沙质海岸5种植被类型土壤物理性状及其水源涵养功能

通过对沙质海岸5种植被类型的土壤物理性状和水源涵养功能的研究,结果表明:(1)混交林和草地的土壤物理性状及贮水能力明显优于纯林地的土壤物理性状;(2 ) 5种植被类型土壤的涵养水源能力大小依次为草地>黑松刺槐混交林>黑松纯林>柽柳林>刺槐纯林;表层土壤高于底层土壤;(3)各植被类型枯落物的饱和持水率在10 5 12 % 4 5 3 6 4 % ,水容量在4 5 833 17t/hm2 之间;刺槐纯林枯落物的水源涵养功能最大;(4) 5种植被类型的涵养水源量在14 76 6 6～1870 38t/hm2 之间。各植被类型的土壤蓄水量占总涵养水源量的98%以上     

晋西黄土区小流域典型植被水文功能优化研究

处于不同生长发育阶段,不同人工干扰强度与不同演替阶段的植被类型发挥着不同程度的生态环境服务功能,在流域尺度上进行植被类型的优化配置是充分发挥植被水土保持功能的重要前提.在对晋西黄土高原丘陵沟壑区蔡家川流域内6种主要林分类型进行实地调查的基础上,应用层次分析法研究了不同植被类型的垂直结构及其水源涵养能力的差异.研究结果表明,林分的垂直结构好,相应的水源涵养能力也强.该流域水源涵养能力:天然次生山杨林>天然次生槲栎林>人工刺槐侧柏林混交>人工油松林>人工刺槐林;应用水源涵养功能研究结果对该流域中嵌套的刘家凹小流域现有林分的面积进行调整,调整后该小流域的水源涵养总体能力提高了35.99%,其中土壤有效持水量增加了46.39%,增加幅度最大.     

黄土高原小流域植被恢复的土壤水分和养分权衡效应研究

  目的  明确黄土高原植被恢复影响下土壤水源涵养和养分积累的权衡和协同关系。  方法  基于野外采样和实验分析,应用多元统计方法研究了典型黄土高原小流域土壤水分和养分对不同植被恢复方式的响应。  结果  （1）不同类型人工植被恢复均会引起土壤水分含量降低,尤其是乔、灌植被深层土壤水分消耗较为严重;（2）植被恢复后土壤养分含量总体增加,其中乔、灌植被的土壤有机质、全氮、速效钾积累较草地更显著,然而不同植被类型下的土壤速效磷积累相对较低且无显著差异,并且所有人工恢复植被均引起土壤全磷和有效氮的降低,而土壤有机碳和全氮积累随植被恢复年限呈显著增加趋势。（3）综合考虑土壤水分亏缺和土壤养分积累时,乔、灌植被存在相对高水分亏缺和相对高养分积累的特征,相比而言草地土壤水分和养分的权衡更具可持续性。  结论  考虑到半干旱黄土区土壤水分和养分的权衡,合理的植被配置和对人工乔、灌植被的必要管理应该受到重视。     

生态退化与恢复对三江源区土壤保持功能的影响

[目的]探讨生态退化与恢复对土壤保持功能的影响及其作用机理,为三江源区生态保护与建设决策提供一定依据。[方法]通过构建土地覆被状况等来表征三江源区宏观生态系统变化,定量分析生态系统变化对土壤保持功能的影响,并探讨其主要机制。[结果]三江源地区从2000—2010年的生态系统经历了显著的退化和恢复过程。不同覆被类型下土壤保持能力依次为:林地耕地高覆盖度草地中覆盖度草地低覆盖度草地湿地未利用地。在研究区生态退化及恢复的过程中,2000—2010年的单位面积潜在流失量从1.25×10~4 t/hm~2增加到1.50×10~4 t/hm~2,单位面积实际流失量从2000年的3 200t/hm~2增加到2005年的3 500t/hm~2,至2010年持续增加到3 800t/hm~2。在生态恢复过程中,三江源区高覆盖度草地及湿地面积增加,从一定程度上减轻生态系统退化的趋势,三江源区单位面积土壤保持量从2000年的9 300t/hm~2,增加到2005年的1.03×10~4 t/hm~2,直至2010年三江源区单位面积土壤保持量为1.11×10~4 t/hm~2。[结论]土地覆被类型及植被覆盖程度对土壤保持功能有重要影响,三江源的生态退化与恢复过程与源区土壤保持功能变化联系紧密。     

