六盘山叠叠沟华北落叶松人工林地上生物量的坡面变化

【目的】在降水有限、水分再分配明显的半干旱区山地坡面上,森林生物量通常表现出明显的坡向、坡位差异。便捷、精确地测算整个坡面的森林生物量目前还很困难。本研究旨在定量描述森林生物量的坡面变化规律及其空间尺度效应,为提高森林经营水平和实施精细化管理提供技术支持。【方法】在宁夏六盘山半干旱区的叠叠沟小流域,选择生长华北落叶松人工林的半阴坡和阴坡2个坡面,按坡位从上到下各设置了6块20 m×20 m的样地,调查各样地的立地条件及林分特征后,采用烘干法及六盘山区建立的生物量经验公式计算地上生物量;以"离开坡顶的水平距离"为尺度变量,定量描述地上生物量随坡面空间尺度增加而变化规律,及坡面上任意坡位处样地的地上生物量与坡面平均值的关系。【结果】研究区坡面上森林植被地上生物量存在明显的坡向、坡位差异;水分条件较差的半阴坡上的平均地上生物量(52.36 t·hm-2)比水分条件较好的阴坡低18.16%,但半阴坡上生物量的坡位间变幅(42.50 t·hm-2)比阴坡高14.71%,这说明半阴坡的坡面效应强于阴坡,并与土壤厚度及土壤水分条件差异有关;地上生物量的坡位变化在不同坡面上大致遵循相同的规律,都是由坡顶向下逐渐增大,至下坡处(半阴坡)或中下坡处(阴坡)达到最大,之后又逐渐减小,这主要受土壤水分在坡面上的再分配格局影响;研究区坡面上森林植被地上生物量(y,t·hm-2)随坡面空间尺度(x,m)增加而变化,阴坡表现为y=-2×10-7x3-8×10-5x2+0.121 9x+40.875(R2=0.999 8),半阴坡表现为y=2×10-7x3-7×10-5x2+0.067 5x+30.838(R2=0.995 7);距坡顶的水平距离每增加100 m,阴坡上的地上生物量坡段滑动平均值升高4.92 t·hm-2,半阴坡上为6.28 t·hm-2,即地上生物量的空间尺度效应在水分条件较差的半阴坡上要强于水分条件较好的阴坡;研究区坡面上任意给定坡位(X,m)与样地地上生物量与坡面平均值的比值(Y)的定量关系在半阴坡为Y=-7×10-8X3+4×10-5X2-2.2×10-3X+0.643 2(R2=0.932 1),在阴坡为Y=-1×10-8X3+1×10-6X2+3×10-3X+0.620 4(R2=0.973 9),以此可便捷和精确地确定整个坡面的森林生物量。【结论】半干旱区山地坡面上森林生物量呈先增加后减小的单峰型变化,与土壤水分的坡面再分配格局关系很大;采用"距坡顶的水平距离"为尺度变量可以很好地定量描述森林生物量沿坡变化规律及其空间尺度效应;基于以上工作可实现整个坡面生物量的便捷精确计算。     

宁夏六盘山华北落叶松人工林雪害的影响因子

调查宁夏六盘山2011年秋一场罕见的早雪造成的华北落叶松人工林受害情况,分析林分受害率与立地条件和林分结构特征的关系。结果表明:高海拔冲风地段和土层瘠薄立地的林分受害率偏大;高密度林分的受害率显著大于低密度林分,说明密度是影响林分抵抗雪灾能力的重要结构指标,但直接原因是林分密度增高导致林分高径比增大;当高径比在0.7～0.9时,样地出现受害,但受害率随高径比增大的增幅不大,当高径比大于0.9后,林分受害率随高径比增大快速升高,当高径比大于1.0后,林分受害率随高径比增大急剧升高;及时间伐降低林木密度,把林分高径比降到0.7左右并维持在0.9以内,是提高森林抵抗雪灾能力的可行营林措施。     

