人工柠条林地土壤水分补给和消耗动态变化规律

黄土高原地区水资源缺乏，水资源，特别是土壤水资源的适度开发和合理利用势在必行。在黄土丘陵半干旱区的上黄生态试验站对多年生人工柠条林林冠截留，地表径流，土壤水分和植物生长等进行了定位观测，对林地土壤水分补给和消耗动态变化规律进行分析。结果表明，人工柠条林次降雨林冠截留随降水量增加而逐渐增加，地表径流与林外降雨量为直线关系。影响土壤水分补给的主要因素为天然降水，其次为林冠截留。土壤水分补给量与降雨量为线性关系；降水对土壤水分的影响程度随深度的增加而减弱，土壤水分最大入渗深度为170～270cm。偏早年随着柠条林生长并进入速生期，柠条林地耗水量加大，土壤早化加剧。丰水年土壤补给量剧增，但柠条林依然生长不良，储存在土壤中的水分只能等到来年被植物吸收利用。     

黄土高原西部丘陵区不同降水条件下植被分布与土壤水分关系研究

研究了黄土高原西部丘陵区降水及植被空间分布特征,分析了不同降水条件下人工柠条林、混合灌木林、人工侧柏林、青杄林和人工落叶松林等5种植被类型0~100 cm土壤剖面中土壤水分含量及季节性变化。研究结果表明,0~100 cm的土壤储水量次序为青杄林人工落叶松林侧柏林混合灌木林柠条林。黄土高原西部丘陵区森林草原过渡带降水量无法完全补偿人工侧柏林生长季土壤水分消耗量,该地区选择侧柏进行人工林建设需要注意种植密度。黄土高原西部丘陵区草原地带降水量基本可以补偿人工柠条林生长季土壤水分消耗量,但随着柠条林林龄的增加,可能会出现植被水分亏缺。     

荒漠草原不同覆被类型土壤水分动态及其对降水的响应

干旱、半干旱区植被恢复与重建对降雨具有高度的依赖性,降雨格局的任何细微变化对其生态系统均会产生影响。以宁夏盐池县荒漠草原3种主要覆被类型（浮沙地、天然草地和柠条林地）为研究对象,使用自动气象站、土壤水分仪连续监测2015—2017年降水量和土壤水分数据,分析了3种覆被类型0—250 cm土层的土壤水分动态及其对不同量级降水的响应。结果表明：浮沙地土壤水分从表层至深层为增长趋势,天然草地和柠条林地为增加—减少—增加趋势;水分季节变化分为土壤水分稳定期（12月至翌年2月）、土壤水分积累期（3—5月）、土壤水分消退期（6—8月中旬）和土壤水分恢复期（8月下旬至11月）。5 mm以下的小降水事件对土壤水分几乎无影响;中等降水事件（5~25 mm）和大降水事件（25~40 mm）对0—20 cm或浮沙地0—40 cm土层土壤水分有补给作用;40—100 cm土层的水分补充需要特大降水事件。浮沙地对降水响应最敏感,柠条林地次之,天然草地最滞后。降水量、降水强度、雨前土壤含水量和土壤物理性质均是影响土壤水分入渗的因素,而在降水一致时,土壤类型是决定土壤水分动态的重要因素,植被对土壤剖面水分具有再分配的作用,这在干旱区生态系统中尤为重要,决定了植被类型与土壤类型的对应关系。     

半干旱区人工林生长与水分生态研究

对黄土高原半干旱区5种主要造林树种生长状况及土壤水分变化规律进行了研究分析,比较了5种人工林的生长与水分适应性。结果表明:(1)不同人工林生长受坡向、坡位等立地因子影响;几种主要人工林总体生长水平,乔木林山杏>小叶杨,灌木林山桃>沙棘>柠条;(2)不同立地条件下,土壤含水率变化特点为阳坡<半阳坡<半阴坡;不同立地土壤含水率呈现出相同的变化趋势,即随坡位上升土壤水分呈下降趋势,0~200 cm为主要的水分利用层,200 cm以下土壤含水率均为逐渐上升,说明植物根系对水分的吸收在逐渐减弱;(3)不同人工林土壤平均含水率为8%左右,表现出土壤干旱的特点。不同人工林对土壤水分的利用可分为2种情况,山杏、沙棘和柠条,属于对水分利用强度大的树种,而小叶杨和山桃属于水分利用强度较低的树种,水分利用强度由大到小为:柠条>沙棘>山杏>小叶杨>山桃。     