农牧交错带禁牧草地生态系统服务空间权衡与协同关系

为明确农牧交错带禁牧草地生态系统主要服务间的相互作用关系,以宁夏盐池县草地为研究对象,借助本地化的InVEST模型,对禁牧以来（2000－2015年）草地碳储存、水源涵养、土壤保持3项关键服务进行精准测度,明确其时空变化特征,以此为基础,通过逐像元相关系数法对3种服务间的权衡作用进行定量可视化表达,分析乡镇尺度各服务间的空间权衡与协同关系。结果表明：1）禁牧以来,草地生态系统碳储存、水源涵养和土壤保持功能显著增加,但增加过程存在一个显著的“N”型波动,碳储存总量及单位面积均值由217.46万t、5.78 t/hm2增加到263.12万t、6.19 t/hm2;水源涵养总量及单位面积均值由2 884万t、76.69 t/hm2增加到6 118万t、143.92 t/hm2;土壤保持总量及单位面积均值由1 383万t、36.78 t/hm2增加到3 474万t、81.71 t/hm2。碳储存功能与草地覆被关系密切,年际波动小、增长稳定,水源涵养和土壤保持功能受降水和地形显著影响,年际波动大、空间差异显著。2）草地土壤保持与水源涵养功能呈显著的空间协同关系（面积占86.34%）,碳储存与水源涵养功能关系复杂,空间权衡与协同关系不显著（面积分别占47.66%和52.34%）,碳储存与土壤保持功能呈空间协同关系（面积占69.55%）。通过定量可视化评估草地生态系统各服务间的空间权衡与协同关系,可为草地生态系统优化提供科学依据,为草地资源管理提供参考。     

黄土丘陵区天然和人工植被类型对土壤理化性质的影响

不同植被类型对黄土高原土壤质量的改善作用存在较大差异。研究天然和人工植被类型对土壤性状的影响差异对于深入认识黄土高原植被恢复与土壤环境演化的关系,准确评价不同植被恢复模式生态环境效益具有重要意义。该研究以黄土丘陵区燕沟流域为例,选择研究区广泛分布的11种天然和人工植被类型为研究对象,系统分析了该区天然和人工植被类型对土壤性状的影响。结果表明:天然和人工植被类型对土壤性状的影响差异明显。200cm土层土壤含水率大小为农田>天然草地>人工乔木林地>果园>人工灌木林地>天然灌木林地。与农田相比,天然灌木林地和天然草地土壤体积质量降低最为明显,人工乔木林地、人工灌木林地和果园土壤体积质量下降差别不明显。天然灌木林地、天然草地和人工灌木林地土壤有机质、全氮都有明显提高,人工乔木林地和果园土壤有机质和全氮提高不明显。不同植被类型土壤有机质、全氮总体随土层加深呈下降趋势,农田、果园和人工乔木林地土壤有机质和全氮垂直变化较小,而天然灌木林地、天然草地和人工灌木林地变化较大。不同植被类型土壤全磷含量差异较小,且垂直变化不明显。总体看来,天然植被类型对该区土壤性状改善作用优于人工植被类型,而人工灌木林的改善作用优于人工乔木林。     

吉县蔡家川流域不同森林植被的林地水源涵养功能

林地（枯落物层和土壤层）是森林植被水源涵养功能的主体,在水土保持中具有举足轻重的作用。根据蔡家川流域林地枯落物和土壤的分析与测定,研究比较了晋西黄土区不同森林植被的林地水源涵养功能。结果表明,不同植被类型枯落物的最大有效拦蓄量的大小为:虎榛子林（2.85 mm）>沙棘林（2.38 mm）>刺槐林（1.88 mm）>油松×刺槐林（1.31 mm）>油松林（0.77 mm）。不同植被类型0~60 cm土层的林地土壤最大拦蓄量为:虎榛子林（248.2 mm）>油松×刺槐林（241.0 mm）>刺槐林（210.2 mm）>草地（209.8 mm）>油松林（198.1 mm）。晋西黄土区不同森林植被的林地水源涵养功能研究,为该区水土保持林的合理经营与利用提供了科学依据。     

