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。     

不同经营方式对人工林水分利用的影响

人工林在我国森林面积中占很大比例,由于其生长速度快,因此耗水量是人们关注的焦点问题,尤其是在当前水资源匮乏的情况下,如何科学地经营人工林,更加高效地利用有限的水资源,已经成为人工林经营管理的一个非常重要的研究方向。目前,对如何提高人工林的水分利用效率尚无统一的认识,特别是在不同尺度上影响人工林水分利用的生理生态机制的研究还鲜有报道。为此,通过总结国内外人工林水分利用研究现状,介绍了整地、间伐、施肥、混交和林下植被管理等经营方式对人工林水分利用的影响,分析了人工林经营与水分利用的关系及未来的研究趋势,以期为科学协调林水关系提供理论依据。     

晋西黄土区刺槐蒸腾、光合与水分利用的试验研究

针对黄土地区造林成活率不高,保存率低的情况,就黄土高原的主要造林树种—刺槐的各种生理过程（如蒸腾、光合、气孔导度）的内在规律与环境因子的影响（如光合有效辐射）进行分析研究,以水分合理高效利用为切入点,通过研究气孔行为与蒸腾和光合之间的关系,得到一系列的临界值:从光合有效辐射入手,蒸腾与光合和光合有效辐射之间均呈抛物线关系,在光合有效辐射大于882 umol/（m²·s）时实施措施,既可大大减小蒸腾,又可改善光合;光合与蒸腾的非线性关系可用抛物线方程表述,其中光合速率最高时的蒸腾速率为临界值,超出此值即为奢侈蒸腾;综合分析光合速率、蒸腾速率与气孔导度之间的关系,当气孔导度大于0.35 umol/（m²·s）时,适时提高气孔阻力并抑制蒸腾的措施,既节约水分又促进光合。通过对临界值的分析的,得到黄土高原地区抗旱造林的一些新的方法。     

向日葵和马铃薯间作模式的生产力及水分利用

本研究通过对不同间作模式中作物水分吸收和利用的分析比较,探讨间作提高产量的机理,提出适合当地生态环境的最优间作模式,并提供一定理论依据。于2009年和2010年在内蒙古武川进行了大田试验,研究马铃薯/向日葵不同间作模式水分吸收和利用,结果表明,马铃薯/向日葵2种间作模式:2行马铃薯:2行向日葵(2P:2S)和4行马铃薯:4行向日葵(4P:4S)的土地当量比LER为1.2～1.3,都具有较强的间作产量优势。其中,4P:4S间作体系2年平均的LER为1.26,间作优势最大。4P:4S间作马铃薯的农田蒸散量ET与单作马铃薯的ET相比差异不显著。单作向日葵和间作向日葵的农田蒸散量ET无显著差异。虽然,2P:2S间作模式和4P:4S间作模式的马铃薯水分利用效率WUE比单作分别降低了81%和66%,但2种间作模式下向日葵的水分利用效率与单作相当。因此,在马铃薯和向日葵间作模式中,整体的水分利用效率提高了,水分当量比WER在1.2～1.3,其中4P:4S间作系统的水分当量比2a均为1.3,说明该体系具有显著的水分利用优势。综合分析认为,马铃薯/向日葵间作特别是4P:4S间作模式有利于提高土地生产力和农田水分的利用效率,在可持续雨养农业发展中具有很好的应用价值。     

