宁南黄土区植被恢复方式对土壤粒度特征的影响

[目的] 研究宁南黄土区不同植被恢复方式下的土壤粒度特征,旨在为更有效地指导该区域土壤资源的可持续发展和生态环境保护提供科学依据。[方法] 采用野外标准化方法采集0—100 cm土壤样品,利用Mastersizer 3000型激光粒度仪测定了小流域9种不同植被恢复方式（山杏林、山桃林、沙棘林、柠条林、山杏柠条林、山杏沙棘林、坝地、苜蓿地、撂荒地）216件样品,通过福克和沃德公式计算出平均粒径、标准偏差、偏度、峰度等土壤粒度参数。[结果] ①不同植被恢复方式下的粒度组成均以粉粒和极细砂为主,以粉粒含量在各粒度分级中所占比例最大。黏粒、粗砂、极粗沙和中砂含量分层整体趋于稳定,随土层深度的增加变化不大。粉粒、极细砂和细砂含量均随土层深度增加变化起伏较大,各层段表现出不同的变化趋势。②不同植被恢复方式下各粒级变异系数的变化规律基本一致,黏粒的变异系数最高,其次为砂粒,粉粒最小。③土壤平均粒径表现为：山杏×柠条林>沙棘林>山桃林>柠条林>山杏林>苜蓿地>山杏×沙棘林>撂荒地>坝地。撂荒地、山桃林和柠条林的分选性明显优于其他立地,沙棘林的分选性最差。[结论] 不同植被恢复方式的土壤粒度分布主要受到植被类型及人类活动扰动等主要因素的影响。     

六盘山叠叠沟华北落叶松人工林地上生物量的分配特征

生物量是评价森林生态系统结构与功能的重要指标,也反映了森林植被的生态适应性。在宁夏六盘山半干旱区的叠叠沟小流域,以当地优势林分华北落叶松人工林为对象,采用烘干法及生物量经验公式,调查了1个半阴坡和1个阴坡上共12个森林样地的地上植被生物量,分析了生物量的分配特征。结果表明:该流域内华北落叶松林地上生物量平均为59.20t·hm~(-2);阴坡林分地上生物量为63.49t·hm~(-2),较半阴坡高15.62%。在坡面上,生物量在坡中下部和下部最大,平均为71.75t·hm~(-2);其次是坡上部、中上部和坡脚,平均为58.08t·hm~(-2);最小的是坡顶,平均为37.45t·hm~(-2)。在垂直空间上,各层次生物量分配表现为:乔木层(67.95%)枯落物层(28.68%)草本层(2.62%)灌木层(0.75%),即乔木及枯落物(主要是难分解的松针)约占林分生物量的97%。乔木层不同径级林木的地上生物量分配呈正态分布,其中胸径为10~16cm的林木占比例最大,为60.19%,其次是径级16cm的林木(20.88%),最小的是径级10cm的林木(18.92%)。林木各器官的分配比例依次为:树干(56.51%)树枝(28.66%)树皮(11.58%)树叶(3.24%)。综上可知,该半干旱小流域内华北落叶松林生物量在阴坡居多,特别是坡中下部,这可能与降水及水分坡面分配格局有很大关系;冠层林木,特别是大径材林木贡献了林分生物量的绝大多数,而林下灌草及幼树生长较差,贡献极小,建议进行适当择伐,改善林分结构。     

