晋西黄土区不同植被格局坡面产流产沙特征

  目的   研究不同植被格局对坡面产流产沙特征的影响,为黄土高原水资源匮乏地区坡面水土保持植被格局的优化配置提供依据。   方法   采用野外模拟降雨试验,测定5种植被格局（2种块状镶嵌格局、横条带状格局、顺坡带状格局和裸地格局）的产流产沙特征及土壤入渗特征,探讨坡面不同植被格局和破碎度对产流、产沙、入渗的影响。   结果   （1）植被具有良好的蓄水减沙效益,植被的减沙效益为47.44% ~ 91.67%,蓄水效益为25.67% ~ 62.94%,植被的减沙能力强于蓄水能力。（2）植被格局对坡面的产流产沙量均有显著性影响（P < 0.05）,试验所设置的几种格局的蓄水减沙效益依次为:块状镶嵌格局 > 横条带状格局 > 顺坡带状格局。块状镶嵌格局水土保持效果最佳。（3）不同植被格局的产流过程均呈现“快速上升—相对稳定”的趋势,植被格局有助于延迟坡面径流峰值的出现时间。（4）植被斑块的破碎化指数与侵蚀产沙呈反比,植被斑块破碎化程度越高,侵蚀产沙量越低,蓄水减沙效益越好。（5）不同植被格局的入渗系数为:块状镶嵌格局 > 横条带状格局 > 顺坡带状格局 > 裸地,Horton模型对不同植被格局土壤入渗的拟合效果较好。   结论   通过以上研究发现,块状镶嵌格局的蓄水减沙效益明显优于裸地和顺坡带状格局,因此在水资源有限的黄土区,可以采取植被与裸地交替分布的方式种植植被,以达到蓄水、减沙效益最大化。      

晋西黄土区不同土地利用类型对土壤水分的影响

为明确不同土地利用类型对土壤水分的影响,采用土钻法在2019年和2020年4—10月定期对晋西黄土区人工油松林地、荒草地、农地0—10 m土层的含水量进行了观测研究。结果表明：（1）人工油松林地0—10 m土层的蓄水量为1 281.13 mm,荒草地为1 712.85 mm,农地为1 804.77 mm。油松林地较荒草地和农地多消耗431.72,523.64 mm的水分,且多消耗的土壤水分主要来源于深层土壤。（2）3个土地利用类型0—10 m土层含水量的垂直变化可以划分为土壤水分剧烈变化层、弱变化层和稳定变化层,各层的含水量随时间的变化也不尽相同。（3）油松林根系的直接吸水深度为5.4 m,影响深度可达10 m土层以下,农作物的吸水深度为4.2 m,影响深度可达8 m土层以下。对研究区内地势平坦、交通便利的地方可种植农作物,促进当地农业经济建设;而针对油松林地土壤含水量低的现象,可采取适当水分管理措施降低林地耗水。     

晋西黄土区苹果 + 大豆间作系统小气候及其对作物生产力的影响

为了评价果农间作系统的生态效益和经济效益,指导果农间作系统的物种选择和行间配置等农艺措施的生产实践,以晋西黄土区山西省吉县3年生苹果＋大豆间作系统（T1）、5年生苹果＋大豆间作系统（T2）、7年生苹果＋大豆间作系统（T3）和大豆单作系统（CK）为对比试验材料,通过布设根障,在分析苹果＋大豆间作系统小气候各因子特征的基础上,利用灰色关联法,研究不同树龄间作系统的小气候综合效应,并评价小气候对作物生产力的影响.结果表明：1）与大豆单作系统相比,苹果＋大豆间作系统光合有效辐射强度降低了30.3％ ～ 59.0％,气温下降了5.9％～17.9％,表层土壤温度下降了14.6％～42.7％,空气相对湿度增加了7.0％ ～ 17.9％;2）随着树龄的增加,苹果＋大豆间作系统对大豆单作系统的小气候关联系数逐渐降低,其中,小气候各因子中,空气相对湿度和光合有效辐射强度与大豆单作系统的关联度最小;3）各树龄苹果＋大豆间作系统的大豆根茎叶生物量和产量均低于大豆单作系统.树龄越大,苹果＋大豆间作系统的光拦截作用和降温增湿作用越明显,小气候综合效应也越强,但各树龄苹果＋大豆间作系统的小气候均会对间作大豆生产力水平产生负面效应.     