黄土高原人工林深层土壤水分利用研究

探讨黄土高原人工林的深层土壤水分利用状况,对该区植被恢复的可持续发展具有重要意义。以黄土高原半干旱偏旱区、半干旱区、半湿润区的刺槐林和柠条林为研究对象,通过野外实地调查,分析了不同气候区人工林0—800 cm土层土壤水分含量、深层(200—800 cm)土壤水分消耗量及土壤耗水速率,探究了不同气候区人工林对深层土壤水分的影响。结果表明:(1) 3个气候区农地土壤含水量显著高于刺槐林和柠条林。刺槐林、柠条林在2个气候区0—800 cm土层的土壤水分含量变化范围分别为6.64%～11.01%,6.38%～11.41%,均在半干旱偏旱区平均土壤含水量最低。(2)刺槐林和柠条林的深层土壤耗水量、深层土壤耗水速率均以半干旱偏旱区最高,分别为:808 mm,698 mm,32.33 mm/a,31.76 mm/a。(3)人工林在半干旱偏旱区和半干旱区的植物根系较半湿润区活跃,特别是在0—300 cm土层,对土壤水分影响较大。(4)土壤质地是人工林深层土壤水分变化的重要因素之一。黏粒含量与土壤水分呈正相关,砂粒含量与土壤水分呈负相关。半干旱偏旱区、半干旱区、半湿润区的黏粒含量依次增加,砂粒含量则相反。不同气候区人工林对深层土壤水分影响不同,同时受根系和土壤质地影响较大,因此选择合理的人工植被配置模式对深层土壤水的保护和持续利用非常重要。     

晋西北黄土丘陵区人工林地土壤水分亏缺评价

[目的]定量评价半干旱黄土丘陵区人工林地土壤水分亏缺现象,为科学指导该区域合理配置植被和生态恢复建设提供理论依据。[方法]以地处晋西北的五寨县为目标研究区域,通过构建土壤水分亏缺定量评价模型,对柠条林(Caragana korshinskii)、小叶杨林(Populus simonii)、油松林(Pinus tabuliformis)土壤水分相对亏缺指数和样地土壤水分相对亏缺指数进行计算。[结果]3种人工林地均有不同程度的土壤水分相对亏缺现象,小叶杨林和柠条林在0—200cm有轻微土壤水分亏缺,小叶杨林在200—600cm深度内没有土壤水分亏缺,柠条林在200cm深度以下土壤水分亏缺值随土层深度增加而升高;油松林在0—200cm土层深度内,土壤水分亏缺严重,在200cm深度以下土壤水分亏缺值随土层深度增加而有所降低;3种林地的样地土壤水分相对亏缺指数分别为0.16,-0.12和0.31,油松林的土壤水分亏缺程度高于另外2种林地;3种人工林地均有不同程度的干层分布,以轻度和中度干层为主,油松林在浅层土壤有重度土壤干层发育。[结论]晋西北黄土丘陵区3种人工林地中,油松林土壤水分亏缺最为严重。     

晋北风沙区人工林土壤水分及粒度特征

以位于晋北风沙区右玉县贾家窑6种人工林地(11 a油松林、21 a油松林、23 a华北落叶松林、17 a油松+柠条混交林、柠条林和沙棘林)为研究对象,通过测定土壤含水量及粒度、计算粒度参数等分析比较不同林地土壤水分和粒度的变化及分布。结果表明:1)在0~100 cm深度,6种林地平均土壤含水量由大到小依次为:沙棘林11 a油松林柠条林17 a油松+柠条混交林23 a华北落叶松林21 a油松林;0~20 cm土层土壤含水量相对较低,较深土层土壤水分受植物蒸腾耗水、根系分布深度及密度等因素影响;2)6种林地的粒度组成以极细砂和粉粒为主。7个粒级中,柠条林和沙棘林粉粒占比最大,其他林地极细砂含量占比最大;3)在0~100 cm深度,6种林地土壤平均粒径大小依次为:23 a华北落叶松林11 a油松林21 a油松林17 a油松+柠条混交林沙棘林柠条林;4)沙棘林和柠条林有较强的水土保持能力,在晋北风沙区植被恢复过程中可以优先选择沙棘和柠条进行造林;5)研究区经过多年植被恢复,人工林耗水量增加。认为有必要根据土壤水分状况结合植被耗水特性和生长阶段开展人工林的科学管护,如适当调整植被盖度,加强林下草本和枯落物保护。     

