次:土壤水分的微弱利用层、利用层(过渡层)和稳定层(调节层)。[结论]晋西北黄土丘陵区在恢复重建植被的过程中,要调整土地利用利用结构,改善乔木、灌木和草的比例,实现植被的多样化,建立合理类型的混交林和复层林,分配好种群密度,构建一个相对平衡的植物群落,保证植物耗水和环境供水处于平稳的状态。     

暴雨条件下北京山区主要乔木蓄水能力研究

利用大型称重式蒸渗仪记录2012年7月21-22日北京暴雨全过程下土体水重的变化,分析不同树种土体水重的增幅和总量的差异.同时运用土壤三参数测定仪对蒸渗仪的不同深度土体中土壤含水率进行观测,分析降雨过程中各层含水率的动态变化.结果表明,暴雨条件下蒸渗仪土体水重呈先猛增后缓增的趋势,五角枫的土体水重增加最多,渗漏量最少;油松土体水重增加最少,渗漏量最多.土体水重大小依次为:五角枫＞侧柏＞空地＞油松.不同深度土层在暴雨过程中都有水分猛增的过程,表层土发生较早,且增幅大;深层土发生晚,增幅小.五角枫各层土体的含水率最高,油松的最低,含水量大小依次为:五角枫＞空地＞侧柏＞油松.     

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。     

陕北黄土丘陵区山地苹果园的土壤水分动态研究

掌握土壤水分特征是实现果园科学管理、有限雨水资源合理高效利用、保证果树高产优质的关键。以陕北米脂山地6年生红富士苹果园为研究对象,于2015年4月—2016年6月采用FDR、中子水分仪和烘干法相结合的土壤水分监测方法,分析了山地苹果园的土壤水分总体特征、单株不同位点的水分动态以及不同旱作措施(秸秆覆盖、起垄覆膜垄沟集雨、有机肥覆盖)的土壤水分环境效应。结果表明:陕北山地果园时段干旱严重,最严重的为苹果树新梢生长和幼果发育期;春季土壤干旱程度取决于上年入冬前土壤储水量高低。果园0~60 cm土层(根系分布集中层)水分随降雨量而变化,表现为较一致的季节变化特征;土壤水分的变化滞后于降雨变化,且降雨对土壤水分的影响随土层加深而减弱,100 cm深土层受降雨影响减弱,土壤剖面200 cm以下土层土壤含水量保持相对稳定。6年生山地苹果园土壤已经出现干化现象,且在90~300 cm存在明显的低湿层,土壤体积含水量常年处在12%以下。苹果树单株尺度范围内,土壤含水量随距树干距离增加单调递增;土壤水分的平均值处在距树干105 cm处;沿行向距树干不同距离位点的土壤含水量显著高于沿株向距树干等距离位点的含水量(P0.05)。秸秆覆盖、起垄覆膜垄沟集雨和有机肥覆盖措施相较于空白对照(不覆盖、不灌溉)均能有效改善土壤水分环境,缓解果树生育期内水分供需矛盾,其中起垄覆膜垄沟集雨措施的保墒效果最佳,建议陕北黄土丘陵区山地雨养苹果园采用起垄覆膜垄沟集雨的保墒措施。     

水平沟整地措施对黄土丘陵区草原土壤水分动态平衡的影响

三峡水库消落带是库区水域与周边陆地环境的关键过渡地带,周期性反季节干湿交替使其具有强烈的物质交换特征。辨析消落带泥沙及其吸附的颗粒态磷的来源对消落带土壤污染防治和环境效应评估以及三峡水环境保护具有重要意义。以三峡库区汝溪河支流不同高程（145～155、>155～165、>165～175 m）消落带为研究对象,运用复合指纹技术查明,消落带泥沙中颗粒态磷的主要来源是长江干流悬移质和汝溪河上游悬移质。淹水期间长江干流江水顶托引起的泥沙沉积是颗粒态磷的主要来源,在>165～175 m高程带对颗粒态磷的贡献达到最大（54.5%）。雨季初期支流上游悬移质对145～155 m高程消落带的颗粒态磷贡献最大（51.6%）,而随高程的增加贡献率减少。消落带上方的土壤侵蚀产沙主要堆积在>155～165和>165～175 m高程范围内,导致消落带上方土壤对泥沙和颗粒态磷的贡献率都随高程的增加而增加。     

晋西黄土丘陵区不同植物群落的土壤分形特征

为研究晋西黄土丘陵区不同植物群落与土壤结构特性和入渗特性的关系,探索土壤结构的定量化描述,运用分形学原理和方法,研究晋西黄土丘陵区油松纯林、刺槐纯林、油松＋刺槐混交林、侧柏纯林、黄刺玫灌丛、柠条灌丛及荒地7种植物群落的土壤分形维数与土壤质地、密度、孔隙度、含水量及饱和导水率的关系.结果表明：1）植物群落具有改善土壤颗粒结构的作用,其改善作用以针阔混交林（油松＋刺槐混交林）最好,阔叶林（刺槐纯林、黄刺玫纯林）次之,针叶林（油松纯林、侧柏纯林）最低.2）研究区土壤颗粒分形维数在2.799 ～ 2.805之间,黏粒（＜0.002mm）质量分数偏高.3）土壤颗粒分形维数与土壤黏粒质量分数呈显著正相关关系,与土壤砂粒（2.00～0.02 mm）质量分数、土壤总孔隙度、含水量及饱和导水率呈显著负相关关系.因此,土壤颗粒分形维数可以表征土壤结构特性和入渗特性的好坏.不同的植物群落对土壤的改良效果不同,研究结果可为研究区域植树造林提供参考依据.     