陕北黄土丘陵区不同植被景观功能评价

采用LFA方法从景观内部构成和土壤表层状况两个方面对陕北黄土丘陵区典型不同林龄人工刺槐林、人工侧柏林、人工柠条林和撂荒草地进行了景观功能评价,探讨陕北黄土丘陵区不同退耕时期人工植被景观对区域土壤性能改善情况及水土保持作用。分别在4种植被景观类型内布设3条不短于50m样线,在样线上调查斑块和非斑块种类及数量,并在斑块和非斑块内设置1m~2调查区进行了土壤表层评价。结果表明:(1)各景观类型中,斑块百分比及斑块面积大小顺序为人工柠条林撂荒草地人工侧柏林人工刺槐林。(2)随着退耕年限的增加,人工刺槐林及侧柏林景观特征指标及斑块面积指标显著降低(p0.05),人工柠条林及撂荒草地景观特征指标及斑块面积指标有增加趋势但是不具显著性。(3)人工刺槐林和人工柠条林土壤健康指标最高,对土壤性能具有较强改善作用,人工侧柏林对土壤性能改善作用处于中等水平,撂荒草地土壤健康指标最低。(4)随着退耕年限的增加,人工刺槐林、人工柠条林对土壤性能具有显著改善作用,人工侧柏林和撂荒草地对土壤性能的改善作用不明显。综上,人工刺槐林、人工柠条林对改善生态环境,减少水土流失具有显著作用,人工侧柏林的土壤改善和水土保持作用不明显,撂荒草地能够对土壤性能起到改善作用,但处于较低水平。     

草海流域景观结构与土壤保持功能时空动态特征

为全面探明草海流域景观结构变化对其土壤侵蚀/土壤保持功能的影响,基于InVEST模型对草海流域2009年和2017年景观结构和土壤保持功能时空特征进行了定量分析和动态评估。结果表明:(1)草海流域2009—2017年景观类型均以耕地和水域为主,但景观结构发生明显变化,表现为耕地、水域、灌草地的减少和林地、沼泽地、建筑用地的增加。(2) 2009—2017年草海流域实际土壤侵蚀强度呈加剧趋势,2009年和2017年单位面积潜在土壤侵蚀和实际土壤侵蚀分别为2 665.14,125.55 t/(hm~2·a)和11 451.19,523.24 t/(hm~2·a)。(3) 2009—2017年草海流域及各景观类型的土壤保持量呈增加趋势,总体呈现"总体好转、局部恶化"的特征,2009年和2017年单位面积土壤保持量分别为2 539.60,10 927.94 t/(hm~2·a),其中,灌草地土壤保持量增速最快,沼泽地增速最慢。因此,优化流域景观结构、降低人类活动干扰、增加植被覆盖有利于提升流域土壤保持服务功能。研究可为草海流域生态恢复与建设、流域空间规划提供理论基础和科学依据。     

不同植被恢复类型对土壤性质和水源涵养功能的影响

对相同立地条件下3种不同植被恢复类型(厚荚相思林、尾巨桉林和灌草丛)的土壤性质和水源涵养功能进行了研究.结果表明,不同植被恢复类型的土壤理化性质和水源涵养功能存在较明显差异,厚荚相思林、尾巨桉林和灌草丛在0-20 cm土层,土壤容重分别为1.126,1.205,1.247 g/cm3,非毛管孔隙度分别为9.27%,9.04%,8.581%,毛管孔隙度分别为41.57%,39.82%,40.81%;土壤有机质、全N、全P、水解N和速效P含量均为厚荚相思林灌草丛尾巨桉林;3种植被恢复类型凋落物最大持水量分别为20.14,13.07,4.02 t/hm2,土壤蓄水能力大小依次为1 946.2,1 920.0,1 911.8 t/hm2,各植被恢复类型最大蓄水量为厚荚相思林(1 966.3t/hm2)尾巨桉林(1 933.1 t/hm2)灌草丛(1 915.8 t/hm2),因此,厚荚相思林具有比尾巨桉林和灌草丛更好的维持地力作用和更高的水源涵养功能.     

