六盘山华北落叶松人工林土壤水分空间异质性的降雨前后变化及其影响因素

为了阐明林冠叶面积指数、枯落物厚度等植被因子及降雨量影响下的林地土壤水分空间异质性变化规律,在宁夏六盘山香水河小流域选择了2个35a华北落叶松典型坡面(东南坡A、南坡B),遵循空间格局分析的小支撑、多样点设计原则,结合所选坡面特征,利用线状样带取样法,测定了坡面上各样点的表层(0—20cm)和亚表层(20—40cm)土壤水分、林冠叶面积指数、枯落物层厚度、坡度及离开最近一棵树主干的距离,采用经典统计结合地统计学方法,分析了降雨前后土壤水分空间变异特征;利用Pearson相关分析法分析了降雨前后坡面土壤水分与主要环境因子的数量关系;经Kriging插值得到了实验坡面降雨前后的土壤水分空间分布图。结果表明:本研究选择的2个坡面上表层和亚表层土壤水分均存在显著的空间自相关性,呈现明显的斑块状分布格局。A、B坡面雨前表层土壤水分的块基比分别为0.20和0.16,有强烈的空间自相关性;亚表层的块基比均为0.50,具有中等的空间自相关性;表层土壤水分变程分别为27.6m和23.7m,亚表层土壤水分变程为54.9m和186.0m,空间自相关性存在于较大的范围内。降雨后A、B坡面的表层土壤水分的块基比分别为0.13和0.11,亚表层的块基比为0.28和0.20;表层土壤水分变程分别为17.7m和17.3m,亚表层土壤水分变程为31.4 m和42.6 m,空间自相关性存在的范围变小。Pearson相关分析表明,A坡面土壤水分的空间变化在雨前主要受样点离开树木的距离和坡度的影响,雨后则主要受样点上方叶面积指数和枯落物厚度的影响。由此可见,此次11mm降水使2个坡面上土壤水分的空间异质性增加、空间自相关性增强,且乔木林冠层和枯落物层对降雨的截持和再分配是雨后土壤水分空间异质性增大的主要原因。     

六盘山华北落叶松人工林地土壤水分动态研究

利用平衡式张力计和时域反射仪(TDR)定位监测方法,研究了六盘山山地华北落叶松人工林地土壤水分动态规律.结果表明:研究时段内,华北落叶松林内土壤水分时间动态变化可划分为土壤水分的相对湿润期、持续消耗期和快速恢复期;依据水分利用特征可将垂直土层划分为土壤水分的微弱利用层(0-20 cm)、利用层(20-60cm)和水分调节层(60 cm以下).华北落叶松林内0-60 cm各土层土壤蓄水量与太阳辐射、大气温度、VPD和液流通量均呈极显著相关(P<0.01),对各因子进行多元逐步回归分析,得到0-60 cm各土层土壤蓄水量与气象因子间的多元线性回归方程.     

六盘山北侧华北落叶松林分的水分利用效率研究

为定量研究华北落叶松人工林水分利用特征,2010年5-10月在宁夏六盘山北侧叠叠沟林场的华北落叶松人工林固定样地内,通过测定树干径向生长、林分叶面积指数变化、草本生物量变化、树干液流速率变化、植物降雨截持等,估计了华北落叶松人工林及各层的生产力、水分消耗和水分利用效率。研究表明：林分总生产力11.76t/hm2,其中乔木层占75.2%,草本层占24.8%;在整个生长期内,林分生产力各月的分量呈现先升高后降低的季节变化格局。林分总蒸散量为433.9mm,其中乔木层与草本层（包括土壤蒸发）耗水各约占一半,分别为总蒸散的50.5%和49.5%;林分蒸散在生长季中呈现先升高后降低的季节变化格局。在整个生长季,华北落叶松人工林的水分利用效率为2.71g/kg,其中乔木层的水分利用效率为4.04g/kg,草本层水分利用效率为1.36g/kg;其季节变化与乔木层的水分利用效率变化相类似,说明乔木层对于华北落叶松林分水分利用效率的影响较大。     