荒漠草原区固沙人工柠条林生长过程中土壤性质演变规律

开展荒漠草原区固沙人工林生长过程中土壤性质研究,对于沙化草地土壤质量演变规律分析和人工林有效管理均具有重要的指导价值。通过野外调查取样和室内分析,测定6,15,24,36年柠条林地土壤机械组成、土壤养分、pH和电导率以及土壤水分与温度等指标变化,分析荒漠草原区种植固沙柠条人工林对土壤性质的影响。结果表明,从6年到15年柠条林地,土壤粗沙粒和细沙粒成分显著升高(P<0.05),但从24年柠条林地开始土壤粗沙粒和细沙粒含量显著下降(P<0.05),土壤极细沙粒和粘粉粒含量开始显著增加(P<0.05)。从24年柠条林地开始,土壤有机碳、全N和全P含量显著升高,土壤电导率和水分含量呈现增加趋势,而土壤pH和温度显著下降;而且土壤全N积累量高于土壤有机碳,土壤C/N随着柠条林龄的增加呈逐渐下降趋势。在荒漠草原区,人工柠条林发育生长有利于土壤肥力的提高和土壤环境的改善,而且需要经历一个较长的发育过程。     

多年生人工柠条林生长对土壤水分的影响

研究多年生人工柠条林地生长对土壤水分的影响,对水资源紧缺的黄土丘陵区植被重建和生态建设具有重要的意义。以多年生的柠条林为对象,采用中子水分仪对黄土丘陵半干旱区(宁夏固原)多年生的柠条林地及撂荒地土壤水分进行长期定位观测与分析,研究了多年生人工柠条林生长对土壤水分的影响。结果表明:柠条林地和撂荒地各深层土壤容积含水量分别为4.18%～14.67%和2.87%～15.01%,柠条林地各个深度土层的土壤容积含水量普遍低于撂荒地同等深度土层土壤容积含水量。多年生的人工柠条林地同撂荒地二者的土壤容积含水量变异系数区间分别是3.27%～31.12%和7.39%～34.63%,都随土层深度增加而逐渐减小,是该区域土壤容积含水量变异系数所具有的共性。多年生的人工柠条林对200 cm以下深层土壤水分的消耗影响深远。     

降水增加对黄土高原深层土壤水分的影响

为了解降水增加情况下,黄土高原土壤储水量是否增加以及深层土壤水分的变化趋势,2018年对陕西省绥德境内的油松林和柠条林土壤水分进行了测定,并将其与2001年和2006年的同一样地土壤水分数据进行对比分析,结果表明:研究区近20年降水量呈增加趋势,2009～2018年该区域年平均降水量比1999～2008年的平均降水量增加了156 mm。油松和柠条林地深层土壤水分呈波浪形变化,且深层土壤总储水量呈现2018年> 2001年> 2006年,这种变化与1999～2018年降水变化趋势相一致。深层土壤储水量年际变化与植被类型有关,即油松林地深层土壤水分年际变化显著,柠条林则不显著。短时间尺度内(<6年)的降水对深层土壤储水量有影响,影响深度大约为0～5.0 m,长时间尺度(> 5年)的降水对深层土壤储水量的影响深度会随时间加深,并且长时间尺度的降水可能会导致土壤水分"高湿层"下移现象出现。     

室内模拟降雨条件下黄土植被边坡径流试验研究

通过室内人工模拟降雨,分别对种植柠条锦鸡儿、披碱草的两个坡面土槽及一个裸地坡面土槽进行不同降雨强度、降雨历时以及不同季节的降雨试验,试验得出边坡种植柠条锦鸡儿和披碱草后降雨的产流量、产流历时、径流转化率等指标,按柠条锦鸡儿、披碱草、裸地顺序递增,雨后土壤含水量的变化是按裸地、柠条锦鸡儿、披碱草顺序递减。该项试验结果,对于进一步研究黄土植被边坡护坡水文效应、评价草本和灌木植物护坡贡献,以及有效防治水土流失、滑坡等浅层地质灾害的发生,具有重要的理论研究价值和实际指导意义。     

深松截流对干旱牧区柠条生长的影响

 为了解决干旱牧区柠条地雨水利用效率低的问题,采用柠条地深松形成线状沟截流和在旱季剪枝减少柠条腾发量措施来增加雨水的利用效率。研究表明:深松后的柠条地土壤密度降低,平均下降0.21g/cm3,柠条的株高和冠幅增长量都比对照组有明显增加,平均增长率分别比对照组高45.54%和30.71%,水利用效率也相应提高;剪枝后的柠条株高和冠幅比对照组增长速度快,株高和冠幅的平均增长速率分别提高31.15%和32.32%;剪枝柠条和对照组柠条的株高与冠幅在试验结束时二者无显著差异。研究结果可为改善牧区生态环境提供理论依据。     

