湖南会同杉木人工林林冠截留特征及模拟

利用湖南会同杉木林生态系统国家野外科学观测研究站第II集水区2015年的林外降雨、林内穿透雨、树干茎流及气候观测数据,研究了杉木人工林林冠截留特征,分析了影响林冠截留量的主要因子,验证了Gash(1995)模型模拟杉木人工林林冠截留的适用性。结果表明:(1)试验区5月降雨次数最多,8月降水量最大;次降雨以小雨频率最高,以短时降雨为主;(2)林下穿透雨、树干茎流及林冠截留均与林外降雨呈正相关;(3)Gash(1995)模型模拟的年累积林冠截留量为235.62mm,与实测值(254.16mm)具有较好的一致性;(4)模型主要受冠层饱和持水量(S)值、平均蒸发率与平均降雨强度比(E/R)值影响,研究中S值取值合理,E/R值有待进一步精确。     

江西大岗山杉木人工林降雨截留特征及修正Gash模型的模拟

为研究杉木人工林降雨截留特征,选择江西大岗山国家森林生态系统定位研究站杉木人工林固定观测试验样地,对其大气降雨量、穿透雨量和树干茎流量进行定位观测,采用修正的Gash模型对其降雨截留过程进行模拟。结果表明,研究期间观测到的林外降雨量、穿透雨量、树干茎流量和林冠截留量分别为1289.5,955.2,57.1,277.2mm,模拟的穿透雨量、树干茎流量和林冠截留量分别为946.4,53.6,289.5mm,占降雨总量的73.4%,4.2%和22.4%,相对误差分别为1.0%,6.1%和4.4%。模拟结果和实测值具有很好的一致性,说明修正的Gash模型在江西大岗山杉木人工林降雨截留模拟应用中具有很好地适用性。     

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)。     

木荷与杉木人工林林冠截留初步探讨

本文通过对建瓯木荷和杉木人工林林冠截留的观测，分析了二者林冠截留差异及其与降水的关系。研究表明木荷林的年截留量为379．04mm，平均截留率是21．96％，杉木林的年截留量为259．54mm，仅为木荷林的68．5％，平均截留率是16．31％，比木荷林低5．65％。两林分截留率大小随降雨特征变化存在较大差异。在雨季，木荷林的截留能力明显高于杉木林；随雨量的增大，两者的截留量与截留率的差异有增加趋势，这主要与两种林分结构特征的不同有关。     

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.     

黄土丘陵区人工油松林和山杨林林冠截留作用的研究

本文研究了25年林龄的油松人工林和天然山杨林的林冠截留量及其变化。结果表明:油松人工林和山杨林林冠年截留量分别为95.2mm和73.4mm,占年降水量的19.6%和14.7%。其中对降雨的截留量分别为78.0mm和71.1mm,分别占降雨量的17.4%和15.5%;对降雪的截留量为17.2mm和2.3mm,分别占降雪量的45.1%和5.9%。林冠截留量也有季节变化,两林分夏季截留量51mm,占同期降水量的15.8%。油松林冬季截留量较小,但占同期降水量的比例高,山杨林两者均小。林冠截留过程分为截留、透过、饱和三个阶段,其累积截留量与累积降水量呈I=apb函数关系。     

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。     

晋西黄土丘陵区坡面刺槐林地土壤水分研究

 为研究晋西黄土丘陵区刺槐林分土壤水分状况,通过2年的定位观测,标定了该地区刺槐林分土壤水分特征曲线,探讨了刺槐林分土壤水分的空间变化规律及其影响因子。结果表明:刺槐林分利用土壤水分范围较广,其林分可以栽植在峁顶、阳坡及半阳坡等处;12年刺槐林分密度低于2250株/hm²时,林地土壤水分可以在生长季末得到补充,而超过2250株/hm²时,林地土壤水分得不到补充,林分在翌年的部分月份处于水分亏缺状况,限制了林木的生长;月降水量、蒸发量是影响林地土壤水分的主要气象因子,郁闭度、胸径、林分生产量等因子是影响刺槐林分土壤水分的植被因素。     

