陕北安塞退耕恢复15年刺槐林与自然植被的物种组成与群落特征

为探讨陕北黄土丘陵沟壑区退耕恢复15年后刺槐人工林及自然植被的恢复特征,对安塞县三个流域"退耕还林"后栽植的15年左右刺槐林与林下植被及对应的自然恢复植被进行了调查与分析。结果表明:刺槐林下发现植物60种,隶属于27个科,49个属,以禾本科、菊科、豆科、蔷薇科植物居多;自然植被样地发现植物62种,隶属于21科49属,菊科、豆科和禾本科植物最多;无论刺槐林下还是自然植被,生长型多为一年生草本和多年生草本,水分生态型以旱生和旱中生植物为主,生活型方面地面芽植物占据优势地位;刺槐林下以狗尾草、赖草、牻牛儿苗、铁杆蒿、阿尔泰狗娃花及长芒草等为优势群落,而自然坡面以白羊草、达乌里胡枝子、铁杆蒿、阿尔泰狗娃花、长芒草及草木犀状黄耆等为优势群落;在阳坡自然恢复植被的群落盖度、地上生物量及物种多样性指数显著高于刺槐人工林(p0.05),而在阴坡二者差异不显著;认为在黄土丘陵沟壑区,阳坡刺槐林的植被恢复应考虑到林木生长对林下层的抑制作用,对现存郁闭度过高的林分应及时进行间伐管理以促进下层植被生长,合理进行乔、灌、草的配置,丰富群落层次结构,提升刺槐林生态功能。     

黄土丘陵区不同林龄人工刺槐林下植被及土壤系统演变特征

[目的]研究黄土丘陵区人工刺槐林生长过程中土壤—植被系统演变特征,揭示刺槐林对草地生态系统恢复产生的生态效应。[方法]以陕西省黄土地区5,10,15,20年生人工刺槐林为对象,通过调查每个样地的土壤性质和地表植被特征,分析黄土丘陵区人工刺槐林生长过程中土壤—地表植被的变化。[结果]随着人工刺槐林的发育,刺槐的冠幅、树高、分枝数和基径显著增加(p0.05),但20a刺槐林有所降低;林下地表草本植物物种数目、盖度和高度均显著降低,林下地表草本植物密度在不同林龄之间差异不显著(p0.05);土壤电导率和容重呈先增加后降低趋势,土壤pH值在不同林龄之间差异不显著(p0.05),土壤总孔隙度显著降低(p0.05);土壤有机碳、全氮、全磷、全钾、碱解氮和有效磷含量显著增加(p0.05),但20a刺槐林有所降低,并且土壤全磷含量在不同林龄之间差异不显著(p0.05);不同林龄人工刺槐林土壤养分均表现出明显的"表聚性",相同土层内土壤养分表现为15a20a10a5a,局部有所波动。相关分析表明,土壤养分含量和刺槐形态特征是影响地表植被物种数、个体数和盖度分布的主要因素。[结论]黄土丘陵区人工刺槐林能够改善土壤养分含量和地表草本植被恢复,以15a人工刺槐林改善土壤养分含量效果最佳,但随着林龄的增加,其改善效果有所降低,这种改善效果并没有影响土壤养分含量的垂直分布特征;随林龄的增加,人工刺槐林对地表草本植被的影响滞后于对土壤养分含量的影响。     

晋西黄土区刺槐林种植密度对植被生长状况的影响

通过对山西省方山县土桥沟流域刺槐人工林植被生长指标的比较研究,分析了不同密度刺槐人工林的生长状况,以期为该区刺槐人工林的经营管理提供理论依据和技术支持.研究结果表明,同是林龄为20 a的刺槐人工林,高密度林分内林木的树高、冠幅等生长指标值,均比低密度林分内的低,但郁闭度要比低密度林分高;密度大的林分胸径普遍较小,随着林分密度的降低,胸径逐渐增大.刺槐林下灌木层和草本层植被的平均高度、盖度、生物量、物种丰富度都随着林分密度的降低而升高;各林分林下植被层的含水量也存在着随林分密度的降低而升高的趋势.从人工林的生长状况来看,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.     

