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)。     

黄土高原半干旱地区刺槐人工林密度与地上生物量效应

 以黄土高原半干旱地区的山西省方山县人工刺槐林为对象,采用树干解析与称重法,设立标准地对10个不同密度人工刺槐林进行了生长与生物量调查,分析密度对单木和林分生物量的效应。结果表明:18年刺槐林分的地上现存生物量与测树指标D2H和D有很好的相关性,其中树干和叶的生物量与D2H关系密切,而枝条生物量与D关系密切。刺槐单木总生物量及各部分生物量都是密度的幂函数,但是对林分而言,低密度林分和高密度林分的总生物量都比较高,而处于中间密度林分的生物量较低;林分现存总生物量也呈同一趋势。从总生物量来说,林分的水分利用效率与密度不存在线性关系,但是其干材的水分生产效率是随着密度降低而增加的,反映出不同密度水分利用效率的经济价值不同。     

不同干扰措施下黄土丘陵区人工刺槐林生长结构及土壤理化性质分析

为合理经营管理人工刺槐林,提高其稳定性,通过野外调查与室内分析相结合的方法,对不同干扰措施下林龄为30a左右的刺槐×柠条,刺槐×油松,刺槐×连翘等3种混交林中刺槐与33龄刺槐纯林的生长指标、土壤理化性质及林下植物多样性进行了分析。结果表明,不同的抚育管理方式对混交林和纯林中刺槐乔木的密度影响较小,刺槐通过无性繁殖自我修复,密度均维持在1 000～1 500株/hm2;纯林中乔木蓄积量显著高于3种混交林;纯林径阶主要分布在8～16cm,占样地内刺槐的79.31%,混交林主要分布在2～12cm,占样地内刺槐的82.58%左右;纯林内刺槐胸径与其树冠的投影面积相关系数r=0.385,混交林内的刺槐为r=0.735,混交林内刺槐树形结构好于纯林;纯林对土壤容重、有机质的改善作用差于混交林,混交林中以刺槐×柠条林改善土壤容重作用最显著,纯林和混交林在0—5cm土层的有机质含量平均值分别为15.50,15.19g/kg,5—60cm土层有机质含量平均值混交林较纯林高70.6%;纯林林下草本层多样性指数高于混交林,但丰富度指数、均匀度指数均低于混交林。     

晋西黄土区刺槐林种植密度对植被生长状况的影响

通过对山西省方山县土桥沟流域刺槐人工林植被生长指标的比较研究,分析了不同密度刺槐人工林的生长状况,以期为该区刺槐人工林的经营管理提供理论依据和技术支持.研究结果表明,同是林龄为20 a的刺槐人工林,高密度林分内林木的树高、冠幅等生长指标值,均比低密度林分内的低,但郁闭度要比低密度林分高;密度大的林分胸径普遍较小,随着林分密度的降低,胸径逐渐增大.刺槐林下灌木层和草本层植被的平均高度、盖度、生物量、物种丰富度都随着林分密度的降低而升高;各林分林下植被层的含水量也存在着随林分密度的降低而升高的趋势.从人工林的生长状况来看,晋西半干旱黄土丘陵沟壑区刺槐人工林的适宜密度为1667株/hm2.     

晋西黄土区刺槐人工林林冠截留模拟

为探讨晋西黄土区刺槐人工林生态水文过程和影响机制,以2007和2008年7-10月的19场降雨和气象及林分结构资料,用修正的Gash林冠截留模型,对刺槐人工林林冠截留进行模拟.结果表明:刺槐人工林林冠持水能力和树干持水能力分别为0.55和0.1091 mm,使林冠达到饱和的降雨量为0.75 mm,使树干达到饱和所必需的降雨量为8.70 mm;修正的Gash模型可以较好地模拟晋西黄土区刺槐人工林的林冠累计截留量,林冠累计截留量相对误差最小值为0.76％,最大值为12.60％,平均林冠累计截留量相对误差为6.40％,林冠累计截留量模拟值小于实测值,截流率比实测值低2.64％.     