晋西黄土丘陵沟壑区油松刺槐混交林蒸腾耗水

 为了研究黄土丘陵沟壑区主要造林树种和林分蒸腾耗水规律,以位于山西省吉县蔡家川流域内密度为2 450株/hm2的16a油松刺槐混交林为对象,在2008年7—10月,应用热扩散探针技术(TDP)对油松和刺槐4个径阶共17株样木进行蒸腾液流野外实地定位连续观测,同时对环境因子进行同步连续动态观测。结果表明:典型晴天条件下,油松和刺槐树干液流速率在液流启动时间、达到峰值时间、开始快速下降时间和峰值波动范围上有较为显著的差异;2树种不同径阶单木日均蒸腾量的大小排序为油松12 cm>10 cm>6 cm>8 cm,刺槐12 cm>8 cm>6cm,呈现出日蒸腾量随胸径增加而增加的趋势;太阳辐射和水汽压差是影响油松和刺槐树木冠层蒸腾的主要因子;2008年7—10月油松刺槐混交林月蒸腾耗水量分别为30.8、24.1、26.3和18.4mm,总蒸腾量小于同期降雨量。     

黄土半干旱区刺槐林地土壤蒸发特性研究

对黄土半干旱区刺槐林内的土壤蒸发状况,进行比较系统的试验研究。试验采用微型蒸发器（Micro-lysimeters,MLS）,人为控制土壤水分梯度,对不覆盖、枯枝落叶物覆盖和苔藓覆盖3种处理的林地土壤蒸发进行了分析。结果表明,在不同土壤水分条件下,利用枯落物覆盖减小林地土壤蒸发效果晴天好于多云天,枯落物覆盖、苔藓覆盖与无覆盖相比,分别减少了20.15%～52.46%和11.11%～36.72%的土壤蒸发,枯落物覆盖效果好于苔藓;林地土壤蒸发量随土壤水分的增加呈上升趋势,当土壤含水量增加到一定临界值以后,林地土壤蒸发量由上升变为下降,表现出土壤水分对林地土壤蒸发具有明显的阈值反应,土壤含水量的临界值分别为14.2%（枯落物覆盖）和16.8%（不覆盖）;基于林地土壤蒸发量（E1）与水面蒸发量（E0）的观测数据,利用STATISTICA软件统计分析,建立林地土壤蒸发模型,可用于林地土壤蒸发量的估算,为林地土壤水分管理提供理论依据。     

晋西苹果-大豆间作土壤水分的时空分布特征

选取晋西黄土区典型的苹果(Malus pumila)-大豆(Glycine max)间作系统为研究对象,在大豆的关键物候期对间作系统和对照单作的土壤水分、大豆生长状况和产量进行了定位监测。研究结果表明:(1)不同物候期,间作系统土壤平均含水量变化显著,苹果树和大豆对土壤水分竞争的空间区域和强度也有明显差异,土壤水分耗用最大的时期为大豆开花期;(2)水平方向上,各个物候期间作系统土壤含水量均随着与树行距离的增加而增加,最低值出现在距离果树行最近的区域;(3)垂直方向上,在大豆的苗期和结荚期间作系统土壤含水量随土壤深度的增加而递增,在开花期,土壤含水量随着土壤深度的增加出现先减小后增加的趋势;(4)当前树龄下,苹果-大豆间作系统的水分效应相对于大豆单作,整体表现为负效应,并对间作大豆的生物量和产量有着一定的负面影响。基于苹果-大豆间作系统土壤水分在不同物候期的分布特征,建议采取适当的管理措施以缓解种间水分竞争并提高大豆的产量。     

黄土丘陵区刺槐人工林土壤养分特征及演变

为了探明黄土丘陵沟壑区人工林土壤养分状况及其演变规律,应用时空互代的方法,以刺槐林为代表,对该区不同利用年限的人工林土壤养分特征及其时空变化等进行了系统研究。结果表明,黄土丘陵区人工林土壤肥力处于低水平;人工林表层土壤养分中有机质和速效磷的空间变异性较大;坡度、坡向、坡位等环境因子对土壤养分有一定的影响。随利用年限的增加,人工林土壤全氮,有机质、碱解氮、速效钾含量及土壤养分指数均增加,与利用年限有极显著的相关性,其变化趋势符合y=axb模型。全氮,有机质和碱解氮随利用年限的增加量不显著,而速效钾每经过10年就有显著增加,全磷和速效磷含量则保持相对衡定的水平。黄土丘陵区人工林地土壤有机质、全氮、碱解氮、速效钾及养分指数年增长率分别约为0.20g.kg、0.01g.kg、0.69mg.kg、2.27mg.kg和0.04。该区人工林地土壤有机质、全氮、碱解氮及养分指数约需50年、速效钾约需30年可达到中上等养分水平。     