六盘山华北落叶松林坡面的土壤含水量时间稳定性

在宁夏六盘山选择华北落叶松林坡面,利用TRIME-PICO土壤水分测定仪,在2015年5—11月对48个测点分12次测定了不同厚度土层(0—20,0—40,0—60cm)的体积含水量的时间动态,并采用累积概率函数、相对偏差及Spearman秩相关系数等方法,分析评价了坡面土壤体积含水量的时间稳定性。结果表明:土壤体积含水量在时间和空间上均存在中等变异,且变异程度随土层加厚而逐渐降低,表现为0—40,0—60cm土层体积含水量的累积概率在干旱和湿润2种极端条件下的变化均小于0—20cm土层。0—20,0—40,0—60cm土层体积含水量的平均相对偏差的变化范围分别为(-43.5%)~(47.9%),(-42.9%)~(49.9%)和(-46.9%)~(40.0%);平均相对偏差的标准差(SDRD)呈现出随土层加厚而逐渐降低的变化趋势,在0—20,0—40,0—60cm土层依次为11.1%,8.3%,7.8%。在整个研究期间,Spearman秩相关系数在不同土层厚度条件下始终保持较高水平(0.7以上),且呈极显著相关,坡面上不同土层的体积含水量具有较高的时间稳定性。基于土壤含水量的时间稳定性特征,确定了研究坡面上不同土层厚度的体积含水量平均值的代表性测点,可利用这些代表性测点的土壤体积含水量测定值估计相应土层厚度的坡面平均值。     

华北落叶松人工林蒸腾特征及其与土壤水势的关系

 利用野外定位观测技术,于2008年5—10月在宁夏六盘山叠叠沟小流域对华北落叶松林整个生长季土壤水势的变化规律进行研究。结果显示:1)降雨量是影响土壤水势变化的主要因素,土壤水势在不同深度变化趋势基本一致,但变化幅度有较大差异,020、2040、4060cm土层的土壤水势梯度在6—9月份最大,8月份水势梯度最低;2)华北落叶松5—10月各月的耗水速率排序为6月>5月>7月>8月>9月>10月,耗水量分别占生长季的20.3%、25.4%、20.1%、18.6%、15.1%、10.7%,耗水月主要分布在6月;3)在华北落叶松生长季前期土壤水分短缺,生长后期水分充足,2个不同土壤水分条件的树干液流速率表现明显差异,充足条件下蒸腾耗水明显高于短缺条件,且水分亏缺时期20cm和60 cm土壤水势与树干液流变化相关性极显著。研究表明土壤水分亏缺与否是华北落叶松蒸腾耗水差异的主要原因,生长季中前期土壤水分对华北落叶松生长至关重要。     

基于MATLAB的华北落叶松蒸腾仿真模拟

蒸腾是植株主要的耗水形式.以六盘山北侧的华北落叶松为研究对象,采用当前国内外较先进的热扩散式树干边材液流测定技术从单株水平上探讨了华北落叶松的蒸腾速率特性以及其与环境因子之间的影响机理.就气象因子和蒸腾速率进行了分析,提出了气象因子和华北落叶松蒸腾耗水的数学模型.应用Matlab软件对华北落叶松进行了模糊蒸腾模型的设计和仿真.研究结果表明,空气相对湿度和空气温度是影响华北落叶松蒸腾速率的直接因子,太阳辐射式通过改变空气湿度和空气温度进而来影响华北落叶松的燕腾速率.     

六盘山华北落叶松坡面土壤饱和导水率空间异质性及其影响因素

为深入理解森林坡面土壤饱和导水率的空间变异,利用经典统计学和地统计学的方法研究六盘山华北落叶松人工林坡面不同土层土壤饱和导水率的空间异质性,并基于相关性分析揭示其空间变异的主要因素。结果表明:(1)随土层的加深,土壤饱和导水率逐渐增加,不同土层土壤饱和导水率的空间变异程度存在差异,表现为40—60 cm土层土壤饱和导水率为强变异,其他土层均为中等变异。(2)不同土层土壤饱和导水率的空间结构也存在差异,20—40,40—60,60—80 cm土层土壤饱和导水率表现为强烈的空间自相关性,0—20,80—100 cm土层土壤饱和导水率表现为中等空间自相关性。(3)坡面土壤饱和导水率与石砾含量、非毛管孔隙度、毛管持水量、田间持水量和毛管孔隙度显著相关。综上,研究坡面土壤饱和导水率具有较强的空间变异,石砾含量和土壤物理性质是影响研究坡面土壤饱和导水率空间分布的主要因素。     