陕北丘陵区陡坡柠条林地与荒坡土壤水分变化研究

通过定点土壤水分测定与对比分析，研究了陕北丘陵区陡坡柠条林地与荒坡的土壤水分亏缺状况，年际年内动态变化规律，干燥化特征及其自然降水的补偿能力。结果表明，柠条林地与荒坡0-10m土层贮水量仅相当于田间持水量的26．2％～41．2％。荒坡地0-10m土层贮水量相当于田间持水量的39．8％～41．2％。土壤贮水量的分布是阳坡〈半阳坡〈阴坡，上坡位〈下坡位。年际间土壤水分的变异程度随土壤深度的增加而减弱，土壤贮水量的变化主要发生在2m以上土层内。土壤贮水量具有明显的季节变化特征，但滞后于降雨量变化。生长季内，柠条地与荒坡的土壤平均贮水量之间差异显著，土壤越深，其含水量变化程度越小。两种利用方式的土壤剖面都产生了不同程度的干化层。相比而言，柠条林地深层土壤干燥化强度明显大于荒坡地。丰水年柠条林雨水补偿深度仅为1．0m，荒坡也仅为1．2m。柠条林丰水年的雨水补偿深度比干旱年可增加60cm以上，5m土层贮水增量增加3倍以上。     

黄土高原4种植被类型对土壤物理特征及渗透性的影响

以黄土高原丘陵沟壑区李家堡乡的荒草地、文冠果林地、沙棘林地和柠条灌丛为研究对象,采用野外采样与室内分析相结合的方法,研究了4种植被类型土壤的物理特征及其渗透特征。结果表明:随土层深度的增加,土壤容重大体呈增加趋势,而土壤各孔隙度和通气度呈下降趋势。4种植被类型中荒草地的土壤容重最大,孔隙度及通气度最小,而柠条灌丛的土壤容重最小,孔隙度及通气度最大。土壤水分物理特征值为柠条灌丛最大,文冠果林和沙棘林次之,荒草地最小;柠条灌丛0—40cm土层土壤最大持水量、毛管持水量、最小持水量、最大蓄水量、排水能力比荒草地分别高出了23.00%,22.51%,15.02%,12.76%,61.28%,且方差分析表明差异显著。4种植被类型的土壤水分入渗过程符合对数曲线,各土层土壤的渗透性系数R~2为0.937 9~0.986 9,且F检验均达到极显著水平(P0.001)。与荒草地相比,柠条灌丛的入渗速率和水源涵养功能显著高于荒草地,能更好地改变土壤物理特征,应该增加柠条灌丛林的营造。     

黄土丘陵区降雨、土壤水分和苗木成活率的关系

降雨量通过影响土壤水分而间接影响苗木成活率。为了研究降雨、土壤水分和苗木成活率之间的关系,对半干旱黄土丘陵区降雨、土壤水分和造林成活率相关性进行试验和分析,结果表明:(1) 该区域降雨对土壤含水量的贡献可用回归方程进行模拟,模拟结果表明:低于6.3 mm的降雨不会显著增加土壤含水量,属无效降雨;(2) 建立了土壤含水量和苗木成活率的数学模型;(3) 对山杏、山桃、沙棘、柠条4种树种而言,土壤含水量分别低于5.1%,6.0%,6.5%,4.6%时其造林成活率为0;满足85%的造林成活率的土壤含水量分别为11.9%,13.0%,13.8%,12.0%;(4) 若以多年春季平均土壤含水量9.8%为本底值,对山杏、山桃、沙棘和柠条而言,只有在降雨量分别高于18.1,24.6,29.7,18.6 mm时,造林成活率才能达到85%以上。     

沙地土壤水分特征及水分时空动态分析

通过对宁夏盐池沙地不同立地类型土壤水分连续两年的定位观测,探讨了固定沙丘不同部位、不同立地的沙柳林地和柠条林地的土壤水分特征和时空动态变化。结果表明:柠条林地的土壤容重最小,而保水能力最好。各样地土壤水分垂直分布总体表现出明显的分层特征,可划分为3层:土壤水分低值层、土壤水分活跃层、土壤水分相对稳定层,每一层的厚度因不同的立地类型而不同。     