黄土高原沟壑区人工植被类型对土壤水分和碳氮的影响

以黄土高原沟壑区人工建造的典型植被油松、侧柏、刺槐、沙棘、苹果为研究对象，研究分析了不同植被类型对土壤水分含量、土壤碳氮累积等的变化影响。研究表明，旱季刺槐林地表现出了强烈的耗水特征，200cm以下土壤含水量具明显减少趋势。200—300cm处水分含量仅为5．8％～7．1％，而油松林地200cm以下与荒草地含水量基本相一致，土壤水分含量保持在15％左右，侧柏、沙棘、苹果土壤水分利用主要在20-200cm范围内。雨季，天然降雨虽对林地水分含量有所补充，但只表现在0-50cm表层，且各个植被类型间表现不明显；与荒草相比，油松群落土壤有机碳氮提高了9．3％，果园土壤有机碳含量显著降低，而沙棘、侧柏和刺槐群落的土壤有机碳含量虽低于荒草群落，但尚未达到显著水平。     

黄土高原人工林对区域深层土壤水环境的影响

通过对典型黄土区 1 0m土层土壤水分的分析表明 :黄土高原土壤深层具有丰富的土壤水资源 ,3～ 1 0m土层内土壤水资源从南部的 1 0 86.8mm逐渐降低到北部的 5 2 4.1mm ,各地土壤水资源量约相当于当地多年平均降水量的 2倍。在 1 0m土壤水分剖面内 ,随土层深度的变化土壤含水量具有波动性和相对稳定性的特征。以荒坡地或低产农田为对照 ,通过对比分析发现 ,黄土高原目前主要的造林树种可利用 9～ 1 0m以下土层的土壤水资源。在黄土高原半干旱气候背景下 ,人工林植被的耗水主要使黄土区中北部地区 3～ 8m土层土壤含水量降低到长期接近或低于凋萎湿度 ,形成难以恢复的深厚土壤干层。人工林大量耗水形成的难以恢复的土壤干层是黄土高原特殊的生态水文现象 ,是目前区域人工植被生态系统不稳定性的体现。同时表明 ,黄土高原营造的人工林尚不能达到涵养水源之功能。     

西部黄土丘陵区不同草地土壤侵蚀对侵蚀性降雨的响应

[目的]研究西部黄土丘陵区人工和天然草地对不同类型侵蚀性降雨的响应,为该区植被建设和水土流失防治提供指导。[方法]利用甘肃省定西市安家沟径流场2007—2015年的观测数据,分析侵蚀性降雨因素对坡度为20°的人工草地和天然草地土壤侵蚀的影响。[结果]西部黄土丘陵区的侵蚀性降雨分布在5—9月,其中7—8月的侵蚀性雨量较大,其侵蚀量占年均侵蚀的70%以上。两种不同类型的草地侵蚀量均与PI10相关性最好。该区域侵蚀性降雨主要是中雨和大雨,造成的草地侵蚀量占年均侵蚀的86%。中、高雨强型降雨的侵蚀量分别占人工、天然草地总量的90.8%和91.2%,其侵蚀量与PI10,PI30呈较好的幂函数关系。大于300 MJ·mm/(hm2·h)的高侵蚀力型降雨引起的侵蚀量最大,分别占人工、天然草地总侵蚀量的32.3%和33.4%;50~100MJ·mm/(hm2·h)的中侵蚀力型降雨次数最多,而引起人工、天然草地的侵蚀占相应总量的26.0%和29.1%。[结论]人工草地(盖度75%~82%)和天然草地(盖度80%)的侵蚀性降雨量标准分别为11.3和11.9mm,最大I10标准分别为10.4和11.7mm/h。天然草地比人工草地具有更好的水土保持效果。     

