晋西南黄土区刺槐油松林地耗水规律的研究

该文应用水量平衡法和波文比－能量平衡法,研究得出刺槐和油松林土面蒸发、蒸腾、林冠截留蒸发的季节变化规律,耗水各分量的比例关系．耗水各分量占总耗水量的比例：林木蒸腾量为５７．７％～６０．２％,林地土面蒸发量为１３．２％～２２．８％,林冠截留量为１７．０％～２８．２％．其中６,７,８三月的蒸腾耗水量占全年的８０％．不同林分生长季耗水量有差异,其规律为：其它条件相同时,丰水年,阴坡耗水大于阳坡;少水年,阴坡耗水稍大于阳坡;密度大的林分耗水量也大．     

晋西黄土区典型人工林土壤水分的垂直分布特征

【目的】探究晋西黄土区人工林恢复过程中0～500 cm土层土壤含水量垂直特征,为改善人工林土壤水环境,实现林水平衡提供理论依据。【方法】以晋西黄土区蔡家川流域5种典型人工林(刺槐Robinia pseudoacacia、侧柏Platycladus orientalis、油松Pinus tabuliformis、刺槐-侧柏、刺槐-油松)为研究对象,通过土钻烘干法测定0～500 cm土层土壤含水量,分析人工林土壤含水量的垂直特征。【结果】研究区典型人工林平均土壤含水量由大到小依次为侧柏、刺槐-侧柏、油松、刺槐-油松、刺槐,5种人工林土壤含水量差异显著(P<0.05),降水量及土壤质地是影响人工林土壤含水量的主要因素;在垂直方向上,人工林土壤含水量变异程度均为中等变异,变异系数随土层深度的增加呈减小趋势,约在360 cm土层形成稳定变化,人工植被主要影响0～360 cm土层内的土壤水,5种人工林中刺槐林地土壤水分变异程度最大,侧柏林地土壤水分最为稳定;采用有序聚类法将人工林土壤水分垂直层次划分为交换层、利用层、调节层和稳定层,不同林分间层次划分深度存在一定差异。【结论】研究区人工林可导...     

华北土石山区油松人工林耗水分配规律

通过野外和室内试验相结合,对华北土石山区油松人工林耗水分配规律进行研究。结果表明:林分总耗水主要包括3个方面:林冠截留蒸发、植物蒸腾耗水和土壤物理蒸发耗水。油松林地总耗水为516.52mm,其中林冠截留占总耗水量的25.63%,土壤蒸发占22.15%,植物蒸腾耗水占52.22%,三者比例为1:0.86:2.04。油松平均林冠截留率为25.4%,平均透流率为64.4%,平均干流率为0.55%,干流雨、林内降雨和林外降雨有很好的线性关系。油松林枯落物最大持水量为1.5mm、枯落物年截水量为48.7mm,占总降雨的10.42%。油松林林内土壤水分蒸发为114.41mm,林外蒸发为197.70mm。油松林生长季林木蒸腾耗水量为269.74mm,6、8月出现两个峰值。     

晋西黄土区土壤呼吸日变化特征及其与环境因子的关系

土壤呼吸是陆地生态系统的碳循环中土壤碳的主要输出途径,利用便携式土壤呼吸测定仪LCpro+对晋西黄土区6种典型植被类型进行土壤呼吸速率的测定,另外同时测量相关的温度、湿度等环境因子,进而对土壤呼吸的日变化特征及与土壤温度和土壤湿度进行简单相关性分析和回归分析。结果表明:试验区内不同植被类型土壤呼吸速率日变化呈单峰型,中午12:00~13:00最大,凌晨5:00~6:00最小,均值由大到小依次为耕地(5.846)、次生林(4.305)、油松林(3.858)、刺槐林(3.456)、灌草地(2.220)、荒草地(1.355),退耕还林有利于减少土壤CO2输出;土壤呼吸与土壤温度的回归分析符合指数正相关关系,Q10值由大到小依次为灌草地(2.03)、耕地(1.88)、荒草地(1.86)、次生林(1.82)、油松林(1.75)、刺槐林(1.73),土壤呼吸与土壤湿度关系为对数模型的负相关模型,由多元回归分析得出土壤呼吸最主要的决定力是土壤温度。     