黄土高原不同年限刺槐土壤化学计量特征分析

通过对陕北黄土高原4种不同年限(10,15,25,40年)刺槐林地0—200cm土壤的采集与分析,研究不同刺槐种植时间对土壤营养元素及化学计量比的影响。在每个林龄的林地内设3个小区,每个小区采用随机采样法选取3个采样点分层采集土壤样品,进行土壤碳、氮、磷、钾测定,计算化学计量比。结果表明:(1)有机碳和全氮、全钾含量随刺槐年限增加呈基本增大的趋势,全磷随刺槐年限的增长变化不大;有机碳、全氮和全磷呈极显著的正相关关系;(2)在0—200cm土层,有机碳、全氮空间分布基本一致,随土层深度增加均呈先减少后趋于稳定的变化趋势;全磷在整个空间中的分布较为均匀,其空间变异性低于有机碳和全氮;全钾含量高于碳氮磷含量,且随土壤深度变化不大;(3)土壤C∶N比,C∶P比,N∶P比和C∶N∶P比均随刺槐年限的增长呈先降低后升高的趋势,都在15年处有最低值;(4)土壤C∶N比随土层深度在一定范围波动,C∶P和N∶P比均随土层深度的增加呈先减少后趋于稳定的变化趋势。     

陇东黄土高原不同林龄刺槐林土壤碳通量及其组分特征

基于红外气体分析技术,对陇东黄土高原田家沟水土保持科技示范园不同林龄(12,14,15,18a)刺槐林土壤碳通量进行定位监测,同时以荒草地为对照,分析土壤碳通量日、季变化及组分特征。结果表明:不同林龄刺槐林土壤碳通量日变化差异显著(P0.01),日变化趋势表现为昼高夜低的单峰曲线,13:00—15:00达到最大值,最小值出现在2:00—5:00;不同季节间土壤碳通量差异显著(P0.01),具体表现为夏季春季秋季冬季,夏季土壤碳通量为冬季的8.78~20.32倍;刺槐林春季土壤碳通量以自养呼吸为主,夏、秋两季以异养呼吸为主,冬季自、异养呼吸贡献率基本一样,荒草地春、夏、秋3季以异养呼吸为主,冬季与林地表现一致;刺槐林年土壤CO_2排放量随林龄增加而增加,年排放量2 069.63~4 590.35g/m~2,荒草地土壤CO_2年排放量2 806.27g/m~2,低于18a刺槐林,高于其余各林龄。研究结果为陇东黄土高原刺槐人工林土壤的固碳效应及经营措施提供依据。     

黄土丘陵区不同林龄人工刺槐林土壤抗蚀性演变特征

 采取时空互代法,以黄土丘陵区不同林龄的人工刺槐林为研究对象,选取坡耕地为对照,分析土壤抗蚀性的变化过程,并在此基础上提出土壤抗蚀指数。结果表明,黄土丘陵区坡耕地种植刺槐林后:>0.25 mm土壤水稳性团聚体、>0.5mm土壤水稳性团聚体、平均质量直径、有机碳含量较坡耕地显著增加,并随林龄增加逐渐升高;土壤团聚状况、团聚度显著高于坡耕地并随林龄增加先降低后升高;土壤结构破坏率、分散系数和分散率呈波动式降低;小粒径的微团聚体和机械组成逐步向大粒径转变。相关性分析表明:>0.25mm土壤水稳性团聚体、>0.5mm土壤水稳性团聚体、平均质量直径、有机碳与全氮、碱解氮、速效钾、全磷呈显著正相关(P<0.05),与土壤密度呈显著负相关;结构破坏率、分散系数和分散率则与全氮、碱解氮、全磷呈显著负相关;团聚状况、团聚度与全氮、全磷呈显著正相关。土壤抗蚀指数随人工刺槐林林龄的增加而显著升高,可以全面、客观地反映土壤抗蚀性能的演变过程。侵蚀环境下的坡耕地由于受到人为活动的干扰,土壤抗蚀性较差,种植刺槐林后,土壤抗蚀性显著增强。     

黄土丘陵区人工林地土壤肥力质量

以黄土高原北部的陕西省吴起县为例,通过对不同灌木类型和不同生长年限的乔木林地土壤样品的分析测试与数理统计,研究黄土丘陵沟壑区不同人工林植被对土壤肥力质量的影响。结果表明：1）土壤碱解N和速效K,柠条林地是沙棘林地的2倍以上,二者之间达到极显著差异水平;柠条对土壤肥力的提高效果要优于沙棘,仅从对土壤性质的改善来看,建议选择种植柠条。2）乔木林地,从幼年林地到成年林地,土壤全N、碱解N、有机质和阳离子交换量不断增加,土壤速效K、全P和速效P略有增加,土壤有机质和养分的表聚性加强。3）总体上,乔木林地0～100cm土层土壤碱解N、速效K、有机质、阳离子交换量、全N、全P、全K均高于灌木林地,表明乔木林地对土壤的培肥效果优于灌木林地。