晋西黄土区不同密度刺槐林土壤入渗特征及其影响因素

为研究林分密度对土壤入渗性能的影响,以晋西黄土区5种密度(1 075,1 300,1 575,1 800,2 150株/hm~2)刺槐(Robinia pseudoacacia Linn.)林为研究对象,采用双环入渗法测定其土壤入渗过程,并对入渗特征指标与土壤理化性质的相关性进行分析。结果表明:(1)不同密度刺槐林土壤入渗过程的变化规律一致,均经过瞬间入渗(0～5 min)、缓慢入渗(5～40 min)和稳定入渗(40 min后)阶段。(2)土壤初始入渗速率、稳定入渗速率、平均入渗速率和累积入渗量在不同林分密度下差异显著(P0.05),不同密度刺槐林土壤入渗能力表现为1 075～1 800株/hm~2,随林分密度增大,土壤入渗能力增强,在密度1 800株/hm~2后有减弱的趋势。故从林地土壤入渗能力角度,建议今后研究区刺槐林的经营密度以1 800株/hm~2为宜。(3)采用Kostiakov模型、Horton模型、Philip模型和通用经验模型对不同密度刺槐林的土壤入渗过程进行模拟,从决定系数R~2来看,通用经验模型的R~2最大(0.990),故拟合效果最好,可作为晋西黄土区刺槐林土壤入渗过程的预测模型。(4)土壤入渗与土壤理化性质密切相关,不同密度刺槐林的土壤入渗性能与土壤容重呈极显著负相关(P0.01),与有机质和0.25 mm水稳性团聚体含量呈极显著正相关(P0.01),与孔隙状况和质量含水率也有一定正相关性。     

晋西黄土区不同密度刺槐林枯落物层水文生态功能研究

为对比分析林分密度对枯落物层水文生态功能的影响,以晋西黄土区6种不同密度(475,900,1 200,1 575,1 825,2 350株/hm~2)刺槐(Robinia pseucdoacacia)人工林为对象,采用样地调查与室内试验相结合的方法,对其枯落物层总厚度、总蓄积量、最大持水量、有效拦蓄量、枯落物持水量与浸水时间的关系、枯落物吸水速率与浸水时间的关系等水文特征进行研究,以期从中提出该区刺槐林经营的合理密度,为充分发挥水土保持功能、实现功能导向型植被调控与优化配置提供理论依据。结果表明:(1)研究区6种密度刺槐人工林枯落物总厚度变化范围为28.67~54.33mm,总蓄积量为2.98~10.65t/hm~2,且在一定范围内,随林分密度增大,枯落物蓄积量出现先增加后减少的变化趋势,6种密度枯落物蓄积量由大到小依次为1 575株/hm~21 825株/hm~21 200株/hm~2900株/hm~22 350株/hm~2475株/hm~2;(2)枯落物最大持水率的变动范围为295.35%~427.84%,无明显的规律性;最大持水量为11.16~37.01t/hm~2,在一些林分间差异显著,表现为随密度的增加呈先增大后减小的趋势,密度为1 575株/hm~2的林分枯落物持水性能表现最好,达37.01t/hm~2;半分解层枯落物持水量均高于未分解层;不同密度刺槐林枯落物的吸水速率与密度关系不显著;(3)各林分枯落物有效拦蓄量为7.22~23.64t/hm~2,其中以1 575株/hm~2的有效拦蓄能力最强,为23.64t/hm~2;(4)枯落物持水量与浸水时间之间存在明显的对数函数关系:Q=aln t+b,R20.95;枯落物吸水速率与浸水时间之间存在明显的幂函数关系:V=ktn,R20.99。综上所述,在本研究范围内,林分密度在1 575株/hm~2时枯落物层表现出较好的水文生态功能,当密度低于1 200株/hm~2,枯落物层水文效应急剧下降;从枯落物水文功能角度,建议今后研究区刺槐林的经营密度以1 200~1 800株/hm~2为适宜调控范围。     