宁夏黄土丘陵区典型林草植被类型对土壤水稳性团聚体的影响

土壤团聚体是土壤的基础单元结构,是研究土壤结构、抗侵蚀能力的重要指标。对宁夏黄土丘陵区典型林草植被类型下的水稳性团聚体进行了测定,分析了不同林草植被类型下土壤水稳性团聚体的差异。结果表明:(1)混交林地的水稳性大团聚体比例,MWD,GMD,D值较山杏、山桃、沙棘等纯林大,说明混交林地土壤的结构最好,抗侵蚀能力最强;撂荒地的土壤水稳性团聚体稳定性的各指标值最小,土壤结构最差,抗侵蚀能力最差。(2)0.25mm粒径水稳性团聚体含量林地大于撂荒地,上层土壤大于下层土壤,说明林地土壤结构较撂荒地稳定,上层土壤结构较下层稳定。(3)土壤分形维数D值苜蓿地大于林地,苜蓿地土壤受到人为因素后恢复年限短,土壤颗粒分散,土壤稳定性差。研究结果表明,林地——特别是混交林地土壤水稳性团聚体比苜蓿地和撂荒地好,对研究区土壤结构恢复有很好的效果。     

宁南山区不同植被类型土壤水分变化特征

以宁夏南部山区山杏林、沙棘林、山杏×沙棘混交林3种典型植被为试材,采用野外定位监测法,对3种植被0～100 cm不同深度土壤水分进行连续1年定位观测,研究了不同植被类型土壤水分时间变化和垂直变化规律,以期了解宁南山区主要植被类型的土壤水分状况及耗水特性。结果表明：不同植被类型土壤储水量在年内变化趋势整体呈“M”型,土壤储水量按照从大到小的排序为山杏林(158.35 mm)>山杏×沙棘混交林(139.72 mm)>沙棘林(123.24 mm)。不同植被类型日平均土壤含水量的变化动态相似,其变化趋势与降雨量密切相关,9月山杏林、沙棘林、山杏×沙棘混交林地的土壤含水量分别是8月的1.56、1.41、1.49倍;3种植被类型平均土壤含水量最大值均在10月,最小值均在8月。在垂直方向上,3种植被土壤水分的变化有一定的差异性,随着土层深度的增加,沙棘林土壤含水量呈先增加后降低的趋势,山杏林、山杏×沙棘混交林土壤含水量呈波形变化趋势;3种植被类型土壤水分的变异系数总体呈下降趋势,沙棘林各土层变异系数的均值最大,为39.36%。综上,山杏林土壤水分状况最好,其次是山杏×沙棘林,为该区域植被...     

宁夏黄土丘陵区山杏沙棘混交优势及其机理

调查了宁夏黄土丘陵区山杏沙棘混交林生长状况和生物量,分析了混交优势产生的机理,以期为发展山区人工林提供参考依据.结果 表明:山杏沙棘混交林中山杏平均树高比纯林高17.47％,生物量比纯林高127.7％,混交后山杏的树高和生物量均显著增加;混交林的林木固碳量是纯林的3.89倍.从生态功能来看,混交林土壤水分利用效率更高.混交林坡面径流量仅为纯林的25.1％,径流含沙量仅为纯林的59.7％,土壤侵蚀量仅为纯林的17.8％,混交林生态功能优势明显.由于沙棘根系可以与土壤中的弗兰克氏菌形成特殊的根瘤,并在根瘤中有效固定大气中游离的氮,因此土壤中氮素增高显然来自沙棘的根瘤固氮所补充的营养.沙棘与山杏混交以后,由于沙棘的根瘤固氮作用,大大增加了林地土壤氮素的供应.充足的氮素供应刺激山杏生长,因此其生长量和生物量均显著增加,林木覆盖度和林地固碳量均显著提升,表现出明显的生长优势.在生态建设中,该类型的混交林可作为固碳林推广应用.     