晋西黄土区典型林分水源涵养能力评价

目的评价晋西黄土区典型林分的水源涵养能力,为筛选水源涵养林、水土保持林构建与管护提供依据。方法以山西吉县蔡家川小流域的山杨辽东栎次生混交林、油松人工林、侧柏人工林、刺槐人工林4种典型林分类型为研究对象,对植被层、枯落物层和土壤层的持水能力进行测定,采用熵权法（EWM）对各林分类型的水源涵养能力进行综合分析。结果（1）4种林分类型植被层的持水能力依次为:油松人工林（17.79 t/hm2） > 侧柏人工林（13.55 t/hm2） > 刺槐人工林（12.81 t/hm2） > 山杨辽东栎次生混交林（6.71 t/hm2）。油松人工林、侧柏人工林的主要持水层为乔木层;刺槐人工林中乔灌草的持水量相近;山杨辽东栎次生混交林中主要持水层为草本层。（2）4种林分类型中枯落物有效拦蓄量分别为:山杨辽东栎次生混交林（23.02 t/hm2） > 侧柏人工林（13.00 t/hm2） > 刺槐人工林（10.36 t/hm2） > 油松人工林（2.81 t/hm2）。（3）4种林地土壤最大蓄水能力分别为:山杨辽东栎次生混交林地（3 182.43 t/hm2） > 油松人工林地（3 176.67 t/hm2） > 侧柏人工林地（2 995.3 t/hm2） > 刺槐人工林地（2 803.5 t/hm2）。其中除山杨辽东栎次生混交林地与油松人工林地持水能力差异不显著外,其余各林地持水能力之间均存在显著差异。（4）4种典型林分类型水源涵养能力的综合排序为:山杨辽东栎次生混交林 > 侧柏人工林 > 油松人工林 > 刺槐人工林,影响水源涵养能力的主要因素为林下草本层与枯落物。结论从涵养水源的角度出发,晋西黄土区应采用仿拟自然植被技术、封山育林等加强次生植被的建设与管护,营造林下草本层和枯枝落叶层丰富的植物群落,以达到保持水土、涵养水源、改善生态环境的多重作用。      

晋西黄土区不同森林群落类型植物多样性研究

为了揭示晋西黄土区不同森林群落类型对生物多样性的保持作用,对晋西黄土区人工油松林、人工刺槐林及天然次生林林下植物组成及土壤化学性质进行了调查研究,并对3种林分进行对比分析,研究晋西黄土区不同森林群落类型林下植物多样性特征。结果表明:1)研究区内共出现40个植物种,灌木6种,草本34种。3种森林群落类型林下植物种数为人工刺槐林＞人工油松林＞天然次生林;2)3种森林群落类型林下物种丰富度指数(Margalef指数)、Shannon-Wiener指数、Simpson指数和物种均匀度指数(Pielou指数)表现为草本层＞灌木层,人工林＞天然林。人工刺槐林林下Margalef指数、Shannon-Wiener指数小于人工油松林,而Simpson指数和Pielou指数大于人工油松林;3)与2006年相比,2012年研究区内植被种类增加,人工林内植物种的增加要比天然次生林内明显;4)3种森林群落类型林下Margalef指数、Shannon-Wiener指数、Simpson指数和Pielou指数与土壤化学性质的关联大小为土壤养分＞有机质＞pH值。      

晋西黄土区不同林地植物多样性研究

目的探索不同林地林下植物多样性特征及其与环境因子的相关性, 为黄土高原地区植被恢复与重建工作提供科学依据。方法以山西吉县蔡家川流域3种人工林(油松林、刺槐林和油松×刺槐混交林)和2种天然次生林(山杨次生林、辽东栎次生林)为研究对象, 采用标准样地调查法进行植被调查。结果结果表明:5种林地类型共出现林下植物52种(灌木植物17种, 草本植物35种), 且不同林地类型林下植物物种组成及分布差异较大, 天然次生林的灌木物种数量明显多于人工林, 而草本物种数量却要少于人工林。5种林地类型的灌木层均匀度指数无显著差异, 物种丰富度指数和多样性指数表现为天然次生林>人工林, 而草本层物种丰富度指数、均匀度指数及多样性指数均表现为人工林>天然次生林。环境因素对林下植物多样性的影响较大, 尤其是郁闭度、土壤含水量及毛管孔隙度对林下植物多样性的影响较为显著。结论不同林地林下植物多样性差异显著, 综合考虑灌木及草本层植物组成及多样性特征, 油松×刺槐混交造林方式优于纯林造林方式, 应该在该地区合理扩大油松×刺槐混交造林的面积; 郁闭度是影响林下植物多样性的主要环境因子, 因此可以通过适当开窗疏林来提高林下植物多样性。      