干热河谷冲沟沟床土壤水分时空分异特征

为探究干热河谷冲沟沟床土壤水分时空分异特征,选取了元谋干热河谷1条典型冲沟,对其不同分段(沟头、上游、中游、下游)下10,20,30,40,60,100 cm土层的土壤水分开展定位监测。结果表明：(1)沟床不同分段各土层(除100 cm土层外)含水量整体变化趋势一致,均表现为明显的干湿季特征;湿季(5—10月)土壤水分相对较高(7.64%～28.91%),受降雨影响大;干季(11—次年4月)则长期处于较低水平(6.11%～11.97%)。(2)沟床土壤水分从沟头至下游沿程变化在干湿季有明显差异,湿季表现为先减小后增加,下游(17.36%)显著高于沟头(15.46%)和上游(12.19%);干季则是先减小后增加再减小,沟头(10.64%)显著高于上游(6.74%)和下游(9.10%)。不同土层深度上,浅层(10—20 cm)和深层(60—100 cm)土壤水分含量在干湿季均较高,水分最小值出现在30—60 cm土层,其中干季30 cm土层水分亏缺严重。(3)沟床土壤水分最高日期通常出现在7日内累积降雨达76.1 mm以上的年最大降雨月当月;最低日期通常出现在持续无降雨条件下,如干季末期,...     

黄土丘陵区不同植被类型土壤贮水动态变化

水分是黄土高原半干旱地区植物生长与植被建设的主要限制因子,植被是影响土壤水分最活跃的因素之一。通过1982-1991年延安上砭沟流域实际观测的不同植被类型土壤水分资料,分析黄土丘陵区不同植被类型土壤水分的垂直变化规律、季节变化规律和年际变化规律,以及年降水量对土壤水分的影响。得出黄土丘陵区植被类型土壤水分垂直变化规律,在0-100 cm土壤含水率变化从大到小依次为:0-30 cm土层,农田>林地>撂荒地>牧草地>灌木林地;30-50 cm土层,农田>牧草地>灌木林地>林地>撂荒地;50-100 cm,土层牧草地>灌木林地>农田>林地>荒地。     

榆林沙区土壤水分时空格局及动态变化规律研究

采用定位取样与烘干法,测定了榆林沙区几个树种土壤含水量。结果表明:各树种土壤含水量变化规律为:樟子松>柠条>紫穗槐>沙柳>沙蒿>花棒-踏郎;土壤含水量的垂直分布格局为表层土壤含水量最低,随着土壤深度的增加,土壤含水量呈增加趋势;土壤含水量的季节动态规律为不同树种土壤含水量具有明显的季节变化规律,土壤含水量按季节变化可分为3个阶段,4-5月的土壤水分弱失水阶段,6-8月的土壤水分消耗阶段,9-10月的土壤水分缓慢恢复阶段。     

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。     

黔中地区不同马尾松群丛植物群落与土壤理化性质特征

为探究黔中地区不同马尾松群丛生境下植物群落与土壤理化性质特征,以黔中地区6种典型马尾松群丛类型样地为研究对象,对植物物种进行了调查。根据各群丛优势种将其命名为马尾松+杉木—茅栗—寒莓群丛(群丛Ⅰ)、马尾松+白栎—茅栗+白栎—寒莓+蕨群丛(群丛Ⅱ)、马尾松+响叶杨—山胡椒+白栎—芒草群丛(群丛Ⅲ)、马尾松+枫香—茅栗—姬蕨+凉山悬钩子群丛(群丛Ⅳ)、马尾松—白栎—荩草+针毛蕨群丛(群丛Ⅴ)、马尾松—白栎+白花悬钩子—芒萁+地果群丛(群丛Ⅵ)。比较不同群丛下植被多样性及土壤理化性质特征,同时探究二者间相互关系。结果显示:调查共记录维管植物120种,隶属62科,99属; 不同群丛植被多样性指数具有明显差异,表现为群丛Ⅳ>群丛Ⅲ>群丛Ⅱ>群丛Ⅰ>群丛Ⅵ>群丛Ⅴ。此外,群丛内各层次多样性存在一定差异。不同马尾松群丛土壤容重、湿度、含水量、pH、全氮、速效氮、全磷、速效磷、速效钾、有机质等均具有显著差异(p<0.05),其中群丛Ⅳ土壤养分显著高于其他群丛类型。CCA分析结果表明:土壤电导率、海拔、郁闭度、容重、有效磷可能是影响马尾松群丛植物物种分布的重要环境因素(p<0.05)。