晋西黄土区典型林分枯落物层水文生态特性研究

选择山杨栎类次生林（以下简称次生林）、刺槐林、侧柏林、油松林为研究对象,通过样地调查,结合室内浸泡方法,对比分析枯落物（未分解层、半分解层）的水文特征指标,研究典型林分枯落物层水文生态特性。结果表明：（1）枯落物厚度为3.93~4.95 cm,刺槐林最大,油松林最小;蓄积量为次生林最大（19.28 t/hm²）,侧柏林（18.03 t/hm²）和刺槐林（17.57 t/hm²）次之,油松林最小（14.73 t/hm²）,未分解层蓄积量小于半分解层。（2）枯落物最大持水量（率）为30.92~61.31 t/hm²（197%~320%）,次生林最大,依次为刺槐林、侧柏林,最小为油松林。（3）枯落物有效拦蓄存在显著差异（P>0.05）,表现为次生林（31.29 t/hm²） > 刺槐（22.20 t/hm²） > 侧柏（18.19 t/hm²） > 油松（13.94 t/hm²）,有效拦蓄率为107%~173%。（4）在浸水2 h内,枯落物持水量和吸水速率变化以次生林与刺槐林最为迅速,半分解层较未分解层变化迅速;持水过程中,两者与时间分别呈对数函数（R²>0.89）和幂函数关系（R²>0.99）。在4种林地中,次生林林下枯落物水文生态潜力最优,油松纯林最差,表现为次生林 > 刺槐 > 侧柏 > 油松。刺槐是除次生林外的3种人工林中最优林种。建议研究区内合理优化恢复树种配置,以提高水文生态功能。     

不同林分枯落物层的水文生态功能

分析了八达岭林场4种林分枯落物层的蓄积量、持水能力、阻滞径流速度和减流减沙的效应。结果表明:①油松的总蓄积量为29 20t/hm2,最大持水量为61 36t/hm2,有效拦蓄量为19 38t/hm2;侧柏总蓄积量为4 62t/hm2,最大持水量为57 84t/hm2,有效拦蓄量为16 58t/hm2;元宝枫总蓄积量为17 76t/hm2,最大持水量为30 92t/hm2,有效拦蓄量为71 73t/hm2;刺槐总蓄积量为10 26t/hm2,最大持水量为43 12t/hm2,有效拦蓄量为24 63t/hm2;在这4种林分枯落物中,元宝枫的有效拦蓄量为最大,相当于7 17mm的降雨。②4种枯落物未分解层和半分解层持水量与浸水时间的关系为:W=Aln(t) B,未分解层持水量均大于半分解层持水量,吸水速度同浸水时间的关系式为V=ktn,在0～2h之间,枯落物未分解层和半分解层吸水速率较快,在4～6h后下降速率逐渐减缓。③随坡度增加,枯落物阻滞径流速率、减沙减流的效果更加明显,元宝枫在此效应中表现最佳。     

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。     

晋西黄土丘陵沟壑区刺槐人工林枯落物水文特性

通过对山西省方山县土桥沟流域不同密度、不同林龄刺槐人工林枯落物蓄积量及其持水性能的研究,得出了不同林分枯落物的蓄积量、持水量、吸水速率等特性参数.结果表明,各林分枯落物总蓄积量在1.89～9.30 t/hm2之间,其中9a刺槐林蓄积量＞15 a刺槐林＞20 a刺槐林.枯落物最大持水量及最大持水率均为20a＞15a＞9 a,密度为3333株/hm2时持水量最大,密度为1111株/hm2时持水量最小.枯落物未分解层和半分解层在前0.25 h吸水速率最大,在前2 h内降低幅度最大,以后逐渐减弱,浸水24 h时吸水速率趋近于零.从人工林水文生态功能的角度分析,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.     

太行山典型区域不同林分类型枯落物水文效应

采用样地调查和室内浸泡法,对河北易县洪崖山自然保护区葫芦峪林场6种不同林分类型枯落物的水文效应进行研究。结果表明:6种林分类型枯落物的蓄积量范围为5.25～15.70 t/hm~2,蓄积量总体为阔叶林刺槐最大,针阔混交林次之,针叶林最小,各林分半分解层蓄积量总体大于未分解层(油松纯林、黑枣和油松混交林未分解层大于半分解层);最大持水量范围为10.55～25.04 t/hm~2,阔叶林栓皮栎(25.04 t/hm~2)最大,刺槐纯林(23.66 t/hm~2)次之,针叶林油松(10.55 t/hm~2)最小;最大持水率范围是171.19%～260.20%,针叶林油松最大,侧柏最小;有效拦蓄量范围为6.25～17.60 t/hm~2,阔叶林栓皮栎(17.60 t/hm~2)最大,刺槐纯林次之(17.30 t/hm~2),针叶林侧柏(6.25 t/hm~2)最小;有效拦蓄率略有不同,针叶林油松最大,其值为180.29%,阔叶林栓皮栎(162.98%)次之,针阔混交林黑枣和油松最小,其值为77.22%。综合研究分析表明,栓皮栎和刺槐的枯落物层持水能力较佳,该地区栓皮栎林和刺槐林枯落物层水源涵养能力优于其他4种林分类型的枯落物。     