陕北黄土高原小流域土壤有效铜分布特征

对黄土丘陵沟壑区不同密度的刺槐林、榆树林、油松林、侧柏林、油松刺槐混交林等林下草本层物种组成及多样性进行了研究,目的是为人工林生态功能恢复评价和植被建设提供理论依据。研究结果表明,该区林下草本植物共有36种,多以阳性植物为主;由于林分树种组成和密度不同,林下草本物种差异较大;林下植被演替大多处于植被演替初级阶段,针阔混交林在物种数量和建种群落上表现最好,其次是油松纯林和刺槐纯林,榆树纯林生境条件最差;无论是丰富度指数还是多样性和均匀度指数,针阔混交林表现最好,其次为刺槐、油松纯林,表现最差的为榆树、侧柏纯林。     

不同林龄刺槐和栓皮栎群落土壤种子库研究

为揭示土壤种子库在植被恢复中的作用,以太行山低山丘陵区的刺槐和栓皮栎2种乔木群落为研究对象,研究不同林龄刺槐、栓皮栎群落土壤种子库的组成、多样性特征以及种子库物种与地上植被的关系。结果表明:1)各群落草本层的共有科为菊科和禾本科,且所占比例较大;刺槐(30 a)群落地上物种的科数和种数最多,栓皮栎(20 a)最少,物种科数和种数随生长年限的增加而提高;多年生草本是刺槐(10、20、30 a)和栓皮栎(20、30、40 a)6个群落的主要生活型,群落间相似性系数为0～1.0。2)芸香科和禾本科在各群落土壤种子库中占有较大比例;种子库密度随林龄的增加而提高。刺槐群落土壤种子库的多样性随林龄增加而升高,而栓皮栎则呈现降低的趋势。3)土壤种子库中植物的科数和物种数都低于地上,且与地上物种类型不尽相同;土壤种子库对地上植被更新和演替贡献不大。     

刺槐林下植被的水分生态型和生活型谱特征

为探讨刺槐生长对当地地带性植被生长的影响,2006年8—9月对位于黄土高原森林草原区安塞县纸坊沟流域不同林龄的刺槐林下植被进行群落调查,分析林下植被的物种组成、水分生态型和生活型谱特征。刺槐林下植被的演替具有与撂荒地自然演替类似的进程,与撂荒演替不同的是,阳生性的白羊草在刺槐林下始终未形成优势种群。尽管刺槐生长过度消耗土壤水分,土壤旱化趋势明显,植被却由旱生型向中生型转变,从物种组成的角度看并没有明显的旱生倾向。随着刺槐林龄的增加,林下植被逐渐形成2个明显的层片,即以多年生半灌木蒿类为主的地上芽植物层片和以多年生丛生性禾草为主的地面芽植物层片。结果表明,刺槐的生长并没有从根本上改变林下植被的自然演替进程,选择刺槐作为本区域植被恢复的先锋树种是可行的。     

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。     

陕西省淳化县人工刺槐林林分结构及林下植物多样性研究

采用标准样地调查的方法,分析了林地的总体多样性、林下植物群落多样性及物种多样性。研究了陕西省淳化县刺槐林径阶、平均树高同密度的关系。结果表明,人工刺槐林在自然恢复下,共发现灌木12种,分属于7科10属;草本46种,分属于17科37属。林下植物种类丰富度和多样性指数也增加,灌木层、草本层分层较为明显,草本层在植物多样性和重要值等指数上显示高于灌木层。研究表明,1 000～1 500株/hm2的中等密度刺槐林,坡度小于35°的斜缓坡、阳坡、坡下部更有利于林下植物生长。林分径阶随林龄的增长而增大,随密度的增大而减小。林分密度小于1 500株/hm2时,平均树高随密度的增大而增高。     