晋西黄土区不同入渗水量下刺槐林地优先流特征

为探究晋西黄土区刺槐林地是否存在土壤优先流及不同入渗水量条件下对优先流发育程度的影响,本文以山西吉县蔡家川小流域刺槐人工林为研究对象,采用野外染色示踪试验和室内图像处理技术相结合的方法,获取垂直剖面染色形态特征图像并进行特征指标的提取,选取基质流深度、平均最大染色深度、染色面积比、优先流比、长度指数和染色面积比变异系数6个特征指标,基于均方差决策法定量分析不同入渗水量条件下的优先流发育情况。结果表明：（1）刺槐人工林土壤水分入渗过程中存在优先流现象,随入渗水量的增加,优先路径逐步向侧向发展,优先流斜侧入渗现象明显;（2）染色面积比随土层深度的增加呈非线性减小趋势,水分呈现非均匀下渗现象;入渗水量为75 mm时的优先流比达到47.11%,优先流发育程度最高;（3）3种入渗水量条件下的平均最大染色深度分别为25.33 cm、32.20 cm、38.87 cm,与入渗水量的大小呈正相关关系,表明入渗水量的增加可以促进水分向深层运动,有利于优先路径的开启;（4）入渗水量与优先流评价指数之间呈正相关关系,优先流评价指数75mm（0.81）＞50mm（0.39）＞25mm（0.36）,入渗水量增加促使优先流发育程度更高。研究结果可为黄土区植被恢复及林-水关系的深度解析提供依据。     

晋西黄土区不同密度刺槐林地土壤水分补偿特征

为研究晋西黄土区不同密度刺槐人工林对土壤水分的影响,分别选取2 400株/hm2与1 300株/hm2刺槐人工林代表研究区高、低密度刺槐林分,以裸地为对照,分别利用Enviro-SMART土壤水分定位监测系统和翻斗式自记雨量计对0—150cm深度范围内各土层体积含水量与林外降雨进行定位观测。结果表明:(1)从不同降水年份来看,在干旱年和平水年,低密度刺槐生长季平均土壤储水量高于高密度刺槐,在研究年份中,低密度刺槐多年平均土壤储水量比高密度刺槐多年平均土壤储水量高6.80 mm。(2)在土壤剖面垂直方向,干旱年、平水年高密度刺槐对0—30cm土层土壤水分的消耗高于低密度刺槐,丰水年0—30cm土层土壤水分消耗各刺槐林间差异不显著(P0.05)。(3)综合分析降雨入渗深度、入渗量及雨季土壤水分补偿度等指标,研究区天然降雨可对低密度刺槐林分生长所消耗的土壤水分进行有效补充,不会出现人们所担心的黄土高原在植被恢复过程中会造成水分的不足而导致新的生态退化。但考虑到高密度刺槐林对土壤水分的消耗,建议在研究区进行刺槐林植被建设过程中多考虑采用低密度刺槐林的配置方式。     

晋西黄土区刺槐和油松树干液流比较

应用TDP(Thermal Dissipation Probe)热扩散探针技术,通过对晋西黄土区刺槐和油松进行一个生长季(2010-04-10)的野外实地定位观测,结合同步测定的大气相对湿度、大气温度、太阳总辐射等气象因子,研究刺槐、油松树干液流的日变化及季节变化规律.结果表明:1)刺槐在5月上旬仅产生微弱液流,日均液流速率小于油松,无明显昼夜变化规律,到5月下旬,日均液流速率超过油松,并与油松呈现相同的昼夜变化规律,2树种夜间存在一定的树干液流,液流速率均于09:00开始快速上升,到12:00左右达到峰值;2)8月刺槐日均液流速率均大于油松,2树种液流速率连日变化规律基本相同,液流速率开始快速上升和达到峰值的时间与5月基本一致,峰值分别为5月的1.79和1.49倍,月平均值分别为5月的3.01和1.48倍;3)剌槐、油松树干液流和月耗水量呈现明显的季节性变化规律,耗水旺季集中在6-9月,4月达到最小值,7月达到最大值,在整个生长季(4-10月),油松林的总耗水量是刺槐林的1.63倍.经回归分析可知,影响刺槐、油松液流速率的主要因子均为太阳总辐射.     