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)。     

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。     

生态景观林10种林分枯落物的水文效应

[目的]对北京市大兴区生态景观林主要造林树种林下枯落物层的持水能力进行定量研究,为森林生态建设和水土保持工作的开展提供理论依据。[方法]以研究区生态景观林中10种不同林分的枯落物层为研究对象,采用室内浸泡法对其水文效应特征进行分析研究。[结果]该区枯落物总蓄积量在2.37~5.33t/hm~2之间,顺序依次为:毛白杨油松千头椿刺槐国槐银杏金叶榆元宝枫旱柳紫叶李;最大持水量为5.56~24.92t/hm~2,最大持水率为208.64%~481.62%,最大拦蓄量为5.37~24.24t/hm~2,有效拦蓄量为4.54~20.51t/hm~2;10种林分不同枯落物层的持水量与浸泡时间呈较显著的对数函数关系,其吸水速率与浸泡时间则存在着较显著的幂函数关系。[结论]综合比较10种林分枯落物的持水性能,认为毛白杨的持水能力较好,能够较好地涵养水源。     

御道口牧场不同类型防护林的枯落物水文效应

以承德市围场县御道口牧场4种不同类型(落叶松、樟子松、落叶松和樟子松混交林、樟子松和榆树混交林)防护林为研究对象,采用样地调查和室内浸泡法,对其枯落物的水文效应进行研究。结果表明:各种类型防护林的枯落物蓄积量的范围为5.42～24.59 t/hm~2,其中落叶松蓄积量最大,为24.59 t/hm~2,樟子松和榆树混交林蓄积量最小,为5.42 t/hm~2,且4种林分类型的半分解层蓄积量均大于未分解层;平均最大持水量规律为落叶松(16.61 t/hm~2)樟子松和落叶松混交林(14.80 t/hm~2)樟子松(10.22 t/hm~2)樟子松和榆树混交林(9.99 t/hm~2);平均最大持水率大小依次为落叶松(427.02%)樟子松和榆树混交林(396.30%)樟子松和落叶松混交林(360.88%)樟子松(303.13%);有效拦蓄量规律为樟子松和落叶松混交林(74.65 t/hm~2)落叶松(71.21 t/hm~2)樟子松(48.82 t/hm~2)樟子松和榆树混交林(17.66 t/hm~2);有效拦蓄率规律为落叶松(344.99%)樟子松和榆树混交林(326.66%)樟子松和落叶松混交林(286.27%)樟子松(215.49%)。综合结果表明落叶松的枯落物层持水能力最好,该地区落叶松防护林的枯落物层涵养水源功能优于其他类型的林分。     

北京松山不同密度丁香天然林枯落物及土壤水文效应

以北京松山5个不同密度（784,1 024,1 210,1 616,1 872株/hm²）的丁香（Syzygium aromaticum）天然林为对象,对其枯落物层及土壤层水文效应进行研究。结果表明:枯落物总蓄积量、最大持水率、最大持水量随丁香天然林密度的升高而增大。枯落物的总储量在13.19～31.66 t/hm²之间;有效拦蓄能力在32.71～79.77 t/hm²之间;枯落物最大持水量在50.76～119.29 t/hm²之间,与浸泡时间呈明显的对数关系（R > 0.86）;枯落物最大持水率为385.72%～507.16%,枯落物吸水速率与浸泡时间呈明显的幂函数关系（R > 0.99）;同一密度土壤容重随土层深度的增加而增大,总孔隙度随密度的升高先增大后减小。初渗速率在37.50～54.55 mm/min之间,入渗速率与入渗时间存在较好的幂函数关系（R > 0.99）。中密度丁香天然林水源涵养功能较强。     

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。     

晋西黄土区不同密度油松人工林保育土壤功能评价

研究晋西黄土区不同密度油松林保育土壤功能变化规律及差异性,评价其保育土壤功能,以加强林分管理和生态恢复建设.以山西吉县蔡家川流域4种不同密度(925,1 325,1 750,2 250株/hm2)油松人工林为研究对象,对其土壤容重、孔隙度等物理性质、有机质等化学性质以及坡面径流泥沙量进行测定和分析,确定了 12项评价指...     