亚热带典型植物水分利用来源变化的水稳定同位素分析

旨在揭示亚热带湿润地区不同植物水分利用来源和了解区域森林系统水文循环过程,以长沙地区典型常绿植物樟树、刺杉和野茶花为研究对象,利用稳定同位素技术及Iso-source混合模型定量分析不同植物水分利用特征及其对降水的响应。结果表明:在2018年9月至2019年2月的观测期内,0-10 cm土壤水中δD与降水中δD的变化趋势基本一致,均随时间变化逐渐偏正。随深度的增加,土壤水中δD受降水影响的程度逐渐减小并趋于稳定。在9-11月,3种植物对降水响应程度低,植物茎杆水中δD并未随降水中δD表现出明显偏正的趋势,在12月至翌年2月,3种植物对降水响应明显,植物茎杆水中δD与降水中δD变化趋势一致。观测期内3种植物水分利用深度均随时间变化由深变浅。在9月,3种植物主要利用60-100 cm土壤水,利用比例均超过65%。在10-11月,3种植物水分利用状况存在显著差异,樟树对0-10,10-20,20-60,60-100 cm 4个土层的水分利用较均匀,利用比例分别为28.2%,23.5%,22.0%,26.3%;刺杉主要利用0-10,60-100 cm土壤水,利用比例分别为56.4%和22.2%;林外野茶花主要利用0-20 cm浅层土壤水,利用比例为67.4%。在12月至翌年2月,3种植物主要利用0-10 cm土壤水,利用比例均在70%以上。     

太行山低山丘陵区7种典型植物水分利用特征

 为准确评价植物对环境的适应性,以太行山低山丘陵区的7种典型植物为对象,通过测定植物蒸腾速率、光合速率以及水分利用效率等指标,研究不同植物的水分利用特征。结果表明:1)在所研究的7种植物中,火炬树、侧柏、刺槐、荆条和酸枣5种植物的蒸腾速率日变化都属于单峰型;栓皮栎和黄连木为双峰型,双峰型主要与植物的"午休"现象有关,是植物对高温、干旱环境胁迫的主动适应;2)植物之间的水分利用效率有较大的差异,刺槐具有最高的水分利用效率;水分利用效率日均值排序为刺槐>酸枣>栓皮栎>黄连木>荆条>火炬树>侧柏,蒸腾耗水量排序为栓皮栎>火炬树>侧柏>黄连木>刺槐>荆条>酸枣;3)根据蒸腾耗水量和水分利用效率,测试植物可以分为3种类型,栓皮栎和酸枣属于高蒸腾耗水量和高水分利用效率类型,侧柏属于低蒸腾耗水量和低水分利用效率类型,刺槐则属于低蒸腾耗水量和高水分利用效率类型,具有最大的水分竞争优势。     

四川旱地作物水分盈亏变化及其与气候变化的关系

利用四川53个农业气象站点1971-2009年逐旬气象、土壤湿度和作物发育期资料,运用农田水量平衡原理和气候趋势分析方法,分析了5个气候子区域近40a来玉米、小麦、油菜全生育期和关键生育期水分盈亏量变化及其与气候变化的关系,结果表明:全生育期和关键生育期内,各分区小麦、油菜均为水分亏缺,但关键期亏缺量在减小;各区域温度升高、水汽压增大、风速减小、日照减少趋势明显;水分盈亏量与降水、水汽压呈正相关,与气温、日照、风速呈负相关。由此可见,四川旱地作物以水分亏缺为基本特征,但由于日照和风速的减小引起作物需水量减少,从而使水分亏缺程度有所降低。     

露天煤矿区不同生态措施对紫穗槐水分利用特征的影响

[目的]为探究排土场不同生态措施下典型植物的水分利用特征,提高植物水分利用效率,加速矿区生态恢复进程。[方法]以黑岱沟煤矿排土场6种生态措施(对照、接菌、绿肥、接菌+绿肥、绿肥+风化煤、接菌+绿肥+风化煤)下紫穗槐为对象,结合水的氢氧稳定同位素等方法分析。[结果](1)排土场土壤含水率为3%～9%,在0—30,70—100 cm土层较低,在30—70 cm土层较高。(2)紫穗槐的水分供给来源于降水和土壤水,土壤水分在0—30 cm土层发生显著的分馏现象,且在不同生态措施表现出显著差异,绿肥处理最大,接菌+绿肥处理最小。(3)不同生态措施下紫穗槐的水分利用特征存在显著差异,接菌处理对50—100 cm土层的水分利用比例较高,为53.4%;绿肥处理紫穗槐主要利用表层(0—20 cm土层)土壤水分,为42.6%;接菌+绿肥处理紫穗槐对各层土壤水分利用比例较为均匀。[结论]接菌+绿肥处理优化了紫穗槐水分利用特征,增加对表层和深层水分的利用比例,可作为排土场的生态复垦措施,促进西部干旱矿区生态恢复速率和效应。     