黄土半干旱区刺槐林水分与生长关系研究

黄土高原半干旱地区,由于土壤水分供应严重不足,使人工造林遇到了极大的困难.水分在黄土高原地区具有其特殊的生理生态意义.因此,在水分是植被生产力第一决定因子的干旱半干旱地区,以主要造林树种刺槐为研究对象,研究水分与林木生长的相互作用关系,已成为该区人工植被建设的重要课题,具有重要的意义.本文介绍了刺槐林地的水分运动及变化和供水与耗水关系的研究现状,阐述了研究水分与生长关系的基本因子、指标及在水分与生长方面的研究概况,并确定了合理的林分密度.     

刺槐林地土壤水分与林下植物生物量的关系

对比研究了安塞县不同林龄刺槐林地及撂荒地土壤水分年际变化特征及样地生物量特征.结果表明,刺槐林地土壤水分含量及储水量随林龄增长降低,过熟林的剖面含水率接近凋萎湿度;0-140 cm土层生长季土壤水分变异系数遵循过熟林>成熟林>幼龄林>撂荒地的规律,而140-500 cm土层则基本与上述规律相反.成过熟刺槐林下植被地上部生物量略高于同期撂荒地,土壤水分与地上部生物量仅存在微弱的负相关关系.说明刺槐生长虽然消耗了大量土壤储水,并未降低林地生产力.将刺槐作为先锋树种用于研究区的植被恢复有助于迅速形成植被覆盖,林下植被的健康发育足以保证刺槐衰退后的生态系统持续稳定地发挥其生态功能.     

刺槐林地土壤水分与林下植物群落生物量的关系

通过样地调查,对比研究了不同林龄刺槐林地和撂荒地土壤水分年际变化特征及样地生物量特征。结果表明,刺槐林地土壤水分含量及储水量随林龄增长降低,过熟林的剖面含水率接近凋萎湿度;0—140 cm土层生长季土壤水分变异系数遵循过熟林>成熟林>幼龄林>撂荒地的规律,而140—500 cm土层则基本与上述规律相反。成过熟刺槐林下植物群落地上部生物量略高于撂荒地,土壤水分与地上部生物量仅存在微弱的负相关关系。说明刺槐生长虽然消耗了大量土壤储水,但未显著降低林下植物群落的生产力。研究表明,将刺槐作为先锋树种用于黄土高原森林草原区的植被恢复有助于迅速形成植被覆盖,发挥刺槐林的水土保持功能。同时,林下植物群落的健康发育可以保证刺槐衰退后的生态系统持续稳定地发挥其生态功能。     

纸坊沟流域人工刺槐林生长状况与土壤水分条件研究

本文对安塞纸坊沟小流域不同土地类型刺槐林生长状况进行了分析、并且分析了林地水分生态环境对刺槐生长的影响。分析结果认为,该流域水土流失严重,刺槐应营造水土保持林为主,但在水分条件较好的沟谷地和沟坡地可营造部分用材林,以解决当地木林短缺的矛盾;同时,应加强林地的管理,提高土壤水分的利用率。     

