华北土石山区天然次生林空间结构特征分析

以河北省木兰围场国有林场内1hm2标准地植被群落调查数据为基础,利用角尺度、混交度和大小比数这3个林分空间结构参数分析了华北土石山区天然次生林林分空间结构特征。结果表明,优势种白桦混交程度较低,林木空间隔离状况较差,亚优势种和伴生树种混交程度普遍较高,林分混交形式以零度和弱度混交为主,平均混交度为0.400。林木个体大小分化明显,各树种平均大小比数排序为：华北落叶松〉花楸〉蒙古栎〉棘皮桦〉白桦〉青杄〉山杨〉油松〉华北五角枫。群落内多数林木处于随机分布状态,但林分平均角尺度为0.562,属团状分布。依据天然次生林空间结构特征,分析预测了群落演替趋势,并提出森林经营的相关建议。     

华北土石山区水源保护林小流域土壤侵蚀过程的模拟研究

根据对试验流域土地利用现状的实地调查 ,在GIS技术的支持下 ,结合林冠截留模型、枯落物糙率系数模型、SCS水文模型、径流小区产沙量经验模型、栅格单元泥沙输移量模型 ,以试验流域空间数据库和属性数据库为基本参数输入 ,对试验流域 1996～ 1998年 8场典型降雨土壤侵蚀量的空间分布进行了模拟。模拟结果显示 ,裸荒地场降雨产沙量占场降雨侵蚀总量的 92 4 7%～ 10 0 % ,水源保护林地 (包括刺槐和油松林地 )的产沙量占总侵蚀量的 15 2 3%～ 7 5 3% ,水源保护林的土壤侵蚀控制效应非常显著。对试验流域 1997 0 7 31和 1998 0 7 0 5两场典型降雨径流量和侵蚀量的模型检验显示 ,模拟误差分别为 - 3 2 4 %、 10 %和 32 3%、 39 34%。     

华北土石山区公路边坡常见植物根系地下分布特征

以京承高速公路（三期）边坡常见植物为研究对象,通过全挖法,调查研究华北土石山区公路边坡常见植物根系地下分布特征。结果表明：1）木本植物根系的总根长和总干质量远远大于草本植物;2）在不同土层,随着地下深度的加深,木本植物的根长和根干质量所占比例逐渐降低,而草本植物沙打旺和紫花苜蓿的则逐渐升高,草本植物高羊茅的根系集中分布在垂直坡面的地下10cm范围内;3）植物总根长的比较结果为胡枝子〉刺槐〉紫穗槐,高羊茅〉沙打旺〉紫花苜蓿;木本植物刺槐和紫穗槐以粗根的根长比例最大,胡枝子细根的根长比例最大,草本植物紫花苜蓿和沙打旺粗根的根长比例最大,高羊茅细根的根长比例最大;4）随着地下深度的加深,刺槐、紫穗槐、紫花苜蓿和沙打旺的主根与边坡夹角逐渐变小,最终贴着岩面顺势向下生长,遇到岩面后会改变其生长方向或扎入岩缝生长;5）高羊茅须根与边坡的夹角约为10°,基本为沿着坡面向下生长,胡枝子无明显主根,地下分布深度较浅,以茎干为中心向坡面四周延伸。     

华北土石山区油松和元宝枫人工林土壤有机碳特征

森林生态系统土壤有机碳的储量及时空变化是制定森林生态系统可持续经营管理措施的重要依据,对全球碳循环与碳平衡的研究具有十分重要的理论价值.以华北土石山区不同密度油松和元宝枫人工林为研究对象,对不同林地类型的土壤密度、pH值以及全氮、速效钾、有机碳的质量分数等参数进行测定,对比分析不同林地类型土壤有机碳的质量分数、土壤有机碳密度、储量及垂直分布特征,探讨土壤有机碳质量分数与土壤理化性状的相关关系.结果表明:元宝枫林的平均土壤有机碳质量分数和有机碳密度均大于油松林的;土壤有机碳质量分数和有机碳密度在土壤表层(0 ～ 10 cm)为最高值并随土壤深度的增加而降低;土壤有机碳质量分数表现为2种林分密度下的元宝枫林无显著差异,而有机碳密度则表现为高密度元宝枫林＞低密度元宝枫林;在油松林中土壤有机碳质量分数、有机碳密度均表现为中密度油松林＞高密度油松林和低密度油松林.油松林和元宝枫林土壤有机碳质量分数与土壤密度均呈显著负相关,而全氮、速效钾与其呈显著正相关,油松林土壤有机碳质量分数与pH值呈显著相关,而元宝枫林土壤有机碳质量分数与pH值不相关.综上所述,华北土石山区元宝枫林较油松林具有更大的固碳潜力,而且土壤的有机碳质量分数及有机碳密度受树种和林分密度影响较大.     