基于土壤水分承载力的林分密度计算与调控——以六盘山华北落叶松人工林为例

立地水分条件决定的植被承载力是干旱缺水地区森林合理经营的重要依据。考虑到干旱缺水地区的森林蒸散耗水在水分输出中占据绝对主导地位,其大小直接与叶面积指数(LAI)相关,将林冠LAI在生长季一段时间内的最大值(LAImax)作为植被承载力(LAIc)的量化指标,利用冠层分析仪(LAI-2000),在六盘山香水河小流域和叠叠沟小流域的44个华北落叶松人工林样地,实测了冠层LAI的季节动态变化,研究了生长季内LAImax与林分断面积、郁闭度、平均树高、密度等常用林分结构指标的关系。结果表明:LAImax与林分不同结构指标均呈幂函数关系,其决定系数(R2)依次为0.84、0.82、0.56、0.47,说明能同时反映林分密度和树体大小的林分断面积与林冠LAI相关最紧密。将LAImax与林分断面积的幂函数关系嵌入了林分平均胸径与林分密度和林龄关系的模型,用以描述LAImax与林龄和密度的关系,并利用样地实测数据拟合了模型参数。拟合建立的模型对所有样地的LAImax的计算值与实测值的相对误差平均为8.6%(0%20.4%),能较好地描述LAI与林龄和密度的关系。利用此模型,进一步导出了能依据给定的LAIc,简捷计算出不同林龄时的可承载林分密度的模型,从而为基于立地水分植被承载力的林分密度管理和森林多功能经营等提供技术支持。     

六盘山南部华北落叶松人工林土壤有机碳含量

研究造林措施和林龄对宁夏六盘山南部不同坡向华北落叶松人工林土壤有机碳的影响。结果表明:造林后,各坡向的土壤有机碳含量均呈现先下降、后上升的变化过程,其对造林干扰的敏感程度随土层加深而减弱;在阳坡半阳坡,造林10年后的幼龄林0～45cm土层土壤有机碳密度(96.33t·hm-2)仍低于灌丛(122.12t·hm-2),造林20年后的中龄林(189.27t·hm-2)已高于灌丛,说明土壤碳库已得到恢复;在阴坡半阴坡,幼龄林和中龄林的土壤碳密度分别为192.37和222.03t·hm-2,均低于天然次生林(256.64t·hm-2),说明造林20年后土壤碳库仍未恢复;阳坡半阳坡林地在造林后第8年0～45cm土层有机碳含量降至最低,相对阳坡灌丛(32.13g·kg-1)的降幅为3.72g·kg-1,需在造林后第16年才能恢复到造林前的灌丛水平;阴坡半阴坡林地在造林后第16年降至最低,相对阴坡次生林(66.30g·kg-1)的降幅为22.77g·kg-1,需在造林后第32年才能恢复到造林前次生林水平;阴坡造林后,其土壤有机碳比阳坡损失量大,损失期长,恢复较慢,但阴坡土壤碳库的绝对值在任何林龄阶段都高于阳坡,说明阴坡森林土壤的碳储存能力高于阳坡;在阳坡半阳坡灌丛采用扰动较弱的稀植造林时,造林后第10年0～45cm土层有机碳含量平均为31.05g·kg-1,虽仍低于灌丛(35.55g·kg-1),但却远高于扰动较强的全面整地后常规密度造林(23.17g·kg-1)。     

华北落叶松人工林叶面积指数实测值与冠层分析仪读数值的比较和动态校正

叶面积指数(LAI)是森林生态系统的重要结构参数,用来反映植物叶量和群体生长特征[1-4],对生态系统水分和养分循环、地表和大气之间的相互作用等诸多过程都有重要影响[5-6],广泛应用于植物生态、植物生理、生态水文以及一些交叉学科的研究中,也可作为科学培育森林、评价林分质量的定量指     