陕北黄土区人工刺槐林地土壤水势特征

为了研究黄土区人工林地土壤水分特征曲线及土壤水势特征,以陕北黄土区人工刺槐林地为研究对象,利用中子水分仪和中国科学院地理科学与资源研究所设计的负压计,对其2015年4月1日—2015年10月31日0—200cm土层的土壤含水量和土壤水势进行了连续观测,并运用灰关联法分析了表层(0—40cm)、中层(50—120cm)、深层(130—200cm)及4—10月土壤水势灰关联度。结果表明:(1)陕北黄土区人工刺槐林地各土层土壤水分特征曲线可用Gardner模型幂函数方程θ=aS-b进行拟合,拟合参数a值大小为表层土壤(0.103 8)中层土壤(0.094 4)深层土壤(0.086 0);b值大小为表层土壤(0.284)中层土壤(0.291)深层土壤(0.298)。(2)通过土壤水分特征曲线求得人工刺槐林地土壤水分常数,田间持水量和凋萎系数的平均值分别为25.53%和8.42%,最大有效水范围平均达17.11%。通常用土壤水吸力为0.1 MPa时,比水容量值来表征土壤供水能力,人工刺槐林地该值的大小表现为表层土壤(56.73%)中层土壤(53.74%)深层土壤(50.84%)。(3)人工刺槐林地土壤水势垂直空间分布表现为表层土壤水势从-0.21 MPa逐层增加到-0.08 MPa,中层土壤水势动态波动较大,整体呈下降趋势,深层土壤水势稳定在-1.14 MPa附近。灰关联度分析得出R12(0.899 8)R23(0.711 5)R13(0.702 8),人工刺槐林地土壤水势表层与中层关系较为密切,深层与中层关系次之,表层与深层关系最差。(4)人工刺槐林地0—200cm土层土壤水势,4—6月呈下降趋势,7—8月显著上升,9—10月再次下降。从各月土壤水势灰关联度来看,R_(10)(0.868 9)R_(05)(0.806 7)R_(09)(0.780 4)R_(07)(0.676 3)R_(06)(0.654 8)R_(08)(0.611 4),人工刺槐林地土壤水势10月,5月,9月变化态势与4月关联度较高;土壤水势7月,6月,8月与4月关联度较差。     

晋西退耕地刺槐人工林水土保持效应研究

以晋西丘陵退耕地为研究对象,采用实地调查、室内分析和数学统计相结合的方法,定量评价了新型等高大坑造林模式下刺槐人工林的水土保持效应,结果表明:刺槐人工林地土壤表层水分随退耕年限呈先减少后增加的变化趋势,表层全氮含量、有机碳含量、阳离子交换量随退耕年限增加而递增,土壤可蚀性因子K值随退耕年限增加而降低。说明新造林模式下刺槐人工林对当地土壤的保水、保土和保肥功能有显著的提升作用,并且新造林模式能很好地保护刺槐幼林向成熟林过渡,这对当地开展低效林改造、生态恢复与重建工作具有重要的参考价值。     

黄土高原沙棘、刺槐人工林对土壤的培肥效应及其模型

采用肥力解析断面分析法研究了黄土高原沙棘,刺槐人工林对土壤的培肥效应,结果表明：（1）黄土高原沙棘,刺槐人工林能大幅度提高土壤的肥力水平,与无林地相比,5年生沙棘及33年生刺槐人工纯林可使80cm土层土壤有机质,全N,有效N,有效钾,代换量分别提高41．1％,60.4%,109.7%,12.4%及74.3%,123.65,285.3%,42.4%,63.7%,（2）沙棘,刺槐林对土壤的培肥效应随深度增加而减小,其变化趋势符合Y＝A＋Blnh模型,（30沙棘人工林对土壤有机质,全N及有效N的提高幅度大于刺槐。     

晋西黄土丘陵区不同退耕年限刺槐林土壤养分效应

以典型黄土丘陵沟壑区不同退耕年限刺槐林为研究对象,采用实地调查、土壤室内分析和数理统计相结合的方法,研究了黄土丘陵区人工刺槐林等高种植的土壤养分生态效应。结果表明:随植树年限的增加,植树坑外与坑内土壤全钾、总有机碳、活性有机碳含量呈先增加后减少的变化趋势,pH先升高后降低,而土壤阳离子交换量呈先减少后增加的变化特征;随土层深度的增加,除土壤pH外,土壤养分呈减少趋势;坑内平均土壤全钾、总有机碳和活性有机碳含量分别比坑外增加了1.99%,4.94%和3.93%,说明人工刺槐林等高种植有利于改善黄土丘陵区的土壤养分。     

长武塬区立地特征及其对刺槐林生长影响的研究

黄土高原沟壑区气侯、土壤条件很适宜刺宜刺槐的生长。然而，沟壑内地形较为复杂，刺槐在不同地形部位栽植后，生长量差异极大。由长武王东沟小流域刺槐林的生态分析表明：１．导致不同生境之间立地条件差异的首要原因是水分因素；２．立地条件对刺槐生长过程影响最大的是坡位与坡向；３．根据沟壑内没形部位的水分生态条件，应对陡阳坡上部刺槐林进行更新改造，并加强培育沟谷和沟坡中下部土地上的速生林。