雨型对华北土石山区坡面土壤侵蚀的影响

为研究雨型对华北土石山区坡面土壤侵蚀的影响,通过室内人工模拟降雨试验,以华北土石山区主要土壤类型黄土性褐土和石灰性褐土为研究对象,设计次降雨中平均降雨强度和降雨量相同的3种不同降雨类型(均匀型、增加型、减弱型对应的降雨强度组合分别为60,30～60～90,90～60～30 mm/h),分析不同雨型下华北土石山区坡面产流产沙的变化规律。结果表明:(1)不同雨型的产流时间与起始阶段降雨强度呈负相关,增加型降雨的坡面产流时间最长,且分别为均匀型和减弱型的1.98,4.15倍;减弱型降雨的总径流量和总侵蚀量最大,而均匀型降雨的最小,减弱型降雨的总径流量是均匀型和增加型降雨的1.05～1.12倍,总侵蚀量分别是增加型和均匀型的1.22,1.78倍。(2)在不同雨型下,同一降雨强度出现在不同降雨阶段,使得坡面产流产沙的过程不同。(3)同一降雨强度出现在雨型起始阶段的径流量和贡献率与结束阶段相比偏小。次降雨起始阶段的强度为30 mm/h时,黄土性褐土的侵蚀量和贡献率大于其在结束阶段的侵蚀量和贡献率,而石灰性褐土与之相反。     

华北土石山区典型小流域治理模式研究——以北庄小流域为例

水土资源合理利用及生态环境综合整治研究是当前小流域综合治理研究的热点问题。以密云水库库区北庄小流域多年水土流失综合治理监测数据为基础,综合探讨了北庄小流域水土保持综合治理措施的作用,分析了其水保效益。研究表明:土地利用结构的调整、森林覆盖率的增加,是控制水土流失最有效的途径,有林地的径流量和产沙量明显降低;水土流失治理收到了很好的社会、经济效益,流域内人均收入由1998年的2594元提高到2003年的5150元,流域内农户的环境保护意识明显增强。北庄小流域治理模式可以为北方土石山区的水土流失治理提供参考。     

华北土石山区土地利用/土地覆被变化的水文响应研究——以张家口云州水库流域为例

以张家口云州水库流域为例研究华北土石山区土地利用/覆被变化的水文响应.收集研究区1968年、1980年和2000年遥感影像.采用MaptGIS解译得到不同时期的土地利用网,采用ArcView分析获得空间数据和属性数据.并利用研究区逐日降水量和径流量数据,分析不同土地利用时期的水文响应.结果表明:华北土石山区土地利用变化对流域年径流具有显著影响.1981-2000年间植被条件较好的土地利用较1968-1980年间产流有所减少,多年平均径流系数下降了22.22%.在相同的降水条件下,根据不同土地利用降水与径流的拟合曲线进行预测,发现1981-2000年间土地利用产流比1968-1980年间减少了15%～3O%.不同土地利用在相同降水条件下的产流仅在生长季节具有明显差异,也就是说土地利用变化对产流的影响具有季节性,在枯水季节无显著影响.植被条件好的时期产流能力明显下降.     

华北土石山区草本植被覆盖度对降雨溅蚀的影响北大核心CSCD

通过野外人工模拟降雨试验,研究植被覆盖度对雨滴动能和土壤溅蚀量的影响。结果表明:(1)在相同植被覆盖度条件下,溅蚀量随雨强的增大而增大。植被覆盖度与植被拦截后雨滴的动能呈负指数函数关系;(2)相同降雨强度条件下,溅蚀量与植被覆盖度呈负相关,这一关系可用以e为底的指数函数来表示。溅蚀量随植被覆盖度的增大而减小,在植被覆盖度为40%前十分显著,可认为植被覆盖度40%是一个临界值;(3)在同一雨强相同植被覆盖度的情况下,溅蚀量随溅蚀距离的增大而减少,各溅蚀距离内的溅蚀量与植被覆盖度呈负相关。植被覆盖对溅蚀的影响随距离的增加而逐渐减弱。     