宁夏六盘山不同林龄华北落叶松人工林枯落物水文效应

目的 探究林龄对华北落叶松林枯落物水文效应的影响。 方法 于2017年6月在宁夏六盘山香水河小流域选择4种林龄阶段（16、25、34、43a）的华北落叶松人工林样地,调查林分结构和测量林下枯落物蓄积量、厚度、持水量等指标,分析不同林龄华北落叶松枯落物层持水能力差异。 结果 研究表明：（1）华北落叶松枯落物厚度介于4.5~6.0 cm,总蓄积量在29.08~33.21 t·hm-2,且半分解层蓄积量高于未分解层蓄积量,4种林龄枯落物厚度与蓄积量均表现为成熟林>近熟林>中龄林>幼龄林。（2）各龄林枯落物最大持水量介于79.47~110.05 t·hm-2,成熟林最大;最大持水率变动在273.32%~341.27%,中龄林最大。（3）各龄林枯落物持水量、吸水速率与浸水时间动态变化均类似,枯落物持水过程表现为浸水0.5 h内吸水速率最大,4 h之后吸水速率趋于平缓,10 h后枯落物持水量基本饱和,持水量与浸水时间均呈明显对数关系（R2>0.92）。（4）各龄林枯落物有效拦蓄量在43.64~70.52 t·hm-2之间,成熟林拦蓄能力最强。 结论 综合分析4种林龄枯落物水文效应,成熟林枯落物层水文功能最强。     

塞罕坝华北落叶松人工林地位指数表的研制

通过对多种方法研制地位指数表的比较研究认为,塞罕坝华北落叶松人工林采用解析木资料,标准差调整法编制塞罕坝华北落叶松人工林地位指数表最为适宜,并用该方法编制了塞罕坝华北落叶松人工林地位指数表。     

华北落叶松人工林林分密度对林内草本多样性的影响

本文以冀北山地6种不同密度的华北落叶松人工林为研究对象,研究了不同林分密度对林下草本植物多样性的影响。结果表明:林下草本植物多样性指数随林分密度的增大而减小,600株/hm2密度的林分林下草本植物物种数、草本生物量、Menhinick丰富度指数、Simpson和Shannon-Wiener多样性指数及Pielou均匀度指数均最大。     

华北落叶松边透水性与叶面积空间分布的相关性的探讨

对华北落叶松林单木累积叶面积，树干边材面积，树干边材透水率及透水量的垂直分布规律及其相互关系进行了探讨，研究表明，引入树干边材面积与边材透水率的积可明显提高估测树冠叶面积垂直分布的精度，进而为精确估测林分的叶面积空间分布提供了新途径。     

六盘山北侧华北落叶松树干直径生长变化及其对环境因子的响应

2005年5-11月在宁夏六盘山北侧的叠叠沟林场,应用带状树木径向变化记录仪研究9株华北落叶松树干的直径生长变化过程及其对环境因子的响应.结果表明:树干直径的日最大值出现在6:00-9:00,最小值则在16:00-20:00;直径生长的季节变化表现为前期快后期慢,8月下旬以后基本停止生长;林分内优势度大的林木生长较快;树干直径生长过程随时间的变化符合幂函数曲线,方程的确定系数为0.78～0.92.对影响直径生长变化的环境因子进行主成分分析,结果表明温度和水分是主要影响因子;结合偏相关分析,筛选出日最高温、空气相对湿度、日平均太阳辐射通量和土壤含水量作为影响树干直径生长变化的主要因子.建立线性回归模型.     

六盘山华北落叶松人工纯林枯落物储量的空间变异分析

在六盘山南侧设置2个20 m×20 m的华北落叶松人工林样地,研究枯落物储量的空间分布.结果表明:枯落物储量空间差异明显,2个样地的枯落物储量平均值为1.80和1.68 kg·m-2,最大值为2.96和2.71 kg·m-2,最小值为0.35和0.34 kg·m-2,最大和最小值的比值变化在8～9之间;在不考虑测点空间位置及取样间距的情况下,2个样地枯落物储量的变异系数为0.41和0.56;枯落物储量的空间分布受空间结构性和随机性的多种因素影响,其中林地微地形能解释枯落物储量空间变异的56%,局部洼地利于更多枯落物堆积;2个样地枯落物储量的空间分布函数曲线的理论模型均符合球状模型,且空间自相关程度较呔;当以95%的置信区间准确估计华北落叶松林样地的枯落物储量时,最小取样数量为9个1 m×1 m的样方.     