五台山华北落叶松水源涵养林密度结构与生长动态

 为探索华北落叶松水源涵养林的立地适应性和密度合理性,在山西省五台山水源涵养林区,利用标准木树干解析法,对10年生华北落叶松2种密度(2600和3500株.hm-2)的人工林生长过程和直径分布进行研究。结果表明:1)2种林分树高生长量基本相同,几乎不受密度变化的影响;林木直径和立木材积生长过程差别较大;低密度林分的生长状况和密度结构优于高密度林分。2)2种林分直径分布的偏度系数(Sk)差别较大;低密度林分Sk=0.01,接近正态分布,密度结构基本合理;高密度林分Sk=0.45,偏离正态分布,林木密度偏大。2种林分直径分布的峰度系数(K)相差不大(分别为-0.64和-0.74),密度因素对林木分化的作用较小。3)低密度林分的林木胸径、单株材积和干材蓄积生长量逐年增加,没有受到密度的影响;高密度林分的林木胸径、单株材积和干材蓄积生长量从6年生开始明显下降。4)华北落叶松人工林的林龄为10年生时,合理密度约2600株.hm-2;若不考虑10年生之前的间伐利用,可以作为人工造林合理的初植密度。     

六盘山叠叠沟小流域华北落叶松人工林的冠层降水再分配特征

于2006-2007年生长季(5-10月)定位监测了六盘山北段叠叠沟小流域华北落叶松人工林的穿透雨、树干茎流和林冠截留特征,并基于同期气象数据初步分析了有关因素的影响.结果表明:林下穿透雨率存在明显的空间异质性,这种差异随着降雨量增大而变小.在整个测定期间,华北落叶松林穿透雨占总降雨量的(74.94±2.4)%,树干茎流占(0.16±0.03)%,而林冠截留占(25.08±2.41)%.穿透雨、树干茎流和林冠截留的数量与降雨量呈正相关(p＜0.01),随着雨量或雨强的增加.穿透雨率升高,并且在高的雨量(＞0 mm)和雨强(＞5 mm/h)下逐渐趋于稳定.当降雨量到达6.44 mm时开始出现树干茎流.林冠截留率与降雨量、降雨历时和空气相对湿度呈显著负相关(p＜0.05).     

宁南山区华北落叶松林枯落物水文特征研究

森林枯落物层具有重要的生态水文功能,对六盘山北侧叠叠沟小流域华北落叶松林下枯落物吸水速率、释水速率和截留降雨动态变化及其影响因素进行了研究.结果表明,枯落物吸水速率与浸泡时间呈对数函数关系,释水速率与时间呈幂函数关系.枯落物饱和持水能力较强,可达到自身重量的4倍.对生长季内枯落物持水量动态变化的观测表明,当长时间无雨时,持水量显著下降;当降雨发生时,持水量迅速增加,这种动态过程随着降雨发生而不断重复.此外,由于林冠下穿透降雨分布不均匀和前期枯落物干燥,有时可出现枯落物透过雨量大于降雨量的现象.对枯落物持水量与环境因子的相关分析表明,持水量与林内降雨量呈显著正相关(P<0.01),而与林内气温、太阳辐射、风速、大气水势和饱和水汽压差呈显著负相关(P<0.01).     