宁南黄土丘陵区3种典型林分的结构与水文影响比较

为分析宁南黄土丘陵区林分结构的水文功能影响关系及差异,以彭阳县3种典型林分(山杏纯林、山杏柠条混交林、山杏沙棘混交林)为对象,在2017年生长季观测了林下草本生物量和生物多样性、冠层降雨再分配、林下蒸散、土壤湿度的变化特征。结果表明:(1)林分地表覆盖度大小顺序为山杏沙棘混交林(0.81)山杏柠条混交林(0.71)山杏纯林(0.67);草本植物地上生物量为山杏沙棘混交林(0.86)山杏纯林(0.62)山杏柠条混交林(0.41);草本植物生物多样性为山杏柠条混交林山杏沙棘混交林山杏纯林。(2)3种林分类型的冠层都相对稀疏,降雨穿透率均90%,穿透雨量与林外降雨呈线性正相关;干流量和林冠截留量与林外降雨呈对数关系。(3)林下蒸散的季节变化呈"单峰型",研究期间林下蒸散表现为山杏沙棘混交林(245.0mm)山杏纯林(227.7mm)山杏柠条混交林(220.9mm),其中山杏柠条混交林的月际间差异最小。(4)生长季内土壤湿度在中上层(0—80cm)表现为逐渐降低趋势,在深层则相反;深层土壤水分的林分差异为山杏纯林山杏沙棘混交林山杏柠条混交林。在干旱缺水、侵蚀严重的黄土区,要恢复以水土保持为主要功能的稳定植被时,既要考虑植被配置模式对地表覆盖和草本生物量及物种多样性的影响,也要考虑对土壤湿度的影响,因此建议在植被恢复中尽量选择山杏沙棘混交林和山杏纯林。     

宁南黄土区典型人工林下草本植物群落多样性特征

以宁南黄土区4种典型人工林(山杏林、山桃林、山杏×沙棘混交林、山杏×柠条混交林)为研究对象,通过采用样方固定法和群落多样性指数计算,比较分析了宁南黄土区人工纯林和混交林林下草地物种组成、物种丰富度指数、多样性指数和均匀度指数等变异特征。结果表明:(1)草地群落种类组成在不同林分中总体呈现多年生草本与1年生草本伴生,且多年生草本优势较明显;(2)4种林分下重要值综合分析也表明不同人工林地植物群落发生了重要的变化,而且不同的林分类型对草本层植物群落的组成及其重要值变化差异明显;(3)4种林分下草地植物群落多样性变化规律,即生态优势度表现为山杏林山杏×沙棘混交林山桃林山杏×柠条,均匀度表现为山杏×柠条山杏×沙棘混交林山杏林山桃林,丰富度指数和多样性指数均表现为山杏×柠条山桃林山杏林山杏×沙棘混交林;(4)4种林分下植被的总盖度和生物量均表现为2016年高于2017年,主要受区域降水量影响。     

六盘山半干旱区华北落叶松人工林林下日蒸散特征及其影响因子

【目的】在半干旱的六盘山北侧叠叠沟小流域研究华北落叶松人工林的林下日蒸散变化特征,分析其对环境变化的响应规律,以期为准确计算和预测森林蒸散、实现森林精细化管理和缓解林水矛盾提供科学依据。【方法】选择华北落叶松人工林典型样地,在2013年8—10月,监测林内外气象条件,并选取能代表多种气象因子综合作用的潜在蒸散作为影响林下蒸散的气象指标;在样地内代表性地点布设11个微型蒸渗仪,其中5个保持自然状态,6个进行防雨处理,以加大土壤湿度变化范围和利于分析土壤湿度对林下蒸散的影响;逐日监测林下蒸散量和蒸渗仪内土壤湿度;分析林下蒸散对土壤湿度和气象因子的响应规律,在此基础上建立考虑二者综合影响的林下日蒸散模型。【结果】研究期间的林下日蒸散波动幅度较大,但随气温、太阳辐射、降雨量逐渐降低而逐渐减小;林下蒸散明显受到诸多气象因子影响,但主要气象因子存在月份和天气类型差异,从8月份的饱和水汽压差变为9月份的太阳辐射和10月份的日最高气温,多云天为潜在蒸散和太阳辐射,晴天为温度,阴雨天为潜在蒸散;除潜在蒸散这个体现多个气象因子综合影响的气象指标外,土壤湿度也是影响林下蒸散的重要因素,且其影响在防雨和自然处理下表现一致;林下日蒸散随潜在蒸散和土壤湿度增加均呈先快速升高、后缓慢升高、在达某个阈值(日潜在蒸散4.5 mm·d~(-1),土壤体积含水量35%或相对含水量0.56)后趋于平稳的变化趋势;建立了耦合日潜在蒸散(PET,mm·d~(-1))和土壤体积含水量(VSM,%)影响的林下日蒸散(ET_U,mm·d~(-1))模型,并基于实测数据拟合了模型参数:ET_U=(-0.045PET~2+1.392PET)[1-EXP(-1.292VSM)],精度较高(R~2=0.80)。【结论】六盘山半干旱区华北落叶松人工林林下日蒸散量随潜在蒸散和土壤湿度增加而升高,后增速渐缓并在超过阈值后趋于平稳,综合考虑这二者影响的林下蒸散模型能准确计算和预测林地蒸散。     