六盘山华北落叶松单木树高对立地因子和林分特征的响应

[目的]研究宁夏六盘山林区华北落叶松(Larix principis-rupprechtii)人工林内单木树高对立地条件和林分特征的响应,并建立树高生长模型,以便准确预测树高生长,确定适宜立地条件及林分结构,指导优化林分结构的精准经营.[方法]选择建立典型样地,进行每木调查及树干解析,采用外包线法确定树高对单一因子的响...     

六盘山华北落叶松林降水转化中的阳离子通量变化特征

在六盘山香水河小流域的华北落叶松人工林样地,测定了2011年生长季降水转化过程中的大气降水、穿透水、干流、枯落物渗透水和主根系层(30 cm土层)土壤渗透水的pH值与多种阳离子的浓度及通量变化.结果表明:林外降水的pH值平均为7.13,转化为穿透雨和干流后降为6.73和6.00,转化为枯落物渗透水和土壤渗透水后回升为6.87和7.28.在降水转为由穿透雨和干流组成的林下降水后,绝大多数阳离子的浓度都不同程度地增大,但Zn2+浓度下降;虽然林冠截持使林下降水的数量减小,但由于雨水对林冠的离子交换及淋洗,林下降水的多数阳离子通量都比林外降水明显增大,K+、Mg2+、H+、Mn2+、Cu2+、Fe3+由林外的17.23、12.51、0.06、0.09、0.13、0.19 mmol·m-2分别上升到林下的141.87、32.93、0.10、0.68、0.24、0.56 mmol·m-2,但Na+、Ca2+、Zn2+的通量分别由林外的33.73、112.91、2.05 mmol·m-2减小为林内的30.70、75.75、1.10 mmol·m-2.在枯落物层渗透水中,绝大多数阳离子的浓度都不同程度地下降,仅Mg2+浓度微弱上升;受枯落物截持部分降水及雨水中阳离子与枯落物交换的影响,枯落物渗透水中所有阳离子的通量都比林下降水明显减小,K+、Na+、Mg2+、Ca2+、H+、Mn2+、Cu2+、Zn2+、Fe3+分别降至83.06、12.30、23.96、65.73、0.04、0.12、0.09、0.13、0.32 mmol·m-2.在主根系层土壤渗透水中,一些阳离子(K+、Mn2+、Cu2、Fe3+)的浓度下降,另一些阳离子(Na+、Mg2+、Ca2+、Zn2+)的浓度则上升,尤其Ca2+浓度显著上升;Na+、M2+、Ca2+、Mn2+、Zn2+的通量比枯落物渗透水增大,其值分别为37.49、62.83、202.41、0.22、1.05 mmol·m-2,但K+、Cu2+、Fe3+的通量比枯落物渗透水减小,其值分别为27.14、0.07、0.09 mmol·m-2.相对于林外降水的阳离子输入通量,林冠层对多数阳离子(除Na+、Ca2+、Zn2+)的通量为净淋出(增加)作用,枯落物层对多数阳离子(除K+、Mg2+、Mn2+、Fe3+)的通量为净固定(减少)作用,主根系层土壤对盐基离子(Na+、K+、Mg2+、Ca2+)和Mn2+的通量为净淋失(增大)作用,但对其他阳离子(H+、Cu2+、Zn2+、Fe3+)的通量为净固定(减少)作用.     