黄土丘陵区刺槐人工林与乡土植物叶片和细根功能性状比较研究

植物功能性状是表征植物与环境关系的重要媒介。不同种群间功能性状的差异直接决定其竞争优势,并决定群落的结构和功能,影响整个群落的演替与发展。以黄土丘陵区森林草原带不同立地环境下的刺槐林和乡土植物群落为研究对象,比较二者功能性状随立地环境的变化,进而阐明其对不同环境的适应策略。结果表明:(1)同一坡向,刺槐林和乡土植物群落的叶N含量、根C含量、根N含量、比叶面积、叶组织密度及比根长之间有显著性差异(p0.05),而根P含量、根组织密度只在阴坡上有显著性差异(p0.05)。除叶组织密度、根组织密度、根P含量外,刺槐其他各功能性状值均高于乡土植物群落。在同一坡位,刺槐林叶C含量、叶N含量和根C含量、根N含量、比叶面积、比根长整体上显著高于乡土植物群落(p0.05);(2)刺槐林的土壤C含量、土壤P含量在阴阳坡上均低于乡土植物群落,阳坡土壤N含量高于乡土植物群落,阴坡上则相反;在不同坡位上,两者的土壤C含量有显著性差异(p0.05);(3)刺槐林和乡土植物群落5m的土壤含水量变化基本一致。刺槐林下土壤含水量低于乡土植物群落。在干旱贫瘠的环境中,刺槐林具有较高的叶养分含量、根养分含量、比叶面积和比根长,具备较强的水分和养分竞争能力;而乡土植物群落具有较小的比叶面积、较大的叶组织密度和根组织密度,虽然可以较好地维持体内水分和养分的平衡,形成对环境的有效适应,但相比刺槐水分和养分竞争能力较弱。因此,在黄土丘陵区植物恢复重建中,要充分考虑物种对环境的适应性及其对生长的影响,要维持物种适应环境与健康生长间的平衡。     

晋西黄土区主要造林树种合理林分密度计算与分析

黄土丘陵沟壑区水土保持林合理林分密度的确定须遵循“量水植树”的基本原则。依据水量平衡原理,在无地表径流,无土壤的深层渗漏,降水资源得以充分利用的情况下,林分在某一生长季内对降水资源的消耗量应小于或等于降水总量,根据上述原理分别计算了晋西黄土区蔡家川流域刺槐和油松林的合理林分密度取值。通过观测2002年和2003年生长季时段内林龄为13a不同密度刺槐纯林和林龄为17a不同密度油松纯林林地的土壤含水量动态变化,得到受水分胁迫威胁最小的刺槐、油松林分密度与依据公式计算得出的刺槐和油松林的合理林分密度相一致,说明该文提出的计算方法计算黄土区刺槐和油松的合理林分密度具有较好的适用性,且该方法简单易行,参数获取方便,值得在黄土区进一步推广应用。     

渭北黄土高原不同林型植被对土壤肥力的影响

研究了渭北黄土高原侧柏、刺槐人工纯林及其混交林对土壤的培肥效应。结果表明：在黄土高原地区，种植人工林后能增强土壤腐殖化作用，促进土壤有机质的形成发育，对土壤的有机质、全氮、全磷、及碱解氮、速效钾等营养元素含量提高有很大帮助。不同林型植被，土壤的腐殖化作用有明显差异，土壤有机质、各营养元素和阳离子交换量增加不同，除全钾、速效磷以外，表现为刺槐侧柏混交林〉刺槐〉侧柏〉荒地。固氮树种与非固氮树种混交栽植对土壤肥力质量的提高较纯林栽植效果显著。因此在退耕还林时，避免营造单一树种纯林，应该以固氮树种为主，合理搭配非固氮树种，混交栽植。     