晋西黄土区不同树种配置对林下植被物种多样性的影响

以晋西黄土区的油松林、刺槐林和油松刺槐混交林3种人工林群落为研究对象,通过地表植被调查,分析了不同树种配置对林下层物种多样性的影响.结果表明:在晋西黄土区,针阔叶树种的配置更有利于林下层植被多物种的共存;油松和刺槐的搭配种植显著提高了森林土壤的养分质量分数和林下植物群落的生物量,这些生态因子的改善又有利于其林下植被物种...     

晋西黄土区不同空间尺度径流影响因子的辨析

【目的】研究不同空间尺度下晋西黄土区径流的主要影响因子,为当地生态建设和水土流失治理提供参考。【方法】通过对晋西黄土区坡面和小流域2个不同空间尺度下生态水文过程进行长期定位和半定位监测,应用SPSS统计分析软件和灰度关联方法分析了2个空间尺度下径流的主要影响因子。【结果】在坡面尺度,对径流影响最大的是降雨强度和郁闭度,权重分别为21.84%和21.81%;其次为雨前土壤含水量和降雨量;对坡面径流影响最小的因子为坡度,权重为16.39%。在小流域尺度,对径流影响最大的是降雨量和流域面积,权重均为18.11%;其次为形状系数、降雨强度和森林覆被率;沟道比降对径流的影响最小,其权重为14.05%。【结论】在本研究尺度范围内,随着研究空间尺度的增大,降雨量对径流的影响作用加大,降雨强度和植被对径流的影响作用变小,坡度和沟道比降对径流的影响均较小。     

晋西黄土区不同密度刺槐林土壤抗蚀性关键指标及特征研究

  目的  研究晋西黄土区16年生刺槐林土壤抗蚀性的关键评价指标,探讨林分密度对土壤抗蚀性的影响,为实现功能导向型林分结构定向调控提供参考依据。  方法  以5个密度梯度（1 025、1 300、1 575、1 800、2 150 株/hm2）刺槐林为研究对象,基于野外采样和室内试验,选取5大类、12个土壤抗蚀性指标进行单独分析与综合评价。  结果  （1）应用主成分分析对12个土壤抗蚀性指标进行筛选,可知土壤密度（因子载荷量为?0.776）、有机质含量（0.864）、 > 0.25 mm水稳性团聚体质量分数（0.747）、平均质量直径（0.960）、几何平均直径（0.779）、土壤分形维数（?0.736）和分散系数（?0.873）是评价晋西黄土区刺槐林（16年生）土壤抗蚀性强弱的关键指标;（2）同一林分密度下,刺槐林表层土壤抗蚀性优于深层土壤,土壤抗蚀性综合指数为0 ~ 10 cm（0.548） > 10 ~ 20 cm（?0.070） > 20 ~ 30 cm（?0.477）;同一土层内,刺槐林土壤抗蚀性随林分密度的增大（1 025 ~ 1 575 株/hm2）逐渐增强,在密度大于1 575 株/hm2后逐渐减弱;（3）以刺槐林分密度为x轴,以土壤抗蚀性综合指数为y轴建立了开口向下的抛物线函数关系:y = ?2.683 × 10?6x2 + 0.009x ? 6.375（R2 = 0.77）,据此预测刺槐林分密度为1 590 株/hm2时,土壤抗蚀性最强,综合指数为0.403。  结论  研究区中密度刺槐林分的土壤抗蚀性较强,从土壤抗蚀性角度,建议刺槐林（16年生）的经营密度以1 590 株/hm2为宜,对于密度过低或过高的林分,在满足林业生产的同时及时进行科学补植或间伐,还应注意保护表层土壤,以充分发挥林地的水土保持功能,有效控制土壤侵蚀。      