六盘山华北落叶松林的结构随林龄变化及其水文影响

目的 探讨林分结构随林龄的变化及其所带来的水文影响,为六盘山半干旱区森林植被建设和经营管理提供理论依据。 方法 在六盘山半干旱区叠叠沟小流域,以主要人工林类型—华北落叶松人工林为研究对象,基于1993—2002年的日气象数据,应用林分结构耦合模型和BROOK90生态水文模型,通过情景模拟,得到植被结构（平均树高、胸径、郁闭度、LAI）随林龄的变化,及其对水分平衡分量（截留量、蒸腾量、土壤蒸发量、产流量）的影响。 结果 华北落叶松林随林龄的增加可分为快速生长期（林龄5～15 a）、缓慢生长期（林龄15～40 a）和稳定期（林龄大于40 a）。在快速生长期,林分平均树高、平均胸径、郁闭度和冠层LAI均随林龄的增加而快速增大,年均增长率分别为0.48 m·a−1、0.54 cm·a−1、0.03、0.19;在缓慢生长期,林分平均树高、平均胸径和郁闭度呈缓慢增大趋势,而冠层LAI则呈先增大后减小的趋势;在稳定期,林分结构基本稳定。在快速生长期,年均截留量和蒸腾量随林龄增加而快速增大,年均增长率分别为1.91、24.13 mm·a−1;年均土壤蒸发量和产流量随林龄增加快速减小,其年均减小速率为10.58、14.88 mm·a−1。在缓慢生长期,年均蒸腾量、土壤蒸发量和产流量随林龄的变化减慢,并在林龄30 a时趋于稳定,其年均变化率分别为0.62、−0.75、−0.76 mm·a−1。 结论 六盘山半干旱区华北落叶松人工林在林龄小于30 a,特别是林龄小于15 a时,林分结构不断变化,显著影响人工林的生态水文功能。在林龄30 a后,林分结构稳定,水分平衡分量也趋于稳定,在林水综合管理中可不必再考虑林龄的影响。     

黄土高原土石山区土壤密度的坡面变化——以六盘山香水河小流域为例

[目的]土壤密度是最基本的森林土壤水文物理性质参数,为了定量描述土壤密度随坡位的变化和影响因素,研究不同坡面土壤密度的空间异质性。[方法]在宁夏六盘山半湿润区香水河小流域,选择华北落叶松人工林和天然灌丛2个典型坡面,按坡位从上到下设置连续样地。2014年进行了森林土壤调查,在样地内掘土壤剖面,采用环刀法,分层测定土壤密度。[结果]在1 m深土层内,土壤密度(Y,g.cm-3)随土层(X,cm)加深呈线性增大,拟合关系式:华北落叶松坡面为Y1=0.755 5+0.007 7X(R2=0.99),天然灌丛坡面为Y2=0.919 5+0.004 7X(R2=0.98),其原因包括植被根系活动、土壤生物活动、砾石含量等的土层差异;在2个坡面上,0 100 cm土层平均土壤密度均有明显坡位差异,且2个坡面的沿坡整体变化趋势不相同,华北落叶松坡面从坡顶到坡脚是先逐渐增大,后趋于稳定;天然灌丛坡面从坡顶到坡脚是"增大-减小-增大"的趋势,不同土层土壤密度的坡面变化也各不相同。在华北落叶松林坡面引起土壤密度坡位差异的主要原因是海拔,而在天然灌丛坡面是植物生长状况;2个坡面的土壤密度平均值均出现在相对坡长的0.4 0.5处。坡面上各样地的平均土壤密度和坡面平均值的差值(Z,g.cm-3)随相对水平坡长(样地离开坡顶水平距离和整个坡面水平坡长的比)(X,m)变化的回归关系式分别为:华北落叶松坡面Z1=-0.139X2+0.25X-0.080 1(R2=0.93),天然灌丛坡面Z2=0.494 4X3-0.767 2X2+0.340 3X-0.040 5(R2=0.95)。[结论]华北落叶松林坡面和天然灌丛坡面的土壤密度都存在明显的坡位变化,但变化格局和主要影响因素不同。基于土壤密度坡面变化的拟合关系,可实现从特定坡位测定值推算坡面平均值的尺度转换。     