交替隔沟灌溉水分入渗规律及其对作物水分利用的影响

以玉米为试验材料,通过大田灌水技术和灌溉制度试验对交替隔沟灌溉水分入渗规律及其对作物水分利用的影响进行了研究。结果表明,交替隔沟灌溉与常规灌溉相比,水分的侧向入渗比较明显,由于其湿润锋到达深度小于常规灌溉,因此,交替隔沟灌溉可以减少土壤水分的深层渗漏;交替隔沟灌溉不降低光合速率而蒸腾速率有所下降,并有利于提高蒸腾效率;在同等灌水量水平下,交替隔沟灌溉因为其低蒸腾和较高产量总水分利用率和灌溉水利用效率均高于常规灌溉;在同等灌水量水平下,采用交替隔沟灌溉不降低玉米产量;收获等产量的玉米,交替隔沟灌溉比常规灌溉省水33.3%。     

温度和水分对黄土丘陵区3 种典型土地利用方式下土壤释放CO2 潜力的影响

为探讨影响土壤释放CO₂ 潜力的因素, 本研究采集黄土丘陵区3 种典型土地利用方式下(苹果园、退牧草地、辽东栎林地)的原状土壤样品, 室内进行不同温度和水分梯度的培养试验, 测定培养过程中土壤释放CO₂ 的速率以及土壤的理化性质, 并分析其对土壤释放CO₂ 潜力的影响。结果表明: 影响土壤释放CO₂ 速率的主要因素是温度, 指数模型Ra=ae^bT 可以很好地预测土壤呼吸速率随温度的变化情况。含水率对土壤呼吸速率影响不大, 但含水率对Q₁₀ 值的影响明显, 较高或较低的水分情况下都会降低土壤呼吸速率随温度变化的敏感程度。3 种土地利用方式下, 土壤释放CO₂ 的速率表现为: 林地土壤>草地土壤>果园土壤。土壤理化性质中, 有机碳对土壤呼吸的影响最大, 其次为有机氮; 此外微生物量碳很可能是间接影响土壤CO₂ 释放速率的一个因素。     

宁夏六盘山几种典型水源涵养林林分结构与水文功能的关系简

为量化水源涵养林林分结构与其水文功能之间的关系,以宁夏六盘山香水河小流域内的4种典型结构林分（华北落叶松＋灌木复层林、华北落叶松纯林、稀植乔木的天然灌丛林、天然灌丛林）为对象,在生长季内定位观测各林分的结构特征、冠层和枯落物截持及林下蒸散量的变化.结果表明：1）林冠截留率的大小表现为天然灌丛林（25.92％）＞华北落叶松纯林（23.38％）＞华北落叶松＋灌木复层林（22.81％）＞稀植乔木的天然灌丛林（22.07％）.2）林下枯落物层的持水性能表现为华北落叶松＋灌木复层林（26.49 t/hm2）＞华北落叶松纯林（23.06 t/hm2）＞稀植乔木的天然灌丛林（16.89 t/hm2）＞天然灌丛林（14.45 t/hm2）.3）林下日均蒸散量以稀植乔木的天然灌丛林最大（1.09 mm/d）,其次为华北落叶松＋灌木复层林（0.96 mm/d）,而华北落叶松纯林（0.88 mm/d）和天然灌丛林较小（0.69 mm/d）.4）回归分析表明：冠层截留量随着林分叶面积指数的增加而增加,在不同降雨强度条件下（除暴雨外）,二者的关系可以很好地用指数函数来表达（P＜0.01）;在排除林外气象因子变化对林内环境的干扰外,林下蒸散量随着林分叶面积指数的增加而呈对数函数的下降趋势（R2=0.639,P＜0.01）.     