不同平茬周期柠条的燃烧特性及热值

柠条是西北地区水土保持,防风固沙造林中的重要灌木树种,可作为生物质燃料使用,但随林龄增加出现生长衰退,效益下降等问题。利用平茬技术可以提高柠条利用率,该文以宁夏盐池平茬1~5 a生柠条为研究对象,对其生长指标、工业分析、硫含量、热值和热重进行了分析。结果表明:1)经平茬后的柠条生长指标每年递增,但3 a以后增幅不大,选定平茬期为3 a的柠条株高、地径和分支数分别比6 a老龄林提高了16.67%、11.54%和160.00%,表明平茬技术有利于柠条生长。2)通过热值分析对1~5 a生柠条进行了比较,发现3~5 a生柠条发热量较好,但三者相差不多;考察了不同月份收割柠条的影响因素,研究表明10-12月柠条各项指标处于最优值。3)比较了柠条和煤的硫含量,分析表明柠条硫含量是烟煤的1/12倍,柠条作为燃料会大大减少硫化物的排放。4)工业分析和热重分析表明,柠条和煤产生的灰分作相比,柠条产生的灰分是烟煤的1/9倍,可减少颗粒物的排放,有利于环境保护。5)采用一级反应动力学模型和积分法对生物质燃烧动力学参数的研究表明,柠条具有较低的活化能,有利于燃烧。综上所述,采用平茬期为3 a且每年10-12月生的柠条最适宜作为热电厂燃料。柠条作为发电燃料具有含硫量低,灰分少,对环境保护和减少可吸入颗粒物具有重要的意义。     

植被覆盖和雨强对附着在沉积物上的养分流失, 泥沙颗粒组成及体积分形维数的影响

Vegetation and rainfall are two important factors affecting soil erosion and thus resulting in nutrient loss in the Chinese Loess Plateau.A field experiment was conducted to investigate the effects of rainfall intensities(60,100 and 140 mm h-1) and vegetation(Caragana korshinskii) coverages(0%,30% and 80%) on soil loss,nutrient loss,and the composition and volume fractal dimension of eroded sediment particles under simulated rainfall conditions.The results showed that vegetation cover,rainfall intensity and their interaction all had significant effects on sediment transport and the sedimentbound nutrient loss.Higher rainfall intensity and lower coverage led to higher sediment and nutrient losses.Positive linear relationships were observed between soil loss and nutrient loss.The treatments showed more significant effects on the enrichment ratio(ER) of nitrogen(ERN) than organic matter(EROM) and phosphorus(ERP).Compared with the original surface soil,the eroded sediment contained more fine particles.Under the same coverage,the clay content significantly decreased with increasing rainfall intensity.The ER of sediment-bound nutrients was positively correlated with that of clay,suggesting that the clay fraction was preferentially eroded and soil nutrients were mainly adsorbed onto or contained within this fraction.There were increments in the fractal dimension of the sediment particles compared to that of the original surface soil.Moreover,the fractal dimension was positively correlated with clay,silt,and sediment-bound OM,N,and P contents,whereas it was negatively correlated with sand content.This study demonstrated that fractal dimension analysis can be used to characterize differences in particle-size distribution and nutrient loss associated with soil erosion.     

模拟自然降雨条件下植物根系增强边坡土体抗剪强度特征

该研究以位于青藏高原东北部黄土区的西宁盆地作为试验区,采用柠条锦鸡儿(Caragana korshinskii Kom.)、霸王(Zygophyllum xanthoxylon(Bunge)Maxim.)、垂穗披碱草(Elymus nutans Griseb.)、细茎冰草(Agropyron trachycaulum(Linn.)Gaertn.)的单播种植,以及柠条锦鸡儿分别与细茎冰草、垂穗披碱草混播种植等2种方式,开展了原位模拟降雨试验并采用直接剪切试验,系统分析了模拟降雨试验前后试验区边坡表层以下3个不同位置处复合体抗剪强度大小及其随深度变化规律。结果表明:模拟降雨试验前,由柠条锦鸡儿与细茎冰草、垂穗披碱草混播的边坡a层(0~20 cm)根-土复合体黏聚力分别为19.5、18.9 k Pa,均较相同条件下单播边坡a层复合体黏聚力大;混播种植边坡各层根-土复合体黏聚力均较模拟降雨试验后裸坡a层土体黏聚力大,其中柠条锦鸡儿与细茎冰草混播边坡、垂穗披碱草混播边坡模拟降雨试验后,a层复合体黏聚力分别较裸坡a层黏聚力的增幅为30.65%~56.45%;柠条锦鸡儿、霸王、垂穗披碱草、细茎冰草单播边坡b层复合体黏聚力增幅为4.17%~38.89%;柠条锦鸡儿分别与细茎冰草、垂穗披碱草混播边坡b层黏聚力增幅为29.17%~34.72%;边坡c层土体黏聚力增幅相对不及a层、b层显著,反映了草本起到浅层加筋作用,灌木则起到深部锚固作用。