六盘山半湿润区华北落叶松林内降雨的空间异质性及合理取样数

目的 林内降雨的空间变异对林地土壤水分、林下植被生长有重要影响,准确刻画其空间变异特征,并确定其收集器的合理布设数量,有助于准确理解森林对水文的影响。 方法 于2021年6—10月,在六盘山半湿润区香水河小流域的华北落叶松（Larix gmelinii var. principis-rupprechtii (Mayr) Pilg.）纯林样地,利用样地内布设的40个林内降雨收集器收集每场降雨事件的林内降雨量,分析展叶和落叶期林内降雨的空间变异特征,并量化雨量收集器的合理布设数量。 结果 （1）整个生长季,林内总降雨量440.0 mm,占同期林外降雨量的77.5%,林内降雨空间变异系数28.23%;展叶和落叶期,林内总降雨量分别为153.8 和290.2 mm,占同期林外降雨量的73.0%和80.2%,林内降雨空间变异系数分别为36.0%和18.5%。总体上,林内降雨空间变异随次降雨量、雨强和降雨历时的增加先快速下降后逐渐趋于稳定。（2）整个生长季及展叶和落叶期林内降雨的块基比分别为0.042、0.012和0.275,变程分别为4.8、4.0和6.5 m。（3）在95%置信区间内,若将误差控制在5%内,至少需在展叶和落叶期分别布设17和14个截面积为235.58 cm2的雨量收集器。 结论 受降雨量和冠层结构差异影响,华北落叶松林内降雨空间变异在展叶和落叶期存在差异,不同时期雨量收集器合理布设数与林内降雨空间变异密切相关,要确保整个生长季林内降雨评估的准确性,应重视不同时期雨量收集合理布设数差异的影响。     

宁夏六盘山区辽东栎林的空间分布及林分特征

基于2005年森林资源一类清查数据,分析了六盘山区辽东栎林分结构和空间分布特征。结果表明:辽东栎林在六盘山主要分布于海拔1 900-2 300 m范围内,坡度为20-35°的半阴坡、半阳坡和阴坡上,与山杨林的分布生境相近。现有的辽东栎林多为幼龄林,平均林龄30 a,林分密度较大,平均1 046株·hm^-2,树木平均高度7.8 m,平均胸径12.4 cm。胸径5-10 cm的辽东栎株数占50％以上,平均木材蓄积量仅为 39.9 m³·hm^-2。随着海拔升高、坡位从坡上部到坡下部,坡向从半阴坡到半阳坡,林分密度增大,平均树高和胸径增加,这主要是因为沿此梯度林龄在增加,而且随着年龄的增加,辽东栎林的平均胸径以0.8 cm·a^-1的速度增大,作为主要先锋伴生树种的山杨在林内的比重则下降,说明六盘山区的现有辽东栎林正处于正向演替阶段,更趋稳定。建议对辽东栎林采取近自然林业的管理方式,减少不利的人工干预,加速培养近自然森林。     

祁连山北坡青海云杉中龄林结构随海拔的变化

在祁连山北坡中段的大野口流域,沿海拔梯度(2 500~3 300 m)调查了青海云杉中龄林的结构,并分海拔段(每100 m)进行统计。结果表明:1)研究区森林密度较大但树木个体较小,密度、胸径、树高和冠幅直径(平均值±SD)分别为1 550±628 株·hm^-2、13.9±6.2 cm、8.1±3.7 m和3.3±1.7 m。随海拔升高,密度降低、平均胸径和冠幅直径增加,平均树高呈"单峰"变化,峰值在海拔2 800~2 900 m。2)研究区森林的径级组成以小树(DBH: 5~12.5 cm)和中树(DBH: 12.5~22.5 cm)为主,树高(H)以6~12 m的树木为主。随海拔升高,林内幼树(DBH≤5 cm)比例基本稳定,小树比例略有下降,中树比例呈"单峰"变化,峰值在2 800~2 900 m,大树(DBH>22.5 cm)比例增加。H≤6 m的树木比例呈"V"字型变化,在海拔2 800~2 900 m最低,H为6~12 m和H>12 m的树木比例均呈"单峰"变化,峰值分别在海拔2 600~2 700 m和海拔2 800~2 900 m。3)林分高径比介于0.45~0.73,胸高断面积介于7.86~33.32 m²·hm^-2,随海拔升高两者均呈"单峰"变化,峰值在海拔2 800~2 900 m。分析表明,随海拔升高,青海云杉林的结构呈明显变化,并在中间海拔区(海拔2 800~2 900 m)达到最优。因此,分海拔区段建立森林结构与水文过程的定量关系并进行生态水文模型的参数设置十分必要。