植被恢复演替初期对模拟降雨产流特征的影响

利用模拟降雨装置,研究了演替恢复初期不同植被覆盖以及不同处理下坡面降雨的产流过程和人渗率。实验研究结果表明,植被演替开始之初,由于地表土壤的土质比较疏松,土壤的人渗率比较大。随着植被演替的进行,土壤中有机质等物质的逐渐累积,土壤的理化性质发生了变化,土壤的人渗特征也随之降低。剪草降雨小区的实验研究结果说明,在降雨的初期,土壤的人渗性能相对较低,随着实验的进行,在雨滴的打击下,部分结皮被破坏,土壤的人渗率也随之增大。说明地表生物结皮的存在,降低了土壤的人渗性能。采取适当的措施破坏地表生物结皮,有利于提高土壤的人渗性能,增加干旱半干旱地区对降雨的利用程度。     

自然降雨对干化土壤水分恢复有效性分析

研究自然降雨对干化土壤水分恢复的有效性,有利于合理利用降水资源,加强干化土壤水分管理,促进土壤干层得到有效恢复。在陕北米脂试验站设置野外地下大型土柱,通过2014—2019年连续定位监测降雨、土壤含水率状况,分析自然降雨对干化土壤水分恢复的有效性。结果表明:(1)从深层干化土壤水分恢复角度考虑,黄土丘陵半干旱区降雨可以分为3种类型:表层入渗快速蒸发型、浅层入渗缓慢蒸发型和深层入渗补给型。其中深层入渗补给型降雨为有效降雨,该类型雨量>26 mm,能够对深层干化土壤产生有效水分补给。2014—2019年发生深层入渗补给型降雨仅16次,累积雨量791.8 mm,降雨次数、降雨量的有效率分别为4.64%和35.19%。(2)月尺度条件下,降雨量(P月)与逐月入渗深度(Z逐月)、月累积入渗深度(Z累积)均呈二次函数关系变化,Z逐月=-0.0102P月2+3.955P月-6.7335(R^2=0.9639),Z累积=-0.0003P月2-0.1331P月+191.71(R^2=0.9208)。(3)年尺度条件下,2014—2019年雨量分别为187.6,391.6,590.8,337.6,342.4,400.0 mm,降雨逐年引发的入渗深度依次为160,220,400,260,260,120 cm,累积入渗深度依次可达180,220,400,700,1000,1400 cm。研究结果对揭示自然降水恢复干化土壤机理,加强土壤干层人工蓄水保墒技术,合理选择保墒措施,以及促进当地生态环境建设具有积极的推动作用。     

植被恢复和覆土厚度对砒砂岩区土壤水分及养分的影响

[目的]研究植被恢复对砒砂岩区土壤水分和养分的影响状况,明确对于砒砂岩地区土壤保水保肥效果最佳的植被恢复类型,为砒砂岩区的生态修复和区域水土流失治理提供理论依据。[方法]选取准格尔旗暖水乡裸露砒砂岩向覆土砒砂岩过渡区域,以黄土—砒砂岩交界带不同人工恢复植被和自然恢复草地的土壤为研究对象,测定土壤水分和养分含量,分析不同植被恢复和覆土厚度对砒砂岩区土壤水分和养分特征的影响(其中天然草地作为对照)。[结果](1)裸露砒砂岩向覆土砒砂岩过渡区域土壤水分含量主要受黄土厚度影响,黄土的持水性能优于砒砂岩土壤,养分含量主要受植被恢复类型影响;(2)研究区土壤各指标均属于中等变异程度,其中土壤水分、碳、氮含量自北向南随覆土厚度增加逐渐增加,磷素分布则相反;(3)对比天然草地,沙棘和油松恢复对砒砂岩区土壤碳、氮含量的提升效果最好,土壤有机质含量分别提高了43.12%和34.27%,全氮提高了78.95%和42.11%,铵态氮提高25.64%和46.15%,硝态氮提高69.44%和42.22%。其中油松恢复下土壤水分含量高于天然草地54.55%,但人工植被恢复后的土壤磷素水平并没有提升。[结论]黄土较砒...     