渭北黄土区人工刺槐林生长与生物量效应

通过比较黄土区不同立地条件刺槐人工林各器官生长指标及126株解析木生物量实测资料,分析不同密度刺槐人工林的生长与生物量状况,揭示林分不同径级的密度变化特征,拟合单株生物量与胸径、树高的生长模型.结果表明:在撂荒地、坡耕地和荒坡地营造刺槐林后,随林龄的增长和密度的变化,单株总生物量均表现为平均树干占47.1％,树枝和根系分别占22.22％和25.41％,树叶和果实的比例最低,而且高密度林分内林木的树干生物量均小于低密度林分.同时,30年撂荒地造林密度为1 050株/hm2时,24 cm径级树干生物量占65.5％;35年坡耕地造林密度950株/hm2时,24 cm径级树干生物量占58.39％;30年荒坡地造林密度1 410株/hm2时,24 cm径级树干生物量占51.6％.另外,30年中小径级的树木占林分总密度的67.62％,35年中径级的树木占林分总密度的52.84％.从刺槐生长状况分析结果看,黄土区刺槐人工林的适宜密度为950 ～1 050株/hm2,并应对该区生长30～35年的中径级刺槐林进行合理间伐利用,方可获得较高的生物产量.     

坡度和刺槐覆盖对黄土坡面产流产沙影响的模拟降雨研究

 选用处于黄土高原的山西省吉县蔡家川刺槐覆盖坡面的表层土壤,栽植刺槐幼林后进行人工降雨模拟试验,对比研究不同坡度对刺槐覆盖坡面和裸露坡面的产流和侵蚀产沙的影响。结果表明:当降雨强度一定时,在一定的坡度范围内,随着坡度增加,开始产流时间提前,径流的速度加快,树冠截留率减小,径流量增大,侵蚀量、含沙量增加;刺槐林树冠截留率与坡度的关系为I=29.556α-0.311（R2=0.9874）;刺槐覆盖坡面侵蚀量与坡度之间的关系为W=0.116 84α3.005 9（R2=0.9795）;同一坡度条件下,裸露坡面比刺槐覆盖坡面径流平均速度高15%～25%,径流量高15%～48%,侵蚀量高10%～117%,平均含沙量高55.5%～133.0%。     

晋西黄土区主要造林树种林地土壤水分生态条件分析

黄土高原地区植被建设引起的土壤水分效应问题愈来受到关注,林地的水分生态条件分析成为构建结构稳定的森林植被的前提,本研究以晋西黄土区主要造林树种刺槐、油松和侧柏的坡面林地为研究对象,通过林地土壤水分特征曲线测定及土壤水分动态变化监测,探讨了其生长的水分生态条件,结果表明：本区人工林地的土壤持水力较高,土壤含水率随水势降低而递减的速度较慢;研究区主要造林树种中,刺槐及其混交林分的土壤水分利用范围最大,抗旱能力最强;无论丰水年或枯水年,坡面各林地土壤水分有效利用性大,土壤含水量在生长季都高于无效水临界值,林地土壤水分利用状况好,林分生长稳定。     

水土保持林生长过程及碳密度的动态变化

刺槐是黄土高原主要的水土保持树种之一,对刺槐生长过程与碳密度动态变化的研究,是正确评价黄土高原水土保持林生态服务功能中亟待解决的关键问题.以山西吉县红旗林场马莲滩刺槐水土保持林为研究对象,采用样方(面积400 m2)调查和树干解析法,研究刺槐的生长过程,提出刺槐的树高生长模型、胸径生长模型、生物量与胸径的关系,并在此基础上模拟计算刺槐水土保持林生物量及碳密度的动态变化.结果表明:1)树龄12 a以前为刺槐树高和胸径的快速生长期,树高的平均生长速率可达0.63 m/a,胸径平均生长率为0.53 cm/a,树龄12a时树高可达6.9m、胸径5.19 cm、生物量10.18 t/hm2;2)利用建立的生物量预测模型得出,当树龄达到20 a时,刺槐水土保持林生物量的连年生长量最大,达2.99 t/hm2,树龄35 a时生物量的连年生长量曲线与平均生长量曲线相交,成为成熟林,总生物量达72.79 t/hm2,碳密度为35.52 t/hm2,对树龄35 a以上的刺槐水土保持林应该及时更新与改造.     