黄土高原南部土地利用/覆被变化的土壤侵蚀效应

基于3S技术对黄土高原南部地区土地利用/覆被变化及空间分布格局进行了综合测评,同时应用通用土壤流失方程(USLE)定量研究了不同土地利用方式下的土壤侵蚀效应.研究表明,研究区1980-2005年共有1 123.80 km2耕地被用为城镇建设用地,建设用地面积净增了1 238.29 km2,林地、草地面积总量变化小,但局部地区流转特征显著;与此同时,该区土壤侵蚀模数从11.54 t/(hm2·a)增至13.81t/(hm2·a),1980和2005年黄土沟壑区侵蚀模数的峰值分别为1 708.52和1 584.69 t/(hm2·a).该区域土壤侵蚀效应与土地利用空间格局耦合性较强,林地、草地由于分布区域海拔高,坡度陡,侵蚀强烈,而地势低洼、平坦地区(建设用地、耕地、未利用地)的土壤侵蚀强度小.林地、草地的土壤侵蚀效应由于受到地形因素的影响,对降雨侵蚀因子增强的响应尤其明显.2005年该区林地和草地的平均侵蚀模数分别增加了2.34和7.32 t/(hm2·a),并且微度以上侵蚀等级的面积有所增加.     

黄土高原土壤水分与水土保持措施相互作用

土壤水是重要的生态水源和水文要素之一,黄土高原位于干旱半干旱地区,降水量的年际变化大和季节分配极不均匀,土壤水资源对植物生长发育的影响尤为重要。同时,土壤水的数量及其分布也受人类活动影响。水土保持措施是黄土高原人类改造下垫面过程之一,这种改造会影响土壤水分的静态分布和动态过程。水土保持坡面工程措施能有效地提高土壤含水率。深根系人工林草植被使土壤含水率降低,甚至造成利用性土壤干层,影响人工植被的永续发展。尽管天然植被也有较高的生产力水平,但并未引起土壤水分状况的恶化,这是黄土高原植被营造及规划中值得注意和进一步研究的问题     

水分平衡基础上的小流域水土保持林配置模式探讨

就山西西南部黄土残塬沟壑与丘陵沟壑区小流域水土保持林体系配置问题进行探讨。在遵循以小流域为设计对象单元，针对水土流失影响因子因害设防，层层设防的防护林体系配置的理论基础上，提出从林地和流域的水分平衡出发，小流域防护林体系应采取合理的配置模式、促进天然植被恢复与人工造林促进植被恢复形成合理的林分结构，防护林体系应基于小流域的水分生态环境合理分布，在不同地貌部位的合理配置应遵循不同立地可承载生物量的极限值，适度造林，作到林水平衡，达到合理的植物配置模式和稳定林分结构，形成良性的水文生态环境，保证水土保持功能持续稳定。研究地区试验流域在森林覆盖率达到34％时，分布合理，侵蚀沟在封育状况好时，均可达到产流量小于允许侵蚀量。疏林地、林草间作林地、带状绿篱、未破坏的天然灌木和天然草地，稀疏林地就能够使产沙量小于允许值，并且林地具有较好的水分状况。     

土地利用方式对高寒草甸生态系统土壤无机碳的影响

[目的]探明土地利用方式对高寒草甸生态系统土壤无机碳含量及储量的影响,为青藏高原区域碳增汇原理及草地管理实践提供科学支撑。[方法]选取围栏封育地、自由放牧地、多年生人工草地、补播地及黑土滩型退化草地5类不同土地利用类型,对无机碳的含量和储量、土壤主要理化性质的变化及其相关性进行比较分析。[结果]在高寒草甸生态系统中,无机碳含量较低且不同土地利用下土壤无机碳的储量(以C含量表示)有显著差异,表现为多年生人工草地(3 381.28kg/hm2)围栏封育地(739.27kg/hm2)自由放牧地(712.12kg/hm2)补播地(647.64kg/hm2)黑土滩型退化草地(361.26kg/hm2)。不同土地利用类型草地的土壤pH值、容重和含水量差异显著。土壤无机碳与土壤容重和含水量分别为线性正相关和负相关关系,与pH值为正相关关系,当pH值7时,无机碳含量很低,基本保持不变;当pH值7时,表现为指数函数关系。[结论]在高寒退化草地改良重建的技术与综合治理模式中,黑土滩型退化草地上建植多年生人工草地的管理策略在无机碳固定方面较其他措施更加有效,是维持草地碳汇功能的有效措施。     