樟子松固沙林土壤水分动态对降雨入渗的响应

[目的]分析樟子松固沙林土壤水分动态对降雨入渗过程的响应,为深入研究沙地人工林土壤水分管理提供科学依据。[方法]采用Watchdog土壤水分自动监测系统测定了浑善达克沙地2个生长周期内沙地樟子松林和流动沙丘0—120cm土层水份含量的动态,并选择3种降雨事件探讨樟子松林土壤水分对降雨入渗的响应过程。[结果]在降雨量19.4mm时,樟子松林地降雨入渗到达20cm所需要时间为4h,而流动沙丘为5h;降雨量30.2mm时,樟子松林地降雨入渗到达40cm所需要时间为13h,而流动沙丘为9h;降雨量47.1mm时,樟子松林地降雨入渗到达80cm所需要时间为27h,而流动沙丘为24h。降雨19.4~47.1mm时樟子松林地降雨入渗深度可达80cm,而流动沙丘在降雨19.4mm时降雨入渗深度则超过80cm,降雨30.2mm或47.1mm时,降雨入渗深度则超过120cm。[结论]不同降雨事件对樟子松林不同土层降水入渗进程和降水入渗深度有明显影响。     

不同措施对退化草地土壤和植被的影响

在我国干旱、半干旱草原区,草场沙退化和水土流失等现象十分严重,而要解决这一问题,首先应搞好水土保持生态环境监测。为了客观地分析和评价各项水土保持措施实施后给生态环境带来的效应,我们在京津风沙源科技支撑项目实施过程中,在我所建立的草地水土保持生态技术试验基地,对各项措施实施前后的生态指标进行了连续4年的动态监测。主要研究了退化草地围封前后及围栏内不同恢复措施对土壤水分与养分及草场植被的影响。结果表明：围栏前后土壤水分、养分和草场植被都发生了变化,尤其对草场植被的影响极其明显,封育草场的植被盖度较未封育的天然草场植被盖度平均增加了58.66%。围栏内不同恢复措施对土壤水分、养分和草场植被也都有明显的影响。     

坡面生物调控措施对土壤水分入渗的影响

为了研究不同生物调控措施的植被覆盖度、降雨强度和坡度以及各因素间交互作用对土壤水分入渗的影响,本文通过室外人工模拟降雨试验,对不同生物调控措施坡面的土壤水分入渗规律进行了探索。结果表明：1）有生物调控措施坡面的土壤稳定入渗率较裸坡偏大,且差异极显著,但生物调控措施坡面之间的差异并不明显。2）降雨强度、坡度与土壤稳定入渗率间不是线性单值函数,均存在使土壤稳定入渗率最大的临界雨强与临界坡度。稳定入渗率随植被覆盖度增加的速率是非恒定的,存在着增速变化的临界植被覆盖度。临界植被覆盖度前,稳定入渗率的增加速率很快,之后,迅速降低并趋于稳定。3）坡面径流调控度随雨强增大而减小;相同雨强下不同措施坡面径流调控度排序为：黑麦草＞春小麦＞苜蓿＞裸坡。4）采用SPSS软件通过逐步回归分析法提取了影响土壤稳定入渗率最显著的单因子交互作用项,建立了包含降雨强度、坡度和植被覆盖度在内的多因素非线性入渗模型,通过实测数据对其进行验证发现该模型精度较高。     

植被破坏对降雨入渗影响的试验研究

通过在不同地貌类型上的林地、采伐迹地、农地和裸露地随降雨强度对降雨入渗的影响,表明林地和采伐迹地入渗能力最大,农地次之,裸露地最小,证明了影响降雨入渗的主要原因是地面上的草灌及松软的枯枝落叶层。     

毛乌素沙地杨柴灌木林土壤水分对不同降雨格局的响应

[目的]研究不同降雨格局下,土壤水分的动态变化特征,对判断群落结构的稳定性和为群落结构进行优化调控提供理论依据.[方法]选择毛乌素沙地典型飞播杨柴灌木林地不同深度土壤为研究对象,使用Watchdog自动水分监测系统连续监测不同深度土壤水分含量动态变化,研究不同降雨事件下10,30,50,70,90和110 cm土层水分...     

自然降雨条件下干化土壤水分恢复试验

土壤干燥化是制约黄土丘陵半干旱地区生态环境可持续发展的瓶颈问题,自然降雨是当地土壤水分补充的唯一来源.为探究自然降雨条件下干化土壤的水分恢复状况,在陕北米脂试验站构建野外10 m深大型地下土柱,2014—2019年间利用CS650-CR1000型土壤水分自动监测系统和BLJW-4小型气象观测站对土壤水分、气象状况进行连...     