黄土高原不同林龄刺槐林土壤水分亏缺程度

通过定点监测刺槐林土壤水分含量,探究不同林龄刺槐林土壤水分分布与亏缺程度。采用空间代替时间的研究方法,选择10,15,25,40年人工刺槐林为研究对象,农地(0年)为对照,调查分析0—200 cm土层土壤水分分布情况。结果表明：各样地平均土壤含水量大小顺序为农地(18.80%)>10年刺槐林(16.43%)>15年刺槐林(15.47%)>40年刺槐林(13.87%)>25年刺槐林(13.38%);不同林龄刺槐林土壤水分均处于亏缺状态,随着林龄增加,土壤水分亏缺呈增大趋势,平均土壤水分亏缺程度为19.38%,25年刺槐林土壤水分亏缺程度最大(27.76%),40年时略有恢复(25.80%);表层土壤水分变异程度最大,变异程度随林龄增加呈增大趋势,速变层、活跃层、次活跃层和相对稳定层4个层次只在40年刺槐林均有出现。研究结果可为黄土高原植被生态恢复和科学经营人工林提供一定的理论基础。     

晋西黄土区单株油松树下穿透雨空间分布特征研究

为了更好地解析黄土高原森林水文过程,为基于生态过程的森林水文模型的发展与参数化提供基础,在单株尺度上探讨了晋西黄土区典型油松林穿透雨的空间分布特征。在选取的2棵油松标准木的两侧树冠下,根据离树干的不同距离布置自记雨量计各7个,研究期间共观测了15场不同降雨和穿透降雨量。利用统计学方法分析了林外降雨和冠层结构特征与穿透雨之间的关系。结果表明：(1)部分观测点出现穿透雨率大于100%的状况,最大的穿透雨率达155.8%,这主要是因为降雨在冠层的作用下发生了聚集效应;(2)穿透雨量与降雨量呈显著正相关关系(p <0.05),穿透雨率与降雨强度也呈正相关关系,但其影响未达到显著水平;(3)距树干距离对穿透雨的影响是多重因素综合作用的结果,并且在穿透雨的空间分布中起到主导作用;(4)穿透雨率与郁闭度和冠层厚度呈负相关关系。     

晋西黄土区不同退耕年限刺槐林对土壤水分和养分的影响

[目的]探讨人工刺槐林植被恢复对土壤水分和养分的影响,为半干旱黄土丘陵区植被恢复与生态建设提供理论依据。[方法]选择山西省黄河中游典型黄土丘陵沟壑区的人工刺槐林为研究对象,评估不同退耕年限刺槐林地土壤水分和养分特征。[结果]刺槐林地能够有效改善土壤水分条件,尤其在造林初期,土壤有机质和全氮平均含量显著提高,且具有明显的表聚性;刺槐林地对浅层土壤水分和养分的改善作用较大,土壤水分在40cm以上土层坑内平均水分比坑外提高了3.97%,在40cm以下土层仅提高了2.74%;土壤养分在20cm以上土层,坑内土壤有机质、全氮、全磷和全钾平均含量分别比坑外提高了6.61%,6.14%,1.55%和1.98%;在20cm以下土层,对土壤全磷和全钾无明显改善作用。[结论]刺槐林地不同程度地改善和提高了于浅层坑内土壤水分和养分状况。     

黄土丘陵区刺槐对不同立地环境的适应机制

[目的]分析刺槐在黄土丘陵区不同立地条件下的适应机制及适应成本,为该区的植被恢复提供理论依据。[方法]采用野外调查方法,对黄土高原丘陵区不同坡向和坡位的刺槐群落功能性状、生长状况差异进行研究,分析影响刺槐生长的主要因素。[结果]①阳坡刺槐的叶氮含量、叶磷含量、叶有机碳含量、根磷含量、根有机碳含量、根组织密度均大于阴坡;根氮含量、叶厚度、叶组织密度、比叶面积、比根长均小于阴坡。随坡位上升,叶氮含量、叶磷含量、叶有机碳含量、根磷含量、根氮含量、比叶面积、叶厚度均呈减小趋势;根有机碳含量和叶组织密度呈增大趋势。②刺槐功能性状与环境因子间响应关系显著;性状间的协变和权衡关系在同一器官和不同器官间均存在。③刺槐的株高、胸径、地径、冠幅均表现为阳坡大于阴坡,且随坡位升高而显著减小;其生长状况与功能性状间关系显著。[结论]刺槐在阳坡和下坡位适应成本较低,能够发挥相对大的生态效益。