华北落叶松人工林碳汇功能的研究

以河北省木兰林管局14～59年生华北落叶松人工林为对象, 研究树木不同器官和林分不同组分水平的生物量与碳储量.结果表明, 华北落叶松树干碳储量在树木总储量中所占比重最大, 林地土壤和林木碳储量所占林分碳储量的比重最大.华北落叶松人工林林分碳密度为平均206.02 t·hm-2;林木碳密度为27.58 t·hm-2, 林地土壤碳密度为157.14 t·hm-2.以林木蓄积量(M)为基础的林木生物量(W)与碳储量(C)的拟合方程为:W =10.210 1+ 0.732 1M, C=5.188 4+0.373 6M;以林龄(A)和优势木平均高(H)为基础的林地土壤碳密度(Soc)拟合方程为:Soc=-24.635 6-5.606 1A+14.936 0H+0.439 8AH.在此基础上计算得出, 木兰林管局华北落叶松人工林总碳储量约为571.43×104 t, 其中林木生物量约150.00×104 t、碳储量约为76.49×104 t, 土壤碳储量约435.85×104 t.     

冀西北山地华北落叶松和白桦林下枯落物水文特征

[目的]探讨冀西北山区不同人工林枯落物持水特性的差异,为该地区森林水文循环和森林开发管理提供基础依据。[方法]以冀西北张家口市崇礼山区的华北落叶松、白桦人工林为研究对象,在林下设置标准样地,测定枯落物层厚度和蓄积量,通过室内浸泡法测定持水特征。[结果]华北落叶松和白桦林下枯落物层厚度分别为4.2,3.4cm,枯落物蓄积量为10.90,4.92t/hm2;浸泡24h后华北落叶松枯落物(未分解层和半分解层)总持水量为4 228.5g/kg,白桦枯落物(未分解层和半分解层)总持水量为5 208.6g/kg,二者的有效拦蓄量分别为14.06,8.85t/hm2。在整个持水过程中,华北落叶松、白桦林下枯落物持水量、吸水速率与浸水时间的变化规律基本一致,均在前4h内持水作用较强,4~8h后逐渐变缓,10h后其持水量基本达到饱和;枯落物持水量与浸水时间存在对数曲线关系,而吸水速率与浸泡时间存在幂函数关系。[结论]森林枯落物层发挥水文功能由持水能力和蓄积量共同决定,在森林经营管理过程中应充分考虑包括树种组成和搭配、林分密度等因子的影响。     

华北落叶松人工林质量精准提升中的树种选择研究

[目的]研究山西省北部人工华北落叶松纯林质量精准提升中的树种混交策略,为该地区的森林经营提供参考。[方法]在管涔山设置华北落叶松不同混交模式和不同起源的固定样地,2010年和2015年夏分别对样地内胸径≥5.0cm的样木进行每木检尺。采用单因素方差分析和t检验比较不同起源、不同混交模式下混交树种生长量的差异显著性。[结果](1)与华北落叶松混交的树种,胸径生长量ΔD表现为:ΔD白桦ΔD白杄ΔD山柳,胸高断面积生长量ΔS表现为:ΔS白桦ΔS白杄ΔS山柳,蓄积生长量ΔV表现为:ΔV白桦≈ΔV白杄ΔV山柳。(2)不同混交模式下,华北落叶松的ΔS和ΔV差异不显著。(3)天然中幼林条件下,混交树种的生长量为:白杄白桦山柳;人工中幼林条件下,混交树种的生长量白桦最大。(4)白杄与天然华北落叶松混交的生长量大于与人工华北落叶松混交,白桦与人工华北落叶松混交的生长量大于与天然华北落叶松混交。[结论]在人工华北落叶松纯林的幼龄阶段,林间空地栽植白桦,构建华北落叶松—白桦斑块混交结构。通过针阔树种的混交,营造较为稳定、接近天然状态的生态环境。当白桦生长量下降、生态功能减弱后,采伐长势不良的白桦,在林冠下层补植白杄,形成稳定的华北落叶松—白杄混交、复层、异龄林。     