黄土丘陵区退耕坡地植被自然恢复过程及其对土壤入渗的影响

生态系统自我修复是黄土高原植被恢复的重要途径。以永久性天然草地和三龄沙打旺人工草地为对照,在对黄土丘陵区坡地退耕植被自然恢复过程群落演替、地上部分生物量的增长及其组成动态变化特征调查的基础上,定量分析了不同恢复阶段主要群落下土壤的入渗能力。研究表明,随着植被演替的进展,群落生物量逐步增加,土壤入渗能力显著改善。退耕草地土壤表层0-20cm土壤渗透能力(K10℃)每年可提高0.10mm。植被改善土壤入渗能力的有效深度达40cm。说明黄土丘陵区通过坡地退耕还林还草恢复植被可以改善土壤渗透性能,强化降雨就地入渗,减少水土流失。     

荒漠草原不同植被恢复模式的水土保持生态效益

[目的]以内蒙古四子王旗境内退化荒漠草原为研究区域,研究不同植被恢复模式对植物群落组成、土壤含水量、土壤侵蚀的影响,为退化草原水土流失治理和草原生态建设提供理论依据。[方法]针对退化草原特点、水土流失特征,分析不同植被恢复模式下植物群落特征、土壤水分、地表径流和侵蚀量的变化,运用主成分分析对不同植被恢复模式的水土保持生态效益进行评价。[结果]退化荒漠草原的3种植被恢复模式试验样地的植物种类组成、群落总盖度、地上生物量均高于放牧天然草地,"围栏封育+灌木条带+施肥复壮"、"围栏封育+松土补播+草种包衣"2种植被恢复模式的地上生物量与放牧天然草地之间变化差异达到显著水平(p0.05);3种植被恢复模式的实施有效控制了土壤侵蚀,径流量和土壤侵蚀量均低于天然草地。[结论]"围栏封育+松土补播+草种包衣"植被恢复模式在保持水土资源,增加群落稳定性等方面的生态效益最好。     

河口湿地红树林植被恢复对土壤养分动态的影响

以泉州湾河口人工红树林湿地为研究对象,以光滩为对照,采集0—10,10—20,20—30 cm土层土壤,研究不同红树林恢复(桐花树、秋茄、秋茄-桐花树混交林)对河口湿地土壤pH、有机质及主要养分元素(氮磷钾)的影响。结果表明:不同植被恢复模式下土壤pH和有机质含量呈明显的垂直变化特征,相对于无植被的光滩(恢复前),红树林植被恢复显著降低了土壤pH (P＜0.05),但增加了土壤有机质含量(P＜0.05)。不同红树林恢复模式下,土壤碱解氮、有效磷、速效钾和全钾含量均大致表现为随土层深度的增加而增加,而全磷含量则表现为随深度的增加而降低。相对于恢复前,红树林植被恢复均增加了表层土壤主要养分(氮磷钾)含量,其中,以桐花树—秋茄混交林的影响最为显著(P＜0.05)。综上,不同模式红树林植被恢复对河口湿地土壤理化性质和养分动态具有明显的调节作用,其中,混交林模式通过高效利用地上地下空间,改善土壤结构和质量,增加生物量和养分归还量,显著改善了土壤养分动态,是河口区植被恢复的优选手段。研究结果可为加强河口红树林湿地养分管理、维护湿地系统养分平衡提供科学参考。     