晋西黄土区切沟对其上方集水区内土壤水分的影响

为掌握黄土高原切沟对其上方集水区内土壤水分的影响,选取晋西黄土区典型切沟上方的集水区为研究对象,采用土钻法定期测量0—10 m土层的土壤水分,探讨集水区内不同地貌部位的土壤水分状况。结果表明:(1)集水区内土壤水分状况受距离切沟远近和地貌部位的共同影响。(2)集水区内距离切沟1 m处的蓄水量显著低于距离切沟3,6 m处的蓄水量(P＜0.05),集水区内洼地的蓄水量大于坡面。(3)集水区内6个采样点浅层含水量随时间变化剧烈,深层含水量随时间变化小。(4)切沟对其上方集水区内土壤水分的水平影响距离为1~3 m,距切沟1 m处,影响深度最深可达7 m,距切沟3 m处,影响深度为2 m。在未来开展切沟治理中,建议在距离切沟1 m范围内密植低耗水的耐旱灌木或草本,利用密植的植物增加地面糙率,降低水流流速,并利用植物根系网络土体,增加抗冲性,从而起到防治切沟溯源侵蚀。     

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     

晋西黄土区典型森林植被耗水规律与环境因子关系研究

森林植被耗水规律是森林植被对水文过程影响机理研究的基础与核心。以典型黄土区山西省吉县蔡家川流域为研究区域,依托国家级森林生态系统定位观测站,对研究区典型森林蒸散耗水及其环境因子进行定量监测,定量分析蒸腾、蒸发等各蒸散的强度与环境因子的关系,分析研究区典型森林植被结构对植被耗水特征的影响。土壤蒸发实验运用称重法,树木蒸腾实验采用热扩散式茎流计法,并结合环境因子调查,对观测结果进行研究分析, 结果表明:土壤的蒸发量与地表植被状况以及土壤温度有关;树木蒸腾耗水与土壤含水量、降雨量、冠幅、树龄的线性关系显著。综合分析可知,影响森林耗水最直接的因素就是土壤水分的变化,若土壤含水量较小,则森林植被首先满足自身对水分的需求。在造林时,可以根据不同苗木的水分需求以及当地的土壤水分含量对林木种类进行选取,可以有效减少当地森林水分的消耗。      

黄土区蔡家川流域刺槐人工林林下物种多样性

为了给晋西黄土区蔡家川流域刺槐Robinia pseudocacia人工林恢复状况评价以及植被配置提供理论依据,采用样地调查的方法,选取刺槐人工林为研究对象,对照当地油松Pinus tabulaeformis人工林和天然次生林,进行林下物种多样性研究。结果表明:①刺槐人工林林下物种共有37种,包括灌木8种,草本29种,灌木层以蔷薇科Rosaceae植物为主,草本层以菊科Compositae和禾本科Gramineae植物为主。②刺槐人工林林下α多样性小于天然次生林,与油松人工林之间的差异较小。③刺槐人工林林下草本层β多样性指数大于灌木层;刺槐林与天然林的β多样性大于刺槐林与油松林的。④刺槐人工林林下植被相似度不高,不同刺槐林样地之间物种种类存在较大的差异,尤其是草本层。晋西黄土区蔡家川流域刺槐人工林林下植被仍具有较大的生长繁殖空间,物种多样性还有待提高。     

晋西黄土区不同立地刺槐林土壤水分动态特征

选择晋西黄土区蔡家川流域4块不同坡向(阴坡、阳坡)、不同密度(1 450,2 150,2 525株/hm~2)刺槐样地作为研究对象,在每块样地的中心位置布设一个观测点,采用TRIME-TDR土壤水分测定仪定位观测2016年1—12月的土壤体积含水量,每月上、中、下旬分别对各样地0—200cm土层的土壤水分进行分层观测(每个测层20cm),研究4块刺槐样地的土壤水分季节变化规律、垂直剖面变化规律以及坡向和密度对土壤水分的影响。结果表明:(1)研究区土壤水分季节变化分为平稳期、消耗期、波动期和恢复期4个时期,年最大土壤水分与年最大降水量所在月份相同,降水季节分配对土壤水分有影响。(2)研究区土壤水分垂直变化土层分为剧烈变化层、弱变化层和相对稳定层3个土层,土壤水分随土层深度表现为先增加后减少最后趋于稳定的趋势。(3)坡向和密度对研究区刺槐林的土壤水分具有显著性影响,阴坡的土壤水分显著高于阳坡(P0.01),低密度的土壤水分显著高于高密度(P0.01)。     

晋西人工林综合密度效应分析

以晋西刺槐和油松人工林59块样地数据,拟合了其平均胸径、平均单株材积及平均单株地上生物量的密度效应模型,分析了林分密度的综合影响。结果表明:(1)处于初植密度的油松林无林下更新。油松间伐林更新较好,随林分密度增加,更新密度趋于减少。(2)林下死地被物厚度与辛普森、香农多样性指数显著负相关,与生态优势度显著正相关。(3)吉县阴坡油松林,随密度增加,辛普森、香农及均匀度指数均减小,生态优势度增加。间伐林多样性指数明显好于未间伐林。油松间伐林密度与其辛普森、香农多样性指数显著负相关,与生态优势度显著正相关。(4)探讨生态公益林密度效应时,除了用材林密度效应常规指标外,应增加林下更新、林下植物多样性及死地被物厚度等指标。     

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。