晋西黄土区刺槐林地土壤水分对降雨的响应

通过野外坡面降雨试验,对晋西黄土区刺槐林地内土壤水分进行连续定位观测,以揭示晋西黄土区坡面土壤水分对降雨的响应,旨在为黄土高原区水土流失治理提供一定的理论依据。结果表明:1）坡面土壤含水率受植被密度影响较明显,密度较高的刺槐林地相对于密度较低的林地或裸地而言,其林地内坡面土壤水分对降雨的响应较平缓。2）垂直方向上,0~20 cm土层土壤含水率对降雨的响应最为直接和迅速。植被密度不同,各测点次表层（10~20 cm土层）土壤含水率的上升有先后之分,与表层（0~10 cm土层）相比,次表层的土壤含水率变化有一定的滞后和延长,体现出土壤水分入渗的先后过程。深层（20~150 cm土层）土壤含水率对降雨几乎无响应过程。3）坡面上表层土壤含水率对降雨的响应受降雨强度和植被密度影响,当降雨强度较小时,土壤含水率变化会出现上升期和退水期;当降雨强度较大时,土壤含水率变化则分为上升期、平台期和退水期,各期到达时间会因植被密度增加而出现相应的滞后现象。      

晋西黄土残塬沟壑区刺槐林土壤入渗特征及影响因素分析

[目的]研究晋西黄土残塬沟壑区刺槐林在不同林龄和密度条件下土壤入渗特征及其影响因素,为林分结构精准提升提供功能导向的调控依据.[方法]在野外采用双环法测定不同林龄(15、25和35年)以及不同密度(800、1200、1600、1800和2200株/hm2)刺槐林的土壤入渗过程,并测定了土壤理化性质,分析了土壤孔隙度、土...     

晋西黄土区林草复合系统草本植物多样性特征

以晋西黄土区刺槐-草地复合系统为研究对象,用移动窗口法判定复合系统边界,采用α多样性和β多样性分析复合系统草本植物多样性特征.结果表明:1)移动窗口法分析显示,在最小窗体单位(1m)为8时能够清晰地判定刺槐-草地复合系统边界,其影响域从林内4m到草地4m,总宽度为8m,草本植物样方间相似性的聚类分析结果与此一致;2)α...     

晋西黄土区林草复合系统土壤养分分布特征及边界效应

以晋西黄土区典型刺槐×天然草复合系统为研究对象,分析复合系统土壤有机质、全氮、速效磷和速效钾含量的分布特征及边界效应,旨在为该地区植被恢复、土地合理利用和林草复合系统的可持续经营提供一定的科学依据.结果表明:1)复合系统内土壤养分分布不平衡,不同斑块类型土壤养分含量存在差异,在0～20 cm土层体现得尤为明显;2)土壤...     

晋西黄土区不同水文年土壤水分特征及其主要影响因子分析

  目的  晋西黄土区生态环境脆弱,土壤水分是制约植被生长的重要因子。为深入了解该区域土壤水分年际变化,明确制约该区域土壤储水量的关键因子,探讨晋西黄土区不同植被类型在生长季节内土壤含水量的变化。  方法  以定位观测法为主,对人工刺槐Robinia pseudoacacia林、天然三角槭Acer buergerianum林和野艾蒿Artemisia lavandu-laefolia草地生长季(5?10月)内0~400 cm土壤含水量进行监测;在此基础上,根据含水量标准差对土壤进行活跃层划分,并通过生长季前后储水量的对比探究年际土壤储水量盈亏状况;测定了典型样地的土壤性质,并结合地形、不同水文年旱涝特征对土壤储水量的影响因子进行冗余分析。  结果  ①人工刺槐林、天然三角槭林和野艾蒿草地平均土壤含水量分别为8.36%~9.63%、10.01%~13.19%和15.43%~19.17%,野艾蒿草地表层土壤含水量显著高于人工刺槐林和天然三角槭林(P＜0.05)。②天然三角槭林土壤水分活跃层最深可达180 cm,人工刺槐林和野艾蒿草地土壤水分活跃层较浅;中等湿润年土壤水分活跃层最深,严重干旱年土壤水分活跃层次之,平水年土壤水分活跃层最浅。③严重干旱年,人工刺槐林、天然三角槭林和野艾蒿草地土壤水分亏缺土层深度分别为100~300、0~200和0~100 cm;平水年土壤水分的输入和输出达到平衡;中等湿润年0~200 cm土层水分得到不同程度补给,而200~400 cm土层的水分补给量接近于0。④不同深度土层土壤储水量受不同环境因子影响,其中植被类型和土壤容重是0~100 cm土层水分的主导因素,100~200 cm土层水分主要受容重和坡向控制,而不同水文年旱涝程度、土壤黏粒和粉粒含量是200~400 cm土层水分的主导因素。  结论  干旱水文年土壤水分亏缺严重,平水年及湿润年亏缺现象有所缓解,植被类型对土壤储水量影响最大。今后黄土高原地区的造林,不仅要考虑树种的耐旱能力,更应充分考虑地形、土质及生长季降水的分配情况带来的影响。图5表5参33     