宁夏六盘山沙棘液流变化及耗水特性

基于热平衡法实测宁夏六盘山北坡天然沙棘茎干液流通量的变化,分析沙棘液流生长季内的日内和日际变化特征,并估算沙棘群落的蒸腾量.结果表明：1）沙棘液流日变化曲线在晴天表现出明显的单峰型,在夜间仍有液流运动,夜间液流量占总全天总液流量的12.87％ ～ 19.62％;液流通量主要受太阳总辐射、空气饱和水汽压差、气温和相对湿度等影响.2）6-9月,沙棘蒸腾速率呈明显的降低趋势;6-9月沙棘群落蒸散量为469.4 mm,略高于同期降水量,蒸腾量约占同期蒸散量的35.11％.3）以环境因子为自变量,以液流量为因变量,经过逐步回归,建立了多元线性模型,回归方程显著.     

宁夏六盘山不同森林类型林地的贮水量

 为评价宁夏六盘山不同森林类型的水源涵养生态功能,对宁夏六盘山地区华北落叶松人工纯林、辽东栎天然纯林、白桦+山杨天然混交林和华山松+红桦+白桦天然混交林4种林地枯落物和土壤的贮水特征进行研究。采用样方法和浸泡法测定枯落物不同层次的最大持水量和持水特性,采用环刀法和浸泡法测定土壤水分物理性质和贮水量。结果表明:林地枯落物层饱和贮水量为华山松+红桦+白桦天然混交林最大,华北落叶松人工纯林次之,辽东栎天然纯林其次,白桦+山杨天然混交林最小;除华北落叶松人工纯林枯落物未分解层和华山松+红桦+白桦天然混交林半分解层在浸泡6h时达到最大持水量外,其他森林类型各层次均在浸泡3h时达到最大持水量;土壤饱和贮水量为华山松+红桦+白桦天然混交林最大,辽东栎天然纯林次之,华北落叶松人工纯林其次,白桦+山杨天然混交林最小。     

呼伦贝尔典型草原三种植物群落土壤凝结水比较

[目的]分析呼伦贝尔地区不同植物群落产生的土壤凝结水量,为当地沙化草地植被恢复中合理有效利用水资源提供依据。[方法]通过称重法测定3种植物群落茵陈蒿(Artemisia capillaris)、糙隐子草(Cleistogenes squarrosa)和羊草(Leymus chinensis)土壤凝结水形成的时间、数量和月动态变化,比较植被类型和环境因子对土壤的影响。[结果](1)3种植物群落内土壤凝结水的形成趋势基本一致,即每天18:00以后逐渐形成,至次日6:00结束。土壤凝结水夜间动态呈双峰型,其中第1个峰值出现在20:00左右,第2个峰值出现在4:00左右。(2)3种植物群落日均凝结量具有显著差异(p0.05),茵陈蒿样地、糙隐子草和羊草样地的日均凝结量分别为7月0.28,0.22,0.32mm,8月0.50,0.35,0.69mm,9月0.28,0.23,0.37mm。(3)土壤凝结水在土壤不同深度的凝结量大小依次为0—5cm20—25cm5—10cm10—15cm15—20cm,其中0—5cm的凝结量羊草样地的最多为0.147mm,其次为茵陈蒿样地0.125mm,最后是糙隐子草样地0.094mm。[结论]土壤凝结水来源主要有2个,植被类型的不同导致这两种来源对总量的贡献比例不同,其中羊草植物群落能够形成更多的土壤凝结水,在草原植被恢复中能够起到更积极的作用。     