晋西黄土残塬沟壑区刺槐人工林土壤水分植被承载力研究

为明确在干旱缺水地区,植被对深层土壤水分的过度消耗以及水资源的承载能力,在晋西黄土残塬沟壑区选取林分密度1 300株/hm~2的刺槐人工林为研究对象,以裸地为对照,利用Enviro-SMART土壤水分监测系统(FDR)和热扩散探针(TDP)技术对当地刺槐人工林地0—150 cm范围内各土层体积含水量与树干液流量进行长期连续定位观测,采用土壤有效水与单株刺槐耗水量的比值来衡量研究区刺槐人工林土壤水分植被承载力。结果表明:(1)月降水量和月土壤储水量是决定刺槐人工林土壤水分植被承载力的主要环境因子,且二者与土壤水分植被承载力之间均呈现显著的正比例关系(P0.05)。(2)根据构建的刺槐人工林土壤水分植被承载力模型,计算出当地林龄为19年的刺槐人工林0—150 cm土层深度的土壤水分植被承载力为1 224株/hm~2,稍小于研究区实际林分密度(1 300株/hm~2),为保证当地刺槐人工林分耗水深度控制在0—150 cm土层范围内,同时也为促进当地林分生产力处于最优水平,建议在今后的营林造林过程中将刺槐人工林密度控制在当地土壤水分植被承载力范围之内,在减少林地深层水分消耗、调整林地土壤水资源平衡的同时,促进当地林业产业的合理发展。     

Spatial variations and impact factors of soil water content in typical natural and artificial grasslands: a case study in the Loess Plateau of China

Purpose

Soil water overconsumption is threatening the sustainability of regional vegetation rehabilitation in the Loess Plateau of China. In this study, two typical natural and artificial grasslands under different precipitation regimes were selected and the spatial variations in and the factors that impact the soil water content were investigated to provide support for vegetation restoration and sustainability management in the Loess Plateau.

Materials and methods

Soil samples were collected in May and September. Medicago sativa L. and Stipa bungeana Trin. were selected as representatives of natural and artificial grasslands, respectively. Soil measurements were conducted at the beginning and end of the rainy seasons at soil depths of 0 to 3 m in 0.2-m increments, and 147 undisturbed and 2205 disturbed soil samples were collected at 27 sampling sites with different precipitation gradients across the Loess Plateau. The plant height, the field capacity, the saturated hydraulic conductivity, the bulk density, and the slope gradient were considered as impact factors. Statistic methods included one-way ANOVA, correlation tests, significance tests, and redundancy analyses.

Results and discussion

Spatial variation trends indicated that the mean soil water content increased as the multi-year mean precipitation increased, and the soil water content was higher in the natural grassland of Stipa bungeana Trin. than in the artificial grassland of Medicago sativa L. in the same precipitation gradient zone. Vertical spatial variation trends indicated that the soil water content was higher in most surface layers than in the deep layer and lower at the end of the rainy season than at the beginning of the rainy season, when the mean annual precipitation was less than 510 mm. The soil water content of the Stipa bungeana Trin. grassland was significantly correlated with precipitation and plant height, whereas the soil water content of the Medicago sativa L. grassland only exhibited a significant correlation with precipitation. Thus, grasses with fine palatability, good adaptability, and low water consumption should be cultivated in the Loess Plateau.

Conclusions

The decreased soil water content is more obvious in the soil layers with active vegetation roots. In the areas with multi-year precipitation at 370–440 mm, natural grasslands are more suitable for restoration and these areas should be treated as key areas for vegetation restoration. With regard to the spatial distribution of vegetation restoration, the economic and ecological benefits must be balanced so that the ratio of artificial vegetation and natural restoration can be optimized to realize the continued sustainability of vegetation restorations.