不同林龄华北落叶松林下土壤理化性质及微生物学指标评价

通过对河北省承德市塞罕坝机械林场种植年限分别为18,22和38a的华北落叶松人工林下土壤理化性质、酶活性和微生物数量等土壤质量指标的综合研究,对土壤质量的变化规律和关键指标进行了分析比较。结果表明:(1)同龄林分下各指标变化差异显著,随着土壤深度的增加,土壤容重、pH值逐渐增大,而土壤含水量、毛管持水量、毛管孔隙度等12个指标则逐渐降低非同龄林分之间同一指标差异显著。18a林分土壤质量最优指标为过氧化氢酶和细菌数量。22a林分土壤质量最优指标为土壤含水量、毛管持水量、毛管孔隙度、有机质、脲酶活性、真菌数量。38a林分土壤质量最优指标为容重、全钾、速效磷、全氮、放线菌数量。各林分土层之间差异显著(p < 0.05)。(2)主成分分析结果表明,土壤容重、毛管持水量、毛管孔隙度、有机质、放线菌和真菌数量可以作为土壤质量评价的主要指标。(3)18,22和38a林下土壤质量综合评分依次为0.122,0.253和-0.375。其中,22a林分下土壤质量的综合评分最高,说明22a华北落叶松人工林林下土壤质量相对较好。     

氮添加对华北落叶松叶片化学计量与养分重吸收效率的影响

为了解华北落叶松林叶片化学计量特征和养分重吸收效率与N素供应的关系,以24年生华北落叶松人工林为研究对象,设置3个水平(0,8,15 g/(m2·a))连续6年的野外氮添加控制试验,测定氮添加后华北落叶松成熟叶片、凋落叶片和林分土壤养分含量的变化.结果表明:成熟叶片C含量在年际间差异显著(P<0.05),氮添加显著增加...     

黄土丘陵区柠条人工林土壤水分动态变化特征及降雨特征对其影响

明确黄土丘陵区降雨对土壤水分影响，对准确评估降雨格局变化对生态系统结构和功能的影响具有重要意义。以陕北黄土丘陵区退耕地栽植后自然撂荒23年的柠条人工纯林为研究对象，通过土壤湿度传感器监测不同土层土壤体积含水量，探讨不同土层土壤水分补充增量对降雨特征(降雨量、降雨历时和降雨强度)的响应。结果表明：(1)土壤水分消耗和补充主要集中于0-500 cm土层，其月变化在垂直剖面呈“双峰”(4—5月)、“单峰”(6月)和“双峰”(7—10月),随土层深度增加变化率减弱；(2)当降雨量>4 mm时表层土壤水分得到有效补充，当其超过142.8 mm时补充深度可到达200 cm土层，其中长历时强降雨较短历时强降雨对土壤水分补充增量小，但其补充深度较深，达到峰值时间长，但小降雨长历时则土壤水分补充增量较小；(3)降雨特征对土壤水分影响随土层深度增加而减弱，其中降雨量和降雨历时对土壤水分影响主要在0—50 cm土层，而降雨强度对其影响主要在0—30 cm土层。降雨量(降雨历时)和土壤水分补充增量对数拟合最优，而降雨强度与其则表现为幂函数拟合最优，其可分别解释土壤水分补充增量的39%～76%(降雨量)、...     

华北落叶松林木生长、草本植物多样性及地形因子之间的关系

以河北省小五台山区华北落叶松人工林为对象,通过对林木生长因子和草本多样性指数的调查、计算和分析,对华北落叶松林木生长、草本植物多样性以及地形因子之间的关系进行了研究。结果表明,(1)坡度与树高、胸径、第一活枝高(枝下高)和冠幅呈显著负相关性,而海拔、坡位和坡形与林木生长因子之间的相关性不显著;(2)从相关系数和相关性强度综合分析,林木生长因子对草本多样性影响程度为:郁闭度枝下高胸径树高冠幅;(3)在海拔1 400~2 000 m范围,随海拔高度增加,Shannon—Wiener多样性指数和Pielou均匀度指数表现出较为平稳的变化趋势,而Simpson多样性指数和Menhinick丰富度指数则表现出上下波动的变化趋势;(4)海拔、坡形、坡度对华北落叶松林下草本多样性变化影响程度较小,而坡位与草本植物Menhinick丰富度指数和Simpson多样性指数达到显著负相关水平,表明坡位对草本植物多样性变化影响程度较大。