宁夏南部黄土丘陵区典型草本群落根系垂直分布特征与土壤团聚体的关系

为揭示宁夏南部黄土丘陵区典型草本群落根系垂直分布特征及与土壤团聚体的关系,初步评估乡土草本植物根系对团聚体发育的作用,选取5种典型草本群落(胡枝子、百里香、星毛委陵菜、猪毛蒿、长芒草),研究了草本根系垂直分布特征、土壤团聚体组成和稳定性以及根系与土壤团聚体之间的关系。结果表明:5种草本根系生物量、根长密度和表面积密度为0.44～2.11 g/m~3,0.31～3.51 cm/m~3,0.04～1.10 cm~2/m~3,随土层加深逐渐减小,呈表层聚集型分布。土壤团聚体粒径组成特征为5 mm团聚体最多(54.44%～67.80%,除猪毛蒿),较裸地提高17.5%～50.4%,0.25 mm团聚体第二,其他粒径团聚体很少(5%)。0—30 cm土壤团聚体R_(0.25),MWD,GMD值为52.03%～84.64%,9.57～21.01 mm,1.94～15.17 mm,草本群落间团聚体稳定性差异显著,百里香、星毛委陵菜群落团聚体稳定性最好,各草本群落土壤团聚体R_(0.25),MWD,GWD随土层加深先升后降。分析草本根系与土壤团聚体的关系,发现根参数和土壤团聚体稳定性指标未表现出显著相关性,说明几种草本根系在土壤结构变化中的作用尚不明确,试验有待细化。     

六盘山半干旱区华北落叶松林土壤水分时空变化与影响因素

分析森林土壤湿度时空变异规律,研究植被蒸腾、林地蒸散和气象因子对土壤湿度的影响,对干旱地区的植被恢复、林水协调管理和植被生态水文功能提升都有重要意义。在宁夏六盘山北侧半干旱的叠叠沟小流域,建立了华北落叶松人工林标准样地,利用气象站、热扩散探针、微型蒸渗仪、时域反射仪等设备,同步监测了2013年7—10月的气象条件、林木蒸腾、林地蒸散、土壤湿度的动态变化,并分层(0—20,20—40,40—60,60—80cm)探讨了土壤湿度的主要影响因子。结果表明:(1)受随机降雨事件影响,土壤湿度呈现相应的脉冲性变化;整体而言,表层(0—20cm)土壤湿度(32.69%)较低,以下各层较高(40.00%左右);土壤湿度的变异程度随土层加深和降雨增大而逐渐减弱。(2)影响土壤湿度的主要气象因子为温度、饱和水汽压差和气压;林木蒸腾和林地蒸散与整个研究期间主根系层(0—60cm)土壤湿度的相关性显著。(3)土壤湿度与各因子的相关系数随土层加深而变小,在主根系层明显,在以下土层(60—80cm)不明显。综上可知,森林土壤湿度同时受降水输入和蒸散输出影响,各土层湿度的时间变化规律相似;但表层土壤的湿度低、变幅大,土壤湿度对影响因子的响应敏感性和变幅随土层加深而逐步缩小。