五种气候生产力模型在华北土石山区的适用性分析

植被净初级生产力(Net Primary Productivity,NPP)是陆地植物的净固碳量,对于全球碳估算研究具有重要意义。华北土石山区作为中国林业工程重点区域,是典型的干旱半干旱气候区,准确估算该地区NPP大小及其变化特征对林业生态工程建设具有重要意义。本文基于河南小浪底森林生态系统国家野外科学观测研究站1980-2020年气候数据,利用Miami模型、Thornthwaite Memorial模型、Chikugo模型、朱志辉模型及周广胜模型共5种气候生产力模型估算,分析NPP的变化趋势,运用随机森林算法探讨NPP影响因素,并以区域MODIS NPP数据为标准进行评价,以探究适合估算该地区NPP的气候生产力模型。结果表明：(1)华北土石山区年平均气温、最高气温、最低气温和降水量均呈上升趋势,变化速率分别为0.05℃·a^-1、0.04℃·a^-1、0.05℃·a^-1和1.58mm·a^-1;年平均太阳辐射和平均相对湿度则呈下降趋势,变化速率分别为0.46MJ·m^-2·a     

北京山区不同密度油松结构与功能研究

对北京八达岭林场32 a生5种造林密度阳坡油松林生物多样性、蓄积量、碳密度、水源涵养等功能进行调查与实验,结果表明:随着林分密度的减小,林木生长状况良好,林下植被层各种生物多样性指数较其它林分高,并伴随着出现辽东栎等其它栎类更树种的生长;1200株/hm2的油松林蓄积最大为95.53 m3/hm2,但从单株蓄积量来看,不同密度的油松林单株蓄积随着油松林密度的减小而增大,油松800株/hm2的单株蓄积为0.101 7m3/hm2,是2 000株/hm2单株蓄积的3.17倍.不同密度油松林生态系统碳密度范围为78.87～142.13 t/hm2,平均碳密度为119.14 t/hm2,且随着密度增大而减小.油松林碳密度主要有3个部分组成:植被层、枯落物层和土壤层,其空间部分为土壤层＞植被层＞枯落物层,林地土壤的碳密度平均为79 t/hm2以上,地上部分碳密度与地下(包括土壤、树根和死地被物)碳密度之比平均为1/3.30;油松林地的稳渗速率、产流量随林分密度的增大而减小,这对增加当地的径流水量、涵养水源能力具有重要意义.产沙量也随密度的增加而减少,这对选择油松800株/hm2作为最优林分密度是不利因素,但从北京的多年降雨来看,这种影响对选取油松在800株/hm2作为首选经营密度还是较小.     

北京山区不同密度油松结构与功能研究

对北京八达岭林场32年生5种造林密度（2000株/hm^2、1500株/hm^2、1200株/hm^2、1000株/hm^2、800株/hm^2）阳坡油松林生物多样性、蓄积量、碳密度、水源涵养等功能进行调查与实验,结果表明：随着林分密度的减小,林木生长状况良好,林下植被层各种生物多样性指数较其它林分高,并伴随着出现辽东栎等其它栎类更树种的生长;1200株/hm^2的油松林蓄积最大为95.53 m^3/hm^3,但从单株蓄积量来看,不同密度的油松林单株蓄积随着油松林密度的减小而增大,油松800株/hm^2的单株蓄积为0.1017 m^3/hm^3,是2000株/hm^2单株蓄积的3.17倍。不同密度油松林生态系统碳密度范围为78.87～142.13 t/hm^2,平均碳密度为119.14 t/hm^2,且随着密度增大而减小。油松林碳密度主要有三个部分组成：植被层、枯落物层和土壤层,其空间为部分为土壤层〉植被层〉枯落物层,林地土壤的碳密度是相当可观大的,碳密度平均为79 t/hm^2以上,地上部分碳密度与地下（包括土壤、树根和死地被物）碳密度之比平均为1/3.30;油松林地的稳渗速率、产流量随林分密度的增大而减小,这对增加当地区的径流水量、涵养水源能力具有重大意义。产沙量也随密度的增加而减少,这对选择油松800株/hm^2作为最优林分密度是不利因素,但从北京的多年降雨来看,这种影响对我们选取油松在800株/hm^2作为首选经营密度还是较小的。     

华北土石山区森林土壤中石砾分布特征对土壤大孔隙及导水性质的影响

为了探究土壤中石砾对大孔隙形成的作用及对饱和导水率的影响,研究京郊密云水库水源涵养林内土壤石砾分布特征、大孔隙分布特征以及与饱和导水率之间的关系。结果表明:(1)林区0—30cm土壤层内石砾体积含量范围为7.10%~22.05%,质量含量范围为10.76%~38.20%,且石砾多集中分布于5~10mm粒径范围内;石砾含量随坡向呈现阳坡阴坡半阴半阳坡的规律;(2)石砾含量与当量孔径1.5mm的孔隙密度呈现极显著相关关系(p0.01),粒径5mm的石砾体积含量与大孔隙密度具有显著相关性(p0.05),说明砾石主要影响较大孔隙,特别是粒径5mm的石砾对大孔隙的形成影响较大;(3)当量孔径1.5mm的孔隙数量仅占总孔隙数量的1.41%,但对导水速率的贡献率为54.44%;饱和导水率与其呈线性关系。     