黄土丘陵沟壑区刺槐混交林生态化学计量特征与碳储量

为了探讨混交林与纯林养分状况和固碳能力的差异,以黄土丘陵沟壑区刺槐(Robinia pseudoacacia)纯林、油松(Pinus tabuliformis)纯林以及刺槐+油松(Robinia pseudoacacia+Pinus tabuliformis)混交林、刺槐+山杨(Robinia pseudoacacia+Populus davidiana)混交林为对象,通过野外调查和室内分析相结合的方式,研究混交林与纯林生态系统的生态化学计量特征与碳储量。结果表明:(1)刺槐+油松混交林显著增加刺槐枝和根的C含量和叶、干的P含量及枝的C:P与N:P,并显著增加油松叶、枝和根的N含量和枝、干、根的N:P,但显著降低油松各器官的C:N,而刺槐+山杨混交林仅显著增加刺槐枝的P含量。(2)刺槐+油松混交林的土壤C含量显著高于刺槐纯林,土壤P含量显著低于油松纯林;刺槐+山杨混交林与刺槐纯林土壤P含量差异不显著。(3)总体纯林中乔木叶片与凋落物的C含量显著相关,C:N、C:P在乔叶-凋落物-土壤中均显著相关;但在总体混交林中仅有凋落物与土壤中的P含量与C:P显著相关。(4)刺槐+山杨混交林乔木层碳储量显著高于刺槐纯林,刺槐+油松混交林林下植被层与土壤层碳储量显著高于刺槐纯林。研究结果为深入了解黄土高原养分循环机制奠定基础,同时也为黄土高原人工林的经营管理提供理论依据。     

黄土高原地区水蚀风蚀交错带土壤质量综合评价

 为揭示黄土高原水蚀风蚀交错带土壤质量变化规律和总体水平,通过敏感性分析、主成分分析和相关分析,确定了研究区的土壤质量评价最小数据集,并利用综合指标和最小数据集定量评价了植被演替和不同植被恢复类型对土壤质量的影响。结果表明,研究区土壤质量评价指标最小数据集为有机质、速效磷、蔗糖酶和真菌。随着退耕年限的增加,土壤质量综合指数并非简单地线性增加,而是在演替的前15a呈现下降趋势,15a后开始呈现增加的趋势,即表现出非正U型的变化。就不同植被恢复类型而言,研究区土壤质量的排序为:刺槐林地>农地>退耕草地>油松林地>沙蒿地>柠条灌木地>杨树疏林地。所确定的土壤质量评价指标最小数据集能够反映综合评价指标的信息,评价结果具有较好的代表性。总体而言,研究区土壤肥力仍属于较低水平。因此,研究区生态建设的任务仍很艰巨,有关植被建设中如何缩短植被演替早期阶段的土壤质量退化是值得探讨的科学问题。     

黄土高原植被恢复过程中土壤微生物的演变特征

[目的]探究黄土高原植被恢复过程中土壤微生物的演变特征,为黄土高原生态恢复重建工作提供科学参考。[方法]以Web of Science数据库和CNKI数据库中的期刊论文为数据源,运用CiteSpace文献计量工具对黄土高原植被恢复过程中土壤微生物演变的研究概况及研究热点进行分析。[结果]2002—2018年黄土高原植被恢复过程中土壤微生物演变特征相关文献的发表数量随时间呈增长趋势;国内外研究热点主要围绕土壤微生物量、微生物群落结构以及酶活性展开,且对于微生物量的关注度比较高;在植被演替过程中,微生物生物量和酶活性总体增加,微生物群落从贫营养型向富营养型转变,土壤微生物群落结构和功能的进一步改善。不同植被类型对土壤生物质量改善效果不同,总体来说,混交林作用效果最好,刺槐和柠条纯林次之,荒草地和油松纯林最低。[结论]黄土高原植被恢复土壤微生物今后的研究应注重微生物关键种的识别、参与碳氮磷循环的功能微生物以及全球变化对微生物群落影响等方面。