晋西黄土区不同密度林分的水土保持作用研究

利用小型人工降雨器,以渗透量、稳渗速率、初损雨量、初损历时、产流量、产沙量等为指标,对不同密度林地的水土保持作用进行了对比分析.研究得出,刺槐林地、油松林地的稳渗速率随林分密度的增加而增大,产流量和产沙量随密度的增加大幅度减少.在该地区利用刺槐和油松营造水土保持林时密度应该以3 000 株/hm2为宜.     

晋西黄土丘陵区3个树种人工林枯落物的持水特性

【目的】研究晋西黄土丘陵区油松、杨树和刺槐3种典型人工林枯落物的持水特性。【方法】采集研究区油松、杨树和刺槐人工林不同层次枯落物,测定其蓄积量、最大持水量、吸水速率、最大吸湿比、有效拦蓄量等持水特性参数。【结果】3个树种人工林地中枯落物的蓄积量依次为油松林(13.72 t/hm²)＞杨树林(13.42 t/hm²)＞刺槐林(6.88 t/hm²),枯落物的最大持水量依次为杨树林(18.83 t/hm²)＞油松林(14.24 t/hm²)＞刺槐林(11.44 t/hm²),枯落物的最大吸湿比依次为刺槐林(2.85)＞杨树林(2.75)＞油松林(2.17),枯落物的有效拦蓄量依次为杨树林(27.23 t/hm²)＞油松林(22.02 t/hm²)＞刺槐林(15.80 t/hm²)。3种人工林枯落物的吸水过程均表现为在浸水0～3 h持水量不断增大、吸水速率由最大不断下降,到4～12 h变化趋于平缓,到24 h变化基本达到动态平衡。建立了3种林枯落物持水量与浸水时间及吸水速率与浸水时间之间的关系式。【结论】杨树林枯落物的持水能力比油松林和刺槐林强,对土壤的水源涵养作用更明显。     

晋西黄土区退耕还林20年后典型林地的持水能力

为探究晋西黄土区退耕20年后典型林地间持水能力的差异,选取山西省吉县蔡家川流域退耕20年的次生林和油松人工林、刺槐人工林、油松×刺槐人工混交林4种典型林分为研究对象,同时以耕地作为对照,通过外业调查和室内测定,比较分析了该地区退耕林分间林地(枯落物层和土壤层)的最大持水量和有效持水量。结果表明:1)次生林枯落物层的最大持水量和有效持水量为201.20和154.32 t/hm2,分别是人工林的1.35~2.14倍和1.33~2.06倍,人工林之间表现为油松×刺槐人工混交林刺槐人工林油松人工林;2)退耕林地土壤层的最大和有效持水量分别介于5 102~5 563 t/hm2和1 007~1 251 t/hm2之间,均显著高于耕地的4 695和812 t/hm2;典型退耕林地间土壤有效持水量表现为次生林油松×刺槐人工混交林油松人工林刺槐人工林,最大持水量为次生林油松×刺槐人工混交林刺槐人工林油松人工林;3)与退耕引起土壤非毛管孔隙度增加相一致,林地的最大持水量和有效持水量较耕地分别增加了10.7%~22.8%和32.9%~73.1%,表明退耕对林地持水能力的影响在有效持水量方面更突出;4)退耕林分间林地持水能力表现为次生林油松×刺槐人工混交林刺槐人工林油松人工林。林地最大持水量和有效持水量显著高于耕地,这主要源于土壤性质改善引起的土壤层持水能力增强,同时枯落物层的持水功能也发挥了一定作用。总之,退耕20年后林地持水能力显著增强,不同林分间次生林持水能力较好,表明次生林宜作为该地区退耕后植被恢复的主要参考。