宁夏盐池平沙地主要植物群落土壤水分季节动态

采用样方法,调查了盐池沙地主要植物群落,并测定了4-10月各主要植物群落样地的土壤含水量,研究了不同植物群落土壤含水量的季节动态.结果表明.在根层以下为不透水层的平沙地,各样地平均土壤含水量由小到大依次为:赖草(Leymus secalinus)群落(4.91%)<猫头刺(Oxytropis aciphylla)群落(7.42%)<柠条(Caragana korshinskii)群落(10.36%)<黑沙蒿(Artemisia ordosica)群落(12.55%)<裸地(16.27%);同一植物群落(包括裸地)的土壤含水量在各个季节也不相同.在进行沙地植被建设时,适宜采用柠条和黑沙蒿,并注意控制其合理密度及配置比例,以期达到长期稳定的治理效果.     

六盘山半干旱区华北落叶松林土壤水分时空变化与影响因素

分析森林土壤湿度时空变异规律,研究植被蒸腾、林地蒸散和气象因子对土壤湿度的影响,对干旱地区的植被恢复、林水协调管理和植被生态水文功能提升都有重要意义。在宁夏六盘山北侧半干旱的叠叠沟小流域,建立了华北落叶松人工林标准样地,利用气象站、热扩散探针、微型蒸渗仪、时域反射仪等设备,同步监测了2013年7—10月的气象条件、林木蒸腾、林地蒸散、土壤湿度的动态变化,并分层(0—20,20—40,40—60,60—80cm)探讨了土壤湿度的主要影响因子。结果表明:(1)受随机降雨事件影响,土壤湿度呈现相应的脉冲性变化;整体而言,表层(0—20cm)土壤湿度(32.69%)较低,以下各层较高(40.00%左右);土壤湿度的变异程度随土层加深和降雨增大而逐渐减弱。(2)影响土壤湿度的主要气象因子为温度、饱和水汽压差和气压;林木蒸腾和林地蒸散与整个研究期间主根系层(0—60cm)土壤湿度的相关性显著。(3)土壤湿度与各因子的相关系数随土层加深而变小,在主根系层明显,在以下土层(60—80cm)不明显。综上可知,森林土壤湿度同时受降水输入和蒸散输出影响,各土层湿度的时间变化规律相似;但表层土壤的湿度低、变幅大,土壤湿度对影响因子的响应敏感性和变幅随土层加深而逐步缩小。     

华北平原灌溉农田的土壤水量平衡和水分利用效率

华北平原农业面临的主要问题是水资源短缺,地下水位持续下降。通过一维土壤水量平衡模型模拟了华北平原不同灌溉方式下农田耗水量和土壤水分深层渗漏的变化,并分析了作物的产量和水分利用效率。结果显示在正常的灌溉条件下,冬小麦季地下水的采补差额超过了200mm,某生育期一定程度的水分亏缺(返青期、拔节期或灌浆期)能明显减少冬小麦的耗水量,但没有明显减少作物的产量。因此,在一定程度上减少灌溉是可行的,但仍不能达到地下水资源的采补平衡。从长远来看,华北平原维持可持续的地下水灌溉开采,应减少冬小麦的种植面积、增加低耗水经济作物的比例。     

紫色土坡耕地水量季节变异特征与平衡初步研究

通过具有壤中流测定功能的紫色土坡地径流小区的定位观测，结合物质平衡方法研究紫色土坡耕地水量的季节变异特征与平衡问题。结果发现，坡耕地玉米生长期水量的主要支出项为农田蒸散量、壤中流，分别为278．07，187．32mm，农田蒸散率与壤中流径流系数分别为50．51％，34．03％，而地表径流系数、农田蓄水率模拟值分别为7．59％，7．94％；坡耕地生长期支出总量为229．08mm，总径流系数为41．61％；坡耕地生长期径流支出具有季节变异特征，地表径流是玉米播种-拔节初期径流的唯一支出方式，其径流系数为9．32％，而壤中流则是拔节初期-收割近100天径流的主要支出方式，尤以灌浆成熟-收割前的近两月为甚；期间，壤中流径流系数最低为10．82％，最高至65，61％。