丹江口库区不同降雨类型下典型植被措施的水土保持效应

为了进一步研究丹江口库区不同降雨类型下植被措施控制土壤侵蚀的效果,以丹江口库区典型生态修复小流域为研究对象,采用坡面径流小区观测法,基于长期野外原位监测的降雨和径流泥沙数据,以裸地为对照,研究不同降雨类型下典型植被恢复措施[柏树林(Cupressus funebris, CF)、枇杷林(Eriobotrya japonica, EJ)和紫花苜蓿草地(Medicago sativa, MS)]对坡面产流产沙和土壤侵蚀的影响,分析植被措施的水土保持效应对降雨类型的响应特征。结果表明：(1)中历时、中雨量、小雨强降雨(雨型Ⅲ)是研究区常见的降雨类型,短历时、小雨量、大雨强降雨(雨型Ⅰ)和长历时、大雨量、中雨强降雨(雨型Ⅱ)发生的频率相对较低,但雨型Ⅰ所导致的土壤侵蚀最为严重,占总侵蚀量的46.79%以上,降雨量和最大30 min雨强(I₃₀)是控制该区域土壤侵蚀的关键降雨因子。(2)植被措施均具有显著的水土保持效应,减流减沙效益依次为紫花苜蓿草地>柏树林>枇杷林。相比于裸地,紫花苜蓿草地径流系数减少54.07%,含沙量减少50.80%,土壤侵蚀量减少65.4...     

植被退化对典型草原地表径流的影响

通过野外径流测定、野外径流模拟实验与实验室径流模拟实验,对内蒙古锡林郭勒盟典型草原地表水分生态过程及其影响因子进行了系统分析,初步得出以下结论:(1)植被退化对典型草原地表径流有重要影响,地表径流与退化强度呈正相关,植被退化显著增加了地表径流系数和地表径流量。(2)植被层的植株高度、密度是影响地表径流的重要因子。地表径流均随着植被高度、密度的增加而降低。但在一定条件下,植被高度作用大于密度作用。(3)枯落物对径流的影响也非常明显,主要表现在直接截留作用和间接阻挡作用,在一定条件下,枯落物作用大于植被作用。     

典型岩溶山区植被恢复对土壤团聚体分布及稳定性的影响

[目的]了解岩溶山区植被恢复对土壤团聚体分布及稳定性的影响。[方法]通过野外调查与室内分析,研究了广西壮族自治区平果县果化镇典型岩溶峰丛洼地荒地、草地、灌丛、林灌4种不同植被覆盖下土壤的基本理化性质、团聚体的分布及稳定性特征。[结果](1)土壤中0.25mm的水稳性团聚体含量与土壤的容重显著负相关,与全土有机碳含量极显著正相关;(2)土壤水稳性团聚体以2~1,1~0.5和0.25mm粒级的含量居多。0.25mm粒级的团聚体,在草地、灌丛和林灌中明显高于荒地,在表层土中明显高于下层土;(3)随土层深度的增加,土壤团聚体的破坏率增大;土壤团聚体的破坏率:草地灌丛林灌荒地,草地和灌丛的平均重量直径和几何平均直径明显高于荒地和林灌。[结论]植被的恢复提高了团聚体的稳定性,且草地和灌丛土壤的团聚体稳定性更高,更有利于水土保持,可以作为该区域水土保持的主要植被类型。     

草原工程侵蚀区植被恢复模式的水土保持效应

以内蒙古草原大型露天煤矿开采形成的人工再塑地貌为研究对象,针对水土流失特点,结合自然气候、立地条件等因素,以快速恢复工程侵蚀区受损植被、减少水土流失为目的,通过水土保持措施组合配置试验,研究草原工程侵蚀区人工再塑地貌不同植被恢复模式的水土保持效应。结果表明:人工再塑地貌平台植被恢复采用“栽植灌木+种草”的措施配置灌木保存率为85.4%,草本植物盖度76%,土壤风蚀量比其他样区减少30%~85%;边坡植被恢复采用“栽植灌木+种草”模式和“生物笆+灌木”模式植物盖度达60%以上,抗蚀保土能力较强;通过秩和比法进行综合效益评价,“生态袋+种草”和“栽植灌木+种草”两种模式在治理投资成本与水土保持效益方面结合较好,水土流失防控效果明显,可在草原工程侵蚀区人工再塑地貌边坡水土流失治理中优先应用。     

植被恢复对黑岱沟矿区排土场土壤性质的影响

[目的]以内蒙古准格尔旗黑岱沟露天煤矿北排土场为研究对象,为矿区的植被恢复和治理提供依据。[方法]通过野外土壤剖面调查和采集土壤样品,对9种植被恢复模式及对照区土壤理化性质进行测定和分析,并通过土壤质量指数计算,对不同植被恢复模式下土壤质量进行评价。[结果]各种植被类型均能有效地改良土壤。其中沙棘的容重最小,为1.35g/cm3;油松+沙棘+锦鸡儿的含水量最大,为13.32%;油松+杨树+柳有机质最高,为9.42g/kg;油松+沙棘+锦鸡儿土壤速效N和速效K含量均为最高,分别为21.32和90.21mg/kg;锦鸡儿土壤速效P含量最高,为6.47mg/kg;沙棘和锦鸡儿作为灌木的乔灌混交模式下土壤质量综合评价值最高,单一种植沙棘以及锦鸡儿的土壤质量综合评价值也较高。[结论]种植沙棘、锦鸡儿以及乔木、沙棘和锦鸡儿的乔灌混交类型对该地区土壤复垦有重要作用。     