北方土石山区土壤侵蚀对土壤质量的影响

沂蒙山区是我国北方典型的土石山区,当地土壤由片麻岩、砂岩发育而来,质地疏松易流失,目前缺乏对土壤侵蚀监测的长期观测数据。以山东省沂蒙山区某一小流域为研究对象,利用137Cs示踪技术与杨氏土壤侵蚀等模型,对该流域坡耕地与非耕地的土壤侵蚀速率进行了初步估算,坡耕地土壤侵蚀速率5 961.6 t/km2.a,坡地非耕地侵蚀速率2 530.5 t/km2.a,并探讨了土壤侵蚀对土壤质量的影响。研究结果表明:整个研究流域土壤侵蚀严重,土壤侵蚀量大的区域,土壤有机质、全氮等含量相对较低,而土壤全磷含量变化和缓,总体上土壤质量状况较差。该研究对我国北方土石山区土地资源的合理开发利用和生态环境保护具有积极的意义。     

北方土石山区典型坡面优先流特征研究

以太行山区崇陵流域的典型坡面为研究对象,通过亮蓝(Blue-FCF)与KI染色示踪试验,利用图像处理软件技术,计算优先流形态特征参数,分析5个不同坡位的优先流形态特征变化规律。结果表明:(1)随着坡位升高,坡面土壤厚度、容重逐渐减小,而总孔隙度、渗透系数、饱和含水量逐渐增大,凋萎系数与田间持水量则呈现波动变化趋势;(2)随着坡位的升高,染色剂运移深度不断增加,基质流区域占比减小而优先流区域占比增大;各坡位染色面积比随深度缓慢下降,在40cm以下深度范围高坡位点的土壤水分与周围土体交互作用较低坡位点较弱;染色剂入渗体积随坡位升高而逐渐增大;(3)随着坡位的升高,优先流对实际水分运移的贡献增大,高坡位坡面水分以优先流为主要方式向下入渗;(4)土壤质地与容重是影响土石山区坡面不同坡位优先流差异的主要因素。     

石灰岩山地两种模式人工林小气候比较

为了探讨侧柏女贞混交林（CN）和侧柏纯林（CB）对林内小气候影响的差异,以便为分析不同模式林分生态效应提供依据,在春季、夏季、秋季和冬季对两种林分林内空气温湿度、土壤温度和土壤水分含量进行了观测,同时测定空地（CK）小气候指标作为对照。结果表明:夏季中午前后CN,CB和CK间气温差距最大,四季气温值均是CN最小、CK最大,春季和夏季CN与CB气温差异未达到显著水平,秋季和冬季气温值无差异;不同样地空气相对湿度基本为CN > CB > CK,且夏天空气相对湿度最高、春天最低,不同季节CN和CB空气相对湿度差异不显著;各样地地表温度均高于地下5 cm温度,在温度较高的午后CN地表温度与地下5 cm温度的差值比CB,CK小,夏季各样地地表与地下5 cm土温差值最大、冬季最小;土壤含水量变化与空气相对湿度变化规律相似,表现为混交林土壤水分含量高于纯林。在炎热的夏季,混交林改善小气候的能力优于纯林,主要表现在降低并稳定气温和地温,增加空气湿度和土壤含水量。     

雨强对华北土石山区坡面侵蚀及其颗粒富集过程的影响

为研究雨强对华北土石山区坡面侵蚀过程和泥沙颗粒分布规律的影响,采用室内人工模拟降雨试验,以华北土石山区2种典型土壤为研究对象,在4种雨强(30,60,90,120mm/h)条件下,分析了径流的变化过程和侵蚀泥沙的颗粒组成及其颗粒富集率的变化规律。结果表明:(1)随着雨强从30mm/h增大至120mm/h,黄土性褐土和石灰性褐土的产流时间均逐渐减小,分别缩短了79%和85%;(2)在60,90,120mm/h雨强条件下,黄土性褐土的径流强度和泥沙浓度均随降雨时间先减小后增大,而后趋于稳定状态,石灰性褐土仅在120mm/h雨强条件下出现相似规律;(3)当雨强从30mm/h增大至120mm/h,黄土性褐土泥沙流失朝粗颗粒化发展,侵蚀泥沙的砂粒和粗粉粒含量分别增加了86%和21%,而石灰性褐土的变化不明显;(4)在降雨初始阶段,粒径较小的黏粒和细粉粒明显富集,而粒径较大的粗粉粒和砂粒不易流失,但随着降雨历时的延长,不同粒径泥沙颗粒的富集率趋于1,这种现象在大雨强下表现得尤为明显。