植被恢复对侵蚀退化红壤碳吸存的影响

侵蚀退化土壤具有较大的碳吸存潜力,恢复我国大面积退化土壤对增加碳汇具有重要意义。在长汀县河田镇研究了侵蚀退化裸地恢复为马尾松、板栗园和百喜草地后土壤有机碳库的变化,试图揭示植被恢复对土壤有机碳垂直分布的影响,以及侵蚀退化红壤在植被恢复过程中碳吸存潜力和速率。裸地的土壤有机碳含量和储量极低,垂直分布变化不明显;而植被恢复显著增加了土壤的有机碳含量和储量,0~5 cm土层受植被恢复影响最大,40 cm以下土层深度受植被恢复的影响很小,0~20 cm土层是储存有机碳的主要层次。以次生林为参照,裸地土壤的碳吸存潜力为56 t/hm2,而植被恢复后土壤仍约有30~44 t/hm2的吸存潜力。马尾松林、板栗园和百喜草地0~100 cm土层土壤碳吸存量分别为25.234 t/hm2,11.418 t/hm2和15.394 t/hm2,年平均碳吸存速率分别为1.06t/(hm2.a),1.90 t/(hm2.a)和3.08 t/(hm2.a),短期碳吸存速率高于长期碳吸存速率。     

土壤水分变化对草原植被群落及其光谱特征的影响

以锡林郭勒典型草原为研究区,于2008年5月-2009年5月,分别对不同水分条件下草地的光谱反射率、覆盖度和地上生物量进行测定,以研究草原植被群落及其光谱特征对土壤水分的响应.结果表明,水分波动对典型草原植被结构以及光谱特征具有明显的影响,其中水分充足(丰水年型)能够明显改善典型草原植被结构,增加牧草种类,提高牧草地上生物量,其植被光谱特征在旺盛生长期呈现出显著优势,4种典型植被指数较平水年型、歉水年型显著增加;枯黄期不同水分处理草地植被指数RVI之间呈显著差异(P＜0.05),其余植被指数之间差异不显著;返青期不同水分处理草地植被指数DVI之间呈显著差异(P＜0.05),其余植被指数之间差异不显著.     

黄土丘陵区典型植被土壤物理性质差异及其对导水特性影响

选取黄土丘陵区12种典型植被样地,通过测定各样地不同土层植物残体生物量、土壤容重、毛管孔隙度、非毛管孔隙度及饱和导水率,研究各指标随土层深度和植被类型的变化规律及其对土壤饱和导水率的影响。结果表明:(1)除容重随土层深度增加外,植物残体、毛管孔隙度、非毛管孔隙度和饱和导水率均随土层深度减少,其中植物残体大多集中于表层土壤(0—10 cm),占总残体生物量的51.4%～85.7%。(2)不同植被类型其植物残体及土壤物理性质存在显著差异,乔木林地植物残体、农耕地土壤容重、灌木林地非毛管孔隙度及饱和导水率均最大,而毛管孔隙度与不同土地利用类型间无显著差异。(3)饱和导水率随植物残体生物量密度(0—10 cm)和土壤容重呈幂函数减小,随毛管孔隙度和非毛管孔隙度呈幂函数增大;土壤容重(BD)和非毛管孔隙度(NCP)是影响土壤饱和导水率(K_s)的主要因素,且土壤饱和导水率可表示为两者的综合非线性方程(K_s=0.6BD~(-4.717)NCP~(0.203),P0.01,R~2=0.63,NSE=0.50)。此外,沙棘灌木林地平均饱和导水率最大,有利于降雨过程中土壤水分入渗,具有较强的水土保持功能。本研究结果可为黄土高原植被恢复生态水文效益评价提供理论依据。